Hello Industrie 4.0 �we go digital DE �Inhalt Hello Industrie 4.0 �we go digital Zukunft neu denken �Weichen stellen für intelligente, vernetzte Welten �Demografischer Wandel �Individualisierung �Ressourceneffizienz �Schnelle Verfügbarkeit 6 12 14 16 18 Intelligente Technologien etablieren �Wandel unserer Weltsicht von industrieller Produktion �KUKA Digital Domains �Das Internet of Robotics �Edge-Computing in Echtzeit �Intelligentere Maschinen �Mobile Robotik �Mobility trifft MRK �Cobots in der Industrie 20 26 28 30 32 34 36 38 Vernetzte Produktion realisieren �Durch Digitalisierung Kunden-Mehrwerte schaffen �Matrix-Produktion �Mehr Dynamik durch sich selbst organisierende Wertschöpfungsketten �KUKA Toledo Production Operations: die Power von IoT im Einsatz für Jeep® Wrangler �ASM Assembly Systems: intelligente Mensch Roboter-Kollaboration in der Elektronikindustrie �Von Science-Fiction zur Wirklichkeit 40 44 48 52 56 60 Die Dinge ändern sich. Hier und jetzt Das Internet der Dinge, Industrie 4.0 oder Smart Production – auch wenn international die Namen wechseln, so geht es im Kern doch immer um eines: die nahtlose Verbindung von digitaler und realer Welt und damit um nichts Geringeres als den nachhaltigen Wandel unserer Weltsicht von industrieller Produktion. Als Vordenker und Wegbereiter von Industrie 4.0 treibt KUKA diesen Wandel hin zur vernetzten, intelligenten Produktion maßgeblich voran. Mit dem Mut, die Dinge zu verändern. Hello Industrie 4.0�we go digital 4�5 �Zukunft neu denken »Wir stellen heute die Weichen für eine Revolution, die allumfassend sein wird.« Gesellschaftlich wie technologisch hat der Fortschritt in den vergangenen Jahren ein atemberaubendes Tempo angenommen – und erfasst nahezu jeden Lebens- und Wirtschaftsbereich. Das Internet der Dinge steht vor der Tür. Ob Kühlschrank, Straßenlaterne oder eine komplexe Maschine – jedes „Ding“ ist dann im Netz, verfügt über eigene Sensoren, kann erfasst und angesteuert werden und ist in der Lage, Feedback zu geben. Schon heute kann nahezu jedes elektronische Gerät mit dem Internet kommunizieren. Die digitale Welt ist fester Bestandteil unseres Lebens und beeinflusst unsere Wünsche und Handlungen. Dr. Till Reuter Vorsitzender des Vorstands KUKA Aktiengesellschaft Die Digitalisierung und die günstige Verfügbarkeit immer größerer Rechenleistung haben unsere Fähigkeit erweitert, komplexe Zusammenhänge zu erkennen und zu modellieren: beispielsweise in Physik, Chemie, Ökonomie und Ökologie. Die dadurch in den vergangenen Jahren ausgelösten rasanten Entwicklungen in Bio-, Gen- und Nanotechnologien, bei Fabbing, Robotik oder auch künstlicher Intelligenz legen zusammen mit einer komplett vernetzten Welt den Grundstein für eine Revolution, die allumfassend sein wird. Durchgängig digital vernetzte Prozesse, innovative Geschäftsmodelle, neue Verfahren und Materialien werden es ermöglichen, Produkte weit flexibler, energieeffizienter, ressourcenschonender und hochindividualisiert herzustellen. Robotik oder auch künstliche Intelligenz legen zusammen mit einer komplett vernetzten Welt den Grundstein für diese Revolution. Durch Cloud-Computing und Big Data wird sich dieser Prozess noch einmal erheblich beschleunigen. Mit der Fähigkeit, Millionen oder gar Milliarden von Datensätzen zu speichern, zu teilen, zu interpretieren und daraus logische Schlüsse zu ziehen, werden Systeme in der Lage sein, blitzschnell zu lernen und sich weiterzuentwickeln. Ein Effekt, den wir beispielsweise bei der aktuellen Evolution von Sprachassistenten wie Siri oder Cortana sehen können. 6�7 Hello Industrie 4.0�we go digital Feedbacks von Millionen Nutzern machten es in kurzer Zeit möglich, ihre Fähigkeiten deutlich zu verbessern. Und sie lernen weiter – sehr, sehr schnell. Die Verbindung der industriellen Produktion mit Cloud und Big Data wird ganz neue Produktionswelten schaffen. Übertragen auf die industrielle Produktion, wird die Verbindung mit Cloud und Big Data ganz neue Produktionswelten schaffen. Zuerst durch einfach implementierbare, App-basierte Software-Erweiterungen oder Cloud-basierte Funktionen, wie zum Beispiel Asset Management, Condition Monitoring, Erkennung von Unregelmäßigkeiten oder präventive Instandhaltung. Am Ende werden aber Plattformen stehen, die Produktionsprozesse flexibel steuern, autonom optimieren und an äußere Einflüsse anpassen. Cloud-Lösungen, die das volle Potenzial aus der Kombination von durchgehenden Produktionsdaten, neuartigen Fertigungsprozessen, digitaler Vernetzung und reaktiven Komponenten ausschöpfen. Und dies über die gesamte digitale Wertschöpfungskette hinweg. Neue Geschäftsmodelle Cloud-basierte Services werden den Umgang mit physischem Besitz verändern. An seine Stelle tritt der temporäre Zugriff auf eine Ware oder Dienstleistung. Bestes Beispiel: Musik via Streaming. Was für Verbraucher heute in vielen Consumer-Bereichen alltäglich ist, wird in den nächsten Jahren auch das industrielle Umfeld revolutionieren. Herstellungsprozesse und Kapazitäten werden per Mausklick bestellbar. Bei Manufacturing as a Service, also Produktion als Dienstleistung, werden die Anlagen nicht gekauft, es wird lediglich für die Leistung der Maschine bezahlt. Was für komplette Fertigungsanlagen gilt, trifft in Zukunft auch auf einzelne Elemente innerhalb der Produktion zu – zum Beispiel auf Roboter. Auf der Basis von Pay-per-UseModellen wird nicht die Maschine selbst, sondern ihr Output erworben. Clouds binden all diese Services in Produktionsprozesse ein und versetzen Unternehmen in die Lage, hochflexibel auf Kapazitätsanforderungen und Warenströme zu reagieren. Im Technologiehub von Austin, Texas, arbeitet KUKA mit einer erfahrenen Crew interdisziplinärer Entwickler daran, genau dies zu leisten: die Verschmelzung des IT-Sektors mit dem führenden Wissen in den Bereichen Mechatronik und industrielle Fertigungsprozesse. Unser Team in Amerika sorgt dafür, dass operative Technologien wie Roboter und Logistikmaschinen mit Cloud, Web, mobilen IT-Plattformen und zukünftigen IT-Technologien verknüpft werden. So werden KUKA Technologien noch benutzerfreundlicher und bieten in der Praxis neue Eigenschaften. Die digitale Revolution wird sich aber auch auf die Maschinen selbst auswirken. Sie werden interoperabel, sie werden zunehmend sensitiver, intelligenter, autonomer, mobiler und immer einfacher 2019 135,4 Mrd. 46,7 Mrd. 14,6 Mrd. 9,7 Mrd. 2015 71 Mrd. 2015 2019 2015 2019 2015 2019 Quelle: IDC Forecast Worldwide zu bedienen sein. Auch in der Beziehung zwischen Mensch und Maschine steuern wir auf einen historischen Moment zu: den Zeitpunkt nämlich, an dem eine Maschine intelligent genug sein wird, um unsere Sprache und Gesten zu verstehen und unsere Anweisungen zu befolgen. Sicher ist schon jetzt: Diese Maschine wird ein Roboter sein. Als das flexibelste Element in der Produktion sammeln Roboter bereits heute Daten und tauschen sie mit unterschiedlichsten Systemen aus. Keine andere Komponente im Produktionsprozess ist derzeit in der Lage, diese Rolle auszufüllen. Am Anfang nur als universelle Maschine zur Produktivitätssteigerung gedacht, entwickelt sich der Roboter zunehmend zu einem Diener und Helfer in den Fabrikhallen, der den Menschen bei seiner Tätigkeit unterstützt. Weil ein Roboter spezifische Dinge besser kann – Präzision, Geschwindigkeit –, verleiht er den Menschen ganz neue Fähigkeiten. In der Bedienung zunehmend intuitiver und für jeden verständlich, werden sich Roboter bald auch in unstrukturierte Arbeitsumgebungen integrieren lassen oder neue Anweisungen ausführen können. Die International Data Corporation (IDC) prognostiziert eine globale Erhöhung der Ausgaben für Robotik und zugehöriger Dienstleistungen auf 135,4 Mrd. US Dollar bis zum Jahr 2019. Die Welt verändert sich. Die rasante Entwicklung der Robotik wird die Welt ähnlich nachhaltig verändern, wie es das Internet und die IT getan haben. Heute sind Roboter im Rahmen von Industrie 4.0 ein Schlüsselelement, um mit neuen Produktionsmethoden Antworten auf die großen Fragen unserer Zeit zu geben: Ressourcenverknappung, Klimawandel und die Folgen eines sich beschleunigenden Bevölkerungswachstums bei einer gleichzeitig überalternden Gesellschaft in den Industrienationen. Betrachten wir einen längeren Zeitraum, ist abzusehen, dass Roboter – analog der Entwicklung vom Großrechner über den Desktop Computer (Miniaturisierung), den Laptop (Mobilisierung) 8�9 Innovation Vier Revolutionen in der Automatisierungstechnik Revolution 1. Robotik-Revolution 2. Robotik-Revolution 3. Robotik-Revolution 4. Robotik-Revolution Roboter-basierte Automationslösung Sensitive und sichere Roboter-basierte Automationslösung Mobile, sensitive und sichere Roboterbasierte Automationslösung Kognitive, sensitive und sichere Roboterbasierte Automationslösung bis hin zu Tablet und Smartphone (Omnipräsenz) – ebenfalls kleiner, mobiler sowie vernetzt und kognitiv sein werden. Ausgestattet mit diesen Fähigkeiten werden sie zum alltäglichen und allgegenwärtigen Begleiter des Menschen. Und das in allen Lebenslagen – im beruflichen wie im privaten Umfeld. Nachrückende Generationen, Robotic Natives, werden Roboter als State of the Art, als Lifestyle oder ganz einfach als normal empfinden. Berührungsängste mit Robotern werden für diese Generationen unbekannt sein. Den uralten Antagonismus Mensch versus Maschine haben sie überwunden. Sie nehmen die Fähigkeiten von Robotern als universelle, vernetzbare Dienstleistungen wahr, die via Internet anforderbar sind und sich per Mausklick flexibel den Bedürfnissen und Wünschen des Menschen anpassen. Als weltweit führende Marke für intelligente Automation mit Robotik ist es unser Antrieb, den Menschen das Leben und Arbeiten zu erleichtern. Mehrwert entsteht bei KUKA durch das interdisziplinäre Zusammenwirken der unterschiedlichsten Kompetenzen und Bereiche. Im Hinblick auf das Internet der Dinge und die neuen Produktionswelten der Industrie 4.0 sind dies zum Beispiel unsere Technologiekompetenzen im Web, in der Cloud und auf mobilen Plattformen. Wobei diese Perspektiven mit den bestehenden Mechatronik- und Automations-Kernkompetenzen von KUKA verschmelzen. Auf dieser Basis realisieren wir gemeinsam mit unseren Kunden bereits heute durchgängig digitalisierte Fertigungsprozesse – intelligente Produktionslösungen, die bestehende Grenzen zwischen digitaler und realer Welt überwinden. Den Inbegriff für diesen außergewöhnlichen Kunden-Mehrwert nennen wir ›Orange Intelligenz‹. Zukunft neu denken �Demografischer Wandel �Individualisierung �Ressourceneffizienz �Schnelle Verfügbarkeit Der demografische Wandel Ist der Wohlstand zu sichern? Bevölkerung unter 20 Jahre Bevölkerung ab 65 Jahre Bevölkerung ab 