Industrie 4.0 und die Zukunft der Produktionsarbeit Dr. Wolfgang Sinn
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- Silke Hannelore Fischer
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1 Industrie 4.0 und die Zukunft der Produktionsarbeit Dr. Wolfgang Sinn Sensorsysteme 2014 Lichtenwalde, Oktober 2014 Gliederung Entwicklungsetappen Leben und Arbeiten in vernetzten Welten Wirtschaftspolitische Zukunftsfelder Cyber-physikalische Systeme (CPS) Industrie 4.0 Produktionsarbeit der Zukunft CeBIT
2 Wellen der Konjunktur und ihre Basis-Innovationen Dampfmaschine Stahl Elektrotechnik Petrochemie Informations Baumwolle Eisenbahn Chemie Automobil technik Energie Umwelt Gesundheit Phase I Phase II Phase III Phase IV Phase V XX Phase VI regenerative Energien fossile Energie elektr. Versorgungsnetze und Energiespeicher Postnetz Fernsprechnetz Energienetz TV/Kabelnetz Mikroelektronik Mikrosystemtechnik eingebettete Systeme Quelle: Leo A.Nefiodow (Wege zur Produktivität und Vollbeschäftigung im Zeitalter der Information) u. IMTEK, Freiburg Selbstständig arbeitende Maschinen Nanotechnik Vom Menschen überwachte Maschinen Aufkommen der Atomtechnologie Mitte des 20. Jh Einfache Maschinen Erster Mikrochip 1958 Transistor Elektromotor Anfang des 18. JH Einführung der Dampfmaschine 1712 Beginn der industriellen Revolution komplexere Werkzeuge Flaschenzug Einfache Werkzeuge Faustkeil vor etwa Jahren: 2
3 Leben & Arbeiten in vernetzten Welten Soziale Netzwerke Basis:Internet/Mobilfunk Verkehrsnetz Land Wasser Luft TV/ Kabelnetz Internet Rundfunk Energie /Stromnetz Mobilfunk Mobile Bezahlsysteme Fernsprechnetz Vernetzung von Objekten Internet der Dinge/Dienste Postnetz Satellitennavigation Informationstrend Internet Das Internet ist physisch nicht greifbar, doch wird es mit jeder Sekunde größer und komplexer. Es entwickelt(e) sich vom Internet für Daten über das Internet für Videos Internet für Sprache Internet für Sicherheit Internet für Speicherung (Smart Data) Mobile Internet und nun zum Internet der Dinge (Internet of Things) (Eingebettete Systeme + Cyper-Physical Systems) Internet der Dienste (Internet of Everything) (Unternehmenssoftware + Innovative Geschäftsmodelle) Internet der Zukunft (Future Internet) (Internet der Dinge+ Internet der Dienste+ Semantisches Web+ ) 3
4 Konvergenz der Zugangsmedien Freiheit durch Mobilität Telefon Handy WAP Info Dienste GPS Bluetooth Zahlungsverkehr Signatur 20 Jahre SMS Laptop PDA Internet Mailing Spracherkennung Homebanking S y n c intell. Vernetzung & smart x PC Multimedia Plattform personalisierte Dienste Ökosystem Internet auf Rädern SetTop Box Tele Shopping Smart TV TV Vernetzt, mobil, smart zur intelligenten Umgebung M2M: mehr Daten von Maschinen erzeugt, als von menschlichen Anwendern Smart Factory Smart Grid Smart Home Smart Mobility (Smart Sensors) Quelle: 4
5 Wirtschaftspolitische Zukunftsfelder (Konvergenzmärkte) Entwicklung - Intelligente technische Systeme Entwicklungsschritte: 1. Embedded Systems 2. Cyber physical Systems (CPS) Cyber-physikalische Produktions-Systeme (CPPS) 3. Pervasive Computing Smart City *) 4. Ambient Intelligence (Intelligente Lebensräume/ Umgebungen) 5
6 Industrielle Revolution und die Integration von Sensorik Sensorik: Smart Sensors Elektronische Sensoren Elektrische Sensoren Mechanische Messwertaufnehmer Vision Industrie 4.0 Teil einer vernetzten, intelligenten Welt Industrie 4.0 fokussiert auf die Produktion intelligenter Produkte, Verfahren, Prozesse und Dienstleistungen. (Erhöhung der Automatisierung) Cyber-Physical Systems ermöglicht die intelligente Fabrik. Intelligente t Produkte unterstützen tüt aktiv den Produktionsprozess. Die Fabrik wird zum Bestandteil einer intelligenten Infrastruktur. => Das entstehende Produkt wird zur aktiven Komponente im Produktionsprozess. 6
