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3 Wirtschaft und Wissenschaft Forschungsunion UMSETZUNGSEMPFEHLUNGEN FüR DAS ZUKUNFTSPROJEKT INDUSTRIE 4.0 Deutschlands Zukunft als Produktionsstandort sichern Promotorengruppe KOMMUNIKATION Prof. Dr. Henning Kagermann, acatech (Sprecher der Promotorengruppe) Prof. Dr. Wolfgang Wahlster , DFKI Dr. Johannes Helbig, Deutsche Post DHL Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0 Vorabversion Berlin 2. Oktober 2012

Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

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Wirtschaft und Wissenschaft

Forschungsunion

UmsetzUngsempfehlUngen für das zUkUnftsprojekt IndUstrIe 4.0

Deutschlands Zukunft als Produktionsstandort sichern

promotorengruppe kommUnIkatIon

prof. dr. henning kagermann,acatech(SprecherderPromotorengruppe)

prof. dr. Wolfgang Wahlster,DFKI

dr. johannes helbig,DeutschePostDHL

Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

Vorabversion

Berlin 2. Oktober 2012

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4 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

Impressum

herausgeber

PromotorengruppeKommunikationderForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft:

Prof.Dr.HenningKagermann,

acatechDeutscheAkademiederTechnikwissenschaftene.V.(SprecherderPromotorenguppe)

Prof.Dr.WolfgangWahlster,

DeutschesForschungszentrumfürKünstlicheIntelligenzGmbH

Dr.JohannesHelbig,

DeutschePostAG

redaktion

ArianeHellinger,M.A.,

acatech-DeutscheAkademiederTechnikwissenschaftene.V.

lektorat

LindaTönskötter,M.A.

acatech-DeutscheAkademiederTechnikwissenschaftene.V.

layout & satz

spiegelgrafik.com

grafiken

heilmeyerundsernau.com

isotype.com

kontakt

StifterverbandfürdieDeutscheWissenschaft,

UlrikeFindeklee,M.A.

Tel.:030/322982507

E-Mail:[email protected]

Vertrieb

BüroderForschungsunionimStifterverbandfürdieDeutscheWissenschafte.V.

PariserPlatz6,10117Berlin

E-Mail:[email protected]

ImInternetunterwww.forschungsunion.de

Erscheinungstermin:Oktober2012

©CopyrightliegtbeidemHerausgeber.AlleRechtevorbehalten.DiesesWerkisteinschließlich

seinerTeileurheberrechtlichgeschützt.JedeVerwertung,dieüberdieengenGrenzendes

Urheberrechtsgesetzeshinausgeht,istohneschriftlicheZustimmungdesHerausgebersunzulässig

undstrafbar.DiesgiltinsbesonderefürVervielfältigungen,Übersetzungen,Mikroverfilmungen

sowiedieSpeicherunginelektronischenSystemen.FürdieRichtigkeitderHerstellerangabenwird

keineGewährübernommen.

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Wirtschaft und Wissenschaft

Forschungsunion

UmsetzUngsempfehlUngen für das zUkUnftsprojekt IndUstrIe 4.0

Deutschlands Zukunft als Produktionsstandort sichern

promotorengruppe kommUnIkatIon

prof. dr. henning kagermann,acatech(SprecherderPromotorengruppe)

prof. dr. Wolfgang Wahlster,DFKI

dr. johannes helbig,DeutschePostDHL

Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

Vorabversion

Berlin2.Oktober2012

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2 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

ExEcutIVE SummAry

DeutschlandistspezialisiertaufdieErforschung,EntwicklungundFertigungvonProduktionstechnologienundderführendeFabrikausrüsterderWelt.AuchimeigenenLandsetzendieDeutschenkonsequentaufihreIndustrieproduktionundinno-vativeTechnologien.SobildetdasproduzierendeGewerbemiteinemHandelsüberschussvonmehrals100MilliardenEuroimJahr2011dasRückgratderdeutschenWirtschaft.

DerglobaleWettbewerbinderProduktionstechniknimmtzu.KonkurrentenausAsiensetzendieheimischeIndustrieunterDruck.ZugleichwirddieindustrielleProduktionimmerdynami-scherundkomplexer.InZukunftmussdieIndustriezunehmendindividuelle,leistungsfähigereProduktezugleichbleibendenPreisenfertigen,umdenverändertenAnsprüchendesMarkteszugenügen.