80 Jahre 1871 1939 1960 1980 2000 2010 2020 2040 2060 Quelle: Statistisches Bundesamt Die drohende Überalterung der Gesellschaft in den führenden Industrienationen ist ein gerne postuliertes Schreckensszenario. Tatsache ist: Dem globalen Bevölkerungswachstum stehen in den Industrienationen sinkende Geburtenzahlen und die zunehmende Lebenserwartung der Gesellschaft gegenüber. Im Jahr 2030 werden in Deutschland von 100.000 Arbeitnehmern im produzierenden Gewerbe bis zu 20.000 bereits im Ruhestand sein. Aber muss man daraus schließen, dass die Renten und der Wohlstand der nächsten Generationen wirklich gefährdet sind? Oder führt dies zwangsläufig dazu, dass der Wirtschaft die Fachkräfte ausgehen? Statistisch nur dann, wenn wir annehmen, dass im Jahr 2030 die Produktivität eines Beschäftigten auf dem Niveau von heute verharrt. In einem Land wie Deutschland, in dem die Gesamtheit der industriellen Produktion rund 23 Prozent zur Bruttowertschöpfung beiträgt, bedeutet dies Hello Industrie 4.0�we go digital konkret, dass wir den gesellschaftlichen Wohlstand im Kern schon durch die Erhöhung der Produktivität im industriellen Umfeld nachhaltig sichern können. Im Jahr 2030 werden in Deutschland von 100.000 Arbeitnehmern im produzierenden Gewerbe bis zu 20.000 bereits im Ruhestand sein. Wie hoch die Arbeitsproduktivität in Zukunft steigen wird, kann niemand exakt voraussagen. Aber durch intelligentere Maschinen und die Digitalisierung der industriellen Fertigungsprozesse werden die Leistungsträger der Zukunft mit Sicherheit deutlich produktiver werden als alle Generationen vor ihnen. Neue Technologien, wie zum Beispiel mit dem Menschen kollaborierende Roboter, werden es älteren, erfahrenen Arbeitnehmern ermöglichen, länger aktiv am Arbeitsleben teilzuhaben. Industrie 4.0 ist damit das Schlüsselelement, um den Wohlstand unserer modernen Gesellschaft dauerhaft zu sichern. Jeder Alterspyramide zum Trotz – ganz einfach, weil der dazu benötigte Teil in der Wertschöpfung zukünftig von intelligenten Maschinen erwirtschaftet werden kann. 12�13 Der Megatrend Individualisierung Oder der Wert des eigenen „Ichs“ Individualisierung prägt die Gesellschaft heute als Megatrend. Sie führt zunehmend zu immer deutlicheren Ausdifferenzierungen von Lebenskonzepten, Konsumverhalten und Eigendarstellung. Getrieben durch den technologischen Wandel der Medien, hat der Megatrend der Individualisierung nicht nur die Industrienationen erfasst, sondern wirkt heute weltweit. Gerade in den wirtschaftlich aufstrebenden Nationen der Erde. Im gleichen Ausmaß, mit dem die Verfügbarkeit und Vielfalt der medialen Möglichkeiten zunimmt, wächst auch die Bedeutung, die der Individualität im realen Leben beigemessen wird. Sie artikuliert sich in der Ausprägung der Sprache und der Sozialisierung in Peergroups und findet durch immer spezifischere Einkaufsmuster auch massiven Eingang in die Märkte. Je mehr eigene Identität in einem Produkt steckt, desto größer ist die Identifikation des Nutzers. Letztendlich ist die Industrie gefordert, dem Menschen das Gefühl zurückzugeben, dass die Ware, die er erhält, speziell für ihn gemacht wurde. In der Fabrik der Zukunft kann die Produkteinführungszeit, die oftmals über den Verkaufserfolg eines Produkts entscheidet, maßgeblich verkürzt werden. Sich wandelnde Bedürfnisse und Trends in zunehmend volatileren Märkten können weit schneller als bisher mit entsprechenden Produkten erfüllt werden. Industrie 4.0 schafft die Voraussetzungen, hochqualitative Einzelstückfertigungen im Rentabilitätsrahmen der Serienproduktion zu produzieren. Anstelle der traditionellen Fertigung treten dabei hochflexible Fabriken, in denen Mensch und Maschine Hand in Hand arbeiten. Mit Produkten und Waren, die einfach über das Internet an den persönlichen Geschmack und Bedarf angepasst werden können. Hocheffiziente Fertigungsanlagen werden durch Industrie 4.0 wesentlich dazu beitragen, Produktionsstandorte in den Industrienationen nachhaltig zu sichern. Der virtuelle Supermarkt: Die Individualität der Nutzer findet durch immer spezifischere Einkaufsmuster Eingang in die Märkte. Hello Industrie 4.0�we go digital 14�15 Der Megatrend Ressourceneffizenz Die Grenzen des Wachstums oder der Beginn einer neuen Zeitrechnung Produkt Aufbereitung Materialforschung Produktentwicklung Recycling Lebenszyklus Umsetzung Die Weltbevölkerung wird bis 2030 auf 8,4 Milliarden Menschen anwachsen. Elementare Ressourcen, wie Land, Energie, Wasser und Nahrung, werden benötigt – aber es werden auch 1,2 Milliarden neue Konsumenten auf der Erde sein. Dabei steigt der Verbrauch natürlicher Ressourcen bereits seit Jahrzehnten an. Der globale Rohstoffverbrauch hat sich in den vergangenen 30 Jahren mehr als verdoppelt. 2050 wird die Weltbevölkerung auf bis zu 10 Milliarden Menschen wachsen und – gleiche Konsummuster vorausgesetzt – mehr als 140 Milliarden Tonnen Mineralien, Erze, fossile Brennstoffe und Biomasse in Anspruch nehmen. Der globale Klimawandel und die Verknappung substanzieller Ressourcen führen uns aber bereits heute deutlich vor Augen, dass unsere bestehenden Systeme beim Umgang mit unserer Welt an ihre Grenzen stoßen. Die Notwendigkeit nachhaltigen Handelns und einer nachhaltigen Fertigung unserer Güter ist daher dringender denn je. Und dies aus mehreren Gründen: Zum einen sind wir schon für den Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit an unseren hoch industrialisierten Wirtschaftsstandorten auf den intelligenten Umgang mit Energie und Rohstoffen, wie zum Beispiel seltene Erden, zwingend angewiesen. Und zum anderen verlangen Kunden zunehmend nachhaltig produzierte und fair gehandelte Produkte. Hello Industrie 4.0�we go digital Produktionsoptimierung Montageprozess Flexible, intelligente und vernetzte Produktion im Sinne von Industrie 4.0 bietet die Chance, Rohstoffe über die gesamte Wertschöpfungskette effizienter und nachhaltiger einzusetzen. In der Konsequenz kann Industrie 4.0 unsere Produktionskreisläufe nicht nur mit intelligenteren Technologien und nachhaltigeren Produktionsverfahren revolutionieren. Sie kann uns auch helfen, verstärkt unseren Umgang mit Ressourcen unter sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten nachzuweisen. Von der Gewinnung über die Produktion, die Montage, die Distribution, die Nutzung bis hin zur Entsorgung und Wiederverwendung der Rohstoffe im Wertstoffkreislauf. Um den globalen Herausforderungen aus dem Zusammenspiel von steigender Weltbevölkerung und limitierten Ressourcen sowie unserem Anspruch auf eine „faire“ Welt gerecht zu werden, müssen wir unsere Wirtschafts- und Produktionssysteme neu denken. Wir müssen lernen, offen zu kommunizieren und unsere Systeme weltweit durchgängig zu vernetzen. Industrie 4.0, Cloud-Technologien und Big Data sind die Bausteine, die uns ermöglichen, diese neue Welt zu gestalten. Eine Weltwirtschaft, die Rohstoffe über die gesamte Wertschöpfungskette effizienter und nachhaltiger einsetzt und im höchstmöglichen Ausmaß in den Ressourcenkreislauf der Erde zurückführt. Eine Wirtschaft, die Verantwortung übernimmt – für unseren Planeten und die Menschen, die darauf leben. 16�17 Die schnelle Verfügbarkeit Geschwindigkeit entscheidet über den Produkterfolg. Längst ist uns klar geworden, dass die Digitalisierung der Wirtschaft das Leben der Menschen in ähnlich allumfassender Weise durchdringt wie einst die Industrielle Revolution. Amazon, Ebay und Co. haben bereits eindrucksvoll belegt, dass die neuen Geschäftsmodelle der digitalen Welt in der Lage sind, das Kaufverhalten der Konsumenten – und damit die Warenströme in unserer realen Welt – nachhaltig zu verändern. War bisher oft der günstigste Preis das entscheidende Kriterium für Kaufentscheidungen, so steht in Zukunft das am schnellsten verfügbare Produkt mit hohem Individualitätsgrad ganz oben auf dem Wunschzettel der Verbraucher. Mit steigender Tendenz wird Kundenorientierung für Unternehmen zu einem der entscheidenden Wettbewerbsfaktoren. Neben der notwendigen Flexibilisierung der Produktion werden intelligente, schnelle und zuverlässige Logistikleistungen diese Beziehung zum Kunden, auch unter ökonomischen Aspekten, maßgeblich beeinflussen. Unternehmen müssen hier grundsätzlich umdenken: An die Stelle des industriellen „Immer-mehr-vom-Gleichen“ tritt das individuelle Produkt – produziert in Klein- und Kleinstserien. Hergestellt durch intelligente, universell einsetzbare Maschinen. In industriellen Maßstäben gedacht, bedingt das neue, intelligentere Methoden in Herstellung, Logistik und Vertrieb sowie Strukturen, die heute mit der durchgängig vernetzten Produktion in Smart Factories möglich werden. Dabei sind für die schnelle Verfügbarkeit auch kurze Wege zum Verbraucher maßgeblich: Durch den hohen Automationsgrad in intelligenten Fabriken können – heute noch manuell ausgeführte – Produktionsschritte aus Billiglohnländern wieder in Hochlohnländer zurückgeholt werden. Intelligente Automation kann dabei unabhängig vom Lohngefüge in der Nähe des Konsumenten kosteneffizient und auf hohem Qualitätsniveau produzieren. Durch einen hohen Automationsgrad können Produktionsschritte aus den heutigen Billiglohnländern wieder in Hochlohnländer zurückgeholt werden. Die Bedeutung flexibler Waren- und Materialbestände und die Notwendigkeit, diese über die gesamte Wertschöpfungskette zu koordinieren, wird in diesem Zusammenhang anwachsen. Auf der einen Seite muss die Versorgungssicherheit der Produktion garantiert werden. Und auf der anderen Seite wächst der Druck, unter Vermeidung hoher Lagerbestände, eine große Variantenvielfalt der Waren und Produkte schnell liefern zu können. Hello Industrie 4.0�we go digital 18�19 �Intelligente Technologien etablieren »Es geht um nichts Geringeres als den nachhaltigen Wandel unserer Weltsicht von industrieller Produktion.