FRAUNHOFER-EINRICHTUNG FÜR GIEßEREI-, COMPOSITE- UND VERARBEITUNGSTECHNIK IGCV INTELLIGENTE VERNETZUNG IN DER FABRIK: UMSETZUNGSBEISPIELE VON INDUSTRIE 4.0 Prof. Dr.-Ing Johannes Schilp 23.11.2016 Fraunhofer
AGENDA Vorstellung Fraunhofer IGCV Augsburg Gedanken zur 4. Industriellen Revolution Cyber-Physische Produktionssysteme Ausgewählte Industrie-4.0-Beispiele Lernfabrik für vernetzte Produktion 2
FRAUNHOFER IGCV Daten und Fakten Gründung: 1. Juli 2016 Einrichtungsleitung: Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart (geschäftsführend) Prof. Dr.-Ing. Klaus Drechsler Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk Entwicklungsziel: Ausbau zu einem selbstständigen Fraunhofer-Institut Standort Augsburg Hauptsitz Leitung, Verwaltung, Wissenschaftsbereiche: Verarbeitungs- und Compositetechnik Standort Garching: Wissenschaftsbereich Gießereitechnik Gefördert von: 3
FRAUNHOFER IGCV WIR NUTZEN SYNERGIEN IN DEN FORSCHUNGS- UND ENTWICKLUNGSBEREICHEN: Gießereitechnik Formstoffe Sand- und Kokillengießverfahren Simulation und Auslegung von Form- u. Gusskomponenten Compositetechnik Hybride Mischbauweisen Online-Prozess-Monitoring Materialien und Prüftechnik CFK-Fertigungstechnologien Verarbeitungstechnik Ressourceneffizienz in Fabriken Intelligent vernetzte Produktion Flexibilisierung der Produktion Vernetzte Modellbildung und Simulation Recycling Additive Fertigung Effizienz und Bilanzierung 4
GEDANKEN ZUR 4. INDUSTRIELLEN REVOLUTION MEDIENHYPE UM INDUSTRIE 4.0 Quelle: www.cio.de Quelle: www.welt.de Quelle: www.faz.de Quelle: www.elektroniknet.de 5
GEDANKEN ZUR 4. INDUSTRIELLEN REVOLUTION - SUCHANFRAGEN 07.01.2015 Industrie 4.0 soll hier und nicht im Valley stattfinden Interesse nach zeitlichem Verlauf 2011 2013 Interesse nach regionaler Verteilung 2013 Interesse nach regionaler Verteilung 2015 6
GEDANKEN ZUR 4. INDUSTRIELLEN REVOLUTION DEFINITIONEN Unter dem Schlagwort Industrie 4.0 werden momentan Entwicklungen hin zu einem Produktionsumfeld diskutiert, das aus intelligenten, sich selbst steuernden Objekten besteht. (Studie Produktionsarbeit der Zukunft) "Industrie 4.0" ist ein Marketingbegriff ( ) und steht für ein "Zukunftsprojekt" der deutschen Bundesregierung. (Gabler Wirtschaftslexikon) Industrie 4.0 ist ein vielfach angeführtes Schlagwort für die Weiterentwicklung industrieller Produktions- und Wertschöpfungssysteme. (Studie Industrie 4.0 im Mittelstand) Bildquelle: inspire pr 7
GEDANKEN ZUR 4. INDUSTRIELLEN REVOLUTION DIE VIERTE INDUSTRIELLE REVOLUTION? 1. Einführung mechanischer Produktionsanlagen im 18. Jahrhundert 2. Arbeitsteilige Massenfertigung und Automatisierung (Taylorismus) ab 1870 3. Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion ab 1969 4. Intelligente Objekte und Internet der Dinge bis 2020 8
CYBER-PHYSISCHE PRODUKTIONSSYSTEME MOTIVATION UND HERAUSFORDERUNGEN Gesellschaftliche Megatrends: Globalisierung Individualisierung demografische Entwicklung Fortschreitende Digitalisierung: Vernetzung Flexibilisierung Dezentralisierung Einbindung des Menschen: physisch und mental: Engineering Robotik Assistenzsysteme, Lernen Einbindung der Gesellschaft
CYBER-PHYSISCHE PRODUKTIONSSYSTEME TECHNOLOGIEN RUND UM INDUSTRIE 4.0 Knowledge Discovery in Databases (Big Data Analytics) Cyber-Physische Systeme (CPS) Internet der Dinge und Dienste Intelligente Sensornetzwerke Industrie 4.0 Assistenzsysteme Digitale Fabrik 10 Bildquellen: BMW Group; Fraunhofer IIS
CYBER-PHYSISCHE PRODUKTIONSSYSTEME CYBER-PHYSISCHES SYSTEM (CPS) Öffnen des Fahrzeugs, Sitzeinstellung, SMS, E-Mail, Radiosender, CPS = Eingebettetes System + intelligente Vernetzung 11 Fraunhofer Projektgruppe IGCV RMV des Fraunhofer IGCV Bildquellen: BMW, Apple
DIGITALISIERUNG IN DER LOGISTIK - BEST PRACTICE WITTENSTEIN AG MILKRUN 4.0 Intelligente Materialbereitstellung Digitales Abbild des Materialflusses der Fabrik (Digitaler Zwilling) Optimales Timing für die Fahrten werden berechnet. Anzahl der Fahrten werden reduziert, Ressourcen werden gespart und Mitarbeiter können anderen 12 Tätigkeiten nachgehen.
