Ausgewählte Themen der Wirtschaftsinformatik Ringvorlesung Industrie 4.0 Einführung

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1 Ausgewählte Themen der Wirtschaftsinformatik Ringvorlesung Industrie 4.0 Einführung Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

2 Inhaltsübersicht Kapitel 1 Einführung in die Thematik (15.04.) Kapitel 2 Cyber-physische Systeme (22.04.) Kapitel 3 Produktentwicklung im Zeitalter von Industrie 4.0 (29.04.) Kapitel 4 Agile Geschäftsprozesse als Grundlage für Industrie 4.0 (06.05.) Kapitel 5 Das Internet der Dinge (20.05.) Kapitel 6 Geschäftspromodelle für Industrie 4.0 & Internet der Dinge (27.05.) Kapitel 7 Von Modellbasierter Entwicklung bis zum Digitalen Zwilling (03.06.) Kapitel 8 Event-driven Architecture und Complex Event Processing (10.06.) Kapitel 9 SmartFactory OWL (17.06.) Kapitel 10 Automatisierungstechnik für Industrie 4.0 (24.06.) Kapitel 11 Arbeit und Qualifikation in der digitalen Produktion (01.07.) Kapitel 12 Industrie Betriebswirtschaftliche Gestaltungs-, Analyse- und Bewertungsoptionen? (08.07.) Kapitel 13 IT-Sicherheit und Industrie 4.0 (15.07.) Kapitel 14 Zusammenfassung (15.07.) Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider 2

3 Motivation Geschichtlicher Hintergrund von Industrie 4.0 Herausforderungen und Chancen durch Industrie 4.0 Anwendungsszenarien für Industrie 4.0 Quelle: Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

4 Motivation Aktueller Bedarf Quelle: in Anlehnung an Yoram Koren: The Global Manufacturing Revolution und Bauernhansel, Fraunhofer IPA Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

5 Motivation Aktueller Bedarf Bedarf an horizontaler (in Bezug auf Kompetenz) und vertikaler Flexibilität (in Bezug auf Kapazität) Integration kundenindividualisierender Fertigungsschritte (z.b. Farbgebung) Auswertung von großen Datenbeständen z.b. zur Ermittlung von erfolgreichen Anordnungen der Produktionsmodule im Produktionsraum, je nach Produktionsprogramm Dies erlaubt eine hohe Varianz, evlt. auch personalisierte Herstellung Die Rolle des Menschen (Arbeiters) wird sich verändern. Vom ausführbaren zum bewertenden Mitarbeiter Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

6 Der Weg zu Industrie 4.0 Quelle: Bauernhansel, Fraunhofer IPA Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

7 Was bedeutet der Begriff Industrie 4.0? Adaptive, sich selbststeuernde und flexible Produktionsanlagen Vernetzung aller Stakeholder an der Wertschöpfung Lebens -zyklus Verfügbarkeit aller relevanter Informationen in Echtzeit Datenbasiert den Wertschöpfungsfluss steuern Quelle: Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

8 Cyberphysische Systeme als 4. Revolution Quelle: DFKI Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

9 Video Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

10 Datenaustausch in Echtzeit und übergreifende Vernetzung sind die Basis für eine erfolgreiche Umsetzung der Vision von Industrie 4.0 in die Realität Quelle: Industrie Quelle: Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

11 Daten haben die unbestrittene Eigenschaft, wertvoller zu sein, wenn sie geteilt werden. Henning Kagermann, Präsident Acatech Quelle: Quelle: Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

12 Der Mehrwert vom Datenaustausch in Realzeit Vermeidung ungeplanter Stillstandzeiten durch effiziente Diagnosekonzepte Sicherstellung von Verfügbarkeit und Produktivität durch intelligente, vorausschauende Instandhaltungs- und Beschaffungsstrategien Optimierung des Energiebedarf durch Implementierung eines betrieblichen Energiemanagement Nachweis der Produktqualität und kontinuierliche Optimierung der Produktion Verbesserung von Anlagenauslastung und Produktionsqualität durch flexible Steuerung der Produktion entsprechend aktueller Marktanforderungen Quelle: Siemens. Industrial Data Management Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

13 Begrifflichkeiten Industrie 4.0 Bei Industrie 4.0 geht es um die ganzheitliche Orientierung an individuellen Kundenwünschen, die Nutzung von Echtzeitdaten und die Einbeziehung der Umweltbilanz in den Produktionsprozess. (acatech) Industrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. (VDI) Industrie 4.0 erstreckt sich vom Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. (VDI) Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

14 Definition Industrie 4.0 Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit, aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen. Quelle: Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

15 Definition Cyber-Physische Systeme Cyber-Physical Systems (CPS) sind gekennzeichnet durch eine Verknüpfung von realen (physischen) Objekten und Prozessen mit informationsverarbeitenden (virtuellen) Objekten und Prozessen über offene, teilweise globale und jederzeit miteinander verbundene Informationsnetze. Industrie 4.0 soll Maschinenbau, Elektrotechnik und Informations- und Kommunikationstechnik vereinen Quelle: Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems, Acatech 2012; Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

16 Cyberphysische Systeme Produkte mit eingebetteten Minicomputern, Sensoren und Funkschnittstellen, die mit ihrer Umgebung kommunizieren (bspw. über das Internet) Adaptiv zur Laufzeit Quelle: Cyber-Physical-Systems Chancen und Nutzen aus Sicht der Automation, VDI Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

17 Herausforderungen von Industrie 4.0 Notwendigkeit starken Schwankungen des personalseitigen Kapazitätsbedarf zu decken Quelle: Spath D. et al. (2013), S. 5 Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