« Dr. Christian Schlögel CTO KUKA Group Die digitale Revolution verändert die Welt in immer kürzeren Zyklen. Obwohl wir derzeit gerade erst am Anfang dieser Entwicklung stehen, hat sie bereits im letzten Jahrzehnt tiefe Spuren in unserer Wirtschaft hinterlassen und ganze Branchen radikal verändert. Unternehmen, die die Dynamik des digitalen Wandels nicht erkannt und zu lange an althergebrachten Geschäftsmodellen und Produkten festgehalten haben, fanden sich schneller als erwartet im Abseits wieder. So erinnert sich heute vermutlich kaum noch jemand an die dominierenden Marken der analogen Fotografie oder die weltweit maßgeblichen Handyhersteller des Jahrtausendwechsels. Sie alle wurden innerhalb weniger Jahre zu einer Fußnote der Geschichte. diejenigen, die glauben, ihr Geschäftsmodell oder ihre Branche sei von der digitalen Transformation nicht oder noch nicht betroffen. Smartphones haben in gerade einmal acht Jahren ihren Marktanteil von null auf nahezu 100 Prozent erhöht – und neue, junge Marktteilnehmer bestimmen heute das Weltgeschehen. Die Digitalisierung unserer Welt bietet damit ganz offensichtlich enorme Chancen, um den Wandel zum eigenen Vorteil zu nutzen. Aber auch elementare Risiken für all Während wir vor wenigen Jahren den Begriff Industrie 4.0 gerne im Kontext mit einer Zukunftsvision verwendet haben, können wir heute feststellen, dass wir uns mit Corobotik, autonomen mobilen Lösungen, Cloud- und EdgeComputing sowie Big Data bereits mitten im digitalen Wandel der industriellen Produktion befinden – unumkehrbar. Und das Tempo nimmt zu. Neue Technologien und die zunehmende Verschmelzung von IT und OT verkürzen die Innovationszyklen dramatisch. Rechenleistung wird immer billiger und ist heute virtualisiert für wenige Cent/h in der Cloud verfügbar. Open-SourceModelle und -Komponenten erlauben im Bereich Software-Entwicklung eine Produktivität, die bisher unvorstellbar war. Der zeitliche Abstand zwischen digitaler Fiktion und gelebter Realität in der Produktion wird zunehmend kleiner. Neue Technologien und die zunehmende Verschmelzung von IT und OT verkürzen die Innovationszyklen dramatisch. 20�21 Hello Industrie 4.0�we go digital Aktuell erreichen die ersten Schockwellen der digitalen Transformation die Kernindustrien der führenden Industrienationen. Innovative Geschäftsmodelle bedrohen etablierte Marktführer und bieten Raum für diejenigen, die die neuen Möglichkeiten erkannt haben und diese schnell und konsequent umsetzen. Ob es uns gefällt oder nicht. Zukünftig wird nicht die Größe oder die Marktstellung über den Erfolg eines Unternehmens entscheiden, sondern die Fähigkeit, sich schnell und flexibel auf die sich permanent verändernden Rahmenbedingungen einzustellen. So paradox es klingt: Digitalisierung ist hier gleichzeitig Ursache, aber auch der ganz entscheidende Teil zur Lösung dieses Problems. Maschinen werden zukünftig auch in der Lage sein, Wissen zu teilen, im Schwarm zu lernen und sich autonom auf unterschiedliche Aufgaben einzustellen. Neue Technologien ermöglichen es Unternehmen, effizienter und flexibler zu arbeiten und gleichzeitig schneller und intelligenter auf Kundenwünsche einzugehen. In der Fabrik der Zukunft können nicht nur Menschen mit Maschinen und Maschinen mit Maschinen kommunizieren und kooperieren – sie werden auch in der Lage sein, Wissen zu teilen, im Schwarm zu lernen und sich autonom auf unterschiedliche Aufgaben einzustellen. In einer zunehmend überalternden Gesellschaft werden sie uns helfen, den Fachkräftemangel auszugleichen, indem sie Arbeitsplätze ergonomischer gestalten und Menschen bei der Arbeit als Teamplayer assistieren sowie dauerhaft entlasten. KUKA hat bereits in den 1990er-Jahren die Potenziale einer Verschmelzung der IT-Welt mit den klassischen Automationstechnologien erkannt. Und als weltweit erster Roboterhersteller offene, interoperable und flexible Systeme auf der Basis von standardisierten Mainstream-Technologien entwickelt und zur Marktreife geführt. Deshalb ist es kein Zufall, dass KUKA heute als einer der Vordenker und globaler Wegbereiter von Industrie 4.0 diesen Wandel hin zur vernetzten, intelligenten Produktion maßgeblich mit vorantreibt. Wir verstehen uns als integraler Bestandteil von Industrie 4.0 in all ihren Facetten und sind mit wegweisenden Schlüsseltechnologien unmittelbar an der vierten industriellen Revolution beteiligt. Mit intelligenten Maschinen und in neuen digitalen Domänen. KUKA Intelligent Machines Wie selbstverständlich benutzen wir im Alltag Smartphones, Cloud-Dienste oder das Internet. Wir verlassen uns auf elektronische Assistenten beim Einparken, überlassen ihnen Aufgaben wie das Energiemanagement von Häusern oder so einfache Tätigkeiten wie das Rasenmähen. Eines haben alle diese elektronischen Assistenten gemeinsam: Sie würden ohne Roboter-gestützte Automatisierungstechnik überhaupt nicht existieren. Denn nichts davon kann rein manuell hergestellt werden. Roboter sind dabei die flexibelsten und wandlungsfähigsten Maschinen, die der Mensch bisher erdacht hat. Auch zukünftig wird der Roboter deshalb als Kernkomponente im Mittelpunkt der Digital Supply Chain stehen. Aber seine Fähigkeiten werden sich dramatisch verändern – er wird sich Schritt für Schritt zur intelligenten Maschine weiterentwickeln, die: • immer besser mit Menschen direkt zusammenarbeiten kann, • Kommunikation wie Gesten- oder Sprachsteuerung beherrscht, • sich intuitiv in wechselnde Prozesse integriert, • mobil und autonom agiert, zum Beispiel als AGV oder mobiler Roboter, • lernfähig ist, Wissen teilt und im Schwarm agiert, • perzeptiv wird und ihre Umwelt wahrnehmen kann. Betrachten wir die kommenden Jahre, so ist schon heute abzusehen, dass Roboter kleiner, mobiler sowie vernetzt und kognitiv sein werden. Sie werden verstärkt in der Lage sein, autonom und Aufgaben-basiert zu agieren. Ausgestattet mit smarten Skills werden sie zum alltäglichen und allgegenwärtigen Begleiter des Menschen werden. Und sie werden die Art, wie wir Dinge produzieren, wie wir arbeiten und wie wir leben, nachhaltig verändern. KUKA Digital Domains Wenn wir über Zukunft reden, mag es paradox klingen: Bereits heute ist KUKA in vielen Bereichen der Fertigung in der Lage, die von Industrie 4.0 geforderte Vernetzung von Produktion und digitaler Welt umzusetzen, und realisiert automatisierte Produktionsanlagen dieser Art längst weltweit. Bis vor kurzem jedoch noch mit einer Einschränkung: Diese hocheffizienten, flexiblen Anlagen waren immer spezifische Einzellösungen, geschlossene Systeme, die an die jeweiligen Kundenbedürfnisse individuell angepasst sind. Aber das ändert sich: Das Voranschreiten des deterministischen Ethernet, aufbauend auf dem TSN-Standard in Kombination mit dem aufkommenden OPC-UA-Standard für Machine-toMachine-Kommunikation, verändert die OT-Strukturen in der Industrie. Zunehmend werden das gigantische Potenzial und die Bedeutung von Industrie 4.0 zur Sicherung der eigenen Marktstellung im Wettbewerb erkannt. Zunehmend werden das gigantische Potenzial und die Bedeutung von Industrie 4.0 zur Sicherung der eigenen Marktstellung im Wettbewerb erkannt. Neben der Rolle als aktiver Treiber bei der Schaffung dieser neuen Normen und Standards engagiert sich KUKA aber auch noch in einer weiteren Richtung, um die Einbindung der bestehenden OT-Infrastruktur in die neue digitale Produktionswelt zu erleichtern. Durch das in den Startlöchern stehende EdgeComputing als Konsolidierungsknoten werden wir es unseren Kunden ermöglichen, die Maschinenvernetzung auch in bestehenden, heterogenen IT- und Produktionslandschaften neu zu denken. Real-time Edge-Computing eröffnet dabei die Möglichkeit, mit Cloud-Architekturen auf dem Shopfloor zu arbeiten, und bietet somit auch einen schrittweisen Einstieg in die Cloud-basierte Produktion. Kombiniert man die Maschinen zusätzlich mit stärkerem Sensoreinsatz, 22�23 so schafft die Sammlung von anfallenden Sensordaten neue Möglichkeiten für die intelligente Nutzung der Maschinen oder Produkte. Jede Maschine bzw. jedes Produkt verfügt damit in Zukunft über alle im Rahmen von Industrie 4.0 geforderten Informationen und kann diese in dynamischen Informationsnetzwerken verarbeiten: • Identifikation (Wer bin ich?) • Location (Wo bin ich?) • Data Storage (Was weiß ich?) • Computing Power (Was kann ich tun?) •Connectivity (Mit wem kann ich kommunizieren?) In Austin, Texas, USA, im Kernland von Big Data und Cloud-Computing, entwickelt ein erfahrenes Team bei KUKA ATX-Lösungen auf der Basis von Cloudund Edge-Computing, die KUKA Produkte in die zunehmend vielfältige, mit dem Internet verknüpfte Landschaft integrieren. Um bahnbrechende, intelligente und wertvolle neue Möglichkeiten zu schaffen. Aber auch, um bestehende Investitionen zu sichern und fließend in die digitale Produktion mit all ihren offenen Standards zu transformieren. Die Entwicklung konzentriert sich auf Applikationen im Umfeld von: Digital Asset Management • Condition Based Monitoring • Availability Management • Maintenance Management • Big Data Optimization • Quality Management • Predictive Maintenance Gleichzeitig treibt KUKA mit dem Produkt KUKA Connect Lösungen im Bereich der smarten Plattform intensiv voran. App App App App App App App App Ziel ist es, Kunden „on click“, durch die Nutzung von Cloud-basierten Softwareapplikationen und Diensten, neue Möglichkeiten an die Hand zu geben, um die bestehende Infrastruktur – Logistik und Produktion – in den nächsthöheren Level von Flexibilität, Effizienz und Effektivität zu führen. Ein erster Schritt, mit dem KUKA unter Beweis stellt, dass das Paradigma zwischen OT und IT auflösbar ist – und dass wir gewillt sind, unseren Kunden auf dem Weg in die durchgängig vernetzte, digitale Produktion ganzheitliche Lösungen anzubieten. Mit wegweisenden, intelligenten Produkten – im Hard- und Softwarebereich. Die Zukunft von Industrie 4.0 zu gestalten, bedeutet für uns auch ein klares Bekenntnis – zu einer neuen Welt von Manufacturing Execution Systems, Logistic Execution Systems und Cloudbasierten Engineering Suites. Neue Tools, die eine Vielzahl an neuen Spielvarianten und Geschäftsmodellen in der digitalen Supply Chain unterstützen. So gehen wir davon aus, dass es bereits in naher Zukunft möglich sein wird, über CloudDienste und -Marktplätze Funktionen und Applikationen zu beziehen oder Lösungen und Produktionskapazitäten on demand als Pay per Use zu ordern. KUKA wird diese Entwicklung an zentraler Stelle prägen. Durch das intelligente Zusammenführen von Kompetenzen aus der digitalen und der realen Welt. Intelligente Technologien etablieren �KUKA Digital Domains �Das Internet of Robotics �Edge-Computing in Echtzeit �Intelligentere Maschinen �Mobile Robotik �Mobility trifft MRK �Cobots in der Industrie KUKA Digital Domains Brückenbauer zwischen den Welten von OT und IT Über alle Grenzen hinweg. In der Digital Supply Chain wachsen die maßgeblichen Geschäftsprozesse aller Beteiligten – von den Lieferanten über den Produzenten bis zum Endkunden – zusammen. Mit der durchgängigen Vernetzung wird Industrie 4.0 alle Medienbrüche der Wertschöpfungskette von heute überwinden. Die Potenziale stecken primär in der Beschleunigung und Flexibilisierung von Produktions- und Logistikprozessen, in der Reduktion des Erfassungsaufwands und in der Optimierung von Datensicherheit und -konsistenz. In jedem vorstellbaren Industrie 4.0Szenario kommt, neben Schwerpunktthemen wie Big Data, Security, MRK und Mobility, der Cloud als Verbindungslayer in der horizontalen und vertikalen Integration eine elementare Rolle zu. Im Ergebnis werden