Smart Factory Neue Technologien, Fallstudien, Wirtschaftlichkeit und Einführungsstrategien

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1 Smart Factory Neue Technologien, Fallstudien, Wirtschaftlichkeit und Einführungsstrategien Univ.-Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Horst Wildemann TCW Transfer-Centrum für Produktions-Logistik und Technologie-Management GmbH & Co. KG Leopoldstr München Tel Fax

2 Horst Wildemann Leitfaden Smart Factory Neue Technologien, Fallstudien, Wirtschaftlichkeit und Einführungsstrategien Copyright by TCW Transfer-Centrum GmbH & Co. KG 1. Auflage 2019 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Wildemann, Horst Leitfaden Smart Factory ISBN TCW Transfer-Centrum GmbH & Co. KG Leopoldstr München Tel Fax Alle Rechte, auch die der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form, auch nicht zum Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet werden.

3 TCW Präambel Präambel Durch verschiedene parallel verlaufende Entwicklungen erfuhr die industrielle Produktion in den vergangenen Jahren einen starken und tiefgreifenden Wandel. Fabriken sind heute mehr denn je unvorhersehbaren Turbulenzen und gleichzeitig der Forderung steigender Produktivität ausgesetzt. Die Produktion der nächsten Generation muss sich auf die geänderten Rahmenbedingungen anpassen können. Einen Ausgangspunkt zur Lösung bietet die Smart Factory im Bereich der Produktion und Logistik. Der Smart-Factory-Ansatz ermöglicht als Hauptnutzen eine effizientere Informationsbereitstellung und Ressourcennutzung durch eine Verbesserung der Kommunikation. Dieser Leitfaden bietet dem Leser eine praxisorientierte Hilfe für die Einführung von Smart Factory Projekten. Der Leitfaden unterstützt Unternehmen bei den Fragestellungen: Welchen Beitrag liefert die Smart Factory? Was sind die zentralen Herausforderungen? Welche neuen Technologien, Konzepte, Methoden und Instrumente bieten sich für die Smart Factory an? Welche Stellhebel sind bei der Einführung zu berücksichtigen? Mit diesem Leitfaden soll ein umfassender Überblick über die Trends, Defizite und Handlungsbedarfe gegeben.... den Unternehmen ein Einblick gegeben werden, welche Potenziale der Ansatz der Smart Factory beitet und welche Handlungsfelder hierbei betrachtet werden müssen.... die Potentialwirkung von Smart Factory Projekten durch das Aufzeigen und die Einordnung von Fallbeispielen dargestellt werden.

4 TCW Inhalt 1 Trends, Defizite und Handlungsbedarfe 2 Lösungsansatz Smart Factory 3 Potenziale und Wirkweisen der Smart Factory 4 Handlungsfelder 5 Projektplanung 6 Fallstudien 7 Technologie-Steckbriefe 8 Literatur

5 Leh-WIL pptx Die Technologien der Industrie 4.0 Konnektivität & Kommunikation Daten, Intelligenz, Analytik Mensch-Maschine Interaktion Digitale Fertigung Sensorik Intelligente Sensoren & Aktuatoren Rechner und Speicherleistung Internet of Things/M2M Gewinnung und Vernetzung von (Kunden-)Daten sowie Produktionsdaten Netzwerkkapazitäten Cloud technology Datenzentralisierung und Sicherung Virtuelle Speicherkapazität Mobil Internet, Apps, e-commerce, e-payment, Social Networks Digitalisierung und Automatisierung von Wissen Lernende Maschinen Wissensdatenbanken Advanced Analytics & Smart Data Algorithmen Datenmengen und Datenverfügbarkeit Simulation Visualisierung von Material- und Informationsflüsse Infotainment Visualisierung verschiedener Informationsquellen und Suchergebnisse Touch interfaces and next-level GUIs Schnelle Informationsvisualisierung auf Nutzerendgeräten Virtual and augmented reality Visualisierung von digitalen Veränderungen auf reale Objekte mit Hilfe von Nutzerendgeräten Predictive Maintenance Material und Informationsflüssen Additive manufacturing Volumen Verschiedene Materialien Produktgrößen Bauteilgeometrien (Bionic) Advanced robotics M2M-Kommunikation Mensch-Maschinen-Interaktion Artificial intelligence Energy storage and harvesting Lagerung von Energie Generierung und Einsparung von Energien Smart Factory Vernetzung von digitaler und realer Erkenntnisse in Produktund Produktionsprozessen Cybersecurity Firewalls Software für Schadprogramme Digitale Produkte Augmented reality IT-Services und Instandhaltung untergliedern sich in mehrere Teilbereiche. TCW 5

6 Ausgewählte Handlungsfelder Zentrale Fahrzeugsteuerung Teileverfolgung mit RFID Internationalisierung Informationsvernetzung (IoT) Planungsunterstützung Künstliche Intelligenz Virtuelle Absicherung Anlauf Digitale Produktion Data Analytics Produktion Effizientes Energiemanagement Gezielte Informationsbereitstellung Mensch-Roboter- Kooperation Ökologie Smart Factory Qualität Fabrikkosten Prädiktive Instandhaltung Mitarbeiter Qualifizierung Wearables Produktionssystem Big Data Drohnen in der Supply Chain Augmented Reality Innovation Autonomer Warenstrom beschreiben den Weg zur Smart Factory. TCW 6

