Digitalisierung der Arbeitswelt

Digitalisierung der Arbeitswelt Vortragsreihe Digitalisierung der Wirtschaft Prof. Dr.-Ing. Gisela Lanza 11.04.2016, IHK Nordschwarzwald, Pforzheim wbk Institut für Produktionstechnik KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.wbk.kit.edu

Agenda 1 1 2 2 Vorstellung wbk Institut für Produktionstechnik Einführung in Industrie 4.0 3 3 4 3 Forschungsprojekte am wbk Digitalisierung der Arbeitswelt 2 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Vorstellung wbk Institut für Produktionstechnik Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Gegründet: 1. Oktober 2009 Studiengänge: 44 Studierende: 24.000 Beschäftigte: 9.254 (davon 359 Professoren) Gesamtbudget: 785 Mio. Ziele Positionierung als Institution international herausragender Forschung und Lehre in den Natur- und Ingenieurwissenschaften mit wissenschaftlicher Exzellenz und Weltspitzenniveau in Forschung Lehre Innovation 3 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Vorstellung wbk Institut für Produktionstechnik Standorte wbk am Fasanengarten Produktionssysteme Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung wbk am Ehrenhof Fertigungs- und Werkstofftechnik wbk am Campus Nord GAMI - Global Advanced Manufacturing Institute Suzhou, China AMTC - Advanced Manufacturing Technology Center Shanghai, Jading Campus der Tongji Universität, China wbk, Fasanengarten, KIT wbk, Ehrenhof, KIT Gebäude 276, KIT Campus Nord AMTC, China GAMI, China 4 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Vorstellung wbk Institut für Produktionstechnik Forschungsportfolio Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer Prof. Dr.-Ing. Gisela Lanza Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Schulze 5 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Einführung in Industrie 4.0 Herausforderungen der Produktion Ressourceneffizienz Globale Produktion Volatilität Individualisierung Das übergeordnete Ziel der Produktion ist eine ressourceneffiziente Herstellung individualisierter Serienprodukte in globalen Netzwerken, die mit Unsicherheit und Dynamik umgehen können. Hierzu muss Industrie 4.0 ein Enabler sein. Quelle: R. Bartz, Daimler AG 7 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Einführung in Industrie 4.0 Die Zukunft 1. Ind. Revolution (~1750) 2. Ind. Revolution (~1870) 3. Ind. Revolution (~1960) Arbeits- und Kraftmaschinen ermöglichen die Industrialisierung und verhindern Hungerkatastrophen Wohlstand durch arbeitsteilige Massenproduktion mit Hilfe elektrischer Energie Elektronik und IT ermöglichen automatisierungsgetriebene Rationalisierung sowie die variantenreiche Serienproduktion 4. Ind. Revolution (~2000) Quelle: R. Bartz, Daimler AG Quelle: IPA CPS* vernetzt mit dem Internet der Dienste und der Menschen ermöglichen Entkopplung von Wohlstand und Ressourcenverbrauch Ressourcenknappheit und Komplexität im globalen Wettbewerb als Treiber Cyber physische Product Life Cycle Systeme als Wertschaffungssystem Wie sehen die disruptiven Killerapplikationen aus? Welche Branchen dominieren? Wird die Post Carbon Society kommen und welche gesellschaftlichen Veränderungen werden passieren? *CPS = Cyber-Physical-System Bilder: hannovermesse.de, ingenieur.de, blog.im-c.de 8 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Einführung in Industrie 4.0 Definition Plattform Industrie 4.0 - acatech Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. Kennzeichen der Cyber-Physical Systems Erfassung physikalischer Daten mit Sensoren Intelligente Datenauswertung / BigData