Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0
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- Margarethe Becker
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1 Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 Ansgar van Treeck Viktor Becker VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH Effizienz Forum Wirtschaft Ahlen, 21. März 2018 Seite 1 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
2 VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) Fokus auf Ressourceneffizienz in der betrieblichen Praxis durch Anbindung an den VDI Kompetenzzentrum für bedarfsgerechte Aufbereitung von technischem RE-Wissen für KMU Norsk Hydro Setzung von Standards durch Entwicklung von VDI-Richtlinien zur Ressourceneffizienz in Zusammenarbeit mit dem VDI e. V. VDI/Thomas Ernsting Seite 2 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
3 Foto: beermedia Fotolia.com VDI ZRE Produkte und Schwerpunkte Systematisierung mit Prozessketten Ressourcenchecks Innovationsradar Studien/ Kurzanalysen Kostenrechner Filmprojekte Qualifizierung & VDI-Handbuch Veranstaltungen Ressourceneffizienz in Kooperation mit dem VDI e.v. Seite 3 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
4 Inhalt Studie Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 und zentrale Erkenntnisse Praxisanwendungen der Digitalisierung in KMU Schlussfolgerungen für Unternehmen Seite 4 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
5 Ressourceneffizienz Ressourceneffizienz = Nutzen Aufwand Produkt Funktion Funktionelle Einheit Natürliche Ressourcen Rohstoffe Energieressourcen Wasser Luft Fläche Ökosystemleistungen Nach VDI 4800 Blatt 1 Ressourceneffizienz Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien (2016) Seite 5 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
6 These Industrie 4.0 bedeutet immer eine Steigerung der Ressourceneffizienz. Denn im Ergebnis ist sie nichts anderes als die vollständige Erfassung und Optimierung aller Energie- und Stoffströme entlang des gesamten Lebenswegs eines Produkts. Seite 6 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
7 Studie zu Ressourceneffizienz und Industrie 4.0 Titel: Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 Potenziale für KMU des verarbeitenden Gewerbes Auftraggeber: VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH Umweltministerien Baden-Württemberg, Bayern und Rheinland-Pfalz, Wirtschaftsministerium Hessen Auftragnehmer: TU Darmstadt (IWAR, PTW, DiK) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH Bearbeitungszeitraum: VDI ZRE Seite 7 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
8 Studie zu Ressourceneffizienz und Industrie 4.0 Zehn Fallstudien KMU des verarbeitenden Gewerbes Anbieter und Anwender Branchen: Maschinenbau Kunststoff Elektroindustrie Identifikation von 10 Praxisanwendungen Wetropa Kunststoffverarbeitung GmbH & Co.KG SMB Schwede Maschinenbau GmbH Sensitec GmbH Sanner GmbH J. Schmalz GmbH C&C Bark Metalldruckguss und Formenbau GmbH Hermos AG Festo AG & Co. KG Mader GmbH & Co. KG MAINCOR Rohrsysteme GmbH & Co. KG Seite 8 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
9 Einspareffekte in Praxisanwendungen Einspareffekte durch Unternehmer im Interview oder Fragebogen geschätzt (bis zu 25 %) Identifikation von Einspareffekten Verringerung des Materialeinsatzes Einsparung von elektrischer Energie Verringerung der Fehlerrate Vermeidung von Abfall Einsparung von Transporten Einsparung von Lagerraum Seite 9 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
10 Maßnahmen der digitalen Transformation 11 generische Maßnahmen der digitalen Transformation Kombination der Maßnahmen zu individuellen Praxisanwendungen M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 Vernetzung von Sensoren und Aktoren Einsatz Digitaler Objektgedächtnisse Dezentrale Steuerung Werkunterstützung und Assistenz Dynamisch kooperierende Systeme und Modularisierung Einsatz von Ortungs- und Lokalisierungssystemen Zustandsüberwachung Prädikative Wartung Durchgängige Datenintegration Virtuelle Produktentwicklung Cloud Computing Seite 10 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
