Industrie 4.0 die vierte industrielle Revolution. Univ.-Prof. Dr. Christian Ramsauer

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1 1 Industrie 4.0 die vierte industrielle Revolution Institut für Industriebetriebslehre und Innovationsforschung, TU Graz 5. Juni

2 Agenda Was ist Industrie 4.0? Bedeutung der Produktion für unsere Gesellschaft Potenziale der Industrie 4.0 für einen Produktionsstandort Forschung am Institut Zusammenfassung 3 Die vier Stufen der industriellen Revolution Abbildung 1: Die vier Stufen der Industriellen Revolution Quelle: Promotorengruppe Kommunikation der Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 4

3 Definition der Industrie 4.0 Aktuelle Trends aus der Welt der Informations- und Kommunikationstechnologie in industrielle Produktionssystemen integrieren Ziel: intelligente Maschinen, Logistiksysteme und Betriebsmittel die untereinander, eigenständig Informationen austauschen Definition der Plattform Industrie 4.0: Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen... dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke. 5 Plattform Industrie 4.0 Initiative zur Förderung der Produktionsforschung. Industrie 4.0 ist Teil des Aktionsplanes der deutschen Bundesregierung zur Hightech-Strategie 2020 verabschiedet im November 2011 Gründung der Plattform Industrie 4.0 im April 2013 Träger der Plattform Industrie 4.0 sind die drei Verbände: Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.v. Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. 6

4 Vorstandskreis der Plattform Industrie 4.0 Deutsche Telekom AG Hewlett-Packard GmbH IBM Deutschland GmbH SAP Deutschland AG&Co. KG FESTO AG & Co. KG Thyssen Krupp AG Trumpf GmbH + Co. KG Volkswagen AG PHOENIX CONTACT GmbH & Co. KG WITTENSTEIN AG ABB AG Infineon Technologies AG Robert Bosch Industrietreuhand KG Siemens AG acatech Deutsche Akademie der Technik-wissenschaften e.v 7 Wissenschaftlicher Beirat der Plattform Industrie 4.0 RWTH Aachen Technische Universität Darmstadt Technische Universität München Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Universität Stuttgart Universität Paderborn Technische Universität Berlin Helmut-Schmidt-Universität Hamburg Technische Universität Kaiserslautern Technische Universität Dortmund Universität Passau Universität Oldenburg Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz Alexander von Humboldt Institut für Internet und Gesellschaft 8

5 Thesen der Plattform Industrie 4.0 (1/2) Technik Mensch Mensch Humanorientierte Gestaltung der Arbeitsorganisation Organisation Qualifikationen und Handlungsspielräume von Mitarbeitern erhöhen (lernförderliche Arbeitsmittel) Organisation Wertschöpfungsnetzwerke integrieren Produkt, Produktion und Services Zusammenarbeit und Wettbewerb führt betriebswirtschaftlich und rechtlich zu neuen Strukturen Quelle: Plattform Industrie 4.0: Industrie 4.0 Whitepaper FuE Themen; April Thesen der Plattform Industrie 4.0 (2/2) Technik Mensch Technik Systeme sind für den Anwender einfach zu verstehen, intuitiv, und lernförderlich Zugängliche Lösungsmuster (Industrie 4.0 by Design) Intelligente Produkte sind aktive Informationsträger Systemkomponenten bieten ihre Funktionalitäten als Dienste an Organisation Quelle: Plattform Industrie 4.0: Industrie 4.0 Whitepaper FuE Themen; April

6 Industrie 4.0 soll die Effizienz erhöhen Als Kenngrößen des industriellen Managements können genannt werden: 1 Die Legitimität: Die Gesamtaufgabe erfüllen Die Effektivität: Die richtigen Dinge tun Die Effizienz (der Ressourcen): Die Dinge richtig tun Produktivität: Kenngröße der technischen Leistungsmessung durch Verhältnis von mengenmäßigem Output und mengenmäßigem Input an Ressourcen. Wirtschaftlichkeit: Quelle: 1) PÜMPIN C.; PRANGE J.: Management der Unternehmensentwicklung Phasengerechte Führung und der Umgang mit Krisen Das St. Gallener Management-Konzept, Bd. 2, Frankfurt Ist Industrie 4.0 mehr als eine neue Produktionstechnologie? Industrie 4.0 stellt eine neue Produktionslogik dar Smart Factory Software wird in Produkte und Produktionssysteme eingebettet Funktionen werden autonom durchgeführt Smart Products Jederzeit eindeutig identifizierbar, lokalisierbar und kennen Herstellungsprozesse Selbstständiges ansteuern der einzelnen Stationen für ihre Produktion 12

