INDUSTRIE 4.0: MITTENDRIN ANREGUNGEN FÜR EINE SYSTEMATISCHE SELBSTEINSCHÄTZUNG

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1 INDUSTRIE 4.0: MITTENDRIN ANREGUNGEN FÜR EINE SYSTEMATISCHE SELBSTEINSCHÄTZUNG GARCHING, JAN-FABIAN MEIS

2 Agenda 1. Kurzvorstellung iwb 2. Bewertungsrahmen Industrie Beispiel für einfache Industrie Zusammenfassung Folie 2

3 Organisation des iwb Forschungsstruktur des iwb Prof. Dr.-Ing. Michael F. Zäh Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart Dipl.-Ing. Oliver Rösch M. Sc. Markus Schweier Dipl.-Ing. Jan-Fabian Meis Dipl.-Ing. Jakob Kurfer Dr.-Ing. Johannes Schilp Dr.-Ing. Stefan Braunreuther Dr.-Ing. Stefan Braunreuther Dipl.-Ing. Peter Stich Dipl.-Ing. Christian Seidel Werkzeugmaschinen Füge- und Trenntechnik Produktionsmanagement und Logistik Montagetechnik und Robotik Fertigungstechnik und AzA Ressourceneffiziente Fabriken Planung und Steuerung Anlagen- und Steuerungstechnik Komponenten und Prozesse Strukturverhalten Laserfertigungstechnik Technologiemanagement in der Produktion Batterieproduktion Additive Fertigung Ressourceneffizienteund Gestaltung Betrieb und Gestaltung Betrieb Intelligente Auftragsabwicklung Flexible Verarbeitungsmaschinen Funktionsintegrierter Leichtbau Zerspanungsprozesse Reibschweißen Mensch 4.0 Montage 4.0 Qualitätssicherung Planung und Bewertung Planung und der Ressourceneffizienz Bewertung Ressourceneffiziente Wertschöpfungsnetzwerke Steuerungsentwicklung und Anlagensimulation Industrielle Biotechnologie Energieeffizienz und Leichtbau Fügen und Trennen von CFK Bionik in der Produktionsorganisation Robotik Handhabungstechnologien für formvariable Produkte Mechatronische Entwicklungsprozesse Intelligente Reinigung Gestaltung manueller und hybrider Montagesysteme (MRK) Folie 5

4 iwb Standort Garching Versuchshalle Folie 4

5 iwb Standort Garching Industrie 4.0 Montagelabor Folie 5

6 iwb Standort Garching Industrie 4.0 Montagelabor Folie 6

7 iwb in Zahlen Struktur der Forschungsmittel Haushaltsmittel Technische Universität München 19% 5% Industriell geförderte Projekte kurzfristig (<= 12 Monate) langfristig (>12 Monate) 18% 30% 28% Öffentlich geförderte Projekte Gesamtetat 10 Mio EURO Grundlagenforschung Anwendungsforschung Folie 7

8 Industrie Die vierte industrielle Revolution? Charakteristika von Industrie 4.0 Knowledge Discovery in Databases Vernetzung Leistungsfähige Prozessoren Industrie 4.0 Intelligente Produkte Mensch-Maschine-Kollaboration Sensoren & Aktoren Folie 10

9 Agenda 1. Kurzvorstellung iwb 2. Bewertungsrahmen Industrie Beispiel für einfache Industrie Zusammenfassung Folie 9

10 Montage 4.0 Intelligente Vernetzung in der Robotik Motivation Häufiger Austausch von Werkstücken & Werkzeugen Wechsel von Produktionsprozessen Angepasster Einsatz von Sensorik Ext. Achse Roboter Sensor Spannelement Veränderungen in der Peripherie und Konfiguration Sensor Sensor Zielsetzung Automatische Integration von Peripheriekomponenten in Mikromontagesysteme Sensor Greifer Sensor Erhöhung der Flexibilität von Robotersystemen Reduktion des erforderlichen Expertenwissens Berücksichtigung der Heterogenität Beherrschung dynamischer Funktionalität