NebendiesenwirtschaftlichenundgesellschaftlichenHeraus-forderungensiehtsichdiedeutscheIndustrieproduktionaucheinemtechnischenMeilensteingegenüber:SiestehtvoreinerviertenindustriellenRevolution,diedurchdasInternet der dinge und diensteinGanggesetztwurde,alsoautonomeein-gebetteteSysteme,diedrahtlosuntereinanderundmitdemInternetvernetztsind.InderProduktionentstehensogenannteCyber-Physical Production Systems (CPPS)mitintelligentenMaschinen,LagersystemenundBetriebsmitteln,dieeigenständigInformationenaustauschen,Aktionenauslösenundsichgegen-seitigselbstständigsteuern.SiekönnenindustrielleProzesseinderProduktion,demEngineering,derMaterialverwendungsowiedesLieferketten-undLebenszyklusmanagementsenormverbessern.

CPPSschaffenSmart Factories,derInbegriffdesZukunftspro-jekts Industrie 4.0.InderSmart Factory herrschteinevölligneueProduktionslogik:DieProduktesindeindeutigidentifizier-bar,jederzeitlokalisierbarundkennenihreHistorie,denaktuellenZustandsowiealternativeWegezumZielzustand.Dieeingebette-tenProduktionssystemesindvertikalmitbetriebswirtschaftlichenProzesseninFabrikenundUnternehmenvernetztundhorizontalzuverteilten,inEchtzeitsteuerbarenWertschöpfungsnetzwerkenverknüpft–vonderBestellungbiszurLieferung.Gleichzeitiger-möglichenunderfordernsieeindurchgängigesEngineeringüberdengesamtenLebenszykluseinesProduktseinschließlichseinesProduktionssystemshinweg.

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SummAry

ImMittelpunktderIndustrie4.0stehtderMensch(Beschäftigte,Management,Zulieferer,Kunden),derseineFähigkeitenmittelstechnischerUnterstützungerweitertundsoinderSmart Factoryzum„kreativenSchöpfer“undvomreinen„Bediener“zumSteu-erndenundRegulierendenwird.DieneueProduktionerforderteineBeherrschungderzunehmendenKomplexitätundeinhohesMaßanselbstverantwortlicherAutonomieunddezentraleFüh-rungs-undSteuerungsformensowieeineneue,kollaborativeArbeitsorganisation.

Industrie 4.0 adressiert alle großen herausforderungen–dieWettbewerbsfähigkeitunseresHochlohn-Standorts,dieSchaffungvonRessourcen-undEnergieeffizienz,dendemo-grafischenWandelunddieFragederurbanenProduktion.

WillDeutschlandseineFührungspositioninderProduktionstech-nikhaltenundausbauen,istaufgrunddesengenZeitfensterseineschnelleReaktionderBeteiligtenausPolitik,Wissenschaft,Wirtschaft,GewerkschaftenundZivilgesellschaftgeboten.

DieEinführungvonCPPSistnotwendig,umdieZukunftsfähigkeitdesdeutschenProduktionsstandorteszusichernundArbeits-plätzezuerhalten.DiedeutscheIndustriehatdamitdieChance,alsErstedasInternetderDingeundDienstefüreineviertein-dustrielleRevolutionzunutzenunddieChancenintelligenterPro-duktionssystemeauszuschöpfen.DieSmart FactorybeherrschtKomplexität,istwenigerstöranfälligundsteigertdieEffizienzderProduktion.SiebietetaufhöchstemProduktivitäts-undQua-litätsniveaueinesignifikanthöhereFlexibilitätundRobustheitbeioptimalemRessourceneinsatz.

DamitdieTransformationderindustriellenProduktionhinzurIndustrie4.0gelingt,sollteDeutschlandeinedualeStrategieverfolgen:DiedeutscheAusrüsterindustriesollweiterhinführendaufdemWeltmarktbleiben,indemsiezumLeitanbieterfürintelligenteProduktionstechnologienwird.Gleichzeitiggiltes,neueLeitmärktefürCPPSzugestaltenundzubedienen.UmdieseZielederdualenCPPS-Strategiezuerreichen,sindfolgendeCharakteristikaderIndustrie4.0verwirklichen:

• horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke• Vertikale Integration und vernetzte produktionssysteme• durchgängigkeit des engineerings über den gesamten

lebenszyklus

DerWegzurIndustrie4.0erfordertinDeutschlandeinigeAnstrengungeninForschungundEntwicklung.UmdiedualeStrategieumsetzenzukönnen,besteht forschungsbedarfzuderhorizontalenundvertikalenIntegrationvonProduktions-systemensowiezurDurchgängigkeitdesEngineerings.DarüberhinaussinddieBeschäftigtenundAkteure(Kunden,Zulieferer,etc.)inKooperationmitIndustrie4.0-SystemenindenFOKUSzunehmenundessindTechnologienzuCPPSweiterzuentwickeln.