VALUEFACTURUNG - BEST PRACTICE MASCHINENFABRIK REINHAUSEN Intelligente Vernetzung in der Fertigung Software, die Herstellprozesse überwacht, verwaltet und steuert Maschinen kommunizieren in Echtzeit Informationen für die Fertigung werden dem Werker über Werkbank-Bildschirme bereitgestellt. Statistiken zur besseren Auslastung der Fertigung 13
CYBER-PHYSISCHE PRODUKTIONSSYSTEME ANWENDUNG VON CPS IN DER PRODUKTION Simulationsservice Planung und Steuerung von Produktionsabläufen Management-Cockpit Intelligente Behälter CPS-Werkstückträger CPS-Werkzeugmaschine CPS-Produktionsinsel 14 Fraunhofer IGCV Intelligentes Produkt
DAS REFERENZARCHITEKTURMODELL I4.0 (RAMI 4.0) STRUKTURIERUNG VON I4.0-TECHNOLOGIEN RAMI 4.0 beschreibt, wie das Thema Industrie 4.0 strukturiert angegangen werden kann. Das Schichtenmodell bildet alle relevanten informationstechnischen Komponenten überschaubar ab. Allerdings: Fehlende Konkretisierung der einzelnen Bausteine Anwendung für produzierendes Gewerbe nur bedingt möglich. Weiterentwicklung von RAMI nötig, um Handlungsempfehlungen abgeben zu können. 15
OPC-UA: WEGBEREITER ZUR VERNETZTEN FABRIK STANDARDISIERTE M2M-KOMMUNIKATION Ermöglicht Datenaustausch auf horizontaler und vertikaler Ebene Sicherer, zuverlässiger und hersteller- unabhängiger Transport von Rohdaten und Vorverarbeitung der Informationen. Kommunikation ist unabhängig von der Programmiersprache vom Betriebssystem der Anwendungen offener Standard Vernetzte Umwelt Smart Factory Smarte Produkte 16
AUSGEWÄHLTE INDUSTRIE-4.0-BEISPIELE MENSCH-MASCHINE-KOLLABORATION Körperliche Belastung Die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter macht die Arbeit in der Produktion angenehmer und ergonomischer. Der Roboter kann viele Dinge genauer und schneller als der Mensch. Verstehen wir ihn als Werkzeug oder als Konkurrenz? Nimmt der Roboter Arbeitsplätze weg oder entlastet er? Ist der Roboter sicher? Kollege Roboter Hohe Anforderungen an die Qualität in der Montage 17 Fraunhofer Projektgruppe IGCV RMV des Fraunhofer IWU Quelle: BMW
AUSGEWÄHLTE INDUSTRIE-4.0-BEISPIELE INTERAKTIVE MONTAGE Situationsbasierte Bereitstellung von Informationen in der Montage Multimodale Informationsaufbereitung Interaktive Schulung von neuen Montagevorgängen Reduzierung von Qualitätsmängeln 18
AUSGEWÄHLTE INDUSTRIE-4.0-BEISPIELE KUNDENINDIVIDUELLE PRODUKTE Wirtschaftliche Herstellung kundenindividueller Produkte der Losgröße 1 durch additive Fertigungsverfahren Material- und Ressourceneffizientes Produzieren Regionale Fertigung in Kundennähe möglich 19 Kein Versand von Produkten um den Globus, sondern Daten
AUSGEWÄHLTE INDUSTRIE-4.0-BEISPIELE INTELLIGENTES BEHÄLTERMANAGEMENT Fallen nun einfache Arbeiten weg? Intelligenter Behälter (ibin ) Funkgesteuerte Übermittlung der Behälterdaten zum Zentrallager Erhöhung der Transparenz und Versorgungssicherheit Automatische Nachbestellung 20 Quelle: Würth Industrie Service GmbH & Co. KG
Optische Dichte AUSGEWÄHLTE INDUSTRIE-4.0-BEISPIELE PROZESSOPTIMIERUNG DURCH MACHINE LEARNING Aufnahme von relevanten Prozessparametern Automatisierte Analyse des Parametereinflusses auf die Druckqualität Schätzung der optimalen Prozessparameter mittels KNN Verbesserter Anlauf einer Rollenoffsetmaschine mit Modell-basierter Regelung 1,2 zulässige Toleranz Bildquelle: MAN Roland und LITHOMAN 0,6 0,0 Volltondichte ungeregelt Volltondichte geregelt 0 2000 4000 Exemplare
kw AUSGEWÄHLTE INDUSTRIE-4.0-BEISPIELE RESSOURCENEFFIZIENZ DURCH INTELLIGENTE STECKER Entwicklung einer nachrüstbaren Komponente zur Energiemessung Aufbau einer Referenzarchitektur für Condition Monitoring Hauptstecker Aggregate Antriebe Hauptstecker Aggregate Motore Energie-basierte, adaptive Produktionssteuerung Zeit Wem gehören die Energiedaten? Wird die Fabrik gläsern? Wer darf Gewinn daraus schlagen? 22
KONTAKT Prof. Dr.-Ing. Johannes Schilp Ordinarius Universität Augsburg Lehrstuhl für Produktionsinformatik Eichleitnerstraße 30 I 86159 Augsburg Telefon +49 821 598-3368 johannes.schilp@informatik.uni-augsburg.de Prof. Dr.-Ing. Johannes Schilp Wissenschaftsbereich Produktionssysteme Fraunhofer-Einrichtung für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV Standort martini-park: Provinostr. 52 I 86153 Augsburg Telefon +49 821 90678-122 johannes.schilp@igcv.fraunhofer.de 23