Industrie 4.0. Zukunftspotentiale. für die Produktion. Effektive Produktionsprozesse mit IT auf dem Weg zu Industrie 4.0

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1 Effektive Produktionsprozesse mit IT auf dem Weg zu Industrie 4.0 Industrie 4.0 Zukunftspotentiale Präsentation IHK Berlin 29. August 2013

2 Übersicht Was bedeutet Industrie 4.0? Informationstechnik bringt Industrie 4.0 Neue Potentiale Werkstattsteuerung mit cyber-physischen Systemen Cloudbasierte Steuerungen Ausblick was bringt Industrie 4.0?

3 Was bedeutet Industrie 4.0? Informationstechnik bringt Industrie 4.0 Neue Potentiale Werkstattsteuerung mit cyber-physischen Systemen Cloudbasierte Steuerungen Ausblick was bringt Industrie 4.0?

4 Neue Potentiale Evolution und Revolution in der Produktion 1784 Mechanisierung 1870 Arbeitsteilung und Massenproduktion 1969 Mikroprozessor in der Produktion Cyber-physische Systeme

5 Was bedeutet Industrie 4.0? Informationstechnik bringt Industrie 4.0 Neue Potentiale Werkstattsteuerung mit cyber-physischen Systemen Cloudbasierte Steuerungen Ausblick was bringt Industrie 4.0?

6 Informationstechnik bringt Industrie 4.0 Produkte werden intelligent Barcode RFID Transponder egrains Heute: Produktidentifikation lesbare Informationsträger Identifikation von Produkten, Werkstücken Morgen: Produktgedächtnis Lesen und Schreiben von Informationen Traceability und Dokumentation in Produktion Übermorgen: Produktintelligenz Informationsverarbeitung in Funksensorknoten Werkstücke bringen Bearbeitungsinformation mit Objekte kommunizieren, kooperieren, entscheiden Dezentrale Intelligenz durch Agenten Flexibilität durch produktgetriebene Fertigung Fraunhofer IPK

7 Informationstechnik bringt Industrie 4.0 Vision: Produktion mit verteilter Intelligenz Intelligente Fertigungseinrichtungen, Komponenten, Werkstücke, Dezentrale, kooperative Steuerung und Organisation, Adaption an Veränderungen im Produktionsumfeld. Beteiligte Komponenten sind mit lokaler Intelligenz ausgestattet, kommunizieren aktiv miteinander, bewältigen in Kooperation eigenverantwortlich Aufgaben. Fraunhofer IPK

8 Informationstechnik bringt Industrie 4.0 Werkstücke steuern ihren Weg durch die Fertigung Vernetzte Maschinen und Werkstücke Information an Bord Lager für Rohteile Arbeitsfortschritt am Werkstück visualisiert Funkknoten für Maschinen Werkzeuge Werkstücke Selbstorganisierende Produktion Fraunhofer IPK Sensoren

9 Was bedeutet Industrie 4.0? Informationstechnik bringt Industrie 4.0 Neue Potentiale Werkstattsteuerung mit cyber-physischen Systemen Cloudbasierte Steuerungen Ausblick was bringt Industrie 4.0?

10 Hartrehen Schleifen Waschen In Körben Prüfen Harträumen Powerhonen Waschen in Körben Prüfen Hartdrehen & Schleifen Waschen in Körben Prüfen Neue Potentiale IWEPRO - Intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion Werkereinbindung Gestaltung Produktionsarbeit Dezentrale Planung und Steuerung Zahnräder Gangräder OP110 OP110 Cyber-Physische Produktionsunterstützung für die Werkstattfertigung Stirnräder OP110 Kooperierende Produktionsmittel OP120 OP120 Schleifen Dynamisierung Adaptivität OP130 OP140 OP130 OP140 OP130 OP140 Ind 4.0 Interoperabilität Intelligenz

11 Neue Potentiale IWEPRO - Intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion

12 Neue Potentiale cloudbasierte Steuerungen Ausgangssituation hierarchische Steuerungsarchitektur Klassische Steuerungsstruktur der Fabrik Hochflexibel vernetzte Steuerung der der Fabrik mit Cloud-Mechanismen VRC Virtual Robot Controller MES Manufacturing Execution System SPS Speicherprogrammierbare Steuerung CNC Computerized Numerical Control VNC Virtual Numerical Control ERP Enterprise Resource Planning SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

13 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Gemeinsamer Ressourcenpool VRC Virtual Robot Controller SPS Speicherprogrammierbare Steuerung VNC Virtual Numerical Control MES Manufacturing Execution System ERP Enterprise Resource Planning

14 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Freie Kapazitäten hochflexibel nutzen Innovation Virtualisierung streng hardwaregebundener echtzeitfähiger Steuerungsaufgaben Flexible Bereitstellung von Steuerungen Cloud-basierte Datenhaltung der Algorithmen und Prozessparameter VRC Virtual Robot Controller SPS Speicherprogrammierbare Steuerung VNC Virtual Numerical Control MES Manufacturing Execution System IF Interface Technische Herausforderungen Echtzeitfähigkeit (Steuerungstakt, Jitter) Sicherheit

15 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Modularisierung und Zentralisierung Programm Interpreter Interpolator Koordinatentransformation Feininterpolator Lageregelung Geschwindigkeitsregelung Stromregelung

16 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Mehrwertdienste / APPs / Module VRC Virtual Robot Controller VNC Virtual Numerical Control MES Manufacturing Execution System IF Interface

