acatech DEUTSCHE AKADEMIE DER TECHNIKWISSENSCHAFTEN Nachhaltigkeit, gute Arbeit und Innovation in der Industrie 4.0

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1 acatech DEUTSCHE AKADEMIE DER TECHNIKWISSENSCHAFTEN Nachhaltigkeit, gute Arbeit und Innovation in der Industrie 4.0 PD Dr. Oliver Pfirrmann Ringvorlesung des DGB und der TU Berlin Berlin, 3. Dezember Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

2 Übersicht 1. Technologischer Ausblick 2. Arbeitswissenschaftliche Perspektive 3. Anwendungen und Umsetzungen 4. Industriepolitische Herausforderungen für Deutschland 2 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

3 Von Industrie 1.0 zu Industrie 4.0 Noch nie dagewesene Vernetzung von Menschen und Objekten Verschmelzung von realer und virtueller Welt 3 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

4 Zwei konvergente Technologieentwicklungen als Innovationstreiber Internet der Dinge Internet der Daten und Dienste +IP-Fähigkeit Cyber-Physikalische Systeme (CPS) +Semantische Beschreibung +Vernetzung mit Internet +Vernetzung untereinander (M2M) +Drahtlose Kommunikation Eingebettete Systeme +Sensorik, Aktuatorik +Integration hochleistungsfähiger +Kleinstcomputer Physikalische Objekte, Geräte, Big Data Cloud Computing Smart Devices 1 Benutzer, viele Computer Data Warehouses Internet PC 1 Benutzer, 1 Computer Zentralrechner viele Benutzer, 1 Computer 4 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

5 Das Bildelement mit der Beziehungs-ID rid3 wurde in der Datei nicht gefunden. Vernetzung und CPS als technologischer Innovationsmotor Wirtschaft Das Internet der Daten & Dienste Kultur (z.b. Dt. Digitale Bibliothek) Staat (z. B. E-Government) Cloud Computing, Semantische Technologien, elektronische Dienstmarktplätze, Mobilität und Logistik Smart Mobility Smart Logistics Produktion Smart Factory Smart Product Energie Smart Grid Smart Meter Gesundheit Smart Health Smart Senior. Sensor-Clouds, Standards & Normen, Mensch & Arbeit, Sicherheit, Das Internet der Dinge 5 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

6 Die Vision von Industrie 4.0 Individualisierung (Losgröße 1) zu den ökonomischen Konditionen eines Massenherstellers wird Realität Produktion wird hoch-flexibel, hoch-produktiv (bis zu +50%), ressourcenschonend (bis zu -50%) und urban-verträglich Wertschöpfungsprozesse werden bedarfsorientiert in Echtzeit optimiert: Bildung virtueller Ad-hoc-Organisationen Vereinbarkeit von Beruf und Familie mit Rücksichtnahme auf die individuelle Verfügbarkeit der Mitarbeiter Ältere Arbeitnehmer profitieren von intelligenten Assistenzsystemen Die bestehende Infrastruktur kann schrittweise nachgerüstet werden Wettbewerbsfähigkeit einer Hochlohn-Wirtschaft ist gesichert 6 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

7 Grundlegende Paradigmenwechsel bei Industrie 4.0 Intelligente Produkte unterstützen aktiv den Produktionsprozess Aufträge steuern sich selbst durch dynamische Wertschöpfungsketten Autonome, sich selbst organisierende Produktionseinheiten ersetzen passive, vorgeplant betriebene Produktionssysteme Individuelle Verfügbarkeitskalender treten anstelle einer starren Mitarbeiteranwesenheit Ad-hoc-Vernetzung auf Produktions- und Geschäftsebene Die Produktion folgt dem Takt des Menschen Von zentraler Steuerung zu dezentraler Selbstorganisation Auflösung der klassischen Branchengrenzen und Verbände 7 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