MitderFortentwicklungvonCPPSsindnichtnurtechnische,methodischeundfachlicheHerausforderungenfürForschungundEntwicklungverbunden.DasEntsteheneinerIndustrie4.0hatauch auswirkungen auf die Wirtschaft und die gesell-schaft,dieindieneuenSystemeeingebundenist.SomussDeutschlandbranchenübergreifendgemeinsameNormenundStandardssowiegeeigneteReferenzarchitekturenanstrebenundeinebestehendeInfrastrukturfürInformations-,Produktions-undKommunikationstechnikanpassenundmodernisieren.Esgilt,SicherheitsaspektezubeachtenundKnow-how zuschützen.GleichzeitigisteineinnovativebetrieblicheArbeitsorganisationsowiedieQualifizierungundAus-undWeiterbildungderBeschäf-tigtenerforderlich.NursokannDeutschlandseineMarktpositionbeiinnovativenProduktionssystemenfestigenunddieChancenderIndustrie4.0fürdeneigenenWirtschaftsstandortnutzen.

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4 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

DievorliegendenUmsetzungsempfehlungensindderAbschluss-berichtdesimJanuar2012eingesetztenArbeitskreisesIndustrie4.0unterVorsitzvonDr.SiegfriedDais(Robert-BoschGmbH)undProf.HenningKagermann(acatech–DeutscheAkademiederTechnikwissenschaften).DerArbeitskreiswurdedurchdiePromotorengruppeKOMMUNIKATIONderForschungsunionWirt-schaft-Wissenschaft(FU)Ende2011initiiertunddientderErar-beitungweiterführenderstrategischerUmsetzungsempfehlungenfürdasZukunftsprojektIndustrie4.0.

AlsZukunftsprojektderHightechStrategiederBundesregierungwurdeIndustrie4.0ausderPerspektivederInformations-undKommunikationstechnologien(Informatik)konzipiertundunterEinbeziehungderProduktionsforschungsowiederAnwender-Industrienweiterentwickelt.NaturgemäßergebensichausderBetrachtungsweiseandererDisziplinenauchandereAkzenteundSchwerpunktefüreinThema;dieFragederDeutungshoheitsolltejedochdengemeinsamenKonsenszurRelevanzdesThemasnichtüberlagern.DasvorliegendeDokumentverstehtsichdahernichtals„derWeisheitletzterSchluss“,sondernalskonstruktiverDiskussionsbeitragzueinemZukunftsthema,dasvonbranchen-unddisziplinübergreifenderBedeutungfürdenWirtschaftsstand-ortDeutschlandist.

DiePromotorenderForschungsgruppeKOMMUNIKATIONdan-keninsbesondereHerrnDr.SiegfriedDaisunddenAG-SprechernsowieallenMitgliederndesArbeitskreises,demRedaktionsteamundallenweiterenAutorenfürihrEngagement,ihreBeiträgeso-wiediewichtigenAnregungenundKommentare.

HIntErgrunD unD DAnkSAgung

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mItglIeder des arbeItskreIses | aUtoren

VorsitzendeDr.SiegfriedDais,Robert-BoschGmbHProf.Dr.HenningKagermann,acatech

ag-sprecherAG1–DieSmart Factory|Dr.ManfredWittenstein,

WITTENSTEINAGAG2–DasrealeUmfeld|Prof.Dr.SiegfriedRusswurm,

SiemensAGAG3–DaswirtschaftlicheUmfeld|Dr.StephanFischer,

SAPAGAG4–MenschundArbeit|Prof.Dr.WolfgangWahlster,DFKIAG5–DerFaktorTechnologie|Dr.HeinzDerenbach,