11 Mensch 4.0 Neue Steuerungskonzepte durch Smart Devices Mitarbeiterindividuelle Assistenz & Springerverteilung Assistenzsysteme und Mensch-Maschine-Interfaces lassen sich auf die individuellen Mitarbeiter auslegen um bspw. Qualifikationsniveau oder Körperliche Anforderungen zu berücksichtigen Folie 11

12 Der Mensch in der Industrie 4.0 Ad-Hoc Verknüpfung von Betriebsmitteln, Produkten und Assistenzsystemen über BLE, RFID und WLAN Folie 12

13 Der Mensch in der Industrie 4.0 Lernfabriken Lernfabriken für operative Prozesse bereits etabliert, aktuelle Ansätze implementieren Lernlabore für Globale Produktionsnetzwerke und komplexe Abläufe Folie 13

14 Der Mensch in der Industrie 4.0 Mitarbeiterindividuelle Assistenz Assistenzsysteme und Mensch-Maschine-Interfaces lassen sich auf die individuellen Mitarbeiter auslegen um bspw. Qualifikationsniveau oder Körperliche Anforderungen zu berücksichtigen Folie 14

15 Evaluierung der I4 Tätigkeiten Ausgangssituation & Handlungsbedarf Starke Verunsicherung zum Thema innerhalb der Industrie Fokussierung auf konkrete Produktlösungen ohne systematische Herangehensweise Angst vor aufgezwungenen Standards Zweifel an der Gültigkeit alter Lösungen Umsetzung von Aktivitäten ohne klaren Kundennutzen Wo stehe ich als Unternehmen im Bezug zu Industrie 4.0? Entwicklung eines Bewertungsrahmens zur Umsetzung von Industrie Folie 17

16 Evaluierung der I4 Tätigkeiten Zwei Betrachtungsrichtungen im Maschinenbau I4.0 im Produkt / der Maschine I4.0 in Entwicklung Produktion Folie 18

17 Evaluierung der I4 Tätigkeiten I4.0 im Produkt Organisationsentwicklung Kundennutzen Partnerschaften Philosophie Methoden Technologiemanagement Normungsaktivitäten Aktuelle IuK Enabler Nutzen Potentiale Realisierung Standards technische Kommunikation Geschäftsmodelle Folie 19

18 Evaluierung der I4 Tätigkeiten I4.0 in Entwicklung Produktion Organisationsentwicklung Philosophie Methoden Produktentwicklung Arbeitsvorbereitung Fertigung Montage Modularisierung der Ressourcennutzung Modularisierung der erw. Produktdaten Informationsbereitstellung Individuelle Information Nutzung der Planungsdaten Reduktion des Informationsbedarfs Verbesserung der Prozessqualität Aktualisierung der Planungsdaten Nutzung von aktuellen Felddaten Generierung von Zusatzdaten Digitales Anforderungs- und Produktmodell Folie 20

19 Evaluierung der I4 Tätigkeiten Beispielhafte Operationalisierung der Evaluation Quick Check App Eine webbasierte, plattformunabhängige Applikation zur Unterstützung der schnellen Evaluation der aktuellen Aktivitäten zur Industrie Folie 21

20 Agenda 1. Kurzvorstellung iwb 2. Bewertungsrahmen Industrie Beispiel für einfache Industrie Zusammenfassung Folie 23

21 Beispielprojekt Ausgangssituation Mittelständisches Unternehmen zur Herstellung von Spezialmaschinen zur Extrusion von Kunststoffprofilen Hochspezialisiertes Prozesswissen Schneckengeometrie von entscheidender Bedeutung Produkt- und Softwarearchitektur auf sehr hohem Niveau Enge Kundeneinbindung Zielsetzung: Evaluierung möglicher Industrie 4.0 Ansätze im Produkt Bildquelle: HÄBERLEIN 2003 Folie 24

