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Industrie 4.0 – Evolution oder Revolution?

Dr. Oliver Kelkar | BMW Group IT-Messe 2014 | 22.10.2014

Industrie 4.0

Anfang 70

Ende 18. Jhdt.

Anfang 20. Jhdt.

Heute 1. Industrielle Revolution Mechanisierung

Vernetzte

Maschinen

intelligente

Produkte

2. Industrielle Revolution Massenproduktion

3. Industrielle Revolution Automatisierung

4. Industrielle Revolution Cyber-Physische-System

Ein Auszug aus der „Bibel“

Quelle: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

Presseartikel zu Industrie 4.0

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Branche und Hierarchieebene

Sonstige

Operative Ebene

Untere Führungsebene

Mittlere

Führungsebene

Obere Führungsebene

Das Verständnis für Industrie 4.0 hat Potenzial – die Anforderungen

hingegen, die i4.0 adressiert, sind vorhanden

Auszug MHP-Studie zu Industrie 4.0

n = 227

75,8% 65,9%

76,9% 91,7% 84,0%

24,2% 34,1%

23,1% 8,3% 16,0%

War Ihnen der Begriff Industrie

4.0 vor unserer Anfrage bekannt?

Aktivitäten hinsichtlich i4.0 noch verhalten

n = 227

45,80% 43,20% 38,50%

66,70%

48,00%

18,90%

8,00% 25,60%

19,40%

36,00%

35,20%

48,90% 35,90%

13,90% 16,00%

Gesamt OEM Automobilzulieferer Maschinen- und

Anlagenbau

Sonstige

Beschäftigt sich Ihr Unternehmen bereits mit Industrie 4.0?

kann ich nicht beurteilen

Der nächste Entwicklungsschritt der Industrie wird die vierte industrielle

Revolution sein

M M M M

Station 1 Station 2 Station 3 Station 4

Werker

Maschine

Kommunikation

Früher:

Mensch bedient Maschine

Menschen kommunizieren nur mit Menschen der vor-

und/oder nachgelagerter Station

Keine Kommunikation zwischen den Maschinen

Lange Prozessketten

Der nächste Entwicklungsschritt der Industrie wird die vierte industrielle

Revolution sein

Werker

Maschine

Kommunikation

In Industrie 4.0:

Maschinen kommunizieren mit Maschinen

Kommunikation über die gesamte Prozesskette

Netzwerkartige Kommunikation des

Mensch-Maschine-Kontaktpunktes

Individuelle Produkte bei Losgröße 1 möglich

Station 1

Station 2

Station 5

Station 6

Station 4

Station 3

Die 2 Paradigmenwechsel

1. Das intelligente Produkt bestimmt den Takt

2. Wandel zur dezentralisierten, autonomen Produktion

Aber warum?

FLE XIB IL ITÄT

Steigende Schwankungen im personalseitigen Kapazitätsbedarf als Folge

der notwendigen Flexibilität

Starke Schwankungen im personalseitigen Kapazitätsbedarf sind heute für viele Unternehmen

bereits Normalität. Zukünftig steigen die Herausforderungen jedoch drastisch, da durch

volatile Märkte kurzfristigere Schwankungen zunehmen.

Quelle: Fraunhofer IAO, Studie:

Produktionsarbeit der Zukunft –

Industrie 4.0, 2013

Roboter werden flexibler…

… und brechen aus ihren Käfigen aus

Steigende Variantenvielfalt

Mehr Individualität

Energie und Umwelt

Produktidentifikation, RFID

Neue Geschäftsmodelle

Volatilität und komplexe Prognosen

Beispiel: Losgröße 1 in der Konsumgüterindustrie

Quelle: http://www.mymms.de

Die Tendenz zur Losgröße Eins steigt in mehreren Branchen und wird zum Teil von vielen

Unternehmen bereits heute ansatzweise umgesetzt

Der Individualisierungsgedanke hält Einzug in die Produktion und in den Vertrieb:

Beispiele: Demokratisierung von Einzelfertigung.