7 Smart Factory Abbildung 2: Smart Factory als Teil des Internets der Dinge und Dienste innerhalb der Industrie 4.0 Quelle: Promotorengruppe Kommunikation der Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie Revolution oder Weiterentwicklung? Durch neue Produktionslogik ist Potential für eine Revolution vorhanden Moderne Informations- und Softwaretechnologien wachsen mit klassischen industriellen Prozessen zusammen Evolutionären Wandel einzelner Technologien, aber revolutionäre Auswirkung auf die Industrie möglich 14

8 Agenda Was ist Industrie 4.0? Bedeutung der Produktion für unsere Gesellschaft Potenziale der Industrie 4.0 für einen Produktionsstandort Forschung am Institut Zusammenfassung 15 Zitate aus einem Artikel im Harvard Business Review vom März 2012 von Harvard Prof. G. Pisano und Co-Autor W. Shih: Does America really need manufacturing? - Yes, when production is closley tied to innovation Managers often don t appreciate how important manufacturing is to the product-development process The deep integration of product-design and manufacturing processes can actually pose a major barrier to entry for newcomers The standard of living will decline over time without manufacturing 16

9 Handelsbilanzen von High-Tech Produkten 250 $ Milliarden USA Asien-9 China EU Japan Abbildung 3: Handelsbilanz von High-Tech - Produkten für einzelne Regionen zwischen 1995 und 2008 Quelle: PCAST: Report to the President on ensuring American Leadership in Advanced Manufacturing, Juni 2011, S Bedeutung der Ressourcen Material, Energie und Personal: 30% des Energieverbrauches in Deutschland gehen auf das Konto der Industrie (Stand Oktober 2012) 40 % der Herstellkosten gehen typischerweise auf das Konto der Materialkosten 20-30% der Herstellkosten gehen in der Maschinenindustrie typischerweise auf das Konto der Lohnkosten Die Auswirkungen der Material-, Energiekosten sowie der Kosten für Kapazitätsflexibilität auf das EBIT und über die Preisgestaltung der Produkte auf das Wachstum sind enorm... 18

10 Warum Ressourceneffizienz? Entwicklung der Energiepreise in Europa 100 Preisentwicklung US $ pro Barrel Öl Erdöl Erdgas Kohle Abbildung 4: Europäische Energiepreisentwicklung Quelle: Deutsche Rohstoffagentur in der Bundesanstalt Geowissenschaften und Rohstoffe (2011) 19 Warum Ressourceneffizienz? Preisentwicklung für Metalle und Mineralien Metalle und Mineralien Preis Index, 2000 = 100% Abbildung 5: Preisentwicklung für Metalle und Mineralien von (2000 = 100%) Quelle: World Bank Commodity Price Data (2011) 20

11 Bedeutung der Produktion in der Gesellschaft Ohne Industrie kein Wachstum und keine Beschäftigung (Wettbewerbsbericht 2013, EU Kommission) Um die Jahrtausendwende: Outsourcing und Dienstleistungen im Zentrum der Industrienationen Wie in anderen fortgeschrittenen Volkswirtschaften geht vom verarbeitenden Gewerbe nach wie vor ein Großteil der Innovationen aus. (Wettbewerbsbericht 2013, EU Kommission) Lebensstandard von Industrienationen leidet erheblich darunter 21 Agenda Was ist Industrie 4.0? Bedeutung der Produktion für unsere Gesellschaft Potenziale der Industrie 4.0 für einen Produktionsstandort Forschung am Institut Zusammenfassung 22