BoschSoftwareInnovationsGmbH

mitglieder aus der WirtschaftDr.ReinholdAchatz,ThyssenKruppAGDr.HeinrichArnold,DeutscheTelekomAGDr.KlausDräger,BMWAGDr.JohannesHelbig,DeutschePostDHLAGDr.WolframJost,SoftwareAGDr.PeterLeibinger,TRUMPFGmbH&Co.KGDr.ThomasWeber,DaimlerAGDr.ReinhardPloss,InfineonTechnologiesAGVolkerSmid,Hewlett-PackardGmbHDr.ChristianZeidler,ABBLtd.

mitglieder aus der WissenschaftProf.Dr.ReinerAnderl,TUDarmstadtProf.Dr.ThomasBauernhansl,FraunhoferIPAProf.Dr.MichaelBeigl,KITProf.Dr.ManfredBroy,TUMünchenProf.Dr.WernerDamm,UniversitätOldenburg/OffisProf.Dr.JürgenGausemeier,UniversitätPaderbornProf.Dr.OttheinHerzog,JacobsUniversitätBremenProf.Dr.FritzKlocke,RWTHAachen/WZLProf.Dr.GuntherReinhart,TUMünchenProf.Dr.BerndScholz-Reiter,UniversitätBremen/BIBA

forschungsunion & VerbändeDr.KarstenOttenberg,Giesecke&DevrientGmbHProf.Dr.GiselaLanza,WBK,KITIngridSehrbrock,DGBProf.DieterKempf,BITKOMRainerGlatz,VDMADr.BernhardDiegner,ZVEIProf.Dr.AugustWilhelmScheer,ScheerGroupProf.Dr.DieterSpath,FraunhoferIAODieterSchweer,BDI

gästeProf.Dr.Wolf-DieterLukas,BMBFDr.ClemensZielonka,BMBFDr.AndreasGoerdeler,BMWiDr.AlexanderTettenborn,BMWi

autoren-kernteam MathiasAnbuhl,DGBKlausBauer,TRUMPFWerkzeugmaschinenGmbH&Co.KGDr.DietmarDengler,DFKIJohannesDiemer,Hewlett-PackardGmbHDr.BernhardDiegner,ZVEIWolfgangDorst,BITKOMDr.StefanFerber,BoschSoftwareInnovationsGmbHRainerGlatz,VDMADr.WernerHerfs,RWTHAachen/WZLMarionHorstmann,SiemensAGDr.ThomasKaufmann,InfineonTechnologiesAGProf.Dr.UweKubach,SAPAGDr.ConstanzeKurz,IGMetallDr.AlassaneNdiaye,DFKIStevenPeters,WBK,KIT

Weitere autoren aus den agsVinayAggarwal,DeutscheTelekomAGDirkHilgenberg,BMWAGDr.GerhardHammann,TRUMPFWerkzeugmaschinenGmbH+Co.KGAndreasHaubelt,TRUMPFWerkzeugmaschinenGmbH+Co.KGDr.GünterHörcher,Fraunhofer-InstitutIPAUlrichDoll,HomagHolzbearbeitungssystemeGmbHBerndKärcher,FestoAG&Co.KGJörnLehmann,VFIDr.UlrichLöwen,SiemensAGDr.DetlefPauly,SiemensAGTobiasPhilipp,IWBDr.Heinz-JürgenProkop,TRUMPFWerkzeugmaschinenGmbH&Co.KGMichaelWetzel,DaimlerAG

redaktion und koordinationArianeHellinger,acatechUdo-MartinGómez,Robert-BoschGmbH

HIntErgrunD unD DAnkSAgung

Page 8: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

6 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

Inhalt

1. DAS ZukunftSPrOjEkt InDuStrIE 4.0 – DEutScHlAnD AlS wEttBEwErBSfäHIgEn PrODuktIOnSStAnDOrt SIcHErn............ 8

2. InDuStrIE 4.0 – DIE VIErtE InDuStrIEllE rEVOlutIOn gEStAltEn....................................10

2.1 Innovationsprozesseforcieren,Wertschöpfungerhalten,Beschäftigteeinbeziehen................ 11

2.2 KernelementderIndustrie4.0–dieSmart Factory................................................................................12

2.2.1Use CasesundübergeordneteMerkmalezuIndustrie4.0.......................................................15