Quelle: http://www.youtailor.de/configurator/shirt/

Quelle: http://www.3d-activation.de/shop Quelle: http://www.mymuesli.com/

Quelle: nike.de

Quelle: www.bmw.de

Innovative Tragestruktur, die nur mittels 3D-Druck

herzustellen ist

Einarbeitung individualisierter Applikationen für

Werbeträger (Ronaldo, Rooney & Neymar)

3D-Druck ermöglicht verschiedene Designs in

modularisierten Strukturen

Gewichtsreduktion gegenüber den bisher

herkömmlichen Verfahren

Quelle: http://www.3ders.org/articles/20140602-nike-designs-exclusive-3d-printed-2014-summer-

football-bag-for-ronaldo-neymar-and-rooney.html

Individualisierte Taschen mit 3D Applikationen von NIKE bei der WM 2014

DMLM (Direct Metal Laser Melting)

Einspritzdüse für Flugzeugturbine

25% Gewichtsreduktion

5x längere Lebensdauer

1 Komplettteil, statt 20 Einzelteile

Besserer Wirkungsgrad bei geringerer

Verrußung

Permanente Optimierung möglich, ohne in neue

Produktionsanlagen zu investieren

Berücksichtigung von kundenindividuellen

Eigenschaften möglich (bspw. besonders effizient

bei Kurzstrecken o.ä.)

Flugzeugturbinen-Einspritzdüse von GE – Hergestellt mit einem 3D Drucker

und für den Serieneinsatz konfiguriert

Quelle: http://boingboing.net/2013/06/11/3-d-printed-part-from-an-airpl.html

Fertigungskombination aus generativer und abrasiver

Fertigung

20x schneller als bisheriges SLS

Komplexe Formen mit Funktionsintegration und geringer

Teileanzahl möglich

Fast beliebige 3D Geometrien inkl. Hinterschneidungen

Effiziente Werkstoffausnutzung (Verlust <5%)

Verwendung verschiedener Werkstoffe

Möglichkeit der Beschichtung

Möglichkeit der Bauteilreparatur

DMG MORI - Lasertec 65 – 3D Druck in Fertigteilqualität

Metallrahmen mit 30% Gewichtsreduktion

Sattelstütze sogar 45% Gewichtsreduktion

50.000 Testzyklen schadensfrei bestanden

Flexibilität in der Fertigung:

Kleinserien möglich

Schnelle Umsetzung von Produktadaptionen

Maßgeschneiderte Ergonomie für den Kunden

realisierbar

Quelle: http://www.ingenieur.de/Branchen/Maschinen-Anlagenbau/Weltweit-erstes-Fahrrad-Metall-3D-Drucker

Ein Fahrradrahmen aus dem Drucker

Industrie 4.0 Cyber-Physische-Produktionssysteme

Der Weg zu Industrie führt über mehrere Etappen

Industrie 3.0 Automatisierung

Industrie 3.3 Maschinenintegration

Industrie 3.6 Dynamische Logistiknetzwerke

Industrie 4.0 betrifft alle Bereiche eines Unternehmens

MHP befasst sich schwerpunktmäßig mit 9 Kernelementen (1/2)

höheren Komplexitäts-, Abstraktions-, Problemlösungs- und Lernanforderungen

Neue Arbeitsstrukturen

Grundlage für eine Vernetzung von Ressourcen, Informationen, Objekten und Menschen

Verschmelzung Physikalische und Virtuelle Welt

„Social Maschines“

eigenständige, flexible und situationsabhängige Vernetzung

sich selbst steuernde, kommunizierende Produkte

Vollständige Identifizierbarkeit

Zentrale Selbststeuerung durch die Produktion

Flexibilität und Agilität optimale Verteilung von

Kapazitäten und Ressourcen Handhabung von Trackingsignalen zentrale Überwachung präventive Maßnahmenrealisierung

Intelligente

Systeme

Cyber-

Physical-

Systems

Organisa-

tion Smart

Products

Internet der

Dinge und

Dienste

Beherrschung großer Datenmengen erforderlich durch virtuelle Modellumgebungen und detaillierten Systemunterstützung

Produktdaten/Produktionsdaten müssen weiter handhabbar sein

Big Data

MHP befasst sich schwerpunktmäßig mit 9 Kernelementen (2/2)

Verwendung von Wireless/Mobilen-Geräten „Bring-your-own-device“

Konsumer-Geräte halten in der Produktion Einzug „Best-of-Breed“-Strategie

optimalste Lösungen via Integrationsplattform

Betriebssicherheit Aufrechterhaltung der Produktivität

Kopiersicherheit Know-How-Schutz, Vertraulichkeit oder Integrität

Produktionssicherheit keine Gefährdung von der Produktion

Keine aktuellen Standards für Schnittstellen, Infrastruktur, Informationsträger, Sicherheit, eine gemeinsame Sprache

BITKOM, VDMA, ZVEI gründen eine gemeinsame Geschäftsstelle Konzentration deutscher Aktivitäten

VDI/VDE 2182: Erreichung und Haltung von IT-Sicherheit auf Dauer

Normierung

Sicherheit

Schnitt-

stellen

Industrie 4.0 im MHP Prozess

MHP Assessment - die Industrie 4.0 wird umsetzbar und planbar

Industrie 4.0 im MHP Prozess

Roadmap

Umfeldanalyse Unternehmensbetrachtung Einstieg Industrie 4.0 Assessment

Wie kann die Zukunft in 10 Jahren aussehen? Und wie ist der Weg dahin?

