Industrie 4.0 Die Produktion von morgen Kernparadigmen und Umsetzungsbeispiele

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1 Industrie 4.0 Die Produktion von morgen Kernparadigmen und Umsetzungsbeispiele Dr. Ing. Matthias Loskyll Stv. wissenschaftlicher Leiter Innovative Fabriksysteme (IFS) Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, DFKI GmbH und Wissenschaftlicher Koordinator SmartFactory KL e.v. DFKI

2 Übersicht Industrie 4.0: Das Internet der Dinge in der Produktionstechnik Kernparadigmen von Industrie 4.0 und Umsetzungsbeispiele Das Intelligente Produkt Die Intelligente Maschine Zusammenfassung DFKI

3 Internet der Dinge im Alltag Allgegenwärtige Vernetzung Produktscanner Location Based Friend Finder Tracking & Tracing DFKI

4 Industrie 4.0: Übertragung des Internet der Dinge auf die Produktionstechnik Verknüpfung von Produkten/Maschinen mit Informationen im Internet Erfassung von Kontextinformationen Ein Netzwerk von intelligenten Objekten Situationsbezogenes Anbieten von Diensten und Dienstleistungen Vernetzung von Maschinen und Produkten im Fabrik Netzwerk DFKI

5 Von Industrie 1.0 zu Industrie 4.0 DFKI

6 Zentrale Vision von Industrie 4.0 DFKI

7 Kernparadigmen von Industrie 4.0 Global Facility Virtual Production Smart Factory Smart Product Augmented Operator Smart Equipment DFKI

8 Übersicht Industrie 4.0: Das Internet der Dinge in der Produktionstechnik Kernparadigmen von Industrie 4.0 und Umsetzungsbeispiele Das Intelligente Produkt Die Intelligente Maschine Zusammenfassung DFKI

9 Das intelligente Produkt Intelligentes Produkt = physisches Produkt + digitales Produktgedächtnis Produktgedächtnis: maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung von Informationen aus dem gesamten Lebenszyklus des Produkts Produkte tragen Wissen über den Produktionsauftrag und steuern ihren Produktionsprozess Neues Paradigma: Das entstehende Produkt als aktive Systemkomponente Mehrwert: Möglichkeit zur individuellen Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und geringen Losgrößen DFKI

10 Durchgängige Gedächtnislösung über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts Individuelle Montage Individuelle Befüllung Kontrolle Mehrwert durch Speicherung von produktbezogenen Daten in open-loop -Prozessen durch das Produktgedächtnis Bereitstellung für den Endnutzer Überwachung der Logistik-Kette DFKI

11 Übersicht Industrie 4.0: Das Internet der Dinge in der Produktionstechnik Kernparadigmen von Industrie 4.0 und Umsetzungsbeispiele Das Intelligente Produkt Die Intelligente Maschine Zusammenfassung DFKI

12 Die intelligente Maschine Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen DFKI

13 Plug&Play Komponentenintegration Unabhängige modulare mechatronische Einheiten Einheitliche mechanische und elektrische Schnittstellen Integrierte Steuerungsintelligenz Semantische Funktionsbeschreibung SOA Architektur and dynamische Orchestrierung SOA Architektur Plug&Play-Verpressstationen in der SmartFactoryKL DFKI

14 Neue SmartFactory Anlage auf der HMI 2014 DFKI

15 Standards sind verfügbar Interoperabilitäts Standards Kommunikations Standards Elektromechanische Grundstandards ISO OSI Semantic service discovery WSDL EDDL Device Class Profiles SoA Services OPC UA IP Ethernet HAN Modular.. SoA OPC UA TCP/IP RJ45, WiFi 3x400V 24V Not Aus Druckluft DFKI

16 Von intelligenten Objekten zur intelligenten Fabrik Intelligente Fabriken Intelligente Maschinen Aggregationsebene Intelligente Objekte DFKI

17 Die intelligente Maschine Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen DFKI

18 Vertikale Integration von Geschäftsprozessen und Feldebene Ethernet WLAN IP ERP Ebene Enterprise Management IP Net Ethernet IP IP IP IP IP UMTS Prozesse control room IP Standard xx.x Middleware e.g. OPC UA UMTS Vertikale Integration Logistik Instandhaltung Fertigung MES Ebene Control Center Steuerungsebene SPS, NC power Feldebene Sensoren/Aktoren DFKI

19 Die Zukunft der Steuerungstechnik Programming IEC IEC ERP Domain Maintenance Domain??? service Machine Domain service service PLC Control electrical signals Profibus messages M R V M smart controller service M Device Domain R V service M smart µserver Past Present Future Hard PLC BUS PLC smart CPS Network DFKI

20 Die intelligente Maschine Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen DFKI

21 Serviceorientierung als Architekturparadigma für verteilte Steuerungen Service Orchestrierung Dynamisches Binden Service Aufruf über standardisierte Schnittstelle Service Verzeichnis Kapselung von mechatronischen Funktionalitäten zu Services dezentrale Intelligenz DFKI

22 Fallstudie: serviceorientierte Anlagensteuerung in der SmartFactory KL Digi ME 9210 as service gateway Service b Service c Service z Service b Service b Service a Service a Service b Service b Service b Assembly unit Pneumatic assembly module Embedded Device + I/O board DFKI

23 Übersicht Industrie 4.0: Das Internet der Dinge in der Produktionstechnik Kernparadigmen von Industrie 4.0 und Umsetzungsbeispiele Das Intelligente Produkt Die Intelligente Maschine Zusammenfassung DFKI

24 Zusammenfassung Industrie 4.0 Mehrwerte entstehen durch die Nutzung von umfassenden und aktuellen Informationen über Produkte, Anlagen und Prozesse Optimierung bestehender Prozesse in der eigenen Produktion kundenindividuelle Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und geringen Losgrößen Reduzierung von Rüstzeiten und damit Stillstandszeiten Erhöhung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) durch durchgängige Informationsbereitstellung Reduzierung und Parallelisierung von Engineering Aufwänden Anbieten von Mehrwertdiensten für die hergestellten Komponenten Bedeutung für Unternehmen: vom Produkthersteller zum Lösungsanbieter Umsetzung: Technologie und Anwendungen müssen verschmelzen Basistechnologien sind vorhanden: primär Migration notwendig Kritische nächste Schritte: Standardisierung, IT Security in der Automatisierungstechnik, rechtliche Fragen hinter Industrie 4.0 DFKI

25 Gartner Hype Cycle Visibility Industrie 4.0 Media Peak of inflated expectations Marketing Plateau of productivity Media Technology trigger Trough of disillusionment Source: Gartner Time DFKI

26 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Dr. Ing. Matthias Loskyll Innovative Fabriksysteme (IFS) DFKI GmbH 0631/ DFKI