Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Industrie 4.0 in der Praxis: Herausforderungen und Lösungsansätze Essen, 19.4.2016 Prof. Dr. Harald Peters
Was bedeutet Industrie 4.0? Quelle: DFKI, 2011 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 2
Was ist ein Cyber Physisches System (CPS)? Verschmelzung der Informationsverarbeitung mit dem physikalischen Prozess verstärkte Nutzung von Informationssystemen, die in den physikalischen Prozess eingebettet sind intensive Vernetzung aller physikalischen Prozesse untereinander durch Informationsflüsse vermehrte Interaktion der physikalischen Prozesse mit der Umwelt (Sensor/Aktor) Anpassung von Prozess und Informationssystem an die sich verändernde Umwelt durch Lernfunktionen Big Data : intelligente Ausnutzung der riesigen und unstrukturierten Datenmengen nach J. Jasperneite physischer Prozess + digitales Modell Mechanik Elektrik Automatisierung IT + Software Instandhaltung HMI Identität... 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 3
Beipiele von Cyber Physischen Systemen Anlagenkomponente Produkt Produktionsanlage 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 4
Die 3 Dimensionen von Industrie 4.0 Horizontale Integration Durchgängigkeit des Engineering Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme Quelle: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, 2013 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 5
Industrie 4.0 ist kein reines IT-Thema 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 6
Ein kleiner Ausflug in die Stahlindustrie 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 7
Prozessketten der Stahlherstellung 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 8
und wie sie in Realität aussehen 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 9
und ihre Komplexität mischen fest -> flüssig -> fest kühlen gießen kontinuierlich -> semi Batch -> Batch -> Stück schmieden walzen Schmelze -> Bramme -> kurzes Band -> langes Band verzinnen/verzinken glühen schweißen linear, nicht-linear statisch, hoch dynamisch, transient erhitzen schneiden farbbeschichten schmelzen langsam (8h) -> mittel (min) -> sehr schnell (msec) säubern aufwickeln 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 10
Interpretation von Industrie 4.0 für die Stahlindustrie? 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 11
Horizontale Integration in der Stahlindustrie (außerhalb des Stahlunternehmens) 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 12
Beispiele einer horizontalen Integration Quelle: http://www.stahl-online.de/index.php/newsroom/news/ D Quelle: ESTAD 2014, abstracts 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 13
Durchgängigkeit des Engineering Anlage digitales Modell der Anlage Produktdesign Produktionsplanung Produktionsengineering Produktion Services digitales Modell des Produkts Produkt 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 14
Durchgängigkeit des Engineerings Produktion 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 15
Vertikale Integration und vernetzte Produktion (= vertikale Integration + horizontale Integration innerhalb des Unternehmens) Einzelanlage als Cyber Physisches Produktionssystem (CPPS) Vernetzung und intensive Kommunikation aller Anlagen Intelligentes Produkt mit Kenntnis seiner Qualität und Produktionshistorie Selbstorganisation anstelle von zentralen, vorgeplanten Lösungen 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 16
Vertikale Integration Vertikale Integration und Systemwandel in der Automatisierung Automatisierungspyramide Internet of things 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 17
Cyber Physisches Produktionssystem 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 18
Big Data, die vier V s Big Data bezeichnet die Analyse großer Datenmengen aus vielfältigen Quellen in hoher Geschwindigkeit mit dem Ziel, wirtschaftlichen Nutzen zu erzeugen. (BITKOM) 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 19
Big Data in der Stahlindustrie hochaufgelöste, synchronisierte Daten Übergang zu mehr-dimensionalen Daten ( räumlich ) anstatt nur 1D Einbeziehung von Textdaten, Video-/Audio-Streams, Daten mit Lücken (unstrukturiert) Schnelle Verarbeitung und online -Nutzung der Ergebnisse Big Data Analytics 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 20
Arbeiten des Instituts Identifizierung / Temperaturmessung von Pfannen mit SAW Sensoren IT-Lösungen für komplette Genealogie der Produkte Qualitätsentscheidungen basierend auf Regeln und Ontologien Semantische Modellierung der Prozesskette Big Data Techniken für die schnelle Visualisierung und Analyse von Oberflächenfehlern Big Data: Erkennung von Prozesssituationen Sensorik für Produktqualität und Prozessüberwachung Prozessstufenübergreifende Automatisierung Dezentrale Planung mit Multi-Agenten Systemen und SOA Selbst organisierende Produktion Elektronische Ablage von Arbeitsvorschriften Einzelanlage als Cyber Physisches Produktionssystem (CPPS) Vernetzung und intensive Kommunikation aller Anlagen Intelligentes Produkt mit Kenntnis seiner Qualität und Produktionshistorie Selbstorganisation anstelle von zentralen, vorgeplanten Lösungen 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 21
Elektronische Arbeitsvorschriften 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 22
Identifizierung mittels SAW-Sensoren Quelle: http://www.wikid.eu/ind ex.php/acoustic_sens or + Temperaturmessung 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 23
Beispiel: TKS Rasselstein, 24 Anlagen, 1137 Messgrößen Materialverfolgung, Materialgenealogie ohne eine geeignete Materialverfolgung (stückbezogen, längen- und lagerichtig) aller Zwischen- und Endprodukte sind Industrie 4.0 und Big Data in der Stahlindustrie nur wenig effektiv einsetzbar 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 24
Semantische Modellierung der Produktionskette 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 25
Innen- und Oberflächenfehlerprüfung Bramme EMAT s Lorentz-Effekt Pole shoes Magnetostriktionseffekt Phased-Array Prüfkopf industrietauglich, Kühlung für Einsatz bei hohen Temperaturen 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 26
Entscheidungsunterstützungssystem 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 27
Ontologie basierte Materialfreigabe Freigabe?? Erfahrungswissen 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 28
Prozessstufenübergreifende Temperaturführung 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 29
Prozessstufenübergreifende Eigenschaftsregelung 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 30
Big Data als Basis für die Ursachenanalyse von Qualitätsfehlern 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 31
Dezentrale Produktionsplanung? Das Produkt bewegt sich selbst-organisiert entlang der Prozesskette Suche nach der optimalen Lösung mit Hilfe von Softwareagenten Ereignis gesteuert anstatt zentral voraus geplant Größere Flexibilität im Ralle unplanmäßiger Abweichungen 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 32
Selbstorganisierende Produktion 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 33
Agentenbasierte Umplanung von Produkten Ein Produkt verfehlt seine Spezifikation nutzt Modelle um seinen zukünftigen Zustand vorherzusagen und verhandelt an einem virtuellen Marktplatz um eine neue, alternative Bestellung. 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 34
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 15.04.2016 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 35