SmartFactory KL. Wegbereiter von Industrie 4.0. Willkommen in der Zukunft der industriellen Produktion

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1 SmartFactory KL Wegbereiter von Industrie 4.0 Willkommen in der Zukunft der industriellen Produktion

2 02 VISION Die Zukunft muss einfach sein. Im Jahr 1991 beschrieb Mark Weiser die Vision einer zukünftigen Welt mit dem Begriff des Ubiquitous Computing. Seitdem sind viele Details der beschriebenen Vision Wirklichkeit geworden: Unsere Handys sind leistungsstarke Multimedia-Systeme, unsere Autos Computer-Systeme auf Rädern und unsere Häuser sind intelligente Wohnumgebungen. All diese Fortschritte müssen auf wettbewerbsintensiven Märkten in kürzeren Zyklen als je zuvor in neue Produkte umgewandelt werden. Heute sind die daraus resultierenden Anforderungen an Gestaltung, Aufbau und Betrieb unserer Fabriken entscheidend für den Erfolg. In der Vergangenheit haben wir oft die Komplexität in Strukturen und Kontrollsystemen erhöht, was in starren monolithischen Produktionssystemen gipfelte. Aber die Zukunft muss einfach sein nicht nur in der Organisation, sondern auch bei der Planung und Technik! Wir müssen Technologien entwickeln, die uns erlauben, Planung und Aufbau zu beschleunigen, um schnelle Produktwechsel während des Betriebes zu ermöglichen und den Entwicklungsaufwand zu reduzieren. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sollten wir auch die intelligenten Technologien aus unserem täglichen Leben nutzen. Aber für den industriellen Einsatz gibt es noch viele offene Fragen. Die vorhandenen Technologien können für den Verbraucher akzeptabel sein, aber noch nicht für industrielle Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen. Daher wurde die Technologie-Initiative SmartFactory KL von industriellen und akademischen Partnern gegründet, um eine Demonstrations- und Forschungsplattform für innovative Fabriktechnologien zu schaffen. In vielen Projekten werden neue Lösungen entwickelt, getestet und evaluiert. Die Ihnen vorliegende Broschüre beschreibt Arbeitsweisen von SmartFactory KL und informiert über ihre Ideen und Projekte. Bei Fragen und Anregungen freuen wir uns über Ihre Kontaktaufnahme. Prof. Dr. Dr. h.c. Detlef Zühlke Initiator und Vorstandsvorsitzender SmartFactory KL Wissenschaftlicher Direktor Innovative Fabriksysteme (IFS), DFKI Industrie 4.0 ist als Schlagwort schon seit Jahren bekannt doch mehr denn je können wir jetzt den Einzug konkreter Konzepte und Ideen in die Produktionen dieser Welt beobachten. Die SmartFactory KL leistet seit 2005 Pionierarbeit auf diesem Gebiet.

3 04 ÜBER UNS 2014 wurde die einzigartige, herstellerübergreifende Industrie 4.0-Anlage erstmals präsentiert. Die Anlage befindet sich bereits in der vierten Iteration im gewachsenen Partnerkonsortium. Bei SmartFactory KL forschen verschiedene Netzwerkpartner gemeinsam an praxisnahen Pilotanlagen. Die modulübergreifende Produktweitergabe des intelligenten Werkstücks erfolgt über ein einheitliches Transportsystem. Gemeinsam forschen, entwickeln, realisieren. SmartFactory KL ist eine europaweit einzigartige herstellerunabhängige Demonstrationsund Forschungsplattform, in der innovative Informations- und Kommunikationstechnologien und deren Einsatz in einer realitätsnahen industriellen Produktionsumgebung getestet und weiterentwickelt werden. Unser Ziel ist die Integration ausgereifter Informationstechnologien in die Fabrikautomation. Die bereits im Alltag gebräuchlichen Geräte und Anwendungen aus der Konsumelektronik, wie beispielsweise Tablet-PCs, Smartphones, Navigationsgeräte oder drahtlose Kommunikationssysteme, sollen die traditionelle Arbeitsweise in der Industrie bereichern und den Weg zu flexibleren und effizienteren Konzepten im zukünftigen Fabrikbetrieb eröffnen. Die Technologie-Initiative SmartFactory KL e.v. wurde im Jahr 2005 als gemeinnütziger Verein gegründet, um ein Netzwerk von Akteuren aus Industrie und Forschung zu etablieren und darin gemeinschaftliche Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu initiieren und durchzuführen. Dabei reicht die Bandbreite von der Arbeit an Basistechnologien bis zur Entwicklung marktfähiger Produkte. SmartFactory KL kooperiert von Anbeginn intensiv mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI). Diese erfolgreiche Zusammenarbeit garantiert den Anschluss an die deutsche Spitzenforschung auf dem Gebiet innovativer Softwaretechnologien. Getragen wird die Initiative durch die aktive Beteiligung ihrer Partner, sowie durch die finanziellen Beiträge von Förderern. Die Partner und Förderer gestalten eine lebendige Partnerschaft, um die Vision der Fabrik der Zukunft mit modernen und innovativen Mitteln zu verwirklichen. Wir laden Sie ein, an unserem Netzwerk teilzuhaben.