11 Ergebnisse und Erkenntnisse der Studie Unternehmen stehen am Anfang der Digitalisierung Ressourceneffizienz ist (bisher) keine Motivation für Digitalisierung Digitalisierung der Industrie trägt zur Einsparung von Ressourcen bei Ressourceneinsatz der Digitalisierung kann die erreichten Einsparungen auch übersteigen Ressourcenverbräuche sind inner- und außerbetrieblich weitestgehend unbekannt Ressourceneffizienz sollte bei der Digitalisierung von Anfang an einbezogen werden Seite 11 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
12 Inhalt Studie Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 und zentrale Erkenntnisse Praxisanwendungen der Digitalisierung in KMU Schlussfolgerungen für Unternehmen Seite 12 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
13 Praxisanwendungen I (Produktentwicklung) FoamCreator: Kunden wird Produktgestaltung ermöglicht, automatisierte Produktion durch durchgängige Datenintegration Virtuelles Werkzeug im Prototypenbau: Entwicklung eines Prototypen ohne Musterwerkzeug, Werkzeugfertigung erst für die Serienfertigung Produktsimulation: Reduktion von Produktmustern in der Entwicklungsphase durch Simulation mit digitalen Modellen Seite 13 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
14 FoamCreator (Produktentwicklung) Wetropa Kunststoffverarbeitung GmbH & Co: Herstellung von Schaumstoffeinlagen für Werkzeuge oder Bauteile Ausgangssituation: Digitalisierung von Werkzeugen und Entwurf des Schaumstoffträgers erfolgte unter erheblichem Transport- und Abstimmungsaufwand Lösungsansatz: App zur Erfassung von Werkzeugen mittels Smartphone durch den Kunden Online-Services zum Entwurf eines Schaumstoffträgers durch den Kunden VDI ZRE Seite 14 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
15 FoamCreator (Produktentwicklung) Digitalisierung von Werkzeugen mittels App und anschließendem Entwurf eines entsprechenden Schaumstoffträgers mittels Software VDI ZRE VDI ZRE Seite 15 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
16 FoamCreator (Produktentwicklung) Verbesserte Ausnutzung der Werkstoffe durch digitale Produktionsplanung mit Hilfe der Kundenentwürfe und Entfall Prototypenfertigung VDI ZRE VDI ZRE Seite 16 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
17 FoamCreator (Produktentwicklung) Stoffstromanalyse Einspareffekt: 25 % Material 33 % Transport VDI ZRE Seite 17 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
18 Praxisanwendungen II (Fertigung) One Piece Flow: Auftragsauslösung durch Kundenbestellung, automatische und flexible Fertigung von individuellen Produkten Business-Warehouse-System: Automatisierte Konfektionierung, Bestellung und Fertigung von Schaltschrankkomponenten Cloud-basierte Fertigung: Bezug des Manufacturing Execution Systems und SAP-Systems als Webservice Seite 18 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
19 One Piece Flow (Fertigung) J. Schmalz GmbH: Anbieter von Vakuum-Komponenten und -Systemen für Automatisierungs- Handhabungs- und Aufspanntechnik Ausgangssituation: Serienfertigung von Schaumteilen für Flächengreifer Lagerung bis zum Eingang eines Kundenauftrags Lösungsansatz: Auftragsauslösung durch individualisierte Kundenbestellung Automatische Übertragung von Formbildern für Schaumteile mittels CAD-Dateien an Fertigung Lagerung der Schaumteile entfällt Seite 19 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
20 One Piece Flow (Fertigung) Just-in-Time-Fertigung nach Bestelleingang und digitale Abbildung des Materialflusses entlang der Prozesskette ermöglichen Losgröße 1 VDI ZRE VDI ZRE Seite 20 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
21 One Piece Flow (Fertigung) Stoffstromanalyse Einspareffekt: Bis 25 % Abfall 50 bis 75 % Fehlerrate Bis 25 % Transport Lagerraum VDI ZRE Seite 21 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
22 One Piece Flow (Fertigung) Quantitative Analyse Einsparung durch Digitalisierung des Materialstroms und One Piece Flow 200 kg Aluminiumprofil pro Jahr kg Schaumstoff pro Jahr ca kg CO 2äq pro Jahr Seite 22 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
23 Praxisanwendungen III (Datenerfassung) Druckluft-Leckage-App: Erfassung und Verarbeitung von Leckagedaten beim Kunden, Daten werden Kunden zur Verfügung gestellt Data on a Stick: Erfassung, Speicherung und Verknüpfung von Daten auf Feldebene, Echtzeit-Steuerung von Fertigungsabläufen Warehouse Management System: Optimierung der Lagerhaltung durch Implementierung des Lagermanagements mittels optischer Objektidentifikationen Optimierte Geschäftsprozesse: Datenerfassung und -verküpfung auf Feldbis ERP-Ebene Seite 23 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
