Eine Herausforderung für Theorie & Praxis Chancen und Risiken Vortragsabend REFA Bayern e.V. Industrie 4.0 16.02.2016 _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Was bedeutet Industrie 4.0? _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 2 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Vernetzung Quelle: libratone.com _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 3 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Internet of Things (IOT) Beispiel: „runtastic“ (Daten und Programme in der „Cloud“) _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 4 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Big Data beim Fußball „Die funkgesteuerte … Ortungstechnik (RedFir) Arbeitet mit elektronischen Chips und wird bereits im Training in der Bundesliga und in England eingesetzt. Drei Chips an jedem Spieler (Trikot, beide Beine) und einer am Ball senden 50.000 Positionsdaten pro Sekunde. … Ein Computer errechnet Passlängen, Schussgeschwindigkeiten, das Lauftempo und die Schrittzahl jedes Spielers.“ (Stern 29.08.15) _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 5 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Was bedeutet Industrie 4.0? Ubiquitous Computing (=Rechnerallgegenwart) • Der Begriff Ubiquitous Computing definiert die Allgegenwärtigkeit der Datenverarbeitung durch kleinster, drahtlos miteinander vernetzter Computer (=Smart Devices). Internet der Dinge / Internet of Things (IoT) • Internet der Dinge setzt auf die Theorie des Ubiquitous Computing auf. • Das Internet der Dinge bezeichnet die Vernetzung von Gegenständen mit dem Internet. • Automatische und selbständige Kommunikation der Gegenstände. • Anwendungsgebiete: Informationsversorgung, Warn- und Notfallfunktionen, etc. _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 6 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Was bedeutet Industrie 4.0? Ubiquitous Computing (=Rechnerallgegenwart) • Der Begriff Ubiquitous Computing definiert die Allgegenwärtigkeit der Datenverarbeitung durch kleinster, drahtlos miteinander vernetzter Computer (=Smart Devices). Internet der Dinge / Internet of Things (IoT) • Internet der Dinge setzt auf die Theorie des Ubiquitous Computing auf. • Das Internet der Dinge bezeichnet die Vernetzung von Gegenständen mit dem Internet. • Automatische und selbständige Kommunikation der Gegenstände. • Anwendungsgebiete: Informationsversorgung, Warn- und Notfallfunktionen, etc. Quelle: Schaeffler EMO 2015 pressrelease_71205763 _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 7 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Standard notwendig ja / nein? U.a. fehlende Standards (Schnittstellen / Kommunikation) • Definiert heute: OPC(UA)/MTConnect Maschinensteuerungsdaten • XML/Java Browser/Webkommunikation Bluetooth kabellose Gerätekommunikation NFC Transpondersteuerung • … Quelle: http://imgs.xkcd.com/comics/standards.png _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Prof. Dr. Bräutigam Bräutigam _______________________________________________________________________________ 8 Hochschule Hochschule für angewandte für angewandte Wissenschaften Wissenschaften Würzburg Würzburg - Schweinfurt - Schweinfurt Definition Industrie 4.0 Internet der Dinge Neue Geschäftsmodelle Big Data Echtzeit Sicherheit Smart X Vernetzung Produkt und Prozessqualität Mensch 4.0 Instandhaltung 4.0 Kommunikation Anlagenverfügbarkeit Branchenabhängig Produkt/Dienstleistungsabhängig Unternehmensabhängig Zuverlässigkeit Steigende Qualifikation Steigende Qualifikation Asset Life-Cycle _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 9 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Definition Industrie 4.0 @ FHWS „Dimensionen“ • Vernetzung • IoT (Internet der Dinge) • Varianten + Flexibilisierung • Mensch-RoboterKollaboration • Additive Fertigung • Big Data • Augmented Reality _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam Vernetzung Industrie 4.0 Augmented Reality IoT Varianten / Flexibilisierung Big Data i-Factory Additive Ferigung MenschRoboterKollaboration _______________________________________________________________________________ 10 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Varianten und Flexibilisierung _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 11 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Chancen • Intelligente Maschinen übernehmen komplexe, belastende und unangenehme Arbeiten • Flexibilitätssteigerung in der Produktion • Minderung von Fachkräftemängel & Auswirkung des demografischen Wandels durch Digitalisierung • Entstehung neuer Berufsbilder durch zu adaptierende Qualifikationen • Stärkung von KMU durch neues Innnovations-und Gründungspotential _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 12 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Risiken • Daten- und System-Sicherheit (Security & Safety) • Höhere/andere