Einsatz der Backcasting Methode

Gegenwart

Externe Betrachtung

Interne Betrachtung

Industrie 4.0 Assessment Roadmap

Zukunft

1. Zeitrahmen setzen

2. Aktuelle Situation beschreiben

3. Künftiges Szenario skizzieren

4. Den Blick zurückwenden und Einflussindikatoren

identifizieren

5. Chancen, Risiken und Maßnahmen bewerten

Der Weg im Unternehmen zu Industrie 4.0 als MHP Prozess

Vorgehensweise:

Erarbeitung von Industrie 4.0 Themenstellungen als Kriterien

Darstellung als Netzwerk

Identifikation erster Abhängigkeiten

Ergebnis:

Unterteilung in acht Hauptkategorien

Über 200 Kriterien

Zahlreiche Beziehungen zwischen den Kriterien

Roadmap Externe

Betrachtung Interne

Betrachtung Industrie 4.0 Assessment

Der Weg in Ihrem Unternehmen zu Industrie 4.0 als MHP Prozess

Roadmap Externe

Betrachtung Interne

27% Kategorie Produktion

IST-Bewertung der Ausprägung

oder analysierte Anzahl der

Eigenschaften

maximaler Ausprägungsgrad

oder maximale Anzahl der

Eigenschaften

Kumulierte

EinflussstärkeOutdegree

kumulierte

BeeinflussbarkeitIndegree

gewichtete

Kategorie-

bewertung

Normierte

Bewertung

Fabrik CPS (Technologien) 6 6 57 27 37 19 13,3% 3,5%

Eigenschaft 0 Ihre Maschinen besitzen keine CPS-Technologien

Eigenschaft 1 Kommunikation (Vernetzung)

Eigenschaft 2 Gibt Information zur Vorbereitung von Entscheidungen

Eigenschaft 3 Speicherung von Informationen

Eigenschaft 4 aktive Rückmeldung/ Aktiver Informationsfluss

Eigenschaft 5 Verwertung von Informationen

Eigenschaft 6Automatisierungeigenschaften/ eigene Handlungen

(Bestellungen)

Fabrik CPS (Verhältnis) bei Vormontageprozessen 4 4 49 27 15 12 9,8% 2,6%

Fabrik CPS (Verhältnis) bei Modulmontageprozessen 4 4 49 27 15 12 9,8% 2,6%

Fabrik CPS (Verhältnis) bei Endmontageprozessen 4 4 49 27 15 12 9,8% 2,6%

Planung Flexibilität (Produktionsprozesse) 4 4 28 12 76 33 14,1% 3,8%

Fabrikstruktur Flexibilität 4 4 13 6 38 19 7,2% 1,9%

Kapazitäten Flexibilität 5 5 25 12 65 30 12,5% 3,3%

Maschine Universelle Schnittstellen 4 4 47 25 10 8 8,5% 2,3%

Mensch Einstellung auf demografischen Wandel 4 4 15 8 23 9 5,2% 1,4%

Mensch Arbeitszeit (Produktionsarbeiter) 5 5 9 5 23 12 4,6% 1,2%

Mensch Blickgestützte Technologien (Augmented Reality) 4 4 12 7 24 13 5,3% 1,4%

Gesamtbewertung der Kategorie 100%

Vorgehensweise:

Darstellung der Kriterien in Katalogform

Definieren von Ausprägungen oder Eigenschaften der

einzelnen Kriterien

3 bis 5 Ausprägungen oder Eigenschaften je Kriterium

Ergebnis:

Berechnung der gewichteten Kategoriebewertung

Berechnung der normierten Bewertung

Berechnung der generellen Kategoriebewertung

Der Weg in Ihrem Unternehmen zu Industrie 4.0 als MHP Prozess

Vorgehensweise:

Auswertung und Visualisierung der Bewertungen

Einteilung der einzelnen Kriterien in Stufen

Ermittlung der Gesamtstufe zwischen Industrie 3.0 und

Industrie 4.0

Ergebnis:

