Industrie 4.0 Revolution oder Evolution?
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- Jakob Amsel
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1 Industrie 4.0 Revolution oder Evolution? Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) Fachbereich Maschinenbau Technische Universität Darmstadt Campus Lichtwiese Otto-Berndt-Straße Darmstadt Folie 1
2 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 2
3 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 3
4 Industrie Revolution oder Evolution? Prof. Dr.-Ing. E. Abele Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl C. Steinmetz, M.Sc. Folie 4
5 Industrie 4.0 First mechanical loom 1784 First assembly line Union Stock Yards Industrielle Revolution Massenproduktion Nutzung elektrischer Energie First Programmable Logic Controller (PLC) Modicon Industrielle Revolution Automatisierung, Einführung elektronischer Steuerungen und IT-Systeme 4. Industrielle Revolution basierend auf Cyber- Physical Systems 4. industrielle Revolution 3. Industrielle Revolution 2. Industrielle Revolution Komplexität 1. Industrielle Revolution Einführung von Fertigungsmethoden Nutzung von Wasserkraft, Dampfmaschine Anfang des 18. Jahrhunderts Anfang des 20. Jahrhunderts Anfang der 1970 Jahre heute 1. Industrielle Revolution time Quelle: DFKI Folie 5
6 Verständnis von 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 den 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: Plattform Industrie 4.0 Folie 6
7 Industrie 4.0 eine prägnante Einführung Industrie 4.0 Video (siehe: Quelle: acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (Oktober 2013) Folie 7
8 Die Vision von Industrie 4.0 Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Smart Factory Smart City Source: TU Darmstadt Center of Industrial Productivity Smart Grid Smart Products Source: TU Darmstadt Energy Science and Eng. Smart Folie 8
9 Die Vision von Industrie 4.0 Mensch und Arbeit Horizontale Integration Vertikale Integration cyber physische Systeme Internet der Dinge Internet der Daten Internet der Dienste Folie 9
10 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 10
11 Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Verständnis CPS Cyber-physische Systeme umfassen nach Lee (2010) zwei Sichtweisen: cyberizing the physical for specifying physical subsystems with computational abstractions and interfaces and physicalizing the cyber for expressing abstractions and interfaces of software and network components to represent physical systems dynamics in time [LEE2010] Folie 11
12 Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Kommunikation autonomer CPS Anforderungen 1. Finde eine Flasche 2. Anfahren der Flasche 3. Greifen der Flasche 4. Flasche öffnen Produktzustände: Roboter 1. Roboter an 2. Flasche erkannt 3. Flasche angefahren 4. Flasche gegriffen 5. Flasche geöffnet Produktzustände: Flasche 1. Flasche geschlossen 2. Flasche geöffnet 2. Flasche geöffnet Folie 12
13 Industrie 4.0: cyber-physische Systeme von Embedded Systems zu CPS embedded system Smart embedded system Smart and cooperative embedded system System of systems Cyber Physical systems Quelle: nach M. Broy (TU München) Folie 13
14 Reset Reset 12 MHz Reset 12 MHz Reset Reset Reset 12 MHz Reset 12 MHz Reset 12 MHz Reset 12 MHz Reset Industrie 4.0: cyber-physische Produktionssysteme (CPPS) Auftragsbearbeiung Auftragsbearbeiung Aufträge Aufträge PPSrechner ERP Aufträge Rückmeldungen Stückliste CAD Geometrie Bus (TOP-Protokoll) PPSrechner ERP Aufträge Rückmeldungen Stückliste CAD Geometrie Bus (TOP-Protokoll) GATEWAY MAP < > TOP BDE MDE FLS/MES DNC NC-Prog. CAP BDE MDE FLS/MES DNC NC-Prog. CAP Fertigung Bus (MAP-Protokoll) Fertigung Fertigungsleitrechner Fertigungszellenrechner Handhabung Fertigung Transport Folie 14
15 Industrie 4.0: cyber-physische Produktionssysteme (CPPS) Prozesslernfabrik Effizienzfabrik Folie 15
16 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 16
17 Industrie 4.0: Internettechnologien Das Internet der Dinge Der Begriff Internet der Dinge zielt auf neue, vernetzte Objekte auf der Basis von Internettechnologien. Diese können erkannt und identifiziert werden, wie z.b. durch Nutzung von IP-Adressen. Dies ist die Grundlage, um mit ihnen zu kommunizieren und bietet folgende Vorteile: Erkennbarkeit, Lokalisierbarkeit Fähigkeit zur Kommunikation und Fähigkeit zur Vernetzung. Internet Protokoll Version 6 (IPv6) IPv6 basiert auf einem 128 bit Adressraum 128 bit erlauben die Defintion von individuellen Adressen dies sind ungefähr Adressen, Jedes physische Objekt (z.b. Steuerungseinheit) könnte mit einer IP-Adresse ausgestattet werden Folie 17