4 06 MEILENSTEINE Unsere Meilensteine: In großen Schritten von der Idee in die Anwendung. 2. Demonstrator: Keyfinder-Anlage Mittelstand 4.0- Kompetenzzentrum Kaiserslautern SmartFactory KL hat sich in den letzten zehn Jahren rasant entwickelt von einem Verein, den wenige Mitglieder mit einer gemeinsamen Vision gegründet haben, zum führenden Kompetenzzentrum und Wegbereiter von Industrie Innovationstag 2009 Living lab Demonstrator: Industrie 4.0- Produktionsanlage 2017 mehr als 45 Partner Innovationspreis T-Mobile 2009 AWARD 2015 DFKI BASF Pepperl+Fuchs ProMinent Gründung Demonstrator: Seifenanlage 2007 AWARD Audi Production Award Demonstrator: SkalA 2009 SmartFactory KL veranstaltet den 01. Innovationstag, der von nun an jährlich stattfindet. Die Veranstaltung stößt auf großes Interesse bei Gästen aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft, Forschung und Medien. KSB TU Kaiserslautern AWARD Siemens Land der Ideen Im Rahmen des BMBF-Spitzenclusters wird SmartFactory KL als eines von drei Living Labs zum Mittelpunkt der Entwicklung und Evaluierung emergenter Software für die Prozess- und Fertigungsindustrie Die BASF, das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, KSB, Pepperl+Fuchs, ProMinent, die Technische Universität Kaiserslautern und Siemens gründen die Technologie-Initiative SmartFactory KL e.v. in Kaiserslautern Die erste Demonstrationsanlage wird in Betrieb genommen. Die sogenannte Seifen-Anlage zeigt erstmals im kleinen Maßstab, wie eine intelligente Fabrik in der Praxis aussehen kann Die SmartFactory KL präsentiert gemeinsam mit zehn Industriepartnern die weltweit erste, herstellerübergreifende Industrie 4.0-Produktionsanlage auf der Hannover Messe SmartFactory KL wird, zusammen mit weiteren Kompetenzträgern aus der Region, vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) zum Mittelstand 4.0- Kompetenzzentrum Kaiserslautern ernannt Mittlerweile arbeiten mehr als 45 Partner gemeinsam daran, das Projekt SmartFactory KL voranzubringen.