Detaillierte Möglichkeit zur Bestimmung von Industrie

4.0 Readiness

Direkter Vergleich mit Wettbewerb möglich

Frühzeitige Identifizierung von Schwachstellen

Roadmap Externe

Betrachtung Interne

Der Weg zu Industrie 4.0 - RoadMapping

Externe Betrachtung

Interne Betrachtung

Industrie 4.0 Assessment Roadmap

Intern Extern

Externe Einflüsse

Industrie 4.0

Handlungsfeld

Technologie

Know-how

Ressourcen

heute 2016 2018 2020 2022 2024

Meilensteine in der Automobilindustrie

Industrie 4.0 – Evolution statt Revolution

August 1888, Bertha Benz fährt im 3-rädrigen Benz

Patent-Motorwagen Nr. 3 die erste Fernfahrt mit einem

Mobil, welches sich ohne externe Zugkraft von Pferden

bewegt (Automobil)

Ereignis stellt aus heutiger Sicht die Grundlegung des

Automobils dar und widerlegte alle Zweifel an diesem

Gefährt

September 2014, auf der IMTS in Chicago wird das erste

serienreife Fahrzeug mit Hilfe generativer

Fertigungsverfahren produziert

Ereignis stellt die bisherigen Produktionsverfahren in

Frage und besitzt disruptives Innovationspotential für die

Automobilindustrie

Local Motors

Der Strati entstand mit Hilfe einer Co-Creation Community

innerhalb von nur 24 Monaten

Das Monocoque ist aus einem Polymerkunststoff auf Carbon

Basis gedruckt

Fahrwerk, Reifen, Felgen, Scheinwerfer etc. sind Zukaufteile

(Baukastenstrategie)

Der Elektroantrieb stammt aus dem Renault Twizzy

Local Motors

Zitat Jay Rodgers (CEO Local Motors) zum 3D-Druck:

„There are no tools. There's no dye. There's no pattern.

Those things cost 10's of millions of dollars. It's being free

cast, printed out of a machine. No materials wasted. It's

just what you get”

MHP Projektbeispiele im Umfeld Industrie 4.0

4 Evolution statt Revolution

http://www.tuvie.com/wp-content/uploads/airbus-2050-future-flight5.jpg

Neue Business Cases

Entwicklung,

Bewertung und

Berechnung neuer

Geschäftsmodelle

Umsetzungs-

begleitung bis

Marktstart

Unterstützung beim

Benchmark von

MES Lösungen

Value Assessments

abgestimmt auf

Kundenbedürfnisse

Schwerpunkte auf IT

Landschaft, SAP

Integration,

Betriebskonzepte,

Internationalität,

Zukunftsfähigkeit

Umfangreiches

Assessment mit

Kunden

Industrie 4.0 wird

schrittweise

operationalisiert

Fokus auf

Organisations-

entwicklung

Ziel: Evaluation der

zukünftigen IT-

Bebauung

Schwerpunkte auf

vorhandenen

Lösungen und

Prozesse

„Lokalisierung vs.

Zentralisierung“

Z.B. Schlanke IT-

Bebauung in

Systemlandschaft

des ERP und MES

IT-Bebauung Industrie 4.0

readiness MES Value

Assessment

Die IT nimmt eine zentrale Rolle im Unternehmen ein.

Sie orchestriert den Nervenstrang des Unternehmens.

n = 110

31% 19%

6% 14%

Forschung &

Entwicklung

Produktion Logistik Marketing &

Vertrieb

Human Resources

Wie schätzen Sie die Bedeutung einer engen strategischen

Zusammenarbeit mit Ihrer IT ein?

kann ich nicht

beurteilen

sehr niedrig

niedrig

sehr hoch

227 Teilnehmer

75% Automobilindustrie, 25% Maschinen- und Anlagenbau

Veröffentlichung Ende November

Studie „Industrie 4.0 – Eine Standortbestimmung der Automobilwirtschaft“

MHP Research

Bei Interesse können

Sie uns gerne eine Visitenkarte

hinterlassen

Mieschke Hofmann und Partner

Gesellschaft für Management- und IT-Beratung mbH

Film- und Medienzentrum l Königsallee 49 l D-71638 Ludwigsburg

Telefon +49 (0)7141 7856-0 l Fax +49 (0)7141 7856-199

eMail info@mhp.com l Internet www.mhp.com

Herzlichen Dank

für Ihre Aufmerksamkeit!

Dr. Oliver Kelkar

Oliver.Kelkar@mhp.com | +49 151 20301159

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