Einwirkung auf physikalische Welt mittels Aktorik Verwendung webbasierter Dienste Verwendung multi-modaler Mensch-Maschine- Schnittstellen echtzeitfähige und dezentrale Vernetzung Quelle: Acatech, wbk Bild: fotolia 9 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Einführung in Industrie 4.0 Vision einer menschzentrierten Fabrik in Industrie 4.0 Bild: TRUMPF 10 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Prozess Leitanbieter Umsatz Produkt Einführung in Industrie 4.0 Innovations-Suchfelder Technische Produktinnovationen Geschäftsmodell / Serviceinnovation Kunden, die diesen Artikel gekauft haben Neue Sensorik Technische Prozessinnovationen Amazon Organisatorische Innovation Quelle: Allianz Industrie 4.0 Technisch Plug & Produce Effizienz Leitanwender E-Kanban Organisatorisch Bilder: Balluff, Amazon, Manufactus, GAMI 11 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Forschungsschwerpunkte zu Industrie 4.0 am wbk TCO 2.0 Auftragsabwicklung Service Adhoc-Sensorik Resiliente Produktionssteuerung Wandlungsfähigkeit Qualitätssicherung Intelligente Instandhaltung Digitale Modelle Anlaufverbesserung Dynamische Prozessparameter Echtzeit Inline-Messtechnik Safety Prozesssicherheit 13 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Problemstellung und Motivation uvm. Shopfloor uvm. Industrie 4.0 erlaubt Produktivitätsgewinn! Aber wie? Mittelstand Hohe Investitionen in neue Technologien stellen für mittelständische Unternehmen ein Hindernis dar Unzureichende Ressourcen und Knowhow für neue Methoden Größerer Verantwortungsbereich der Mitarbeiter auf dem Hallenboden Management der Investitionsrisiken Mitarbeiterintegration Produktivitätsgewinn 14 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Menschzentrierte Regelkreise in Industrie 4.0 Sensorik Daten Datenkorrelationen (z.b. Algorithmen) Kontext Informationen Methoden und Werkzeuge Vernetzung Entscheidungsunterstützung Kompetenz Rückkopplung Entscheidung Shopfloor Der Mitarbeiter wird mittels Industrie 4.0-Methoden assistiert und kann so fundierte Entscheidungen treffen. 15 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Lösungsansatz am Beispiel Sartorius Sensorik Daten Datenkorrelationen (z.b. Algorithmen) Kontext Informationen Methoden und Werkzeuge Vernetzung Entscheidungsunterstützung industrieblick fotolia.com Natailya Hora fotolia.com Kompetenz Stationäre Überwachung des Produktionsprozesses an einzelnen Stationen der Produktentstehung Rückkopplung Aktuell First Time Yield (FTY) von 80% Entscheidung Fehlende ganzheitliche Erhebung von Einflussgrößen hinsichtlich Anwender Produkt- und Prozessqualität entlang des Produktentstehungsprozesses Anwender 16 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Lösungsansatz am Beispiel Sartorius Sensorik Daten Datenkorrelationen (z.b. Algorithmen) Kontext Informationen Methoden und Werkzeuge Vernetzung Entscheidungsunterstützung Kompetenz Rückkopplung Thomas Siepmann fotolia.com Qualitätsdaten in der Fertigung Prozessanalysedaten in der Montage Entscheidung Anwender NAN fotolia.com Fehlende Korrelation und damit mangelhafte Nutzung der Daten in den nächsten Prozessschritten Anwender 17 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Lösungsansatz am Beispiel Sartorius Sensorik Daten Datenkorrelationen (z.b. Algorithmen) Kontext Informationen Methoden und Werkzeuge Vernetzung Entscheidungsunterstützung branex fotolia.com michaeljung fotolia.com Bereitstellung von aufbereiteten Daten und Informationen erfolgt Rückkopplung auf dem Shopfloor Fehlende Versorgung