wir operative Technologien, wie Roboter, AGVs oder Logistikmaschinen, mit der Cloud, dem Web, mit mobilen Technologien und anderen modernen IT-Infrastrukturen verknüpfen. In der täglichen Praxis bemerken wir jedoch, dass die Herangehensweise an das Thema Industrie 4.0 zwischen der Operational Technology (OT), den Spezialisten aus der Industrie und der Informationstechnik (IT), beispielsweise vonseiten der ERP- und MES-Anbieter, von sehr unterschiedlichen Paradigmen geprägt wird. Wer Industrie 4.0 erfolgreich in die Praxis tragen möchte, muss sich darüber im Klaren sein, dass OT ganz offensichtlich nicht gleich IT ist. Es existieren unterschiedliche Herangehensweisen, unterschiedliche Anforderungen und oft auch eine unterschiedliche Sprache. Nehmen wir zum Beispiel das deutsche Wort „Sicherheit“: Im Englischen wird präzise zwischen „safety“ in der OT und „security“ in der IT unterschieden. Im Deutschen beschreibt aber ein und dasselbe Wort völlig unterschiedliche Anforderungen: In der Produktionswelt von OT meint das Wort „Sicherheit“ einen kompletten Bereich, der bei der Sicherstellung der Verfügbarkeit und Verlässlichkeit von Fertigungsanlagen beginnt und mit der Sicherheit der Produktionsumgebungen für Mensch und Maschine endet. Auch wenn erste Tendenzen zu einem Umdenken in der Industrie erkennbar sind, so werden Effizienz und Sicherheit in diesem Zusammenhang sehr oft durch spezifische, geschlossene Systeme, die an die jeweiligen Kundenbedürfnisse individuell angepasst sind, abgebildet. Spricht man in der IT von „Sicherheit“, so geht es dagegen in der Regel um die Sicherstellung von Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit durch die gezielte Reglementierung des Zugriffs auf Daten. Und das in einer Welt, die zunehmend durch offene Standards und eine hohe Interoperabilität der Systeme gekennzeichnet ist. Hello Industrie 4.0�we go digital Als First Mover hat KUKA diese Problematik bereits in den 1990er-Jahren erkannt und auf der Basis von standardisierten Mainstream-Technologien offene, interoperable und modulare Systeme entwickelt, die die Verschmelzung der IT-Welt mit der klassischen Automationstechnik bereits damals im Kern eingeleitet haben. Für die Smart Factory von morgen hat KUKA deshalb bereits heute modulare SoftwareArchitekturen im Portfolio, die auf den gesamten Evolutionsprozess von Industrie 4.0 vorbereitet sind. Mit Produkten, bei denen ein Baustein auf den anderen passt und jeder einzelne davon agil genug ist, um sich proaktiv an die IT-Landschaften oder Standards zukünftiger Produktionswelten anzudocken oder diese nahtlos zu integrieren. Ein wegweisendes Konzept, auf dessen solider Basis wir nun noch einen essenziellen Schritt weitergehen können. Mit KUKA Connect, Nebbiolo-Technologien und Edge-Computing schaffen wir systemrelevante Layer und Cloud-Plattformen, um die bestehende Lücke zwischen proprietärer OT in der Produktion und standardisierten Datenformaten und neuen Protokollen der Businessund Cloud-IT nahtlos zu schließen. Im Ergebnis werden wir operative Technologien wie Roboter, AGVs oder Logistikmaschinen mit der Cloud, dem Web, mit mobilen Technologien und anderen modernen IT-Infrastrukturen verknüpfen. Wir wollen unseren Kunden einen echten Mehrwert bieten, indem wir unser Portfolio mit Tools für verbesserten Support, Service, Bereitstellung, Installation und proaktive Wartung anreichern. David Fuller Chief Service Robotics Strategy and R&D Officer KUKA Systems North America Und dies so benutzerfreundlich und effizient wie möglich. 26�27 Das Internet of Robotics Gestern noch Vision, jetzt hat es einen Namen: KUKA Connect. KUKA Connect ist der Einstieg in eine Welt der unbegrenzten Möglichkeiten zur Steigerung der Robotereffizienz, in unterschiedlichsten Bereichen: KUKA arbeitet mit Hochdruck daran, bereits in naher Zukunft ein starkes Rückgrat in der Cloud für die weitere Modularisierung und Digitalisierung der KUKA Automationslösungen zu schaffen: Mit der neuen Cloud-Plattform KUKA Connect setzen wir hier erste Meilensteine. Durch einfach implementierbare, App-basierte Softwareerweiterungen oder Cloud-basierte Funktionen, wie zum Beispiel Asset Management, wird es möglich, die Intelligenz unserer Robotersysteme nachhaltig zu steigern. Gesteuert über ein einheitliches User Interface, wird KUKA Connect Schritt für Schritt das volle Potenzial aus der Kombination durchgängiger Produktionsdaten, neuartiger Fertigungsprozesse, flexibler Vernetzung und der Einbindung reaktiver Komponenten ausschöpfen. Gleichzeitig wird KUKA Connect die Digitalisierung von Fertigungsprozessen durch die intelligente Integration der neuesten Technologien für Elektronik, Mobilgeräte, Mobilitätssysteme und Kommunikationsinfrastruktur deutlich erleichtern. Angesichts der rasanten technologischen Fortschritte und der steigenden Erwartungen und Wünsche der Verbraucher müssen Hersteller immer schneller in der Lage sein, neue Konstruktionsverfahren zu integrieren und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit und Effektivität Hello Industrie 4.0�we go digital ihrer Produktion permanent zu erhöhen. KUKA Connect ist der erste Schritt, um die nahtlose Verbindung zwischen OTund IT-Technologien auf einfache Art und Weise herzustellen. Dabei werden KUKA Roboter über eine Plattform – mittels eines vereinheitlichten SoftwareFrameworks – mit unterschiedlichsten Services und Applikationen verbunden. Mithilfe von KUKA Connect sind wir in der Lage, Big-Data-Analysen und CloudComputing dafür zu nutzen, die Produktivität, Qualität und Flexibilität in der Produktion vorherzusagen und nachhaltig zu steigern. Die Plattform bietet dabei nicht nur Zugriff auf die Maschinendaten, sondern verfügt auch über die Intelligenz, daraus aussagekräftige Darstellungen, Historien und Statistiken zu erstellen. Um Information und Wissen zu generieren, um die Effektivität und Effizienz von KUKA Automationslösungen über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu erhöhen. KUKA Connect dient dabei als universeller Backbone für den Austausch aller Daten und Informationen zwischen Robotern, Menschen und verknüpften Diensten. Die wichtigsten wirtschaftlichen Vorteile der neuen Cloud-Plattform KUKA Connect auf einen Blick: • nachhaltige Produktivitätssteigerung, • dauerhaft reduzierte Gesamtbetriebskosten, • Unterstützung des gesamten Roboter-Lebenszyklus in verschiedensten Anwendungen. KUKA Connect unterstützt führende Cloud- und Web-Technologien und wurde dafür geschaffen, die horizontale Skalierbarkeit bei verschiedensten Roboterbasierten Automationslösungen in unterschiedlichsten Branchen zu unterstützen – von Automotive und Aerospace bis hin zu Consumer Electronics und General Industries. • Betrieb: Optimierung der Produktionsabläufe, • Wartung: Roboter-Zustandsüber wachung, Wartungsplanung und -terminierung, Erkennung von Unregelmäßigkeiten und vorbeu gende Wartung, • Service: Remote-Management, Vor-Ort-Services, Ersatzteil Management und wissensbasierte Services, • Ressourcen: Energieoptimierung und -management, • Daten: statische Roboterdaten und dynamische Betriebsdaten. Basierend auf offenen globalen Standards ist KUKA Connect Big-Data-fähig und ermöglicht Integratoren und Partnern, die Plattform mit eigenen Anwendungen, Services und Add-ons zu erweitern und damit dem Kunden zusätzliche Mehrwerte zu erschließen. Konzipiert für maximalen Freiraum in der Anwendung, ist KUKA Connect plattformunabhängig und kann vertikal skaliert werden. Sie kann damit in den unterschiedlichsten Hard- und Softwarelandschaften der Produktionstechnik eingesetzt werden. Auf der Basis neuester Back-End-Architekturen bietet KUKA Connect eine reaktionsschnelle und einfach bedienbare Web-Benutzeroberfläche, für die keinerlei Softwareinstallationen erforderlich sind und die auf jedem Endgerät lauffähig ist. 28�29 Edge-Computing in Echtzeit Offene Verbindungen über die Grenzen der Cloud hinaus vernetzte Welt Gerade im Hinblick auf IoT, CloudComputing und Industrie 4.0 hat die Informationstechnologie in den letzten Jahren enorme Fortschritte erzielt. So wurden Netzwerk- und Sicherheitskonzepte neu definiert, Software Defined Networking (SDN) eingeführt, der Siegeszug von Cloud-Computing und Virtualisierungen eingeläutet, Datenmanagement, -analyse und Big Data rasant weiterentwickelt. Währenddessen blieben die industriellen EmbeddedSysteme und Betriebstechnologien in vielen Aspekten separiert oder gar isoliert. OT-Systeme basieren weiter meist auf spezifischen und zum Teil auch antiquierten Netzwerkprotokollen, die primär auf die lokale, vertikale Vernetzung ausgerichtet sind. Zwar gewinnt das Ethernet als Basisprotokoll auch im OT-Bereich an Bedeutung – aber oft mit Änderungen, die nicht der Norm entsprechen, und meist ohne eine umfassende Einbindung der aktuellen Wireless-Technologien. Bei der Integration von vorhandenen industriellen Automatisierungssystemen in eine intelligente und durchgängig vernetzte Produktionskette werden wir damit fast immer auf eine oder mehrere der folgenden Herausforderungen stoßen: • die Notwendigkeit, proprietäre Netzwerkprotokolle einzubinden, • die Erfordernis der Wiederherstellung von Sicherheit bei der Anbindung von Produktionssystemen, • die Behebung der limitierten Dateninteroperabilität zwischen den OT- und IT-Funktionsebenen, • die Einbindung hoch spezialisierter und nicht skalierbarer Rechner- und Speicher-Architekturen, • die Verwendung anbieterspezifischer Programmiersprachen auf Steue- rungsebene, • die zurückhaltende Anwendung moderner Best Practices für den IT-Bereich, • die geringe Sichtbarkeit der Prozessmetriken und der nicht optimalen Betriebseffizienz in puncto Kosten und Flexibilität. vernetzte Welt Ad-hocProduktionsteams Hello Industrie 4.0�we go digital So groß diese Barrieren auf den ersten, oberflächlichen Blick erscheinen, sie verdeutlichen auch, welch gigantisches Potenzial zur Optimierung und Flexibilisierung der Produktionsprozesse hier aktuell schlummert. Feldgeräte Produkt Auf der anderen Seite ist Edge-Computing gleichzeitig in der Lage, die „Grenzen der Cloud“ durch die Integration folgender Funktionen nachhaltig zu sprengen: • hartes Echtzeit- und deterministisches Verhalten, Für die jeweilige Aufgabe werden aus der Cloud spezifische Leistungen abgerufen oder einzelne Roboter vernetzen sich ad hoc zu temporären Produktionsteams. MES SCADA Flottenmanager KUKA Connect WM6 MFCS Datenerfassung & Steuerung Edge-Computing in Echtzeit Steuergerät Edge-Computing Als Mediator an der Grenze zwischen OT und IT angesiedelt, ist Edge-Computing der Schlüssel für die nahtlose Konvergenz dieser heterogenen Welten. Einerseits baut Edge-Computing dabei auf Technologien auf, die