17 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Nutzung von Cloudmechanismen für Maschinen und Robotersteuerungen Merkmal NIST Umsetzung Definition der Cloud-Merkmale picasso in picasso On-demand Self Service Broad Network Access Resource Pooling Rapid Elasticity Measured Services Die Bereitstellung der Ressourcen (z.b. Rechenleistung, Datenspeicher) läuft automatisch ab Die Services sind über einheitliche Schnittstellen im gesamten Netz verfügbar Die Ressourcen liegen in einem Pool vor, aus dem sich viele Anwender bedienen können Die Services können schnell und flexibel zur Verfügung gestellt werden, in manchen Fällen automatisch Die Ressourcennutzung kann gemessen, überwacht und entsprechend bemessen den Anwendern zur Verfügung gestellt werden - Instanziierung neuer Steuerungskerne - Mehrwertdienste - Zusätzliche Funktionsmodule - App-Konzept - Zentrale Datenhaltung - Skalierbare Rechenleistung über Prozessorkerne - Maßgeschneiderte Bereitstellung von Steuerungsfunktionen und -leistung

18 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Nutzung von Cloudmechanismen für Maschinen und Robotersteuerungen Merkmal NIST Umsetzung Definition der Cloud-Merkmale picasso in picasso Software as a Service Platform as a Service Infrastructure as a Service Private Cloud Community Cloud Nutzung von Software auf der Basis einer transparenten Bereitstellung von Ressourcen und Diensten Bereitstellung von Infrastruktur zur Ausführung kundenspezifischer Anwendungen Bereitstellung von Infrastruktur zur Auslagerung kompletter IT-Systeme Unternehmenseigene und nur von diesem Unternehmen selbst genutzte Cloud-Umgebung Cloud-Infrastruktur nur für einen speziellen Nutzerkreis zugänglich und nutzbar - Nutzung ausgewählter Steuerungsfunktionen und software als Dienst - Virtualisierung von Teilen einer Steuerung in der Cloud - Mehrwertdienste in der Cloud - Nutzung von Cloud- Technologien zunächst nur im unternehmenseigenen Netz - Angestrebte sichere Umgebung zur Verbindung von Steuerungen und Mehrwertdiensten

19 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Herausforderungen Beherrschung von Echtzeitanforderungen. Sicherheit cloudbasierter Steuerungen. Vereinheitlichung von Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Steuerungssystemen, um die Potentiale der Cloud-Struktur optimal nutzen zu können.

20 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Vorteile Stärkere Hardwareunabhängigkeit der Steuerungen. Daraus resultiert eine höhere Investitionssicherheit und eine längere Nutzbarkeit von Steuerungssoftware. Flexible Verteilung von Rechenleistungen an rechenintensive Prozesse wie z.b. komplexe Geometrieberechnungen (z.b. 5-Achsen-Interpolation) oder Sensordatenverarbeitung (z.b. für die In-Prozess-Qualitätskontrolle). Vereinfachte Anbindung von Mehrwertdiensten( wie z.b. Simulation, Prozessmodellierung, Visualisierung, Mensch-Maschine-Schnittstelle, Programmierung). Vereinfachte Integration produktionsbezogener Apps, beispielsweise zur Datenvisualisierung über mobile Plattformen (Tablets, Smartphones) in der Fabrik.

21 Neue Potentiale - cloudbasierte Steuerungen Vorteile Höhere Sicherheit der gesamten Fabriksteuerung in Private Cloud als bei dezentralen Steuerungen. Möglichkeit zur Integration von Alt-Steuerungen, deren Betriebssysteme nicht mehr mit Sicherheits-Updates versorgt werden ( Legacy-Systeme ), in die Cloud. Vereinfachtes Upgrade und Retrofit alter Maschinen mit moderner Steuerungsfunktionalität über die Cloud. Vereinfachte Verkettung von Maschinen und Anlagen durch Kommunikation über gemeinsame Cloud-Speicherbereiche an Stelle heterogener Kommunikationsstrukturen. Höhere Energieeffizienz durch Virtualisierung von Steuerungen. Reduktion von Stand-by-Verbräuchen durch flexible Nutzung der Rechenleistung durch unterschiedliche Steuerungsprozesse.

22 Was bedeutet Industrie 4.0? Informationstechnik bringt Industrie 4.0 Neue Potentiale Werkstattsteuerung mit cyber-physischen Systemen Cloudbasierte Steuerungen Ausblick was bringt Industrie 4.0?

23 Ausblick Was bringt Industrie 4.0?»Industrie 4.0 adressiert nicht ausschließlich die Massenproduktion, sondern vor allem die Flexibilisierung der Produktion. Die intelligente Fabrik der Zukunft ist hochflexibel, hochproduktiv und ressourcenschonend. Dadurch wird die Individualisierung (Losgröße 1) zu den ökonomischen Konditionen eines Massenherstellers Realität. Der Unterschied zwischen der dritten und der vierten industriellen Revolution liegt darin, dass wir in der dritten eine starre oder flexible Automatisierung mit den bisherigen Möglichkeiten hatten und wir nun eine intelligente und wandlungsfähige Automatisierung erreichen wollen.«expertenzitate aus Studie des Fraunhofer IAO Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0»Der Trend den wir sehen, ist die Abkehr von der Massenproduktion zur Individualproduktion bis hin zur Mikroproduktion. Wir haben hier immer mehr autonome Systeme, die in der Lage sind, auch sehr kleine Losgrößen zu produzieren.«

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!