2.3 TechniktrendInternetderDingeundDienste–ChancenundHerausforderungen...................18

2.4 DieVisionIndustrie4.0alsTeileinerintelligenten,vernetztenWelt...............................................20

3. DuAlE StrAtEgIE: lEItmArkt unD lEItAnBIEtErScHAft.........................................................22

3.1 Leitanbieterperspektive....................................................................................................................................22

3.2 Leitmarktperspektive.........................................................................................................................................23

3.3 DiedualeStrategie(CPPSStrategie)undihrekennzeichnendenMerkmale................................24

3.3.1HorizontaleIntegrationüberWertschöpfungsnetzwerke.........................................................25

3.3.2VertikaleIntegrationundvernetzteProduktionssysteme........................................................25

3.3.3Durchgängigkeitdes EngineeringsüberdengesamtenLebenszyklus.................................26

4. wO lIEgt DEr fOrScHungSBEDArf?...................................................................................................27

4.1 LeitlinienundStrukturderHandlungsempfehlungen............................................................................27

4.1.1Clustering derHandlungsempfehlungen..........................................................................................27. 4.1.2Motivationfürdiemittel-bislangfristigeForschunginIndustrie4.0...................................28

4.2 KonsolidierteForschungsempfehlungen....................................................................................................29

4.2.1HorizontaleIntegrationüberWertschöpfungsnetzwerke..........................................................29

4.2.2VertikaleIntegrationundvernetzteProduktionssysteme........................................................31

4.2.3Durchgängigkeitdes EngineeringsüberdengesamtenLebenszyklus.................................32

4.2.4MenschundArbeitinderKooperationmitIndustrie4.0-Systemen....................................35

4.2.5TechnologieCyber Physical Production Systems(CPPS)...........................................................38

5. HAnDlungSfElDEr unD VOrläufIgE umSEtZungSEmPfEHlungEn............................ 42

5.1 NormenundStandards.....................................................................................................................................42

5.1.1UmsetzungswegezurStandardisierungeröffnen.........................................................................42

5.1.2ReferenzarchitekturIndustrie4.0alsErfolgsinfrastrukturderZukunft...............................43

5.2 RevolutionderIKTinderFertigung–eineInfrastrukturfürInformations-, Produktions-undKommunikationstechnik................................................................................................44

5.2.1.VorhandeneBasistechnologien.........................................................................................................46

5.2.2AusbauBreitband-InfrastrukturfürIndustrie4.0........................................................................47

5.3 Security..................................................................................................................................................................48

5.3.1BedrohungenfürindustrielleSysteme.............................................................................................48

5.3.2Security-Handlungsfelder.....................................................................................................................49

5.3.3ProduktpiraterieundKnow-How-Schutz........................................................................................49

5.3.4Datenschutz..............................................................................................................................................50

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5.4 Mensch-MaschineInteraktion(MMI)– BetrieblicheArbeitsorganisationundArbeitsgestaltung......................................................................50

5.5 Mensch-MaschineInteraktion–QualifizierungundAus-undWeiterbildung...............................53

5.6 RechtlicheRahmenbedingungen...................................................................................................................54

5.7 VorläufigeUmsetzungsempfehlungenfürdiedualeStrategie............................................................54

1.EntwicklungvonTechnologie-RoadmapsundKoordination...........................................................54

2.FörderungderkonsolidiertenForschungsempfehlungen................................................................54

3.WeiterbildungundQualifikation...............................................................................................................54

4.Internationalisierung.....................................................................................................................................55

5.EinrichtungvonIndustrie4.0Kompetenzzentren..............................................................................55

6.AufbaueinerIndustrie4.0-Community..................................................................................................55

7.AufbauvonDemonstrationsfabriken.......................................................................................................55

6. wO StEHEn wIr Im IntErnAtIOnAlEn VErglEIcH?......................................................................56

7. AuSBlIck AB 2013 – wISSEnStrAnSfEr & Community-Building Auf DEr „PlAttfOrm InDuStrIE 4.0“..................................................................................................57

A. AnHAng................................................................................................................................................................59

A1:DieUse Cases Industrie4.0..................................................................................................................59

Use Case 1:ResilienteFabrik(QuelleFesto)..................................................................................60

Use Case 2:TechnologiedatenMarktplatz(QuelleTRUMPF)...................................................61

Use Case 3:IntelligentesInstandhaltungsmanagement(Quellewbk)..................................62

Use Case 4:VernetzteProduktion(Quelleiwb)............................................................................63