auch für CloudComputing charakteristisch sind – allerdings mit dem essenziellen Unterschied, dass diese auf kompakten EmbeddedRechnersystemen bereitgestellt werden. Dazu zählt unter anderem die Virtualisierung aller Ressourcen, die Automatisierung des Ressourcenmanagements, das Application Lifecycle Management und komplett softwaredefinierte Netzwerkdefinitionen. ERP Arbeitszentren Station • direkte Unterstützung einer großen Bandbreite an Netzwerktechnolo gien, einschließlich Wireless- und Sensor-Netzwerken, sowie veralteter Feldbus-Netzwerke, wie sie für OT-Umgebungen typisch sind, • Unterstützung der Interoperabilität zwischen heterogenen Datenquellen und kompakte Streaming-Daten analyse mit Echtzeitfähigkeit sowie Netzwerk-, System- und physische Sicherheit. Bediener Produktionsdatenanalyse Feedback an Produktion Unternehmen AGVs öffentliche/ private Cloud Produktionsdatenerfassung Roboter Steuerungen Sensoren & Aktoren Hallenebene Durch die enge Zusammenarbeit zwischen KUKA Robotics, TTTech und Nebbiolo-Technologien sind wir heute in der Lage, mit Edge-Computing eine ideale Verbindung zwischen moderner Informationstechnologie und bereits existierender Produktionsinfrastruktur zu realisieren. Barrierefrei vernetzte, digitale Produktionslandschaften, die sowohl skalierbare Rechnerleistung „am Rande des Netzwerks“ wie auch die vollständige Virtualisierung von Ressourcen ermöglichen. Die Computing in Echtzeit als auch in Nicht-Echtzeit unterstützen. OT-Architekturen, die neben verbesserten Netzwerk- und Sicherheitsfunktionen auch über eine moderne Middleware für Dateninteroperabilität (einschließlich OPC UA) verfügen, die es ermöglicht, Datenspeicherung und -analyse in der Nähe der Endgeräte auszuführen. Eine Architektur, mit der Konvergenz, Vereinheitlichung und Standardisierung auf den Ebenen Netzwerk, Sicherheit, Daten, Rechner und Steuerung auf hohem Niveau erzielt werden können – und dies bei überschaubarem Aufwand. Ziel ist es, eine ideale Verbindung zwischen moderner Informationstechnologie und bereits existierender Produktionsinfrastruktur zu realisieren. 30�31 Intelligentere Maschinen Weil Digitalisierung ein Gegenstück in der realen Welt braucht. Individualisierte Produktion im Rahmen industrieller Fertigung Die neue digitale Welt ist schnell. Jeder spricht mit jedem und dies über alle Grenzen hinweg. Wir müssen damit rechnen, dass Industrie 4.0 auf die industrielle Produktion ähnlich disruptive Folgen haben wird wie Facebook, WhatsApp und andere soziale Medien auf die zwischenmenschliche Kommunikation. Ganz ähnlich wachsen in der Digital Supply Chain die maßgeblichen Geschäftsprozesse aller Beteiligten – von den Lieferanten über den Produzenten bis hin zum Endkunden – zusammen. Aus Sicht der Produzenten stecken die Potenziale einer digitalisierten Wertschöpfungskette vor allem in der Beschleunigung von Produktions- und Logistikprozessen, in der Reduktion des Erfassungsaufwands und in der Optimierung von Datensicherheit und -konsistenz. Unter diesem Gesichtspunkt nutzen bereits heute Unternehmen digitale Wertschöpfungsketten, um einzelne Produktionsinseln und Prozesse innerhalb ihrer Organisation zu optimieren. Aber haben wir das Potenzial von Industrie 4.0 damit wirklich schon ausgeschöpft? Eher nein. Viel wahrscheinlicher ist, dass in der Fabrik der Zukunft der Mensch mit seinen individuellen Bedürfnissen, Wünschen und Fähigkeiten verstärkt in den Mittelpunkt des Denkens und Handelns rücken wird. Und dies gleichermaßen in der Rolle als Konsument wie auch als umworbener Mitarbeiter. Stand bisher die Massenproduktion mit möglichst niedrigen Stückkosten im Vordergrund, so wird die industrielle Produktion der Zukunft vor allem geprägt sein vom Wunsch der Menschen nach qualitativ hochwertigen und gleichzeitig höchst individuellen Industrie 4.0 schafft die Voraussetzungen, um den höchsten Individualisierungsgrad – bis hin zu Losgröße 1 – im Rahmen industrieller Fertigung zu realisieren. Hello Industrie 4.0�we go digital Produkten. Die Folge: erheblich steigende Variantenbildung in der Fertigung, die nur durch einen neuen Grad an Flexibilität und Transparenz im Produktionsprozess realisiert werden kann. Gleichzeitig wird uns die zunehmende Überalterung in den Gesellschaften der Industrienationen dazu zwingen, dass ältere, erfahrene Arbeitnehmer länger am Arbeitsleben teilhaben. Und analog zur einfachen und intuitiven Bedienung eines Smartphones werden wir dafür sorgen müssen, dass selbst hochkomplexe Maschinen wie Roboter ganz selbstverständlich und ohne spezifisches Wissen von Mitarbeitern konfiguriert, gesteuert und bedient werden können. Hier werden zukünftig Machine Learning, Best Practices und Communities, verbunden mit neuen Möglichkeiten der Konfiguration und Aufgaben-basierten Kommandierungen den Weg in neue Arbeitswelten öffnen. Industrie 4.0 Ready Hinter dieser Umwälzung stecken, genau betrachtet, mehrere technologische Revolutionen, die fast zeitgleich stattfinden. Unbestritten ist hier die Rolle der Digitalisierung zu nennen, die es uns ermöglicht, Produktionsprozesse in einer völlig neuen Dimension zu vernetzen und mit neuem Wissen und neuen Fähigkeiten anzureichern. Dieser digitalen Revolution steht in der realen Welt die nächste Generation intelligenter Maschinen zur Seite. Manche haben sich optisch kaum verändert. Wunsch nach Individualisierung Sie wirken auf den ersten Blick wie normale Industrieroboter, aber verfügen nun über alle Fähigkeiten, die cyberphysische Systeme im Internet der Dinge auszeichnen. Oder sie haben zusätzliche Intelligenz erhalten, die sie in die Lage versetzen, Energie zu sparen, noch präziser ihre Bewegungen zu steuern, einfacher neue Funktionen zu erlernen und vieles andere mehr. KUKA nennt Roboter, die über diese Fähigkeiten verfügen, ganz einfach „Industrie 4.0 Ready“. Aber die Vision hinter der nächsten industriellen Revolution ist viel größer. Sie vernetzt Mensch und Maschine in der Produktion und fordert die maximale Flexibilisierung der Systeme. Bereits seit Jahren betreibt und gestaltet KUKA deshalb an führender Stelle die Zukunftsfelder Cobotic und Mobility. Daher existieren bereits heute auch intelligente Maschinen, denen man schon auf den ersten Blick ansieht, dass sie etwas ganz Besonderes sind: Cobots und Plattformen, die nur entfernt unserem Bild von einem Industrieroboter ähnlich sind. Die direkt mit dem Menschen zusammenarbeiten können, die mobil sind oder sogar beide Fähigkeiten in sich vereinen und Wissen aus der Cloud nutzen. Roboter, die dazu geschaffen wurden, durch ihre neuen Fähigkeiten und das ganze Potenzial der digitalen Fabrik zukunftsweisende Produktionskonzepte umzusetzen. Losgröße 1 n=1 Robofaktur Demografischer Wandel Home-Assisted Living Nicht morgen, sondern heute. Ergonomisches Arbeiten 32�33 Mobile Robotik Bewegungsfreiheit in jeder Größenordnung Mobile Robotik für die präzise Bearbeitung von XXL-Bauteilen In der cyberphysikalischen Produktionswelt von IoT und Industrie 4.0 lösen sich gewohnte Strukturen auf. Maschinen und Werkstücke werden autonom den Produktionsablauf an aktuelle Rahmenbedingungen anpassen. Sie werden bei Produktionsengpässen selbstständig auf andere Produktionsinseln ausweichen, neue Werkzeuge, Material oder Baugruppen aktiv anfordern. Statische Produktionsstraßen, die Güter von A nach B bringen, werden in dieser Welt eher die Ausnahme denn die Regel sein. Intelligente, mobile Einheiten, die im Schwarm agieren und autonom ihr Ziel finden, werden anstelle des Fließbands treten und die nächste Evolutionsstufe der Flexibilisierung industrieller Produktion einleiten. Mit völlig neuen Konzepten, um Produkte, Werkstücke oder auch ganze Produktionseinheiten zu bewegen oder an anderer Stelle neu zu positionieren. Zum Beispiel Roboter auf mobilen Plattformen, die sich selbstständig bewegen, um Dinge zu transportieren oder Werkstücke zu bearbeiten. Die sich bei Bedarf selbst ihren Weg suchen – ohne Bodenmarkierungen, Induktionsschleifen oder Magnete. Sie richten sich millimetergenau am Werkstück aus. Oder drehen die gewohnten Abläufe einfach um: beispielsweise, wenn der Roboter zum Werkstück kommt Hello Industrie 4.0�we go digital Modular und multifunktional konstruiert, besteht CarryPick von Swisslog aus mobilen Regalen und fahrerlosen Transportfahrzeugen für die Ware-zurPerson-Kommissionierung. und nicht umgekehrt – oder wenn große Werkstücke im Raum stehen und der bearbeitende Roboter sich frei um das Objekt herum bewegt. Mobile Automationslösungen von KUKA zeigen schon heute, wie die Zukunft in der hoch flexibilisierten, digital vernetzen Produktionswelt aussehen wird. KMP omniMove KMP omniMove ermöglicht die uneingeschränkte Manövrierbarkeit in jede Richtung sowie die Rotation des Roboters um sich selbst. Mit seinen omnidirektional fahrenden Rädern lässt sich das Fahrzeug ohne Umorientierung der Räder frei navigieren und per Fernbedienung in alle Richtungen steuern – selbst in den engsten Räumen. Gegenüber konventionell gelenkten Rädern können so die Logistikfläche um bis zu 50 Prozent reduziert und eine größere Produktionsfläche genutzt werden. Die KMP omniMove-Fahrzeuge für interne Logistik heben mühelos Traglasten von 100 Kilogramm bis zu 100 Tonnen und bieten mit zehn verschiedenen Fahrzeugvarianten zahlreiche kundenspezifische Optionspakete für unterschiedlichste Anforderungen inklusive autonomer Navigation und Flottenmanagement. 