Qualifikationen notwendig • Riskante Umstellungsphase – ROI? • Akzeptanz durch Mitarbeiter „Gläserne Mitarbeiter“ • Personalressourcen aufgrund der höheren Qualifikationen • Wettbewerbsfähigkeit nur bei Investition in Industrie 4.0 • Verdrängung bisheriger Märkte und Produktionsverfahren _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 13 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Stellenwert des Mitarbeiter Pro Kontra • Flexibler Mitarbeitereinsatz als Schlüsselfaktor (Beispielsweise interne Leiharbeiter) • Arbeit als „passives Element im System „Boreout“Risiko Hohes Stresspotenzial Burnout-Risiko • Arbeit mit hohen Handlungsspielräumen Größere Verantwortung der Mitarbeiter • Fehlende Akzeptanz des Veränderungsprozesses Umstellungsschwierigkeiten der Mitarbeiter • Weiterqualifizierung von Mitarbeitern bedingt durch neue Arbeitsbereiche • Flexibilisierungszwang der Mitarbeiter Problematik: Familienplanung • Arbeitsplatzsicherung durch HightechStrategie • Beschäftigungsabbau durch weitere Rationalisierung Weniger Stellen für Geringqualifizierte • Gezieltere Kommunikation durch Einsatz von Smartdevices Vermehrter Einsatz von Assistenzsystemen insbesondere bei nicht ergonomischen Arbeiten • Zunahme von Leiharbeit / Dumping-Strategie Mitarbeiter werden austauschbar Kontrollmöglichkeit der Mitarbeiter „ Gläserne Mitarbeiter“ • _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam • _______________________________________________________________________________ 15 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Big Data Quelle: Bitkom _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 16 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Big Data Quelle: Bitkom _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 17 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Sicherheitsaspekte Vernetzung der Produktionsmaschinensteuerung oftmals mittels herkömmlicher und nur leicht angepassten IP-Standards • Entsprechend funktionieren Angriffsmethoden gegen IT-Systeme prinzipiell auch gegen Produktionssysteme, jedoch mit wesentlich höheren Auswirkungen • Unterbrechungen können die Produktion vollständig stilllegen und führen zu erheblichen finanziellen Schäden. • Manipulationen an den Produktionsmaschinen können zu minderwertigen Produkten oder Ausschuss führen. Besonders riskant ist dies bei Sicherheitsbauteilen wie Fahrzeugbremsen oder Baumaterialien und bei Medikamenten • _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 18 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Sicherheitsaspekte Vernetzung der Produktionsmaschinensteuerung oftmals mittels herkömmlicher und nur leicht angepassten IP-Standards • Entsprechend funktionieren Angriffsmethoden gegen IT-Systeme prinzipiell auch gegen Produktionssysteme, jedoch mit wesentlich höheren Auswirkungen • Unterbrechungen können die Produktion vollständig stilllegen und führen zu erheblichen finanziellen Schäden. • Manipulationen an den Produktionsmaschinen können zu minderwertigen Produkten oder Ausschuss führen. Besonders riskant ist dies bei Sicherheitsbauteilen wie Fahrzeugbremsen oder Baumaterialien und bei Medikamenten • _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 19 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Factory as a Service Factory in the Cloud Platform Business Entwicklungsfelder der Produktion angelehnt an E. Westkämper _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 20 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Industrie 4.0 an der FHWS i-Factory Material _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 21 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Definition Industrie 4.0 @ FHWS „Dimensionen“ • Vernetzung • IoT (Internet der Dinge) • Varianten + Flexibilisierung • Mensch-RoboterKollaboration • Additive Fertigung • Big Data • Augmented Reality _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam Vernetzung Industrie 4.0 Augmented Reality IoT Varianten / Flexibilisierung Big Data i-Factory Additive Ferigung MenschRoboterKollaboration _______________________________________________________________________________ 22 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Visionen & Ziele • • • • • • • Flexible ad-hoc Fertigung Digitale und individualisierte Fertigung Autonome, mobile und selbstorganisierende Fertigung Wissens-Center und Ausgangspunkt als ‚TestBed‘ für Industrie Kopplung der Fähigkeiten Mensch und Maschine Integrationsgrad entlang des Produktlebenszykluses – Durchgängiges Produktdatenmanagement ist integraler Bestandteil Keimzelle für Gründungen und neue Geschäftsmodelle – FaaS und FitC _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 23 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Additive Fertigung / generative Fertigung _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 24 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Auszug