Use Case 5:SelbstorganisierendeadaptiveLogistik(QuelleDaimler).................................64

Use Case 6:KundenintegriertesEngineering(QuelleIPA).........................................................65

Use Case 7:NachhaltigkeitdurchUp-Cycling(QuelleIPA)........................................................66

Use Case 8:Smart FactoryArchitecture(QuelleIPA)..................................................................67

A2:ForschungsbedarfentsprechendderUse Cases..........................................................................68

A3: ZusammenfassungderKernaussagenzurMotivationdesForschungsbedarfs.................69

Vorbemerkung Alle Personenbezeichnungen in den Umsetzungsempfeh-lungen für das Zukunfts-projekt Industrie 4.0 bezie-hen sich ungeachtet ihrer grammatikalischen Form auf Männer und Frauen.

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8 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

1. DAS ZukunftSPrOjEkt InDuStrIE 4.0 – DEutScHlAnD AlS wEttBEwErBSfäHIgEn PrODuktIOnSStAnDOrt SIcHErn

DiedeutscheWirtschaftistwiekeineandereaufdieErforschung,EntwicklungundFertigungvonProduktionstechnologienspezia-lisiert.IndiesemZusammenhangkommtdemMaschinen-undAnlagenbaumiteinemUmsatzvon200,5Mrd.Euroundrund931.000Beschäftigten(Durchschnitt2011)alsBefähiger(Enab-ler)undIntegratoreinebesondereBedeutungfürdieWirtschaftzu.Mit7,8MillionendirektBeschäftigtenundweiteren7,1Millio-nenindirektBeschäftigtensowieeinemHandelsüberschussvonmehrals100MilliardendurchIndustrieexporteistdasproduzie-rendeGewerbedasRückgratderdeutschenWirtschaft.WährendindenmeistenklassischenIndustrieländernübervieleJahreeinTrendzurDe-Industrialisierungfestzustellenwar,hatDeutsch-landkonsequentaufseineindustrielleProduktionsstärkeundinnovativeProduktionstechnologiengesetzt.EntsprechendhochistderAnteildesproduzierendenGewerbesandergesamtwirt-schaftlichenWertschöpfung(Abb.1).

Deutschlandistessogelungen,dieAnzahlderBeschäftigtenimproduzierendenGewerbeindenletztenzehnJahrenweitgehendstabilzuhaltenundseineFührungsrolleals„FabrikausrüsterderWelt“zubehaupten.DasdeutscheErfolgsmodellwirdinzwischenvonanderenStaatenalsVorbildgenommen,seies,umdereige-nenDe-IndustrialisierungentgegenzuwirkenoderumTechnolo-giedefiziteaufzuholen.AufgrunddieserEntwicklungenistmiteinerWettbewerbsverschärfungimBereichderProduktionundProduktionstechnologienzurechnen.

Anteil des Produzierenden Gewerbes (einschließlich Energie) an der gesamtwirtschaftlichen Bruttowertschöpfung

Quelle: OECD; IW Köln

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1991

1992

1993

1994

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2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

FrankreichItalienVereinigtes Königreich

ÖsterreichDeutschlandJapanUSA

Abbildung 1:Industrieanteile im internationalen Vergleich

Abb.1–IndustrieanteileiminternationalenVergleich(1991-2010)

DerzeitistderdeutscheMaschinenbauvielfachTreibervonInnovationeninderProduktionstechnikund-ausrüstung.Ins-besonderedieNachfragenachressourcenschonendenTechno-logienfüreineGreen EconomybietetChancen,sichaufglobalenWachstumsmärktenalstechnischerWegbereiterfürRessour-ceneffizienzundinnovativeEnergieversorgungs-undLeichtbau-technologienneuzupositionieren.DerMaschinenbauunddiemitihmverbundenenPartnerbranchen(ZuliefererundAbneh-mer)stehendabeijedochunterstarkemVeränderungsdruck.DieglobaleKonkurrenzhatinsbesonderedurchdasAuftretenneuerWettbewerberausSüdostasienerheblichzugenommen.ZugleichwächstderDruckaufdieheimischeIndustrie,ihreLiefer-undWertschöpfungsstrukturenaberauchdieProduktezuinternatio-nalisieren.DieVerlagerungsowohlvonProduktions-aberzuneh-mendauchEntwicklungsfunktionenindiesogenanntenBRIC-Staaten(insbesondereChina,Indien)istdieFolge–mitChancenundRisikenfürdieInnovationsfähigkeitundBeschäftigunganunserenheimischenStandorten.