18 Herausforderungen von Industrie 4.0 Welchen Stellenwert nimmt die schnelle Reaktion auf Kundenanforderungen in den nächsten fünf Jahren ein? Eine Investition in ein intelligentes Produktionssystem soll einzigartige Kundenorientierung und Transparenz ermöglichen. Quelle: Studie Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

19 Herausforderungen von Industrie 4.0 Wie wichtig wird menschliche Arbeit (Planung, Steuerung, Ausführung, Überwachung) in fünf Jahren für Ihre Produktion sein? Quelle: Studie Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

20 Herausforderungen von Industrie 4.0 Wie wichtig ist der flexible Einsatz ihrer Produktionsmitarbeiter? Quelle: Studie Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

21 Herausforderungen von Industrie 4.0 Schwankungen der Absatzmärkte Quelle: Studie Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

22 Herausforderungen von Industrie 4.0 Bediensysteme für den Menschen Müssen neue Aus- und Weiterbildungskonzepte entwickelt werden? Neben der Ausbildungsstrategie muss auch die Möglichkeiten der augmented reality verbessert werden, um die Flexibilität der Arbeitskraft zu fördern. Quelle: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

23 Video Quelle: Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

24 Herausforderungen von Industrie 4.0 Kommunikation Können Maschinen intelligent mit Menschen zusammenarbeiten? Welche Chancen und Risiken ergeben sich für ihr Unternehmen durch Industrie 4.0? Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

25 Herausforderungen von Industrie 4.0 Kommunikation zwischen System und Mensch Quelle: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

26 Herausforderungen von Industrie 4.0 Kommunikation zwischen System und Mensch Fehlende Kommunikation Geringe Transparenz Unselbstständigkeit Schlechte Effektivität Quelle: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

27 Herausforderungen von Industrie 4.0 Kommunikation Hohe Flexibilität Hohe Transparenz Quelle: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

28 Chancen durch Industrie 4.0 Herausforderungen Internationaler Wettbewerbsdruck Ressourcenverknappung Innovationsdruck und kürzere Lebenszyklen Steigende Komplexität und Volatilität Demografischer Wandel Chancen Aufbau von Flexibilität in Prozessen Bedienung individueller Kundenwünsche Transparenz der Prozesse für Kunden und Stakeholder Effizienzgewinn durch flexibles Ressourcenmanagement Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

29 Anwendungsszenarien für Industrie 4.0 Automobil-Industrie Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

30 Anwendungsszenarien für Industrie 4.0 Produktion Smart Product Smart Machine Augmented Operator Quelle: SmartFactoryKL am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

31 Komponenten von Industrie 4.0 Das smart product bestimmt die passende Verpackung für die Variante Design des Produkts ist im Gedächtnis hinterlegt und flexibel anpassbar RFID organisiert den Weitertransport und Versand Die Maschinen erkennen, welcher Schritt für die Erstellung des Produkts notwendig ist Alle Komponenten sind im Internet miteinander verbunden Die Form und Farbe kann durch die Daten im Produktgedächtnis festgelegt werden Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

32 Anwendungsszenarium für Industrie 4.0 Produktion Steuerungskomponente: Inline Controller erhält produktspezifische Parameter nach Generierung des Auftrags Speicherung der Informationen auf einem semantischen Gedächtnis durch einen RFID-Chip (Dateiformat OMM) Roboter als Bindeglied zwischen den Schritten Fertigungsstatus wird aktualisiert Quelle: SmartFactoryKL am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

33 Anwendungsszenarium für Industrie 4.0 Die Frässtation Auftragsdaten direkt im Produkt dezentral auf RFID-Chip Kundenindividuelle Fräsung durch vernetzte Steuerung Erzeugen des Fräsprogramm aus Auftragsdaten Bestückung der Maschine automatisch über Roboter Quelle: SmartFactoryKL am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

34 Anwendungsszenarium für Industrie 4.0 Die automatisierte Montagestation Flexibilität und Kundenorientierung Losgröße 1 Erstellen der Variante aus digitalem Gedächtnis Verpresstation nach Plug & Produce-Prinzip austauschbar CPS in Industrie 4.0 Intelligenter Werkstückträger, der Fertigungsprozess steuert Unterstützung durch eingebettete Sensorik M2M-Kommunikation Angebot der Funktionalitäten als gekapselte Webservices Intelligente Erfassung und Visualisierung von Ressourcenverbrauch Quelle: SmartFactoryKL am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

35 Anwendungsszenarium für Industrie 4.0 Der Handarbeitsplatz Station als erweiterte Qualitätskontrolle und Inbetriebnahme des Produkts Unterstützung der Arbeitsabläufe durch IuK-Technologie und Sensorik Neue Möglichkeiten durch Einbindung von Tablet-PCs Augmented Reality Virtuelle Montageanleitungen auf RFID- Tag Geringere Fehlerquoten in Prozessabläufen Schnellere Einarbeitung von Mitarbeitern in Montageprozesse Möglichkeit zur vorrausschauenden Instandhaltung Quelle: SmartFactoryKL am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

36 Anwendungsszenarium für Industrie 4.0 Prozesskontrolle Kontrolle in der übergreifenden digitalen Leitzentrale Kontrolle dezentral durch jeden berechtigten Mitarbeiter Quelle: SmartFactoryKL am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider

37 Forschungsbedarf In jedem Gastvortrag werden Herausforderungen adressiert Industrie 4.0 Kapitel 0 PD Dr. Agnes Koschmider