Intelligenz und Vernetzung in der Fertigung

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1 CHANCEN DURCH VERTIKALE INTEGRATION UND VERNETZTE PRODUKTIONSSYSTEME Intelligenz und Vernetzung in der Fertigung Perspektiven aus der Forschung Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich Universitäten Stuttgart und Siegen Automatisierungstechnik Bildquelle: Siemens AG

2 Agenda Industrie 4.0 & Fertigung Mehrwert-Radar Technologien Wandlungstreiber Beispiele Tipping Points Schlüsselfaktoren für den Geschäftserfolg

3 Industrie 4.0 in der Fertigung INDUSTRIE Wo sind Anknüpfungspunkte für Innovation? Produktion Produktions-Management (ERP / PPS), Herstellungsprozess Bildquelle: Siemens AG Mechanik Motoren, Umrichter, Steuerungssysteme, Sensoren, Elektrik / Elektronik Automatisierungskomponenten IKT- Elektronik Software Maschinen und Automatisierungssysteme Maschinen ( Stahl und Eisen ), Software (SPS, MC, MES), Systemintegration, Fertigungsprozess 3

4 Mehrwert-Radar Häufigste Nennungen und Einordnung des Nutzenversprechens von Industrie 4.0 Wirtschaft & Unternehmen Wettbewerbsdruck Umstrukturierung Personal & Beruf Technologie & Forschung Konsumenten & Individualisierung Informationsbedarf Interdisziplinäre Kompetenzen Heterogene Vernetzung Ausfallsicherheit Autonome Produktion Beherrschbarkeit Qualität Amortisierung Customizing Produktvielfalt Preisstabilität Service Geringe Lieferzeiten B2B/B2C Relationship Flexible Logistik Prozessmonitoring Kosteneffizienz Marktstrategie Flexible Serienproduktion Corporate Social Responsibility Time 2 Market Neue Märkte Kompetenzen Neue Aufgabenbereiche Gezielte Ausbildung Nachhaltigkeit Verantwortung Optimale Ressourcennutzung Compliance Klimaschutz Energieeffizienz Umwelt & Ressourcen Politische Stabilität Haftbarkeit bei Versagen Datensicherheit Grenzübergreifende Regelungen Umwelt & Recht Analysequellen: Forschungsunion - Promotorengruppe Kommunikation 2012, Das Zukunftsprojekte Industrie 4.0 und Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt acatech - Projektgruppe ProCPS 2012, Forschungsfragen in Produktionsautomatisierung der Zukunft 4

5 Erfolgsfaktoren Verknüpfen von Geschäftsmodell und Technologie Viel zitiertes Erfolgsmodell das Apple I-Phone Geschäftsmodell: neuartige Plattform für Apps und Bezahlinhalte, z.b. Musik, Games Technologie: eigene Rechenzentren und Software, aber Zukauf der Elektronik und externe Fertigung Mehrwert durch neuartige Funktionen erfüllt Bedürfnisse, die man vorher nicht hatte (Musik-, Gameplattform; Navigation) Praktisch und durchdacht puristische Funktionalität in neuem Format Bildquelle: Apple 5

6 Technologie Smarte, vernetzte Systeme als Wandlungstreiber Vernetzte Systeme Bildquelle: in Anlehnung an Gausemeier, Univ. Paderborn Kommunikationssystem Aktorik Steuerung System Informationsverarbeitung Automationsobjekt Mensch- Maschine- Schnittstelle Sensorik Mensch Umgebung Neuartiges Zusammenspiel von verteilten, intelligenten Objekten untereinander und mit dem Menschen Aber: Verharrungseffekte bei bestehenden zentralistischen Technologieplattformen, insbesondere ERP, Leit- und Steuerungssysteme 6

7 Beispiel 1 Anpassung der Produktion an neue Bedingungen Auslöser für Anpassungen der Automatisierung sind oft Anpassungen der Produkte. Hardware: Bildquelle: Kuka, Festo Produktänderungen Neues Werkzeug erforderlich Mechanik Sensorik Pneumatik Elektrik Vernetzte/verteilte Steuerung Steuerungs-Software: Benötigt wird Plug & Produce im Sinne von Autokonfiguration bei Systemveränderungen Steuerungs- Bild- Robotercode verarbeitung code 7

8 Beispiel 1 Autokonfiguration durch Smarte Komponenten auf Basis von agentenbasierten Steuerungen Lösung mit Agenten: > Offene Steuerungsarchitektur auf Basis des Agentenparadigmas > Agenten sind (eigen-) dynamisch und kapseln Module > Abgrenzbare Einheiten mit definierten Zielen und autonomem Verhalten > Interaktion mit der Umgebung und anderen Agenten Agent Werkzeugmodul Agent Robotermodul Agent Transportmodul Agent Kameramodul 8

9 Beispiel 2 Fahrzeugbatterien im Lebenszyklus Bildquellen: Google SketchUp, Varta, Apple 9

10 Technologie Disruptive Innovationen durch Erreichen von technologischen Tipping Points? Informations- und Kommunikationstechnologie haben einen Reifegrad erreicht, der bestehende Paradigmen sprunghaft verändern könnte Middleware) M2M Maschinen kommunizieren untereinander; neue Feldbusse & WAN erleichtern die Vernetzung Autonome Entscheidungen Selbstmanagement u. Auto-Adaption im Sinne von eigenständigem Verhalten Koordination im Internet der Dinge (neuartige Steuerungstechnische Mensch- Maschine- Schnittstellen (HMI) gestalten durch SmartPhone und Apps Automatisches Auswerten Embedded Systems identifizieren und melden Zustände, Schwierigkeiten Verarbeitung von Information Daten von Sensoren, RFID, HMI werden ausgetauscht 10

11 Schlüsselfaktoren Geschäftserfolg neuer Technologie-Produkte der Industrie 4.0? Nutzenversprechen Welchen konkreten Wert stiften Industrie 4.0 Technologien? Es bedarf Demonstrationen anhand konkreter Anwendungsszenarien und Untersuchungen zum Mehrwert Qualität und Dokumentation Zuverlässigkeit Transparente Abrechnung Konfigurierbarkeit MEHRWERT. Ressourcen-Effizienz Wandlungsfähigkeit Kennlinien-Kompensation Architektur der Wertschöpfung In welcher Konfiguration wird die Technologie erstellt? > Entwurfsystematiken zur Integration und Modularisierung, z.b. Software-Agenten > Strategien und Verfahren zur Komplexitätsreduktion anhand von Industrie-Szenarien Komplexität Projektgeschäft Innovative Produkte mit mittlerer Funktionalität, Kosten- Effizienz Technologische Kostenführerschaft Commodity Stückzahl 11

12 Vielen Dank! Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich Universitäten Stuttgart und Siegen