24 Druckluft-Leckage-App (Datenerfassung) Mader GmbH & Co. KG: Konzeption, Implementierung und Servicedienstleistungen für Druckluftsysteme Ausgangssituation: Manuelle Dokumentation von Leckagen ohne deren Analyse Lösungsansatz: Bereitstellung eines Services zur Erfassung und Bewertung von Druckluftleckagen per App Seite 24 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
25 Druckluft-Leckage-App (Datenerfassung) Erfassung von Leckagen per Ultraschallmessgerät und anschließender Kennzeichnung mittels QR-Code VDI ZRE VDI ZRE Seite 25 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
26 Druckluft-Leckage-App (Datenerfassung) Erfassung, Analyse und Bereitstellung der Leckagedaten über App und Software VDI ZRE VDI ZRE Seite 26 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
27 Druckluft-Leckage-App (Datenerfassung) Stoffstromanalyse Einspareffekt: Bis 50 % elektrische Energie Material VDI ZRE Seite 27 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
28 Eingesparte CO2-Emission Hochrechnung für verarbeitendes Gewerbe in Dtl. pro Jahr Druckluft-Leckage-App (Datenerfassung) Quantitative Analyse Einsparungen durch Behebung der Leckagen übertreffen Aufwendungen für notwendige zusätzliche Systemelemente (Computer, Endgerät und Software) Druckluft-Leckage-App konservativ optimistisch CO2-Einsparung in t CO2-Aufwand in t Seite 28 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
29 Prozessoptimierung in der Gießerei (Datenerfassung) Kemptener Eisengießerei Adam Hönig AG: Herstellung von Eisengussteilen Ausgangssituation: Manuelle Dokumentation einiger Prozessparameter beim Guss von Metallteilen Lösungsansatz: Umfangreiche Erfassung und Verknüpfung von Prozessdaten mittels Smartphone und App Seite 29 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
30 Prozessoptimierung in der Gießerei (Datenerfassung) Erfassung des Formkastens und Verknüpfung mit Auftragsbeschreibung über Barcode und Foto VDI ZRE VDI ZRE Seite 30 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
31 Prozessoptimierung in der Gießerei (Datenerfassung) Zuordnung der Zusammensetzung und Temperatur der Schmelze zum Auftrag VDI ZRE VDI ZRE Seite 31 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
32 Prozessoptimierung in der Gießerei (Datenerfassung) Quantitative Analyse Einsparungen bei t Jahresproduktion an Gussteilen kg CO 2äq pro Jahr kwh Strom pro Jahr Energiekosten pro Jahr Seite 32 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
33 Inhalt Studie Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 und zentrale Erkenntnisse Praxisanwendungen der Digitalisierung in KMU Schlussfolgerungen für Unternehmen Seite 33 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
34 Drei Handlungsempfehlungen für KMU HK1: Ermittlung des Reifegrads der Digitalisierung und Auswahl von Maßnahmen Readiness-Check HK2: Systematische Erfassung und Auswertung von Ressourcendaten ReSET-Tool HK3: Entwicklung von Strategien für Ressourceneffizienz im Unternehmen Seite 34 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
35 Maßnahmen und digitaler Reifegrad I4.0- Erkunder I4.0- Einsteiger Readiness/Digitalisierungsstadium I4.0- Fortgeschrittener I4.0- Experte I4.0- Vorreiter Findungs- & Planungsphase Vernetzung von Sensoren und Aktoren Einsatz Digitaler Objektgedächtnisse Dezentrale Steuerung Werkunterstützung und Assistenz Dynamisch kooperierende Systeme und Modularisierung Einsatz von Ortungs- und Lokalisierungssystemen Zustandsüberwachung Prädikative Wartung Durchgängige Datenintegration Virtuelle Produktentwicklung Cloud Computing M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 Seite 35 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
36 Erfassung von Ressourcendaten Systematische Erfassung sechs betriebliche Ressourcen sechs Entwicklungsstufen der Digitalisierung VDI ZRE Seite 36 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
37 Mehr Informationen Studie: publikationen/studien Filme: Seite 37 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
38 Kontakt VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH Bertolt-Brecht-Platz Berlin : Viktor Becker Tel.: Fax: becker_v@vdi.de Seite 38 Effizienz Forum Wirtschaft Viktor Becker
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