8 Neue Anforderungen an die Beschäftigten Erhöhtes Abstraktions-, Komplexitäts- Problemlösungsprofil Weniger direkte Mitarbeiter in der Produktion, mehr indirekte Stellen, z.b.: Systemplanung, -entwicklung, -integration in bestehende Landschaften Überbrückung von Automatisierungslücken Koordination und Orchestrierung Vernetztes, interdisziplinäres Arbeitsumfeld Mehr unterschiedliche Arbeitsinhalte für den einzelnen Mitarbeiter Verkürzte Einweisungs- und Lernzeiten Weniger Maschinenbediener, mehr Erfahrungsträger und Entscheider Weniger fest vorgegebene Arbeitsanweisungen, mehr Selbststeuerung Lebenslanges Lernen und zeitliche Flexibilität (Arbeitszeitkonten) 8 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

9 Der Mensch soll im Mittelpunkt stehen Erweiterte Entscheidungs- und Beteiligungsspielräume für die Beschäftigten sowie Möglichkeiten zur Belastungsregulation Physische Assistenz durch Fähigkeitsverstärker Wartungs- und Planungsassistenz: Lokationsbasiert, kontextadaptiv Innovative Lernformen: Mobil, personalisiert, situationsadaptiv Vernetztes Arbeiten durch multimodale Mensch-Maschineund Mensch-Mensch-Interaktion 9 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

10 Gute Arbeit in der Fabrik der Zukunft Sozio-technische Gestaltungsperspektive bzw. arbeitswissenschaftlich basierte Begleitforschung: Arbeitsorganisation: neue Arbeitsprozesse sicher, gut und gesund gestalten Neue Anforderungen: an Mitarbeiter und Führungskräfte Begleitforschung Neue Arbeitszeitmodelle: Work-life Balance, Demographischer Wandel Beteiligung von Beschäftigten: bei der Einführung neuer Arbeitsprozesse 10 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

11 Erfolgsfaktor: Digitale Lernwelten Die aktuelle Entwicklung Lebenslanges Lernen, interdisziplinäre Wissensgenerierung, Individualisierung von Lernformen erfordert eine digitale Veredlung etablierter Lernorte und -umgebungen und angemessene Medienkompetenz bei allen Nutzern. Neue didaktische Ansätze: inverted classroom Schnelle Qualitätsverbesserung der Lerninhalte durch Feedback über Lernverhalten Eine neue Generation mobiler, interaktiver Assistenzsysteme für Bedienung, Installation, Optimierung und Reparatur von CPS-Komponenten 11 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

12 Beispiel: Mobiles, interaktives und situationsadaptives Lernen Cyber-physische Produktionssysteme Werker mit Datenbrille In-situ Tutorsystem Werkzeuge Kugelventil schliessen Entferne das Rohr mit 2 Flanschen Entferne das Kugelventil 12 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013 Quelle: W. Wahlster, DFKI

13 Beispiel: Navigation über 3D-Modell 13 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013 Quelle: W. Wahlster, DFKI

14 Beispiel: Der intelligente Materialfluss Verbundprojekt smarti (smart reusable transport items) im EffizienzCluster LogistikRuhr Europalettenkreislauf Cloudbasierter Datendienst, der die Echtzeitdaten der Ladungsträger verwaltet Nutzen für die Konsumgüterindustrie: ca. 10 % geringerer Bestand an Ladungsträgern Umsatzverluste durch Bestellprozessfehler von derzeit 2 bis 3 % auf 0,5 % reduzieren Effektive und effiziente Lieferung von Handel und Verbrauchern (Reduktion bei Ausschussware sowie Fehlfahrten und Optimierung von Transportauslastung) 14 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013 Quelle: Fraunhofer IML

15 Academy Cube: das Ergebnis der Arbeitsgruppe Bildung und Forschung für die Digital Zukunft des deutschen Nationalen IT-Gipfels Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