7 Synchronisierte Welten mit CPS Reale (Phys.) Welt: Materialfluss, Ort, Zeit, Zustand, Kontext Medienbrüche Virtuelle Welt: Informationsfluss, IT, Geldfluss RFID, NFC &Co. Zunahme der Schnittstellen in der Wertschöpfungskette Werkstücke werden selbst zum Informationsträger (Digitales Produktgedächtnis) Werkstücke prägen selbst Produktionsabläufe CPS-Technologien für intelligente Infrastrukturen und Plattformen Physikalische Situationserkennung Sensorfusion, virtuelle Sensoren, Mustererkennung, Geo-/Situationskarten Vorausschauendes autonomes Handeln (Folgeabschätzung) Kooperation und Verhalten Multiagentensystem (Gruppenverhalten, geteilte Kontrolle) Mensch-Maschine-Interaktion (Interaktions-Regeln) Maschinelles Lernen CPS-Systeme S stellen sich auf ihre Nutzer bzw. Situationen tion n ein - Personalisierung Strategie der Selbstorganisation und Adaption Selbstorganisation in der Produktion (identifizierende Werkstücke) 7
8 Industrie 4.0- Die Produktion von Dingen Das verarbeitende Gewerbe steht im Zentrum einer wettbewerbsfähigen und innovativen Wirtschaft. Gene Sperling, Wirtschaftsberater B. Obama Renaissance der Industrie Der deutsche Exporterfolg spornt an. Die USA und Großbritannien wollen den Niedergang ihrer Industrie nicht mehr einfach hinnehmen. Verarbeitendes Gewerbe Anteil an der nationalen Bruttowertschöpfung (%) Der globale Fertigungssektor 8
9 Befragung zu Industrie 4.0 Produktionsarbeit der Zukunft (1) Automatisierung für immer kleinere Serien effektiv (Personalisierung) Menschliche Arbeit als wichtiger Bestandteil der Produktion (höherer Bedarf an Ingenieuren) Flexibilität als Schlüsselfaktor für die Produktionsarbeit in Deutschland (kürzere Innovationszyklen) Flexibilität in Zukunft zielgerichteter und systematischer organisieren (wachsende Komplexität) Industrie 4.0 ist mehr als CPS-Vernetzung (intelligente Datenaufnahme, - speicherung und verteilung durch Objekte und Menschen) Mehr dezentrale Steuermechanismen (vollständige Autonomie dezentraler, sich selbst steuernder Objekte ist noch Zukunftsmusik) 9
10 Produktionsarbeit der Zukunft (2) Sicherheitsaspekte (Safety und Security) sind schon beim Design intelligenter Produktionsanlagen zu berücksichtigen Aufgaben traditioneller Produktions- und Wissensarbeit wachsen weiter zusammen, Produktionsarbeiter übernehmen vermehrt Aufgaben für die Produktentwicklung. Anforderungen an klassische Automatisierungs- und Fertigungstechnik greifen auf Elemente der Energietechnik, Sensorik, Messtechnik und moderne IT-Tools zu. Mitarbeiter müssen für kurzfristigere, weniger planbare Arbeitstätigkeiten on-the-job qualifiziert werden. Sinkende Bindekraft der Berufstätigkeit Breite und an vollständigen Arbeits- und Geschäftsprozessen orientierte duale Ausbildung (Bsp.: Mechatronik) ist erforderlich Hochschulische Ausbildung neben Fachwissen tiefgreifende Praxisphasen (als Chance für Erstplatzierung) Wachstum an akademischer Weiterbildung (Weiterbildungsmöglichkeiten) Trend der beruflichen Destabilisierung im 5-Jahres Zeitraum nach Einstieg in den erlernten Beruf (hoch und höher Qualifizierte) 10
11 Universitäten des 21. Jahrhunderts UNIs gewinnen zunehmend eine Schlüsselrolle als Inkubatoren neuen Wissens Erhöhung des globalen Wettbewerbs um Fördermittel Netzwerkbildung und flexible Organisationsformen zur Suche und Einbindung besten Wissens UNIs benötigen ein eigenes Innnovationsmanagement Wissenschaft Wissen Wirtschaft Innovation Kunde Anwendung Zeit Vision => Innovationen durch Kooperation Chancen von Industrie 4.0 für Deutschland Infrastruktur Ausbildung Know-how Standards Produktivität Forschungsförderung Kommunikation und IT-Sicherheit Mehr Systemverständnis entlang der Wertschöpfungskette Analytik- und Modellierung der Systeme: Equipment-Lieferant wird Systemintegrator Sicherheit durch Hardware und Software Integration Elektronik und Mikromechanik Mensch-Maschine-Kooperation Modernisierung vorhandener Anlagen Deutschland im internationalen Wettbewerb stärken 11
12 Auf Wiedersehen! Kontakt: AMA Fachverband für Sensorik und Messtechnik e.v. Dr. Wolfgang Sinn Frankfurter Straße Dönges Tel
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