5 08 LEITVISION Unsere Leitvision: Aus der Fabrik von heute wird die Factory of Things. Stufen der industriellen Revolution Ende 18. Jhdt. Beginn 20. Jhdt. Beginn 70er Jahre heute Produzierende Unternehmen, insbesondere der Mittelstand, stellen das Rückgrat der deutschen Wirtschaft dar und sichern durch ihre Reaktionsfähigkeit auf veränderte Anforderungen des Marktes und ihre Innovationskraft Beschäftigung und Wohlstand am Produktionsstandort Deutschland. Die Megatrends zu kundenindividuellen Produkten und kürzeren Lieferzeiten bringen gemeinsam mit einem rasant steigenden Kosten- und Effizienzdruck einen deutlich verschärften Wettbewerb auf dem Weltmarkt mit sich. Innovationsvorsprünge im Maschinenbau und der industriellen Produktion in intelligenten Fabriken sichern die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands. Hierfür ist die Ablösung der klassischen hierarchischen Strukturen heutiger automatisierungstechnischer Systeme notwendig. Durch den Einsatz Cyber-Physischer Systeme (CPS) werden die Technologien des Internet der Dinge auf die Fabrik übertragbar: Produkte steuern ihren Fabrikationsprozess selbst und übernehmen ihre eigene Qualitätskontrolle. Starre Fabrikstraßen werden zu modularen, effizienten Systemen und schonen Ressourcen. Der Mensch wird durch smarte Ausbildungs- und Assistenzsysteme unterstützt. Bei SmartFactory KL arbeiten Forscher und Praktiker gemeinsam daran, der deutschen Industrie den Weg in die 4. industrielle Revolution zu ebnen. Mechanisierung 2 1 Massenfertigung 3 Automatisierung 4 Cyber-Physische Systeme SmartFactory KL zeigt, wie in einer erfolgreichen Public Private Partnership der Transfer von visionären Forschungsergebnissen in die industrielle Praxis gelingt.

6 10 LEISTUNGSSPEKTRUM Wir unterstützen Sie vom Know-how zum Do-how. Forschung SmartFactory KL koordiniert die gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der Mitglieder. Wir identifizieren Forschungsinteressen, überprüfen Möglichkeiten zur Unterstützung der Vorhaben durch Fördermittel auf nationaler wie internationaler Ebene und bilden kompetente Konsortien. Zur Durchführung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten können wir auf hochqualifizierte und erfahrene Mitarbeiter zurückgreifen. Unsere Mitglieder können im Kontext von Smart- Factory KL auch Studien- und Diplomarbeiten platzieren. Hierfür steht uns ein Pool von motivierten und interdisziplinär ausgebildeten studentischen Mitarbeitern und Absolventen der relevanten Studiengänge zur Verfügung. SmartFactory KL produziert keine fertige Lösung Industrie 4.0 zum Verkauf. Aber wir ermöglichen die Umsetzung der intelligenten Fabrik von morgen, überprüfen Unternehmen auf ihre Industrie 4.0-Readiness und begleiten sie über alle Entwicklungsstufen hinweg bei der Umsetzung. Unsere Partner unterstützen wir mit einem breiten Spektrum an Leistungen. Transfer in die Praxis SmartFactory KL unterstützt Mitglieder und Kunden in allen Phasen von Beratungsprojekten: Von der Identifikation und Bewertung von Anwendungsfällen über die Konzeption individueller Industrie 4.0-Lösungen und deren Einbettung in bestehende Produktionsprozesse bis hin zur technischen Koordination Ihres Industrie 4.0- Projektes sowie der Erarbeitung von Migrationsstrategien für Folgeaktivitäten. So tragen wir dazu bei, die in anwendungsorientierten Forschungsprojekten erarbeiteten Ergebnisse in die industrielle Praxis zu überführen. Standardisierung In Kooperation mit den relevanten Verbänden und Gremien initiiert und begleitet SmartFactory KL Standardisierungsvorhaben auf nationaler und internationaler Ebene. Durch die Bereitstellung erster öffentlich zugänglicher Standards liefern wir Industrie und Anlagenbauern den Anschub, die Ideen von Industrie 4.0 auch als Businessmodelle zu verwirklichen und in konkreten Produkten heute schon zu realisieren. Infrastruktur Innerhalb eines Netzwerks aus Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen stellt SmartFactory KL eine herstellerunabhängige, realitätsnahe Forschungs- und Demonstrationsumgebung zur Verfügung. Diese Plattform dient als Testbed für neue Technologien, Steuerungsarchitekturen und Komponenten: Anlagenteile und Steuerungselemente unterschiedlichster Hersteller können im Rahmen von Prototypentests und Pilotvorhaben integriert, getestet und weiterentwickelt werden. Information und Kommunikation SmartFactory KL organisiert für Mitglieder und Kunden Informationsveranstaltungen und interaktive Workshops zu aktuellen Forschungsthemen und Fragestellungen aus der Praxis. Dabei werden Denkanstöße diskutiert und an Partnerinstitutionen weitergegeben. Die Verbreitung der erarbeiteten Themen fördern wir durch öffentlichkeitswirksame Aktivitäten wie Messeauftritte, Konferenzbeiträge, wissenschaftliche Veröffentlichungen und Pressearbeit. Ebenso kommunizieren wir Forschungs- und Entwicklungsergebnisse innerhalb des Netzwerkes und nach außen.