16 Vor welcher Aufgabe steht Deutschland? Perspektivenpapier (04/2013) der Forschungsunion Fokus auf die Bedarfsfelder: Klima & Energie, Gesundheit & Ernährung, Nachhaltige Mobilität, Digitale Wirtschaft & Gesellschaft (vormals Kommunikation), Sicherheit Zukunftsprojekt: Innovationskraft unseres Landes durch gemeinsam getragene Missionen ausbauen und zur Lösung globaler Gestaltungsaufgaben beitragen Drei wichtige übergeordnete Entwicklungen: Stärkere Beteiligung der Gesellschaft Neue Formen der Koordination und Kooperation Digitalisierung als treibende Kraft in allen Missionen 16 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

17 Die Digitalisierung als treibende Kraft und Lösung (Beispiele) Energie/Klima: Morgenstadt wandlungsfähige Städte (smart cities), intelligent vernetzte Energiesysteme (smart grids) und neue Prozesse für Leben und Arbeit (digitale Lebens- und Arbeitswelten) Gesundheit/Ernährung: Individualisierung der Medizin Digitalisierung und wissensbasierte Systeme werden die Gesundheitsversorgung und das Leben der Menschen nachhaltig beeinflussen (e-health-potenziale) Nachhaltige Mobilität: Vernetzung von Mensch und Fahrzeug intelligente und integrale Steuerung der Verkehrsflüsse (smart traffic), (teil-)autonome Mobilität (smart car) IKT: Industrie 4.0 Deutschlands Zukunft als Produktionsstandort sichern (smart factory), das Internet als Wirtschaftsplattform ausbauen (smart services) 17 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

18 Deutschlands Ausgangssituation ist hervorragend Marktführerschaft im Anlagen- und Maschinenbau Eine in ihrer Konzentration weltweit beachtete IT-Kompetenz Innovationsführerschaft in Embedded Systems und der Automatisierungstechnik Qualifizierte und hoch motivierte Beschäftigte Kurze Wege zu und teilweise intensive Kooperation zwischen Ausrüstern und Anwendern Leistungsfähige Forschungs- und Ausbildungseinrichtungen Wie kein anderes Land ist Deutschland befähigt, die Potenziale einer neuen Form der Industrialisierung zu erschließen: Industrie Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

19 Wo sind industrielle und industriepolitische Entscheidungen nötig? Systeme: Beherrschung komplexer Systeme Standardisierung und Referenzarchitektur Arbeit: Arbeitsorganisation und -gestaltung Aus- und Weiterbildung Rahmenbedingungen: Flächendeckende Breitbandinfrastruktur für die Industrie Rechtliche Rahmenbedingungen (Rechtssicherheit) Akzeptanz: Sicherheit und Schutz der Privatsphäre MINT-Bildung 19 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

20 Das Bildelement mit der Beziehungs-ID rid3 wurde in der Datei nicht gefunden. Schlussfolgerungen Das Internet der Dinge, Daten und Dienste wird die prägende Infrastruktur der nächsten industriellen Revolution. Es gibt keinen Gegensatz zwischen Industrie- und Dienstleistungsgesellschaft. Die Kette smart products smart data smart services eröffnet neue Wertschöpfungs- und Beschäftigungspotenziale. Der Mensch soll weiter im Mittelpunkt stehen, aber mit gesteigerten Fähigkeiten bei Abstraktionsniveau und Problemlösungskompetenzen. Anpassungen neuer Produktionsprozesse an die Ablauforganisation = sozio-technische Gestaltungsperspektiven. Industrialisierte Volkswirtschaften haben einen Startvorteil, da intelligente Produkte zu Plattformen für innovative Dienstleistungen und Geschäftsmodelle werden. Kooperationen über Disziplinen und Branchen hinweg entscheidend. Wie kein anderes Land ist Deutschland befähigt, die Potenziale einer neuen Form der Industrialisierung zu erschließen: Industrie Ringvorlesung, 3. Dezember 2013

21 21 Ringvorlesung, 3. Dezember 2013 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit