Industrie 4.0 Die Produktion von morgen Kernparadigmen und Umsetzungsbeispiele

Industrie 4.0 Die Produktion von morgen Kernparadigmen und Umsetzungsbeispiele Dr. Ing. Matthias Loskyll Stv. wissenschaftlicher Leiter Innovative Fabriksysteme (IFS) Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, DFKI GmbH und Wissenschaftlicher Koordinator SmartFactory KL e.v. DFKI 2014-1

Übersicht Industrie 4.0: Das Internet der Dinge in der Produktionstechnik Kernparadigmen von Industrie 4.0 und Umsetzungsbeispiele Das Intelligente Produkt Die Intelligente Maschine Zusammenfassung DFKI 2014-2

Internet der Dinge im Alltag Allgegenwärtige Vernetzung Produktscanner Location Based Friend Finder Tracking & Tracing DFKI 2014-3

Industrie 4.0: Übertragung des Internet der Dinge auf die Produktionstechnik Verknüpfung von Produkten/Maschinen mit Informationen im Internet Erfassung von Kontextinformationen Ein Netzwerk von intelligenten Objekten Situationsbezogenes Anbieten von Diensten und Dienstleistungen Vernetzung von Maschinen und Produkten im Fabrik Netzwerk DFKI 2014-4

Von Industrie 1.0 zu Industrie 4.0 DFKI 2014-5

Zentrale Vision von Industrie 4.0 DFKI 2014-6

Kernparadigmen von Industrie 4.0 Global Facility Virtual Production Smart Factory Smart Product Augmented Operator Smart Equipment DFKI 2014-7

Übersicht Industrie 4.0: Das Internet der Dinge in der Produktionstechnik Kernparadigmen von Industrie 4.0 und Umsetzungsbeispiele Das Intelligente Produkt Die Intelligente Maschine Zusammenfassung DFKI 2014-8

Das intelligente Produkt Intelligentes Produkt = physisches Produkt + digitales Produktgedächtnis Produktgedächtnis: maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung von Informationen aus dem gesamten Lebenszyklus des Produkts Produkte tragen Wissen über den Produktionsauftrag und steuern ihren Produktionsprozess Neues Paradigma: Das entstehende Produkt als aktive Systemkomponente Mehrwert: Möglichkeit zur individuellen Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und geringen Losgrößen DFKI 2014-9

Durchgängige Gedächtnislösung über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts Individuelle Montage Individuelle Befüllung Kontrolle Mehrwert durch Speicherung von produktbezogenen Daten in open-loop -Prozessen durch das Produktgedächtnis Bereitstellung für den Endnutzer Überwachung der Logistik-Kette DFKI 2014-10

Übersicht Industrie 4.0: Das Internet der Dinge in der Produktionstechnik Kernparadigmen von Industrie 4.0 und Umsetzungsbeispiele Das Intelligente Produkt Die Intelligente Maschine Zusammenfassung DFKI 2014-11

Die intelligente Maschine Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen DFKI 2014-12

Plug&Play Komponentenintegration Unabhängige modulare mechatronische Einheiten Einheitliche mechanische und elektrische Schnittstellen Integrierte Steuerungsintelligenz Semantische Funktionsbeschreibung SOA Architektur and dynamische Orchestrierung SOA Architektur Plug&Play-Verpressstationen in der SmartFactoryKL DFKI 2014-13

Neue SmartFactory Anlage auf der HMI 2014 DFKI 2014-14

Standards sind verfügbar Interoperabilitäts Standards Kommunikations Standards Elektromechanische Grundstandards ISO OSI 7 6 5 4 3 2 1 Semantic service discovery WSDL EDDL Device Class Profiles SoA Services OPC UA IP Ethernet HAN Modular.. SoA OPC UA TCP/IP RJ45, WiFi 3x400V 24V Not Aus Druckluft DFKI 2014-15

Von intelligenten Objekten zur intelligenten Fabrik Intelligente Fabriken Intelligente Maschinen Aggregationsebene Intelligente Objekte DFKI 2014-16

Die intelligente Maschine Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen DFKI 2014-17

Vertikale Integration von Geschäftsprozessen und Feldebene Ethernet WLAN IP 183.77.19.0 ERP Ebene Enterprise Management IP Net Ethernet IP 173.17.11.0 IP 163.37.19.0 IP 173.18.91.0 IP 173.12.41.0 IP 173.67.31.0 UMTS Prozesse control room IP Standard 183.77.xx.x Middleware e.g. OPC UA UMTS Vertikale Integration Logistik Instandhaltung Fertigung MES Ebene Control Center Steuerungsebene SPS, NC power Feldebene Sensoren/Aktoren DFKI 2014-18

Die Zukunft der Steuerungstechnik Programming IEC 61131 3 IEC 61499 ERP Domain Maintenance Domain??? service Machine Domain service service PLC Control electrical signals Profibus messages M R V M smart controller service M Device Domain R V service M smart µserver Past Present Future Hard PLC BUS PLC smart CPS Network DFKI 2014-19

Die intelligente Maschine Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen DFKI 2014-20

Serviceorientierung als Architekturparadigma für verteilte Steuerungen Service Orchestrierung Dynamisches Binden Service Aufruf über standardisierte Schnittstelle Service Verzeichnis Kapselung von mechatronischen Funktionalitäten zu Services dezentrale Intelligenz DFKI 2014-21

Fallstudie: serviceorientierte Anlagensteuerung in der SmartFactory KL Digi ME 9210 as service gateway Service b Service c Service z Service b Service b Service a Service a Service b Service b Service b Assembly unit Pneumatic assembly module Embedded Device + I/O board DFKI 2014-22

Übersicht Industrie 4.0: Das Internet der Dinge in der Produktionstechnik Kernparadigmen von Industrie 4.0 und Umsetzungsbeispiele Das Intelligente Produkt Die Intelligente Maschine Zusammenfassung DFKI 2014-23

Zusammenfassung Industrie 4.0 Mehrwerte entstehen durch die Nutzung von umfassenden und aktuellen Informationen über Produkte, Anlagen und Prozesse Optimierung bestehender Prozesse in der eigenen Produktion kundenindividuelle Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und geringen Losgrößen Reduzierung von Rüstzeiten und damit Stillstandszeiten Erhöhung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) durch durchgängige Informationsbereitstellung Reduzierung und Parallelisierung von Engineering Aufwänden Anbieten von Mehrwertdiensten für die hergestellten Komponenten Bedeutung für Unternehmen: vom Produkthersteller zum Lösungsanbieter Umsetzung: Technologie und Anwendungen müssen verschmelzen Basistechnologien sind vorhanden: primär Migration notwendig Kritische nächste Schritte: Standardisierung, IT Security in der Automatisierungstechnik, rechtliche Fragen hinter Industrie 4.0 DFKI 2014-24

Gartner Hype Cycle Visibility Industrie 4.0 Media Peak of inflated expectations Marketing Plateau of productivity Media Technology trigger Trough of disillusionment Source: Gartner Time DFKI 2014-25

Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Dr. Ing. Matthias Loskyll Innovative Fabriksysteme (IFS) DFKI GmbH Matthias.Loskyll@dfki.de 0631/20575 5285 DFKI 2014-26