22 Beispielprojekt Aktuelle Informations- und Kommunikationstechnologie Als Kernelemente konnten drei relevante Baugruppen auf Basis von identifiziert werden definierten Bewertungskriterien festgelegt werden. Das aktuelle Produkt enthält bereits eine Sensorik zur Erfassung des Schneckenmomentes sowie ein Prognosemodell zur Standzeit. Informationen werden direkt an den Bediener ausgegeben, weitere Schnittstellen existierten in dieser Produktgruppe nicht. Sorge um Abfluss von Know-How an Wettbewerber Im Unternehmen existieren bereits andere Produkte welche eine Anbindung an ein lokales Netzwerk auf Basis des TCP/IP Protokolls besitzen. Die ausgewählten Produkte bieten in Summe die Fähigkeiten für eine Anwendung Folie 25

23 Beispielprojekt Enabler Die inhaltlichen Enabler stellen vor allem die bereits im Unternehmen vorhandenen Modelle zur Standzeitbestimmung als auch die Auswahlverfahren dar. Erstere existierten bereits in mathematischer Form. Technologische Enabler ließen sich auf einen Sensor zur Drehmomenterfassung sowie ein Modul zur Anbindung reduzieren. Online Condition-Monitorin für das Bauteil der Schnecke Kundennutzen Die kontinuierliche Überwachung der Standzeit des Werkzeuges ermöglicht eine proaktive Fertigung von Ersatzteilen und damit eine Reduzierung der Stillstandszeit Folie 26

24 Beispielprojekt Potentiale Das direkte Marktpotential wurde als gering bewertet, da bereits nach aktuellem Stand dem Kunden eine Ersatzteilverfügbarkeit garantiert wurde. Indirekte Nutzen: Reduktion der Bestände für Ersatzteile Optimierung der Schneckengeometrie auf Basis von umfassenden Felddaten (Parametrierung der eigenen Simulationssoftware) Zusätzliches/ Neues Geschäftsmodell als Funktionslieferant Folie 27

25 Beispielprojekt Zusätzliches/ Neues Geschäftsmodell als Funktionslieferant Die eigentliche Maschine steht nicht mehr im Fokus der Geschäftsbeziehung sondern die Bereitstellung der Funktion Es erfolgt eine kontinuierliche Abrechnung nach geleisteter Arbeit (in gewissen Korridoren) Das Unternehmen stellt die bestmögliche Schnecke für die Aufgabe bereit Vorhandenes Prozesswissen lässt sich so gleichzeitig Schützen und Kapitalisieren Einsparungen im Logistikprozess werden vollständig im Unternehmen wirksam Intelligente Nutzung vorhandener Sensorik und Kommunikationstechnologie eröffnet ein neues Geschäftsmodell Folie 28

26 Agenda 1. Kurzvorstellung iwb 2. Bewertungsrahmen Industrie Beispiel für einfache Industrie Zusammenfassung Folie 29

27 Zusammenfassung Industrie 4.0 findet bereits weite Verbreitung Grundsätzlicher Mehrwert akzeptiert aber Philosophie nur selten fundiert verankert Umsetzung stark unterschiedlich zwischen verschiedenen Unternehmen Fehlende Möglichkeiten zur Selbsteinschätzung Strukturiertes Vorgehen ermöglicht die Identifikation von Umsetzungspotentialen für Fortgeschrittene und Anfänger Ein organisatorisch verankertes Verständnis von Industrie 4.0 erlaubt die Realisierung von wirksamen Verbesserungen mit geringen Investitionen Folie 30

28 Kontakt Jan-Fabian Meis Raum Tel / Fax / Jan-Fabian.Meis@iwb.tum.de Adresse iwb - Technische Universität München Boltzmannstraße Garching Folie 31