DiegroßeChanceindiesemglobalenWettbewerbliegtinderNutzungdesMegatrends„InternetderDingeundDienste“(Internet of Things & Services):IndenvergangenenzwanzigJahrenhatdasInternetdieWelterobertundüberdieKommuni-kationstechnologieeineweltweiteVernetzungermöglicht.DieAuswirkungaufunsertäglichesLeben,diedisruptivenMarkt-veränderungenunddiedynamischeAnpassungunserersozialen

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Strukturenbeginnenwirgeradeerstzuverstehen,dabahntsichschondienächstetechnologischeUmwälzungan:das Internet der dinge und dienstemitneuenBeteiligungsformenundneuenWertschöpfungsnetzen.DieLeistungsfähigkeiteingebet-teterSysteme(Embedded Systems)wächstdramatischmitderVerbesserungvonSensorikundAktuatorik.Esentstehenzuneh-mendautonomeSysteme,dieumfassendDatenüberihrUmfelderfassenundinvielfältigerWeisedaraufreagierenkönnen.WerdendieseSystemedrahtlosuntereinanderundmitdenDatenundDienstendesInternetsvernetzt,entstehtdasInternetderDinge.DerzweiteTrendhinzuIP-basierterdrahtloserVer-netzungindiemobileSensorcloudermöglichtinzwischenzu-nehmendeineIntegrationdertechnischenProzessemitdenGeschäftsprozessen(s.ausführlichKapitel3.3).

BeidiesensoevolutionärentstehendenCyber-Physical Systems (CPS)1werdenObjektebishinzuAlltagsgegenständendurchProgrammierbarkeit,Speichervermögen,SensorenundKommu-nikationsfähigkeitenintelligent.SiekönnendadurchdirektoderüberdasInternetdurchsogenannteMachine-to-Machine(M2M)-KommunikationeigenständigInformationenaustauschen,Aktio-nenauslösenundsichwechselseitigsteuern.DiesverbessertdieDurchführungindustriellerProzesseinderProduktion,demEngineeringfürdieIndustrie,derMaterialverwendungunddesLieferketten-undLebenszyklusmanagementsenormundführtsozueinerneuen form der Industrialisierung: Industrie 4.0.DieCyberPhysicalSystemsfürSmartFactories(IntelligenteFab-riken)lassensichauchalsCyber-Physical Production Systems (CPPS)bezeichnen.

Zielsetzungdes zukunftsprojekts Industrie 4.0 istesnichtnur,CPPStechnischzuermöglichen,sonderndamitauchneuePro-dukteundVerfahrenfürdenExportzugenerieren.MitdiesemAnsatzsollenvierZieleerreichtwerden,damitDeutschlandso-wohlzumLeitmarktalsauchzumLeitanbietervonCPPSwird:

1.die schaffung neuer formen der intelligenten produkti-onstechnik,uminnovativeProduktefürdenWeltmarktgene-rierenzukönnenundheimischeFabrikenressourceneffizienterundflexiblerzumachen

2.die optimierung bestehender und die erfindung neuer produkte der automatisierungstechnik,umDeutschlandinseinerAutomatisierungskompetenzeinengrößerenWett-bewerbsvorteilzusichern..

3.die standort- und beschäftigungssicherung durch intelli-gente gestaltung der produktion, des engineerings und des produktionsumfeldes,vorallemangesichtsdesdemo-grafischenWandelsundderdamitverbundenenHerausforde-rungenfüreinealtersgerechteArbeitsgestaltung.

4.DieSchaffungneuer kollaborativer formen der arbeits-organisationinderSmart Factory,dieaufqualitativeAnrei-cherung,interessanteArbeitszusammenhänge,zunehmendeEigenverantwortungundSelbstentfaltungausgerichtetist