der Mitarbeiter mit Informationen mittels digitaler Assistenzsysteme direkt am Arbeitsplatz Entscheidung Anwender Kompetenz Anwender Bilder: newsmax.de, k-zeitung.de 18 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Lösungsansatz am Beispiel Sartorius Sensorik Daten Datenkorrelationen (z.b. Algorithmen) Kontext Informationen Methoden und Werkzeuge Vernetzung Entscheidungsunterstützung Fehlende Schulungskonzepte für Mitarbeiter im Umgang mit neuen Technologien Fehlende demografieorientierte Kompetenzentwicklungskonzepte im Zusammenhang mit Industrie 4.0 Rückkopplung Entscheidung Kompetenz Anwender Anwender 19 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Menschzentrierte Regelkreise: BMBF-Projekt Intro 4.0 Beirat Befähiger Reifegradbasierte Toolbox Handlungsleitfaden Risiko- und Potentialabschätzung Kompetenzentwicklung Industrie 4.0 Befähigungs- und Einführungsstrategien Anwender 20 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

AAA ffff AAAA fffff AAAA AAA Forschungsprojekte am wbk Use Case 1 - Datenverarbeitung in der Produktion IT-Vernetzung für das Qualitätsmanagement Sprechblase mit Bilder: Stihl, www.dozuki.com Herausforderung Unvorhergesehene Anlagenausfälle Hohe Anlagenausfallzeit Nutzen der vorhandenen Sensorik ausschöpfen Verbesserungspotential Schnelle Reaktion auf Störungen Optimierung der Instandhaltungsstrategie 21 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Use Case 2 - Vernetzung mit der Produktion Digitales Konstruktionsfeedback Bilder: era-contact Herausforderung Sehr kleine Losgrößen mit hoher Variantenvielfalt in der Endmontage Revision von Kupplungen nach 15 Jahren Manuelle Weitergabe von Anmerkungen zu Konstruktionszeichnungen Verbesserungspotential Echtzeitnahes Feedback zu Zeichnung an Konstrukteur Verringerung des Archivierungsaufwandes für Revisionen 22 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Use Case 3 - Mensch / Maschine Schnittstelle Mitlernende Assistenzsysteme Bilder: Auto-Medienportal.Net/Audi, EYEBizz Herausforderung Größere Arbeitsinhalte in der Montage Stress und Fehler bei den Mitarbeitern Verbesserungspotential Ad-Hoc-Anleitungen / mitlernende Assistenzsysteme Augmented-Reality u.a. zwischen Konstrukteur und Monteur 23 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Industrie 4.0 als Enabler der Lean Philosophie JIT bei hoher Volatilität Bedarfsgerechte Kanbans Dynamischer Takt Resilientes Bestandsmanagement Integrierte Systeme Mitlernende Assistenz- Systeme KVP über soziale Netzwerke Papierlose Fabrik Transparenz entlang der Supply- Chain Automat. Aufnahme von Wertströmen Einh. Datenschnittstellen Live-Sankey- Diagramme Null-Fehler- Prinzip Digitales Poka Yoke Kürzeste Regelkreise Mitarbeiter- & Varianten Flexibilität Echtzeit- Levelling in der Montage Mensch als Informationsquelle Produktion/ Logistik Kontinuierliche Verbesserung Standardisierung Visualisierung Qualität und stabile Prozesse Arbeitsorganisation Industrie 4.0 ist Enabler für einen neuen Schub der Lean Production. Bestehende Methoden und Werkzeuge ganzheitlicher Produktionssysteme werden erweitert. 24 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Forschungsprojekte am wbk Unternehmenspotentiale durch Industrie 4.0 Kosten Effekte Potential Bestandskosten Reduzierung der Sicherheitsbestände Vermeidung Bullwhip- und Burbidge-Effekt Fertigungskosten Verbesserung OEE Prozessregelkreise Verbesserung vertikaler und horizontaler Personalflexibilität Logistikkosten Erhöhung Automatisierungsgrad (milk run, picking, ) Komplexitätskosten Erweiterung Leitungsspannen Reduktion trouble shooting -30% bis -40% -10% bis -20% -10% bis -20% -60% bis -70% Qualitätskosten Echtzeitnahe Qualitätsregelkreise -10% bis -20% Instandhaltungskosten Optimierung Lagerbestände Ersatzteile Zustandsorientierte Wartung (Prozessdaten, Messdaten) Dynamische Priorisierung -20% bis -30% Experten erwarten eine Gesamt-Performance-Steigerung von 30-50% in der Wertschöpfung. 