7 Leh-WIL pptx Poka-Yoke Fehlhandlung Detektionsmechanismen Auslösemechanismen Reguliermechanismen Durchführung der Verbesserung s-maßnahmen Ursache Regulierungsmechanismus Analyse und Verbesserung s-vorschlag Detektion Analyse Fehler Sensoren und Sensorsysteme End- und Näherungsschalter Sensoren für Position Dimension Form Druck Temperatur Vibration Farbe Strom Zähler Zeitüberwachungseinrichtung Kontakt-Methode Abweichungen werden über geometrische Kenngrößen (Lage, Vor-handensein) erkannt Fixwert-Methode Abweichungen werden durch Überprüfen des Erreichens einer bestimmten Zahl von Teil- Arbeitsfolge-schritten erkannt Eingriffsmethode bei Abweichungen werden Maschinen abgeschaltet bzw. Spann- oder Transportvorrichtungen Alarmmethode optische und akustische Hinweise auf fehler-trächtige Situationen bzw. Auftreten eines Fehlers Poka-Yoke: Prinzipien, Vorkehrungen und Einrichtungen zur Vermeidung des zufälligen und unbeabsichtigten Fehlers in der Fertigung, insbesondere die fehler- freie Arbeit des Menschen als Element von Arbeitssystemen und Fertigungsprozessen. Schrittfolge-Methode Check von erforderlichen Standardbewegungsfolgen zielt präventiv auf Fehlerursachen und verkürzt damit den Regelkreis der Fehlerbeseitigung. TCW 7

8 Leh-WIL pptx Die Blockchain-Technologie Möglichkeiten Herausforderungen Transparenz Alle Mitglieder des Netzwerks können die Daten einsehen Kompatibilität Die Blockchain mit einer bestehenden IT- Infrastruktur zu verbinden kann eine Herausforderung sein. Kosten Weil der Mittelsmann einer Transaktion wegfällt, können Kosten gespart werden, zum Beispiel für die Bank Tempo Derzeit wickelt die Bitcoin-Blockchain sieben Transaktionen pro Sekunde ab. Ein zu geringes Tempo für viele Anwendungsmöglichkeiten Sicherheit Ist ein Block einmal abgeschlossen, kann er nur mit sehr großem Aufwand manipuliert werden. Ein Plus an Sicherheit Rechtliche Unsicherheit Akzeptiert das deutsche Recht Smart Contracts - automatisch abgeschlossene und exekutierte Verträge? Wer haftet bei einem Fehler? Vertrauen Das System handelt, nicht korrumpierbare Menschen. Entsprechend wird Vertrauen in das System gesetzt Energie Verbrauch Mining, also das Schaffen der einzelnen Blöcke, verbraucht derzeit noch viel Energie und schafft damit einen mittelbaren Kostenblock. Industrie 4.0 Wenn Maschinen künftig Daten austauschen, kann das über die Blockchain geschehen. Dort könnten Informationen über den Herstellungsprozess einfach abgelegt werden, von der Rohfertigung bis zur Auslieferung Governance Wer entscheidet über Zugang oder Nichtzugang oder regelt auftretende Probleme? Grundsätzlich kennt die Blockchain keine hierarchisch herausgehobene Instanz. birgt Herausforderungen, zugleich aber auch zukünftige Möglichkeiten. TCW 8

9 Leh-WIL pptx Mensch-Roboter-Kooperationen Ergonomie gewährleisten Komplexität beherrschen Flexibilität erhöhen Produktivität erhöhen Qualität sichern Alternde Belegschaft durch demografischen Wandel. Werker werden bei belastenden Tätigkeiten durch Roboter unterstützt. Erhöhte Variantenvielfalt durch individuelle Kundenwünsche. Roboter als intelligentes Werkzeug bzw. Manipulator. Anpassungsfähig keit an dynamisches Produktionsumfeld. Plug & Produce - Installation für schnelle Wechsel. Wettbewerbsfähigkeit erhalten. Roboter als dritte Hand für Arbeitsteilung zwischen Mensch und Maschine. Prozesssicherheit durch hohe Wiederholgenauigkeiten machen Komplexität beherrschbar, erhöhen die Komplexität, Flexibilität und Produktivität in der Fertigung und sichern die Qualität der Produkte. TCW 9

10 Leh-WIL pptx Die kulturelle Transformation Neue Kompetenzen entwickeln Befürchtung Ich kann nicht mit der technologischen Entwicklung Schritt halten. Angst Ich befürchte, dass durch die Industrie 4.0 Arbeitsplätze wegfallen. Neue Potenziale identifizieren Neue Ideen generieren Unsicherheit Ich weiß nicht, wie ich es einschätzen soll. Besorgnis Meine Arbeit und ich können überwacht werden. Neue Formen der Zusammenarbeit anwenden stellt enorme Anforderungen an die Mitarbeiter. Mitarbeiter durch Kommunikation und Motivation begeistern! TCW 10