der aktuellen I4.0 - Projekten • Projekt 1: concept factory (i-factory 0.1) • Projekt 2: Einsatz von Wearables • Projekt 3: Dynamische Materialversorgung _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 25 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Konzeptstudie c-Factory Industrie 4.0 Vernetzung Augmented Reality Big Data Additive Ferigung _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam IoT Varianten / Flexibilisierung MenschRoboterKollaboration iFactory _______________________________________________________________________________ 26 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Use Case: Pick Up 1.0 Produkt / Prozess ID / Konfig Fertigung Montage Qualitäts test Funktions test RtC Transponder Transponder _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 27 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Virtual & Augmented Reality Beispiel VR Labor der FHWS _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 28 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) Beispiel: Kuka, Montage mit drehmoment-sensitivem Roboter Quelle: Kuka _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 29 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Erfüllungsgrad Definition Industrie 4.0 @ FHWS „Dimensionen“ • Vernetzung Vernetzung Industrie 4.0 Server / Transponder • IoT (Internet der Dinge) Webseite des (indiv.) Produktes • Augmented Reality IoT Varianten + Individualisierung Fahrgestell / Aufbau • Mensch-RoboterKollaboration Robotersteuerung • Varianten / Flexibilisierung Big Data Additive Fertigung i-Factory Pick-up 1.0 Ladefläche • Big Data Noch nicht integriert • Augmented Reality Additive Ferigung MenschRoboterKollaboration CAD / VR-Labor _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 30 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Auszug der aktuellen Ind4.0 - Projekten • Projekt 1: concept factory (i-factory 0.1) • Projekt 2: Einsatz von Wearables • Projekt 3: Dynamische Materialversorgung _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 31 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Was sind Wearables • Computerbasierte Technologien welche am Körper getragen werden. • Kann als Konkretisierung des Ubiquitous Computing (Rechnerallgegenwart) gesehen werden. • Bilden durch die Verbindung zum Internet eine Komponente des Internets der Dinge. • Zweck der Wearables ist die Unterstützung des Benutzers bei Tätigkeiten in der realen Welt Auswertungen – (Zusatz-)Informationen – Anweisungen – _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 32 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Einsatz von Wearables Durch den Einsatz von Wearables eröffnen sich Möglichkeiten für eine Multimodalität in der Mensch-MaschinenKommunikation. Beispielsweise lässt sich eine Datenbrille oder Datenuhr durch eine Körperbewegung (kinästhetisch) und/oder Berührung (taktil) steuern. Sinnesbezeichung Modalität Sehen visuell Hören auditiv Riechen olfaktorisch Schmecken gustatorisch Tasten taktil Druck, Kraft haptisch mechanisch Berührung, Vibration taktil oberflächensensitiv Temperatur thermorezeptorisch Bewegung, Orientierung Gleichgewicht _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam Bemerkung „5 Sinne“ kinästethisch vestibulär _______________________________________________________________________________ 33 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Einsatz von Wearables Durch den Einsatz von Wearables eröffnen sich Möglichkeiten für eine Multimodalität in der Mensch-MaschinenKommunikation. Beispielsweise lässt sich eine Datenbrille oder Datenuhr durch eine Körperbewegung (kinästhetisch) und/oder Berührung (taktil) steuern. Sinnesbezeichung Modalität Sehen visuell Hören auditiv Riechen olfaktorisch Schmecken gustatorisch Tasten taktil Druck, Kraft haptisch mechanisch Berührung, Vibration taktil oberflächensensitiv Temperatur thermorezeptorisch Bewegung, Orientierung Gleichgewicht _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam Bemerkung „5 Sinne“ kinästethisch vestibulär _______________________________________________________________________________ 34 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Entwicklung von Wearables _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 35 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Thesen zum Einsatz von Wearables • These 1: Durch Wearables können Informationen zielorientierter genutzt und dadurch Prozesse effizienter durchgeführt werden. • These 2: Durch den Einsatz von Wearables ist es einfacher, das Konzept der Mass Customization in der Produktion einzuführen, da durch Wearables die hierfür benötigten Prozesse und Arbeitsweisen angepasst werden können. • Chancen • Smart Glasses bieten Chancen im Bereich Prozesseffizienz und -effektivitätsteigerung • Durch Smart Glasses sind neue Produktionskonzepte und Unternehmensprozesse möglich Risiken • Aktuell noch hohe Anschaffungskosten • Aktuell noch großer zeitlicher Aufwand zum anpassen der Wearables an die Unternehmensprozesse oder umgekehrt _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 36 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Vorab-Selbststudie Bereitstellung der Vuzix M100 Smart Glass durch das Unternehmen ITiZZiMO • Untersuchung auf mögliche Effizienzsteigerung durch vorprogrammierten Demonstrationsmodus • 70x70 mm DataMatrix-Codes wurden an Regalflächen angebracht • Datenbrille erkennt automatisch die gewünschte Regalfläche und markiert diese mit einer grünen Fläche • Quittierung der Warenentnahme durch Betätigen einer Taste am Brillengehäuse (alternativ durch Sprachbefehl oder Geste) • • • • Keine weiteren Hilfsmittel (Checklisten etc.) notwendig Mitarbeiter hat stets beide Hände frei Schnelleres Auffinden der nächsten Regalfläche Entnahme/Quittierung wird direkt an das EDV System weitergleitet • Verfolgung des Bearbeitungsstatus quasi in Echtzeit • Bedienung intuitiv möglich • Nach kurzer Eingewöhnungsphase ist eine Effizienzsteigerung möglich _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 37 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Auszug der aktuellen I4.0 - Projekten • Projekt 1: concept factory (i-factory 0.1) • Projekt 2: Einsatz von Wearables • Projekt 3: Dynamische Materialversorgung _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 38 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) Beispiel: mobile innerbetriebliche Logistik Quelle: ZVEI, winfuture.de _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 39 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Dynamische Materialversorgung am Beispiel RZ Auslegung Loops Bestandsreichweite an Senke Bedarfserfassung 5. Loop wird dynamisch und automatisiert für Echtzeitbedarfe zu jeder Tour ausgelegt (sw-basiert) 5. Loopzeitreichweite ist nach TCO erweitert 5. Regal/ Senke meldet autark über Zentralschacht 4. Loop orientiert sich an Echtzeitbedarfen 4. Loopzeit bestimmt die Reichweite 4. Werker meldet elektronisch in Nebenzeit 3. Loop wird jährlich aktualisiert 3. Werker schreibt auf 2. Loop wird nach Bedarf erweitert 3. Loopzeit bestimmt die Reichweite 2. Wird gemäß der Fläche reduziert 1. Loop ist feste Strecke in fixem Bereich 1. Ist eine vorgegebene Eingangsgröße 1.Routenzugfahrer schreibt auf _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam 2. Routenzugfahrer meldet elektronisch _______________________________________________________________________________ 40 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Smarte Regalsensorik zur Automatisierung • • • • • • in Regale einzubauen Entnahme = Bestellung auch für Großladungsträger zentrale Meldestelle Anzeige in Klarschrift Sicherheit durch LED _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam • • • • • Registriert Einschub in Regalschacht Karte und Behälter temporäre Einheit Wechsel Neubehälter am Regal in bestehende Systeme nachrüstbar Meldung unabhängig von Routenzug _______________________________________________________________________________ 41 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Physisches Modell zur Veranschaulichung _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Physisches Modell zur Veranschaulichung _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt LeanDesigner in Koorberation mit LeanObjects GmbH • • • • • • • _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam Konfiguration im Werkslayout (CAD) Bedarf automatisiert verarbeiten Routen in Echtzeit optimiert Anlagen per Drag-n-Drop positionieren Anbindung Scanner und ERP möglich Optimiert Auslastung Routenzug/IBT Dynamisierung der Regale in Stufe 2.0 _______________________________________________________________________________ 44 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Resümee Der Weg zu Industrie 4.0 ist birgt einen großen Veränderungsprozess mit sich, dem sich kein Unternehmen verschließen kann Er erfordert nicht nur hohe Investitionen, für die der wirtschaftliche Nutzen und die mögliche Wettbewerbsvorteile kritisch geprüft werden müssen Die Digitalisierung wird Wertschöpfungsketten maßgeblich verändern , der Kunde mit seinen individuellen Wünschen und Anforderungen rückt stetig in den Mittelpunkt Eine Anpassung der gesamten Unternehmensprozesse und der Mitarbeiter ist dazu notwendig. Um den Umstellungsprozess auf Industrie 4.0 erfolgreich zu bewältigen, muss dieses Thema ganz oben auf die Agenda der Unternehmensführungen _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 45 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! _______________________________________ Prof. Dr.-Ing Bräutigam _______________________________________________________________________________ 46 Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg - Schweinfurt
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