25 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik [Quelle: IPA/Bauernhansl, Bosch ] Quelle: IPA / Bauernhansl, Bosch

Digitalisierung der Arbeitswelt Industrie 4.0 führt zu einer Veränderung der Arbeitswelt Kommunikation Kommunikation mit Kollegen / IP (Video-) Telefonie Aufgaben Zeiterfassung und Aufgaben Intuitive Eingabe Sprachsteuerung Live Support Remote-Support zur Problemlösung MES Bedienung MES-System Bedienen Bedienung von Maschinen und Geräten Diagnose Diagnose eines Prozessproblems Der mobile Mensch steht im Mittelpunkt in der Industrie 4.0-Fabrik. Quelle: Phoenix Contact 27 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Digitalisierung der Arbeitswelt Die Wirkungen auf Arbeitsorganisation, Qualifikation und Arbeitsbedingungen sind ungewiss Arbeitsorganisation: Menschliche vs technische Kontrolle Der Mitarbeiter bleibt Träger der planenden, steuernden und ausführenden Tätigkeit. Die Steuerungsfunktion liegt beim System. Die Beschäftigten führen die Tätigkeiten aus. + - Qualifikation: Upgrading vs Polarisierung Wissensarbeit wächst mit Produktionsarbeit zusammen. Einfacharbeit bleibt erhalten. Hochqualifizierte Tätigkeiten gewinnen an Bedeutung. + - Arbeitsbedingungen: Entgrenzung vs Regulierung Beschäftigte sind gleichberechtigt, flexibel und organisieren sich selbst. Ausdifferenzierung der Qualifikationsstruktur führt zu einer ausgeprägten Arbeitsteilung. + - Quelle: Ittermann, TU Dortmund 28 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Digitalisierung der Arbeitswelt Auch die Wirkung auf die deutsche Beschäftigung kann nicht sicher beantwortet werden Bildquelle: welt.de 29 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Digitalisierung der Arbeitswelt Fazit zu Industrie 4.0 und Digitalisierung der Arbeitswelt Industrie 4.0 und die Arbeitswelt Industrie 4.0 Technologien ermöglichen ein breiteres und interessanteres Aufgabenspektrum statt strikte, getaktete Arbeitsteilung in einer komplexer werdenden Produktion. Eine abschließende Aussage zur Entwicklung von Arbeitsorganisation, Qualifikation, Arbeitsbedingungen und Beschäftigung bleibt offen. Weitere Umsetzung von Industrie 4.0 Deutschland ist (noch) in einer guten Ausgangslage. Knackpunkte für die weitere Umsetzung von Industrie 4.0 sind die Kooperationen der Domänen (u. a. Informatik, Produktion, Regelungstechnik, ), die Sicherheit der Daten und die Standardisierung. Aber: Viele Industrie 4.0 Technologien sind bereits heute verfügbar. Ihr Mehrwert entsteht durch eine intelligente Verknüpfung der Technologien. Bildquelle: acatech, kometgroup 30 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik

Die Faszination für die Umsetzung einer Idee in ein reales Produkt ist unser Antrieb in Forschung, 31 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik Innovation und Lehre.

Vielen Dank. Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wbk Institut für Produktionstechnik Institutsleitung wbk, KIT Kaiserstraße 12, Gebäude 50.36 76131 Karlsruhe Tel.:+49 (721) 608 4 4017 Fax:+49 (721) 608 4 5005 gisela.lanza@kit.edu www.wbk.kit.edu 32 12.04.2016 wbk Institut für Produktionstechnik