12 Erwartete Potenziale der Industrie 4.0 (1/3) Intelligente Assistenzsysteme für Mitarbeiter Fokus auf kreative und wertschöpfende Prozesse Entlastung bei Routineaufgaben Maximale Nutzung der Arbeitszeit (keine Verschwendung) Leistungssteigerung durch Freude an der Arbeit Reaktion auf demographischen Wandel Effiziente Berücksichtigung individueller Kundenwünsche Rentable Fertigung von Einzelstücke (Losgröße 1) 23 Erwartete Potenziale der Industrie 4.0 (2/3) Gute Entscheidungengrundlage durch hohe Transparenz Dynamische Gestaltung von Produktionsprozessen Flexible Reaktion auf Störungen und Ausfälle Ressourceneffizienz wird gesteigert Neue Wertschöpfung und neuartige Geschäftsmodelle 24

13 Erwartete Potenziale der Industrie 4.0 (3/3) Zusätzliche Wertschöpfungspotenziale in der Industrie in Deutschland bis 2025: Quelle: BITKOM; Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland, Studie, Konkrete Themenfelder der Plattform Industrie 4.0 (1/2) Voraussetzungen / Querschnittstechnologien 1. Security & Safety 2. Industrie 4.0-Plattform mit Referenzarchitekturen (Standardisierung) 3. Funkkommunikation für Industrie 4.0 Szenarien Wertschöpfungsnetzwerke 4. Neue Geschäftsmodelle 5. Framework Wertschöpfungsnetzwerke (CPS Plattformen, Kooperationen) 6. Automatisierung von Wertschöpfungsnetzwerken Quelle: Plattform Industrie 4.0: Industrie 4.0 Whitepaper FuE Themen; April

14 Konkrete Themenfelder der Plattform Industrie 4.0 (2/2) Durchgängigkeit des Engineerings 7. Integration von realer und virtueller Welt 8. Systems Engineering Vernetzte Produktionssysteme 9. Sensordatenanalyse und Ableitung einer datenbasierten Prozesssteuerung 10. Intelligenz, Flexibilität und Wandelbarkeit Neue soziale Infrastrukturen der Arbeit 11. Multimodale Assistenzsysteme 12. Technologieakzeptanz und Arbeitsgestaltung Quelle: Plattform Industrie 4.0: Industrie 4.0 Whitepaper FuE Themen; April Konkrete Themenfelder der Plattform Industrie Multimodale Assistenzsysteme Humanzentrierte Auslegung der Mensch-Maschine-Schnittstelle Technologische Voraussetzung für Zusammenarbeit Fördert Kreativität und Lernfähigkeit 12. Technologieakzeptanz und Arbeitsgestaltung Akzeptanz der neu eingeführten Technologien Sozio-technisches System Qualifizierungen der Mitarbeiter Quelle: Plattform Industrie 4.0: Industrie 4.0 Whitepaper FuE Themen; April

15 Was kann Industrie 4.0 für einen Produktionsstandort bedeuten? Industrie 4.0 stärkt die Wettbewerbsfähigkeit von Hochlohnländern als Produktionsstandort und sichert damit den Wohlstand in diesen Ländern! Nachteile durch z.b. hohe Energie- und Lohnkosten gegenüber Billiglohnländern können durch Effizienz kompensiert werden 29 Agenda Was ist Industrie 4.0? Bedeutung der Produktion für unsere Gesellschaft Potenziale der Industrie 4.0 für einen Produktionsstandort Forschung am Institut Zusammenfassung 30

16 Lernfabrik Industrie 4.0 am IBL Institut Physische Lernfabrik mit Montagelinie an der TU Graz Forschungsprojekt Anwendung von bestehender Sensorik zur Optimierung der Produktion Projekt mit Oxford University ab Oktober 2014 Quelle: TU Graz / Lunghammer Lange Nacht der Forschung; April Lernfabrik Industrie 4.0 am IBL Institut Themen im Bereich Industrie 4.0 in der Lernfabrik Technologieakzeptanz und Arbeitsgestaltung Sensordatenanalyse und Ableitung einer datenbasierten Prozesssteuerung Integration von realer und virtueller Welt Intelligenz, Flexibilität und Wandelbarkeit Quelle: TU Graz / Lunghammer Lange Nacht der Forschung; April