7 12 UNSERE PARTNER Viele Mitglieder, ein gemeinsames Ziel: Wir wollen uns einen Vorsprung sichern. Die Realisierung von Industrie 4.0 erfordert Ideen und Zusammenarbeit, Experimentierfreude und Lernbereitschaft. Viele renommierte Unternehmen und Einrichtungen haben dies erkannt und unterstützen uns als Mitglieder. Dazu gehören Mittelständler und Konzerne ebenso wie auch Forschungsinstitute und Bildungseinrichtungen; produzierende Unternehmen wie auch Anbieter von Anlagen und Steuerungssystemen. Gemeinsam in einem starken Netzwerk sammeln wir wichtige Erfahrungen, entwickeln konkrete Lösungen für die Praxis und bestimmen die Zukunft der intelligenten Fabrik maßgeblich mit.

8 14 INNOVATIVE FABRIKSYSTEME (IFS) Visionäre Technologien für die Fabrik der Zukunft Spitzenforschung im Bereich Innovative Fabriksysteme Folgende Forschungsthemen stehen im Mittelpunkt: Bereich Automatisierung Modularisierungs- und Architekturkonzepte für Produktionsanlagen, deren Infrastrukturen und Software Informationsmodelle von Diensten, Prozessen und Anlagen sowie deren Anwendung innerhalb der Digitalen Fabrik im Kontext von Industrie 4.0 Echtzeitkommunikationen (Industrial Ethernet, TSN,..) sowie Daten- und Diensteverwaltung im Edge-Computing-Zeitalter Der Forschungsbereich Innovative Fabriksysteme (IFS) am DFKI beschäftigt sich mit der Einbindung von Entwicklungen aus den Bereichen Künstliche Intelligenz, Ubiquitous Computing, Smart Objects und Serviceorientierte Architekturen in Anlagen und Systemen der Produktionstechnik. Bei der Entwicklung von modellbasierten, kontextadaptiven Benutzungsschnittstellen für Mensch-Maschine-Systeme im Rahmen von Forschungs- und Industrieprojekten steht der Aspekt der Nutzerorientierung stets im Fokus. Bereich Mensch-Technik-Systeme Wissensmanagement im Produktionsumfeld (Semantische Strukturierung über den gesamten Wertschöpfungsprozess, Produktionslebenszyklus) Entwicklung kontextsensitiver Benutzungsschnittstellen in unterschiedlichsten Anwendungsfeldern (von mobiler Wartungsunterstützung, dem Monitoring von Feldgeräten und Maschinen bis zur Gestaltung von Handarbeitsplätzen) Entwicklung von Konzepten zum Einsatz innovativer Technologien und Geräte im Produktionsumfeld (Handarbeitsplatz, Werkerassistenz) und deren praktische Erprobung im Industrieumfeld Bereich Digitale Produktionsprozesse Erarbeitung, Bewertung und technische Konzeption von Industrie 4.0-Anwendungen für die Produktion (z.b. Digitale Anwendungen für die Lean Production, modulare IT-Architekturen für Fertigungslinien oder Informationsmodelle für die vertikale Integration zwischen Steuerung und IT-Systemen) Entwicklung von Vorgehen zur Migration und Auswahl von Technologien zum Nachrüsten bestehender Produktionsanlagen (z.b. Retrofitting mittels Cyber-Physischer Systeme, Technologieauswahl für Big Data-Anwendungen) Systems Engineering für wandelbare, CPS-basierte Produktionsanlagen (z.b. Unterstützung in der Entwicklung aus Sicht unterschiedlicher Fachdisziplinen) Präsentation des Forschungsprojektes AmbiWise zum mobilen, standortübergreifenden Wissensmanagement In der SmartFactory KL wird diese Spitzenforschung in die Realisierung überführt, zusammen mit den Mitgliedern in die Produktionen eingebracht und die Ergebnisse daraus am Markt letztendlich als fertige Produkte angeboten.