34�35 Mobility trifft MRK. Wie Roboter neue Türen öffnen. Sie können sich bewegen, fühlen, mit Menschen kooperieren, Maschinen beschicken oder entladen, Material und Werkzeuge transportieren und vieles mehr. Mobile Cobots können nicht nur intelligent auf ihr Umfeld reagieren, sondern sind auch in der Lage, ihren Einsatzort zu wechseln. Das Spektrum von KUKA reicht dabei von manuell verfahrbaren Leichtbaurobotern bis hin zu völlig autonom im Raum agierenden Systemen wie dem KMR iiwa. Durch ihre Fähigkeit, ortsunabhängig mit Menschen, Maschinen oder Werkstücken zu interagieren, sind die Einsatzmöglichkeiten dieser neuen Generation der mobilen Robotik nahezu unbegrenzt. Im Prinzip gibt es so viele Anwendungsmöglichkeiten, wie es Ideen dafür gibt. Bereits heute können mobile Roboter selbstständig Logistikaufgaben übernehmen, direkt mit Menschen zusammenarbeiten oder an unterschiedlichen Arbeitsplätzen schnell neue Aufgaben übernehmen. Selbst der Einsatz im Büro oder im Service ist denkbar. Hello Industrie 4.0�we go digital Mit industrietauglichen, mobilen Cobots lösen sich die bestehenden Grenzen der Robotik im Produktionsumfeld auf. Ausgerüstet mit SLAM-Navigation werden statische Bodenmarkierungen, Induktionsschleifen oder Magnete zur Wegbeschreibung der Pfade bei diesen Maschinen komplett überflüssig. Sie können selbstständig Karten ihrer Umwelt erstellen und dieses Wissen auch mit anderen Einheiten in der Flotte teilen. Was einer im Schwarm geortet hat, steht augenblicklich allen anderen zur Verfügung. Es entsteht ein übergreifend vernetzter, gemeinsamer „Fahr- und Wegeplan“, über den sämtliche Roboterbewegungen koordiniert ausgeführt werden. Ändert sich das Produktionsumfeld in der Fabrik oder Halle, können die mobilen Roboter in kürzester Zeit an diese neue Situation angepasst werden. KUKA flexFELLOW Durch die ideale Kombinationsmöglichkeit von manuellen und automatischen Tätigkeiten kann die Produktion optimal an die jeweils benötigte Auslastung angepasst werden. KUKA Mobile Robotik iiwa Die Kombination aus mobiler Plattform und intelligentem, sensitivem Work-Assistant eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Regallager Dank innovativer Navigation operiert der KMR iiwa autonom im Raum und legt zum Beispiel bearbeitete Werkstücke ab oder holt selbstständig benötigte Bauteile. Werker Der Werker wird entlastet von monotonen, unergonomischen Arbeiten und kann sich auf wichtige Bearbeitungsschritte konzentrieren. Werkzeugmaschine Der KMR iiwa übernimmt die Bestückung von Werkzeugmaschinen und entlastet den Werker von anstrengenden und ermüdenden Aufgaben. 36�37 Cobots in der Industrie Maschinen erweitern die Fähigkeiten des Menschen. Im Jahr 2014 legte KUKA mit dem LBR iiwa den Grundstein für eine völlig neue Beziehung zwischen Mensch und Roboter im industriellen Umfeld: die unmittelbare und sichere Zusammenarbeit – ohne jegliche Schutzeinhausung. Als Komponente einer Smart Factory ist der LBR iiwa dank seiner sensitiven Technik in der Lage, von seinen menschlichen Kollegen zu lernen. Angebunden an die Cloud, kann er die Ergebnisse seiner Arbeit selbstständig überprüfen, optimieren und dokumentieren. Die Rückmeldungen, die der Roboter in die vernetzte Fabrik gibt, sorgen für maximale Transparenz und hochflexible Koordination innerhalb der Produktionsprozesse. EN ISO 13849 Die Sicherheitsfunktionen des LBR iiwa erfüllen die Anforderungen des Performance-Levels „d“ mit Struktur-Kategorie 3. Für die sichere Mensch-Roboter-Kollaboration. Hello Industrie 4.0�we go digital Die Mensch-Roboter-Kollaboration erscheint selbst heute vielen noch als reine Zukunftsvision. Dabei haben intelligente Cobots wie der LBR iiwa längst begonnen, der Automation völlig neue Bereiche zu erschließen: Mit ihren feinfühligen Fähigkeiten montieren sie Getriebe, beladen und entladen Maschinen oder Logistiksysteme. Dabei können sie Toleranzen in der Werkstückpositionierung selbst erkennen, mit biegeschlaffen Teilen umgehen, Türen an Maschinen öffnen, die Art eines Bauteils erkennen und unendlich viel mehr. Der Begriff „universell einsetzbar“ muss im Zusammenhang mit dieser Roboterklasse erst neu definiert werden. Denn die Einsatzmöglichkeiten in der Fabrik der Zukunft sind nahezu unerschöpflich. Cobots, die heute schon in der Industrie ihren Dienst versehen, beweisen uns aber vor allem eines: Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter funktioniert – auch im harten Produktionsalltag. Und dies ist auch nötig. Denn in einer Zeit des technischen Umbruchs, hin zur digitalisierten Produktion, mit zunehmend kürzeren Produktzyklen in der Fertigung, bei gleichzeitig höherer Variantenbildung, sind die Herausforderungen an die Produktion der Zukunft hoch. Für Mensch und Roboter gleichermaßen. Die Teamarbeit zwischen Mensch und Maschine bietet dabei die Chance, den Werker zu unterstützen, die Arbeit zu erleichtern und die Fähigkeiten des Menschen nachhaltig zu erweitern. LBR iiwa Mit LBR iiwa, dem Cobot für die Industrie, steht ein in der Praxis bewährter, universell einsetzbarer „Kollege Roboter“ zur Verfügung. Und beweist, dass die Visionen von Industrie 4.0 in der Realität umsetzbar sind. Roboter arbeiten bereits heute mit dem Menschen Hand in Hand und erweitern seine Möglichkeiten: Damit der Werker seiner Arbeit effizienter, ergonomischer, präziser und konzentrierter nachgehen kann. 38�39 �Vernetzte Produktion realisieren »Am Ende entscheidet die Fähigkeit, die neuen Möglichkeiten unserer digitalen Welt an die realen Bedürfnisse in der Fertigung anzupassen.« Hochdynamische und flexible Fabriken mit durchgängig vernetzten Systemen und Zugang zur Cloud werden ohne Frage das Rückgrat unserer globalen, digitalen Gesellschaft. Ob getrieben durch den gesellschaftlichen Wandel oder den Technologiefortschritt in Robotik und künstlicher Intelligenz, durch Big Data und die Definition neuer Standards – in allen Dimensionen hat die Entwicklung hin zu IoT und Industrie 4.0 ein atemberaubendes Tempo angenommen. Larry Drake CEO KUKA Systems North America In dieser Zeit des Umbruchs gilt es, die entscheidenden technischen und unternehmerischen Herausforderungen zu adressieren, um bestehende Wettbewerbsvorteile zu sichern und neue aufzubauen. Im Zuge der Digitalisierung erwarten Unternehmen heute vor allem direkt rechenbare Vorteile: sinkende Beschaffungskosten, höhere Produktivität und die Ausweitung des Marktanteils. Tatsächlich erfassen diese Punkte aber nur einen Teil der Herausforderungen. Denn viele Märkte werden zukünftig in einem bisher ungeahnten Ausmaß durch extrem schnelle technische Innovationszyklen und die Einbindung des Kunden in die Konfiguration oder Individualisierung der Produkte geprägt sein. Schon heute interessiert im Electronics Markt niemanden mehr das technische Highlight des letzten Jahres. Gleichzeitig durchlebt die Automobilindustrie mit eMobility, intelligenten Fahrzeugen und neuen Geschäftsmodellen wie Carsharing und Uber einen radikalen Wandel in allen Bereichen. Diese Aufzählung könnte man beliebig um weitere Branchen ergänzen. Im Zuge der Digitalisierung erwarten Unternehmen heute vor allem direkt rechenbare Vorteile: sinkende Beschaffungskosten, höhere Produktivität und Ausweitung des Marktanteils. Eine wettbewerbsfähige und wirtschaftliche Umsetzung dieser sich verändernden Paradigmen in der Produktion bedeutet für unsere Kunden zukünftig extrem hohe Anforderungen an die Flexibilität und Effizienz ihrer Prozesse. Dabei ist es entscheidend, dass die Möglichkeiten, die durch eine intelligente Vernetzung der Produktion entstehen, sinnvoll im realen Fabrikationsprozess umgesetzt werden. Das bedeutet, dass sowohl die ökonomischen als auch die fertigungstechnischen Aspekte umfassend berücksichtigt werden müssen. 40�41 Hello Industrie 4.0�we go digital KUKA verfügt in diesem Zusammenhang über umfangreiche Kompetenz und über Innovationskraft in beiden Welten – der digitalen und der realen Welt der Produktion. Um es konkret zu sagen: Auf der Basis unseres langjährigen Prozesswissens verstehen wir nicht nur, was unsere Kunden brauchen, sondern wir wissen auch ganz genau, wie diese Technologien und Prozesse implementiert werden und wie damit in der Praxis gefertigt wird. Als eines der ganz wenigen Unternehmen auf der Welt sind wir damit in der Lage, Kunden auf dem gesamten Weg der Transformation in die Industrie 4.0 umfassend und in allen Bereichen zu begleiten. Egal wo sich ein Unternehmen heute auf diesem Weg befindet und welches Tempo für sein spezifisches Umfeld und die jeweilige Branche wertschöpfend ist. Als erfahrener Industriepartner integrieren wir uns bereits in die Entwicklungsphase der Produktionsprozesse und ermöglichen somit eine optimale Ausnutzung des gesamten Potenzials intelligenter, vernetzter Automatisierungslösungen – über den kompletten Fertigungsprozess hinweg. Dabei kommt uns nicht nur unsere führende Rolle als Treiber und Vordenker bei der Entwicklung von Schlüsseltechnologien für Industrie 4.0 zugute, sondern auch das profunde Wissen, wie man in unterschiedlichsten Verfahren und Techniken produziert. Ob Punktschweißen, Bahnschweißen, Laserschweißen und Laserschneiden, Kleben, Dichten, Bohren, Fräsen, Entgraten, Montieren, Prüfen oder vieles andere mehr. Historisch gesehen reicht unsere Geschichte als Pionier der industriellen Fertigung weit über 50 Jahre zurück – mit Milestones wie der Erfindung des ersten 6-Achs-Industrieroboters im Jahr 1976 bis hin zum ersten in Serie gefertigten sensitiven Industrieroboter LBR iiwa. Immer geprägt durch die Bereitschaft, für den Fortschritt bestehende Grenzen zu überwinden. Letztendlich schaffen wir gemeinsam mit unseren Kunden wegweisende Produktionslösungen. Intelligente Produktionswelten, die beweisen, dass Industrie 4.0 bereits heute in der Realität angekommen ist. Vernetzte Produktion realisieren Bereits heute nutzen Unternehmen digitale Wertschöpfungsketten, um einzelne Produktionsinseln und Prozesse innerhalb ihrer Organisation zu optimieren. In der Fabrik von morgen wird die Digital Supply Chain auch über Unternehmensgrenzen hinweg globale Abläufe erfassen und weitestgehend autonom steuern. �Matrix-Produktion �Mehr Dynamik durch sich selbst organisierende Wertschöpfungsketten �KUKA Toledo Production Operations: die Power von IoT im Einsatz für Jeep® Wrangler �ASM Assembly Systems: intelligente Mensch Roboter-Kollaboration in der Elektronikindustrie �Von Science-Fiction zur Wirklichkeit Matrix-Produktion Die hochflexible Produktion wird Realität. Wirtschaftliche, soziale, technologische und ökologische Megatrends wie Globalisierung, Urbanisierung, Digitalisierung und Nachhaltigkeit verändern die zukünftige Industrielandschaft grundlegend. Das stellt die produzierende Industrie vor neue Herausforderungen: Die Industrie begegnet diesen Veränderungsprozessen und dem zunehmenden Wettbewerbsdruck mit kürzeren Produktzyklen und einem differenzierteren Produktportfolio. Um Auslastungsspitzen oder Ressourcenengpässe abzufedern, sind im Zeitalter von Industrie 4.0 wandlungsfähige Lösungen gefragt. Die Matrix-Produktion kann durch konfigurierbare Produktionszellen, den Teile- und Werkzeugtransport mittels Automated Guided Vehicles (AGVs) und die Trennung von Logistik und Produktion zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor werden. Die leicht umrüstbare Produktionszelle. Vier Roboter handhaben und fügen die Bauteile. Werkzeugspeicher in den Zellen ermöglichen das Vorhalten benötigter Werkzeuge. Damit ist ein Anpassen der Zelle in Taktzeit möglich. Hello Industrie 4.0�we go digital 44�45 �Matrix-Produktion Die fortschreitende Individualisierung verändert die Produktion. Kleine Losgrößen wirtschaftlich rentabel herzustellen, wird aufgrund der volatilen Märkte immer wichtiger. Konkret besteht die Herausforderung verstärkt darin, eine steigende Anzahl an unterschiedlichen Varianten und Modellen eines Produkts in variablen Stückzahlen zu produzieren – zum Beispiel ausgelöst durch den gestiegenen