18 Industrie 4.0: Internettechnologien Das Internet der Dienste (1) Der Begriff Internet der Dienste beschreibt einen neuen Ansatz der Bereitstellung Internet basierter Dienste für die Dienstleistungsgesellschaft und Dienstleistungswirtschaft. Internet Technologien bieten vielversprechende Konzepte für: bedarfsorientierte Dienstleistungen, Wissensbereitstellung, Produktgebundene Dienstleistungen and Dienste zur Steuerung des Produktverhaltens. Daraus werden neue Geschäftsmodelle möglich: Produkte als Pforte zum Dienstleistungsgeschäft Sichere (safe and secure) Dienste und Wissensschutz Dienstequalität und -zuverlässigkeit Das Internet der Dienste eröffnet neue Märkte und Geschäftsfelder Folie 18
19 Industrie 4.0: Internettechnologien Das Internet der Dienste (2) Das Internet der Dienste umfasst auch neue Ansätze, um das Zusammenwirken zwischen Menschen, Maschinen und Systeme (z.b. über Smart Products, Smart Production Ressources) zu ermöglichen und zielt auf Entscheidungsunterstützung, Sicherheit (Security and Safety), Wissenserwerb und Informationsanalyse, Kollaboration mit mehr Flexibilität, Effizienz und Effektivität. Das Internet der Dienste ermöglichst neue Ansätze zur einer verbesserten Wertschöpfung über Smart Engineering und Smart Production Processes, Smart Logistics mit höherer Effizienz Das Internet der Dienste führt zu einer intelligenteren Produktionsgesellschaft Folie 19
20 Industrie 4.0: Internettechnologien Das Internet der Daten Das Internet der Daten beschreibt, dass - zunehmend mehr Daten über Internettechnologien zur Verfügung stehen, - Daten auch über Internettechnologien gespeichert und verteilt werden können. Nach den Konzepten von Industrie 4.0 werden durch cyber-physische Systeme enorme Datenmengen erzeugt. Diese gilt es zu beherrschen, d.h. sie strukturiert zu speichern, zu analysieren, auszuwerten und zu verwerten. Wichtig ist dabei, eine Sicherheitskultur zu entwickeln, damit eine nachhaltige Vertrauensbasis geschaffen werden kann. Folie 20
21 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 21
22 Industrie 4.0: Bauteile sind Informationsträger Vom Produktdatenmodell zum Bauteildatenmodell Produktdatenmodell beschreibt Produktdaten des Produktlebenszyklus derzeit von der Idee bis zum Serienanlauf wurde zur Überwindung der Heterogenität von IT-Systemen genormt (ISO STEP ) Bauteildatenmodell beschreibt Bauteildaten des Bauteillebenszyklus von seiner Materiellen Entstehung bis zum Recycling bzw. zur Entsorgung kann zu einer wichtigen Grundlage von Industrie 4.0 werden, da in ihm die Informationen strukturiert spezifiziert werden, die über Bauteile individuell Auskunft geben. Folie 22
23 Industrie 4.0 Ansatz 3: Bauteile sind Informationsträger Vom Produktdatenmodell zum Bauteildatenmodell Folie 23
24 Auswirkungen auf die Arbeitswelt interdisiziplinäres Denken, Verständnis, und Bewusstsein auf Mitarbeiter ausgerichtete Arbeitsumgebungen, integrierter Wissens- und Kompetenzerwerb on the job neue, in Industrie 4.0 integrierte Lernumgebungen, Best Practice Netzwerke Job Enrichment Strategien Kompetenzflexibilität Folie 24
25 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 25
26 Plattform Industrie Folie 26
27 Plattform Industrie 4.0: Anwendungsszenarien Vor dem Hintergrund der Chancen wurden Anwendungsszenarien entwickelt, die von besonderer Bedeutung sind: Die resiliente Fabrik Marktplatz für Technologiedaten Intelligentes Instandhaltungsmanagement Vernetzte Produktion Selbstorgansierende adaptive Logistik Kundenintegriertes Engineering Nachhaltigkeit durch Up-Cycling Smart Factory Architecture Quelle: Plattform Industrie 4.0 ( Folie 27
28 Plattform Industrie 4.0: Themen Die Plattform Industrie 4.0 arbeitet derzeit intensiv an den Themen:: Normen & Standards Geschäftsmodelle Sicherheit Mensch & Arbeit Rechtsrahmen Forschung & Innovation Quelle: Plattform Industrie 4.0 ( Folie 28
29 Weiteres Zukunftsprojekt: Internetbasierte Dienstleistungen Folie 29
30 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 30
31 Zusammenfassung Industrie 4.0 gibt neue Impulse zur Entwicklung und Anwendung von cyber-physischen Systemen auf dem Weg zum Internet der Dinge, der Dienste und der Daten. Die Plattform Industrie 4.0 hat die Bedeutung der neuen Ansätze basierend auf durch Internet-Technologien vernetzten cyber-physischen Systemen erkannt und ist durch die Einrichtung von Arbeitskreisen initiativ geworden. Industrie 4.0 erfordert noch Forschungs- und Entwicklungsinitiativen, gleichwohl sind bereits anwendbare Lösungen sichtbar. Wie sieht die Effizienzfabrik der Zukunft aus? Revolution oder Evolution? Industrie 4.0 bietet für Unternehmen eine ernstzunehmende Vision, die es gilt unternehmensspezifisch zu bewerten und umzusetzen. Folie 31
32 Vielen Dank! Source: Potthast Fachschaftenkonferenz Folie 32
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