9 16 MITTELSTAND 4.0 Schwerpunkte zur Unterstützung des Mittelstands bei der Digitalisierung: Intelligente Systeme Vernetzung und Kommunikation Digitalisierung basiert auf Daten. Wir beantworten Ihre Fragen von der Gewinnung der Daten über deren Austausch zwischen Systemen bis hin zur sinnvollen Auswertung und Nutzung. Vernetzung Systementwicklung Digitale Beschreibung Interdisziplinarität Datensicherheit Informationstechnologien Die Grundlage Für die Digitalisierung benötigen Sie eine geeignete IT-Infrastruktur. Wir unterstützen Sie beim Einsatz der geeigneten Hard- und Software. IT-Infrastruktur Cloud Computing Big Data Programmiersprache Web-Technologien Die SmartFactory KL wurde 2016, zusammen mit weiteren Kompetenzträgern aus der Region, vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) zum Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Kaiserslautern ernannt. Das Kompetenzzentrum ist Teil des Förderschwerpunkts Mittelstand-Digital Strategien zur digitalen Transformation der Unternehmensprozesse, der vom BMWi initiiert wurde, um Digitalisierung in kleinen und mittleren Unternehmen und Handwerk voranzutreiben. Strategie & Organisation das Unternehmen ausrichten Industrie 4.0 betrifft alle Unternehmensbereiche: Verbessern Sie die Zusammenarbeit in Ihrer Firma und nutzen Sie die Wettbewerbsvorteile von Netzwerken und Kooperationen. Innovation Management Unternehmenskultur Mitarbeiterorganisation Geschäftsprozesse Netzwerke Produktion Ideen und technische Entwicklungen Steigende Kundenanforderungen und Komplexität durch Produktvarianten erfordern eine flexible und effiziente Produktion. Wir helfen Ihnen rund um Produktionsstätte und Fabrikhalle. Prozessautomatisierung Mensch-Maschine Interaktion Flexible Fertigung Selbststeuernde Produkte Cyber-physische Systeme Produkte und Dienstleistungen neue Wege gehen Die Digitalisierung ermöglicht neue Produkte und Dienstleistungen, mit denen individuelle Kundenwünsche erfüllt werden können. Wir geben ebenfalls Impulse für neue Geschäftsmodelle. Kundenindividuelle Anpassung neue Geschäftsmodelle Daten als Produkt Dienstleistungsbasierte Produkte Das Team des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Kaiserslautern besteht aus einem Pool an motivierten Experten rund um Digitalisierung und Industrie 4.0. Mensch Aus- und Weiterbildung Die Mitarbeiter bilden die Grundlage für den Erfolg, die Digitalisierung ändert jedoch das Arbeitsumfeld. Wir unterstützen Führungskräfte und Mitarbeiter, ihr Wissen und Ihre Kompetenzen neu einzubringen. Datenschutz Qualifikation Führung Arbeitsorganisation

10 18 KONTAKT Technologie-Initiative SmartFactory KL e.v. Trippstadter Straße Kaiserslautern T +49 (0) 631 / F +49 (0) 631 / M info@smartfactory.de Die Technologie-Initiative SmartFactory KL e.v. (SmartFactory KL ) ist ein gemeinnütziger Verein, eingetragen im Vereinsregister Kaiserslautern. Vorstand Prof. Dr. Dr. h.c. Detlef Zühlke, DFKI GmbH (Vorsitzender) Andreas Huhmann, HARTING AG & Co. KG Dr. Thomas Bürger, Bosch Rexroth AG Dr. John Herold, Belden Electronics GmbH Geschäftsführung Rüdiger Dabelow, DFKI GmbH Quellenangabe, Bilder Christopher Arnoldi Lapp Gruppe/Maiwolf

11 Prof. Dr. Dr. h.c. Detlef Zühlke Initiator und Vorstandsvorsitzender SmartFactory KL Wissenschaftlicher Direktor Innovative Fabriksysteme (IFS), DFKI M zuehlke@smartfactory.de T +49 (0) 631 / Web Technologie-Initiative SmartFactory KL e.v. Trippstadter Straße Kaiserslautern Alle Neuigkeiten rund um die SmartFactory KL in unserem Newsletter.