Individualisierungsgrad in der Automobilbranche. Das Konzept der Matrix-Produktion ermöglicht zukünftig eine extrem wandlungsfähige und über die gesamte Prozesskette vernetzte Produktion im industriellen Maßstab. Die Anlage kann sich „on the fly" automatisch auf wechselnde Produkttypen umrüsten. Ohne Wartezeiten und ohne Produktionsausfälle. Die Herstellung hoch individualisierter Serien wird dadurch im Rahmen industrieller Massenproduktion ohne Einschränkungen realisierbar. Die Matrix-Produktion basiert auf kategorisierten, standardisierten Produktionszellen, die in nahezu beliebiger Anzahl auf einem Raster angeordnet werden. Alle Zellen sind dabei mit produktneutralem Equipment und produktspezifischen Grundfunktionalitäten ausgestattet. Innerhalb der Zellen befinden sich Drehtische zur Ablage der Bauteile, Werkzeugaufnahmen und Roboter, die den jeweiligen Prozess ausführen. Diese Produktionszellen können durch prozessspezifisches Equipment individuell erweitert werden. Schweißen, Kleben, Stanzen, Löten und Clinchen: Nahezu jeder Prozess kann integriert werden. Hello Industrie 4.0�we go digital Der Transport der Bauteile sowie Werkzeuge erfolgt über Automated Guided Vehicles (AGVs), die mithilfe eines SLAM-Navigationsalgorithmus zu den einzelnen Zellen navigieren. In der Zelle angekommen, greift ein Roboter nach den Bauteilen. Durch intelligente, Roboter-basierte Applikationen, wie beispielsweise der Jigless-Bodyshop-Technologie, werden diese Bauteile dann bearbeitet. Dabei hält der eine Roboter das eine Teil, der zweite Roboter das andere Teil. Beide Teile werden zu einer Einheit verriegelt, sodass der dritte Roboter, der sogenannte ProzessRoboter, diese anschließend verschweißen kann. Die Lagerung der Bauteile findet im Warehouse statt. Im Toolstore hingegen befinden sich die typenspezifischen Werkzeuge. Die autonom fahrenden AGVs können unterschiedliche Bauteile wie auch Werkzeuge über individuell konfigurierbare Lastaufnahmemittel (LAM) aufnehmen und transportieren. Logistikprozesse und Fertigung sind in der MatrixProduktion voneinander entkoppelt. Durch dieses Konzept ist die Anlage mit variabler Teilelogistik jederzeit in der Lage, bei Spitzen flexibel auf andere Zellen auszuweichen, zusätzliche Zellen einzubinden oder aus dem Prozess auszugliedern. Die Wertschöpfungskette wird dabei nicht unterbrochen, denn die logische Verknüpfung der Logistik mit der Produktion erfolgt durch Software. Logistik Im Warehouse lagern alle für die Fertigung relevanten Bauteile. Sie werden mittels AGV abgeholt und an die Fertigungszelle gefahren. Der AGV-Pool ist das sogenannte Parkhaus der Produktion. Hier warten alle Automated Guided Vehicles auf ihren Einsatz. Der Bauteiletransport sowie der Transport der Werkzeuge an die Basiszellen erfolgt über AGVs, die mithilfe eines Navigationsalgorithmus zu den einzelnen Zellen navigieren. Im Toolstore befinden sich die typenspezifischen Werkzeuge und Prozesshilfsmittel. Diese werden mithilfe von AGVs an die Zelle gefahren, in der die Technologie, das Werkzeug oder das Produktionsequipment benötigt werden. Produktion Produktionsfeld Mit dem Konzept der hochflexiblen Matrix-Produktion setzt KUKA die Anforderungen von Industrie 4.0 im Rahmen der industriellen Produktion konsequent um. 46�47 Mehr Dynamik durch sich selbst organisierende Wertschöpfungsketten Das Logistik- und Verteilzentrum einer europäischen Handelskette Moderne Industrie- und Handelsunternehmen sind heute mehr denn je auf hochautomatisierte, dynamische Logistikprozesse angewiesen. Doch solange Waren- und Datenströme getrennt verlaufen, stößt die Effizienzsteigerung an natürliche Grenzen. Um diese zu überwinden, verfolgt der zur KUKA Gruppe gehörende Logistikexperte Swisslog ein klares Ziel: sämtliche physischen Warentransporte durchgängig mit digitalen Informationsströmen zu verschmelzen, um die Voraussetzungen für sich selbst organisierende Wertschöpfungsketten zu schaffen. Im Zeitraum der letzten zwei Jahre ist so eines der modernsten Logistik- und Verteilzentren Europas entstanden. Aus dem äußerst leistungsfähigen Omnichannel-Lager wird eine europäische Handelskette ab Sommer 2016 europaweit rund 1.000 Filialen und zahlreiche Online-Shops beliefern. CycloneCarrier: Zuverlässiges Shuttle-System für hochdynamische Lagerung von Kleinteilen. Hello Industrie 4.0�we go digital 48�49 �Intralogistik einer europäischen Handelskette Intelligent nutzbar gemachte Datenströme sind der Schlüssel für den Eintritt in die Welt sich selbst steuernder Prozesse. Ausgestattet mit einer großen Bandbreite modernster Automatisierungskomponenten für Paletten, hängende Waren und Kleinteile, ist eine europäische Handelskette für dieses Ziel bereits bestens gerüstet. Dreh- und Angelpunkt der modernen Logistiklösung ist eine Swisslog-eigene Lagerverwaltungs- und Steuerungssoftware. Sie bildet das intelligente Verbindungsglied zwischen Hochregal- und Kleinteilelager, dem 80 Roboterfahrzeuge umfassenden AutoStore-System, den Hub- und Fördertechnikkomponenten und der Cross-Belt-Sortieranlage sowie dem kundenseitigen Warenwirtschaftssystem (ERP). Die digitale Prozesskette kann sämtliche Informationen über die physischen Warenbewegungen in Echtzeit zur Verfügung stellen. Die Lagerverwaltungssoftware ist dabei in ständigem Austausch mit dem Warenwirtschaftssystem. So lässt sich sicherstellen, dass sämtliche via Online-Shop oder von den Filialen georderten Waren zum Zeitpunkt der Bestellung tatsächlich im Lager verfügbar sind. Drohen Engpasssituationen im Warenbestand, kann der europäische Modehändler zum Beispiel schnell reagieren und den fehlenden Artikel ohne Zeitverzögerung aus dem Stamm der angebotenen Artikel nehmen. Bereits heute ist ein Großteil der Swisslog Logistikkomponenten des Systems mit autonomen Steuerungsund Antriebseinheiten ausgestattet. Im Sinne eines cyber-physischen Systems können sie jederzeit auch in den dezentral organisierten Netzwerkstrukturen zukünftiger IoT-Welten eingesetzt werden. Swisslog schon heute die Möglichkeit, performanceorientierte MehrwertServices wie das Condition-Monitoring in Anspruch zu nehmen. Das ConditionMonitoring-Tool ist ein modularer Baustein und integraler Bestandteil des Swisslog Systems zugleich. Dieses liefert einen Echtzeit-Überblick über den Energieverbrauch und die gesamte Lagerperformance – und warnt die Servicetechniker, sollte sich systemseitig ein kritischer Zustand anbahnen. Basis dieses Industrie 4.0-Ansatzes ist die direkte Peer-to-Peer-Kommunikation zwischen einzelnen Lagerkomponenten. Regalbediengeräte, die sich mithilfe künstlicher Intelligenz über den aktuellen Standort sowie den Bestimmungsort einer Transporteinheit austauschen, eliminieren die Verzögerungszeiten, die bislang durch die Kommunikation mit der zentralen Steuerungseinheit entstehen. Theoretisch sind einzelne Komponenten des Swisslog Gesamtsystems dazu befähigt, selbstständig Maßnahmen im Hinblick auf die Optimierung gesamter Logistikprozesse zu ergreifen. Ein wichtiger Anfang ist in dieser Hinsicht bereits gemacht: Die Verbindung von hochperformanten Data-Warehouse-Technologien und intelligenten Algorithmen zur Datenauswertung bietet den Kunden von Die Vorhersage von Störungen – lange bevor diese tatsächlich auftreten – ist der nächste Schritt, den Swisslog mit einer Optimierungslösung in Angriff nimmt. Bei der Lösung „Crystal Ball“ stehen Langzeitanalysen der Daten im Vordergrund. Dies ermöglicht einen Anlagenbetrieb, bei dem die Performance vollautomatisch optimiert wird. Der CycloneCarrier wurde für alle Branchen konzipiert, in denen hohe Durchsatzleistungen sowie eine exzellente Verfügbarkeit im Vordergrund stehen. Hello Industrie 4.0�we go digital 50�51 Die Power von IoT im Einsatz für Jeep® Wrangler KUKA Toledo Production Operations Die ersten Meilensteine in der Digital Supply Chain setzte KUKA bereits vor einer Dekade. Im Jahr 2006 entstand mit dem Bau des Body-in-White-Werks für Jeep® Wrangler-Karosserien eine Fertigungslösung aus hoch vernetzten Systemen und Architekturen, die ihrer Zeit in jeder Hinsicht voraus war. Die effiziente Produktion hoher Stückzahlen bei gleichzeitig großer Typen- und Variantenvielfalt auf ein und derselben Fertigungsstraße zu realisieren, galt bis zu diesem Zeitpunkt eigentlich als unmöglich. KUKA Toledo Production Operations, kurz „KTPO“ genannt, bewies das Gegenteil. Das hinsichtlich Vernetzung und Prozesssteuerung wegweisende Werk ermöglichte einen Quantensprung in der Produktivität – und dies bei einer bis dahin unerreichten Flexibilität. KTPO ist eine von vier Fertigungsstätten, die im „Toledo Supplier Park“, einem in Nordamerika bislang einmaligen Betreibermodell, zusammengefasst sind. Hello Industrie 4.0�we go digital 52�53 �Die Power von IoT im Einsatz für Jeep® Wrangler Alle 77 Sekunden entsteht auf einer Linie eine Karosserie – egal welcher Typ, egal welche Version. Tag für Tag. Zuverlässig seit zehn Jahren. Um dies zu erreichen, verknüpfte KUKA die 259 Roboter des Werkes und 60.000 weitere Geräte mit leistungsfähigen Back-End-Überwachungssystemen sowie einem übergeordneten Datenverwaltungssystem. So entstand damals quasi das „IoT in a Box“ und es entwickelt sich dynamisch weiter – permanent. Die Anlage zählt seit Jahren zu den effizientesten Rohbaulinien der amerikanischen Autoindustrie. Rund eineinhalb Millionen Rohkarosserien für den Jeep® Wrangler liefen bis heute fast im Minutentakt vom Band – wohlgemerkt vom selben Band, ganz gleich, ob es sich um den klassischen Zweitürer oder den Viertürer der „Unlimited”Serie handelte. Der Jeep® Wrangler gilt als Erfolgsmodell – in der Produktion ebenso wie bei der Nachfrage. Um mühelos mit den steigenden Produktionszahlen mitzuhalten, ermöglichte KTPO durch ein intelligentes Steuerungssystem den Nonstop-Ausstoß von Karosserien im Zwei-Schicht-Betrieb. »KTPO liefert verlässlich Karosserien in Top-Qualität« unterstreicht KTPO-Geschäftsführer Jake Ladouceur. Zukunftsweisend ist auch das Betreibermodell, in das KTPO eingebunden ist. In dem vier Fertigungsstätten umfassenden „Toledo Supplier Park“ übernehmen mehrere Zulieferer in jeweils eigenen Werkshallen komplette Vorstufen in Eigenregie. Chrysler selbst ist für die Lackierung sowie die Endmontage zuständig. Was mit der Vernetzung von Produktionsprozessen mit Back-End-Überwachungssystemen begann, hat sich im Zuge von Industrie 4.0 mittlerweile zu einer intelligenten Lifecycle Management Platform entwickelt. Zu einer durchgängig digitalisierten Lösung, die, verbunden mit der Produktion, die gesamte Wertschöpfungskette vom Materialeingang über die Produktionsprozesse bis hin zum Warenausgang in Echtzeit steuert, überwacht, Schwachstellen identifiziert und die Auslastung