17 FabLab powered by IBL/PSM Themen im Bereich Industrie 4.0 im FabLab Technologieakzeptanz und Arbeitsgestaltung Qualifizierung und einfache Bedienung Losgröße 1 3D Drucker CNC Fräsmaschine Vinylcutter Lasercutter 3D Scanner Elektronik-Arbeitsplatz Sandstrahlmaschine Etc. Rektor Kainz (Quelle: TU Graz / Lunghammer) 33 Agenda Was ist Industrie 4.0? Bedeutung der Produktion für unsere Gesellschaft Potenziale der Industrie 4.0 für einen Produktionsstandort Forschung am Institut Zusammenfassung 34

18 Zusammenfassung Produktion ist eine notwendige Voraussetzung für unseren hohen Lebensstandard (!). Wandert die Produktion ab, geht zeitverzögert oft auch R&D verloren. Industrie 4.0 ist ein Lösungskonzept, das neue Impulse für die Produktionsforschung der nächsten Jahre initiiert. Effizienz des Produktionssystems spielt dabei eine Hauptrolle. Potenziale bis ca. 80 Mrd. EUR sind alleine in Deutschland bis 2025 zu erwarten. Der Mensch steht im Mittelpunkt der Initiative. Am Institut beforschen wir insbesondere mit der Lernfabrik Industrie 4.0 Themen. Die Initiative Industrie 4.0 soll die Wettbewerbsfähigkeit in Hochlohnländern und damit die Standortsicherheit bzw.unsere Arbeitsplätze sichern helfen. 35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 36

19 BACK UP 37 Zusatzkosten durch Schwankungen im personalseitigen Kapazitätsbedarf haben heute starke Schwankungen im personalseitigen Kapazitätenbedarf. sehen zukünftig starke Schwankungen. 70% 60% 50% +29% 56% -6% +29% +49% 60% 40% 30% 41% 44% 20% 10% 0% 27% 47% 15% 11% von Monat zu Monat von Woche zu Woche von Tag zu Tag innerhalb eines Tages Abbildung 7: Starke Schwankungen im personalseitigen Kapazitätsbedarf Quelle: Spath D. et al.: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0, Stuttgart,

20 Finanzielle Ressourcen: Ziel ist es mit möglichst geringen finanzielle Mitteln im Sinne von Investitionen und Betriebskosten Output-Ziele zu erreichen Vermeidung von Überkapazitäten Sinnvolle Gesamtanlageneffektivität (OEE) Vermeidung von hohen Betriebskosten (zb Energiekosten, Wartungskosten) 39 Beispiele laufender Projekte zum Thema Welche Themen werden derzeit an Universitäten und in Unternehmen behandelt? Neue Methoden und Technologien für eine kundennahe Produktion Cloud Computing Modulare, herstellerübergreifende Produktionsanlage Mensch-Roboter Interaktion Schutz gegen Cyberangriffe Virtuellen dynamischen Produktions- und Logistikanlagen Integration von Tablet-PCs und Smartphones in der Montage Lernfabrik Industrie 4.0 Quelle: DFKI-SmartFactoryKL Quelle: Projekt Tarakos 40 40

21 Lernfabrik Industrie 4.0 am IBL Institut Lerninhalte in Lernmodule unterteilt: Modul 1 Ergonomie und Umwelteinflüsse auf Arbeitsplätze Modul 2 Bestimmung von Prozessund Zeitdaten Modul 3 Fehlervermeidung und Visuelles Management Modul 4 LEAN Denken LEAN Handeln Modul 5 Nivellierung, Glättung und Austaktung Modul 6 Material- und Informationsflussgestaltung Modul 7 Betriebsstätten- und Layoutplanung Modul 8 Materialbereitstellung Modul 9 Supply Chain Management Modul 10 Energiewertstrom Modul 11 Energieverschwendung und Energieeinsparpotentiale Modul 12 Industrie 4.0 Legende: Fokus IE Fokus Logistik Fokus Energie Fokus Produktion der Zukunft 41