optimiert. Tag für Tag stellt KTPO mit Bestmarken eindrucksvoll unter Beweis, dass KUKA eine Rohbaufertigung betreibt, mit der sich die höchsten Ansprüche der weltweiten Automobilindustrie an Qualität und Effizienz erfüllen lassen. Gefertigt werden bei der KUKA Toledo Production Operation (KTPO), Teil der KUKA Gruppe, die Karosserien für sämtliche Modelle der weltweit verkauften Jeep® Wrangler-Baureihe. Hello Industrie 4.0�we go digital 54�55 Intelligente Mensch-Roboter-Kollaboration in der Elektronikindustrie ASM Assembly Systems im SMT Center of Competence Wo trennende Zäune zwischen Robotern und Mensch überflüssig werden, ist der Weg frei für völlig neue, hochproduktive Wege in der industriellen Fertigung. KUKA legte dafür den Grundstein mit der Entwicklung des ersten für die Mensch-Roboter-Kollaboration zugelassenen Roboters LBR iiwa (intelligent industrial work assistent). Seine integrierte Sensorik erlaubt die nahtlose Integration und Arbeitsteilung von Mensch und Maschine – mit beachtlichen Vorteilen für die Fertigungseffizienz und -flexibilität. Eine Anwendung bei ASM Assembly Systems, einem der weltweit führenden Hersteller von Fertigungslösungen für die Elektronikindustrie, zeigt, wie vernetzte Produktion die Optimierung von SMT-Linien ermöglicht. Der LBR iiwa entnimmt zur Vorrüstung eine Baulelemente-Rolle aus dem SIPLACE Tower. Mit maßgeschneiderten Greifern kann der LBR iiwa alle Arten von Gurtrollen flexibel verarbeiten. Hello Industrie 4.0�we go digital 56�57 �Intelligente Mensch-RoboterKollaboration im SMT Center of Competence Die große Vielfalt an Produkten in der Elektronikfertigung erfordert höchstflexible Produktionslösungen. Die Premiere der Fertigungsinnovation für die Elektronikbranche setzte Zeichen. An seinem Hauptsitz in München demonstrierte ASM Assembly Systems, einer der weltweit führenden Hersteller von Fertigungslösungen für die Elektronikindustrie, den Einsatz intelligenter Mensch-Roboter-Kollaboration in zwei Varianten: mit einem LBR iiwa stationär im Vorrüstbereich und auf einer mobilen, autonom agierenden Plattform KMR iiwa während der laufenden Fertigung einer SIPLACE SMT-Linie. Im Vorrüstbereich einer SMT-Linie müssen die BauelementeTische mit Bauelemente-Rollen aufgerüstet werden. Mithilfe des SIPLACE Material Setup Assistant wird ermittelt, welche Bauelemente-Rollen aufgerüstet werden müssen. Dieser sendet diese Bedarfsanfrage an den SIPLACE Material Manager, der die Bauelemente-Rollen dann automatisch aus dem SIPLACE Tower auslagert. Der Roboter entnimmt dabei Bauelemente-Rollen aus dem SIPLACE Tower und legt sie in der gewünschten Reihenfolge in den Bauelemente-Wagen ab – Mensch und Roboter interagieren ganz direkt, ohne Schutzzaun. Das Konzept erreicht zwei wesentliche Ziele zugleich: Die hohe Qualität der Produkte wird dank Robotereinsatz permanent gesichert und die Produktivität steigt. Mit einem maßgeschneiderten Greifer ausgestattet, ist der Roboter in der Lage, im Vorrüstbereich der SMT-Linie Bauelemente-Rollen sensitiv zu greifen – selbst biegsame mit unterschiedlichen Durchmessern und verschieden starken Rollenwänden. Im Bestückungsprozess an der laufenden Linie zeigt der SIPLACE Line Monitor dem Bediener, welche BauelementeRolle in welcher Spur als nächste zu Ende geht. Er sendet diese Anfrage an den SIPLACE Material Manager, der die Rollen dann automatisch aus dem SIPLACE Tower auslagert. Nun fährt der KMR iiwa zum SIPLACE Tower. Dort tastet er die untere Schachtebene, die linke Schachtseite und die Tiefe des Schachtes ab. Er ermittelt per Abwärtsbewegung die Höhe der Gurtrolle und legt dann eine Gurtrolle nach der anderen auf der mobilen Plattform ab. Zuletzt bringt der Roboter alle Bauelemente-Rollen zur SMT-Linie und überreicht sie dem Bediener in der richtigen Reihenfolge und an der richtigen Stelle. Die Roboter-basierte Automatisierung für SMT-Linien beweist ihr Potenzial hinsichtlich der Vermeidung von Fehlern, der Entlastung von Mitarbeitern und der Vereinfachung von Aufgaben im Vorrüstbereich. Dabei ist der mobile Roboter in der Lage, sich völlig frei und sicher im Arbeitsumfeld des Menschen zu bewegen. Ob stationär oder selbstfahrend, immer die richtige Lösung: der LBR iiwa von KUKA. Der mobile LBR iiwa ist selbstständig auf dem Weg zur SMT-Bestücklinie. Hello Industrie 4.0�we go digital 58�59 Von Science-Fiction zur Wirklichkeit Nietensetzen durch Roboter Fast ein Jahrhundert lang, seitdem Flugzeuge hauptsächlich aus Metall hergestellt werden, wurde die Aufgabe des Zusammennietens von Flugzeugrümpfen von Hand verrichtet. Eine monotone, aber gleichzeitig anspruchsvolle und körperlich anstrengende Arbeit – und eine Hauptursache für arbeitsbedingte Verletzungen. Eine logische Maßnahme ist die Automatisierung, aber das automatisierte Nietensetzen ist in der Luft- und Raumfahrt eine neue Entwicklung, die bislang nur begrenzt eingesetzt wird. Dies wird sich bald ändern. Hello Industrie 4.0�we go digital 60�61 �Nietensetzen durch Roboter In einem Gebäude in Anacortes, Washington, in der Nähe von Seattle, wo das FAUB-Projekt vorübergehend beheimatet ist, nimmt die Zukunft Gestalt an. FAUB, das für Fuselage Automated Upright Build („automatisierter stehender Aufbau des Rumpfes“) steht, ist ein Robotersystem für das automatisierte Nietensetzen, das von KUKA Systems für Boeing entwickelt wird. Es hat das Potenzial, den Flugzeugbau zu verändern. Die Roboter-Paare sind mit Multifunktions-Endeffektoren von KUKAs neuer Tochtergesellschaft, Alema Automation, ausgestattet. Sie werden sowohl bei den aktuellen zweistrahligen Düsenverkehrsflugzeugen 777 als auch bei deren Nachfolgern, der Familie 777X der nächsten Generation, einen Großteil des Rumpfes zusammenbauen. Die Roboter werden Bohrungen für mehr als 60.000 Befestigungselemente pro Flugwerk anbringen. FAUB ist das größte automatisierte Montagesystem, das jemals für den Flugzeugbau gebaut wurde, und es wurde für eines der größten Verkehrsflugzeuge der Welt konzipiert. »Die Bedeutung des Projekts für KUKA und die Luft- und Raumfahrtindustrie kann gar nicht oft genug hervorgehoben werden«, betont Larry Drake, Präsident KUKA Systems Nord Amerika. »Es ist ein deutlicher Fortschritt bei der Automatisierung der Montage von Flugzeugen und für KUKA das größte Projekt aller Zeiten im Bereich Luft- und Raumfahrt.« FAUB ist ein Referenzprojekt, mit dem sich KUKA im Bereich der Luft- und Raumfahrt etabliert und als herausragender Entwickler von fortschrittlichen Montagekonzepten für diesen Sektor positionieren kann. »Dieses Projekt hat die Aufmerksamkeit der Luft- und Raumfahrt-Branche geweckt«, freut sich Robert Reno, Leiter des Aerospace-Bereichs bei KUKA Systems. Hello Industrie 4.0�we go digital »Zum einen aufgrund des großen Umfangs und der technologischen Kompetenz, die wir darin zeigen. Zum anderen aber natürlich auch, weil Boeing ein weltbekannter Kunde ist, der für seine Innovationsfähigkeit bekannt ist. Das ist eine technologische Partnerschaft, die noch viele Jahre bestehen wird«, ist sich Reno sicher. Nieten haben üblicherweise einen Kopf wie eine Schraube und einen schmaleren Schaft. Um sie so anzubringen, dass sie zwei Blechstücke zusammenhalten, arbeiten zwei Roboter Hand in Hand. Einer führt an der Außenseite des Rumpfes die Niete durch ein Bohrloch, wobei er auf einen Widerstand auf der Innenseite trifft. Dadurch wird das Ende des Schafts gefalzt und die Niete erhält einen Kopf auf beiden Seiten des Metalls, sodass eine dichte und feste Verbindung entsteht. Diese Roboterteams bewegen sich am Flugzeugkörper entlang und verbinden Bleche miteinander, um die einzelnen Abschnitte des Rumpfes aufzubauen. Die Roboter an den Außenseiten werden auf einer fahrbaren Plattform von KUKA omniMove befestigt, die eine acht Meter lange Einheit umfasst – so sind die Roboter mobil. »Mit dieser Konzeption hat das Projekt die Grenzen in der Fertigung verschoben«, erklärt Randy Woolridge, Boeing Integrated Project Team Manager von KUKA Systems. »Es wurden verschiedene Arbeitsschritte, die bislang in der Produktion eigenständig ausgeführt werden, auf einzigartige Weise kombiniert.« Wenn das Nietensetzen bei Flugzeugen nicht von Hand verrichtet wird, findet es normalerweise in großen stationären Maschinen statt. Die so gefertigten Bauteile werden dann zur Maschine gebracht. Mit den Robotern geht es nun genau anders herum. Sie navigieren auf den fahrbaren Plattformen autonom und bewegen sich entlang der Anordnung des Rumpfes hin zu dem Ort, an dem sie die Arbeit ausführen sollen. »KUKA war der einzige Anbieter, der dieses Konzept vorgeschlagen hat. So können alle Arbeitsschritte von den Bohrungen, über das Einbringen der Dichtmittel bis hin zum Setzen und Einhämmern der Nieten an einem Ort durchgeführt werden. Das Nietensetzen durch Roboter ist extrem präzise und die Qualität ist reproduzierbar.« »Die Roboterplattformen können auf dem Boden in jede beliebige Position gebracht werden und solange eine Strom- und Druckluftversorgung besteht, können sie sich selbst in Position bringen und die Arbeit zum Aufbau des Rumpfes genau wie vorgeschrieben verrichten«, so Kevin Reilly, Group Manager für Boeing bei KUKA Systems. Im Rahmen des FAUB-Projekts mussten die Ingenieure von KUKA auch in die Zukunft denken, denn der neue Fertigungsprozess soll nicht nur für die Produktion des derzeitigen Flugzeugs Boeing 777 eingesetzt werden, sondern auch für die Folge-Generation. Erst mal präsentiert wurde das innovative FAUBProjekt bei der Flugshow in Farnborough (Großbritannien) im vorigen Jahr. »KUKA wurde durch dieses Projekt eine Art Trendsetter in der Branche«, ist sich Reilly sicher. »Für unser Technologieteam, das diese Lösung entwickelte, mutete der Auftrag zunächst an wie ScienceFiction. Und nun ist es Wirklichkeit. Und natürlich sind wir wahnsinnig stolz, dass Boeing uns diese Revolution für die Produktion in der Raumfahrtbranche zugetraut hat.« 62�63 Impressum Herausgeber: KUKA Aktiengesellschaft Konzept und Design: weiskind Werbeagentur GmbH Druck: Eberl Print GmbH © April 2016 Hello Industrie 4.0�we go digital weiskind.com KUKA Aktiengesellschaft Zugspitzstraße 140, 86165 Augsburg, Deutschland T +49 821 797-50 F +49 821 797-52 52 Angaben zur Beschaffenheit und Verwendbarkeit der Produkte stellen keine Zusicherung von Eigenschaften dar, sondern dienen lediglich Informationszwecken. Maßgeblich für den Umfang unserer Lieferungen ist der jeweilige Vertragsgegenstand. Technische Daten und Abbildungen sind unverbindlich in Hinblick auf Lieferungen. Änderungen vorbehalten. www.kuka.com I40/DE/01/0416 Für weitere Informationen kontaktieren Sie uns bitte unter [email protected]
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