AufdemGebietdersoftwareintensiveneingebettetenSystemehatsichDeutschlandinsbesondereimAutomobil-undMaschi-nenbaubereitseineführendeStellungerarbeitet.ImZugederHightechStrategieundderIKT-StrategiederBundesregierungsowiedemIT-Gipfel-ProzesswurdenmittelsmehrererTechno-logieprogrammeundFörderprojektebereitszentraleArbeitendiesbezüglichgeleistet.2SowurdemitderNationalenRoadmap Embedded Systems3bereitsaufdemNationalenITGipfel2009aufdieBedeutungvernetztereingebetteterSystemehingewie-sen,mitderintegriertenForschungsagendaCyber-Physical Systems(2012)4wurdenweitereintegrierteForschungsempfeh-lungenvorgelegt.IndiesemevolutionärenTrenddertechnischenundwirtschaftlichenVerschmelzungdervirtuellenundphysi-kalischenWeltzuCyber-Physical SystemsistderProduktions-standortDeutschlandgutaufgestellt,umseineWettbewerbs-fähigkeithaltenundausbauenzukönnen.

UmsichmitinnovativenCyber-PhysicalSystemsiminternationa-lenWettbewerbeinenführendenPlatzzusichern,istaufgrunddesengenZeitfenstersjedocheineschnelleReaktionvonIndus-trie,Wissenschaft,Politik,GewerkschaftenundGesellschaftgeboten.DerTransformationsprozessmussdaherinsbesondereinderProduktionzügiggelingen,umdieZukunftsfähigkeitdesdeutschenProduktionsstandorteszusichernundArbeitsplätzezuerhalten.DiedeutscheIndustriehatdanndieChance,ihreWettbewerbsfähigkeitnachhaltigauszubauen.

DAS ZukunftSPrOjEkt InDuStrIE 4.0 – DEutScHlAnD AlS wEttBEwErBSfäHIgEn PrODuktIOnSStAnDOrt SIcHErn

1 InderDiskussionumCPSlassensichdiebeidenPerspektiven„CPSalsIntegrationvonPhysikundComputing“versus„CPSalsIntegrationeingebetteterSystemeunddemInternet“nichtimmertrennscharfauseinanderhalten.DiesgiltauchfürdievorliegendePublikation.

2S.dazudieAufzählungderForschungsprogrammeundFörderaktivitätensowieAktivitätenderVerbändeundExzellenzcluster/SonderforschungsbereicheimthematischenKontextIndustrie4.0indenerstenHandlungsempfehlungenderPromotorengruppeKOMMUNIKATIONzumZukunftsprojektIndustrie4.0vom20.September2011,Abb.3,S.8.

3ZVEI(Hg.):NationaleRoadmap Embedded Systems,Frankfurt,2009.4BroyM./GeisbergerE.(Hg.):IntegrierteForschungsagendaCyber-Physical

Systems(acatechSTUDIE),SpringerVieweg,Heidelberg,2012.

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10 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

2. InDuStrIE 4.0 – DIE VIErtE InDuStrIEllE rEVOlutIOn gEStAltEn

DasZukunftsprojektIndustrie4.0adressiertdenevolutionärentechnologischenWandeldes zusammenwachsensmodernerTechnologienderInformationstechnikmitklassischenindustriel-lenProzessenzuCyber-Physical Systems (CPS)undseinerevolu-tionärenAuswirkungenaufdieIndustrie.

DiekünftigeIndustrieproduktionwirddurcheinezunehmendeIndividualisierungderProduktegeprägtwerden,diedurchinte-grierteInformations-undKommunikationstechnologien(IKT)undderenFunktionalitätenuntereinanderundmitdemInternetver-netztwerden.DasProdukt„weiß“demnachbeispielsweise,wannesgefertigtwurdeodermitwelchenParameternesoptimalbe-arbeitetwerdenkann.DieseInformationenkönneninSummewiederumfürdieOptimierungderGeschäftsprozesseetwazurRessourceneffizienzgenutztwerden.DieserunumkehrbareTrendzuCPPSinKombinationmitdemInternetderDingeverzahntnichtnurdieProduktemitderProduktion,sondernwirddieGeschäfts-undWertschöpfungssystemeimGanzeninhoherGeschwindigkeitverändern.DasZusammenwachsenderrealenmitdervirtuellenWeltdurchCPSeröffnetderIndustriesomitneueMöglichkeitenfürintelligenteProduktionssystemesowiefürdieRealisierungvernetzterProduktionenmitübergreifendenLogistik-undWertschöpfungsketten.Diesgehteinhermitbe-deutendenFortschrittenbeimEngineering,beiderDurchführungindustriellerProzesse,beiderRessourceneffizienzundinderUmweltverträglichkeitsowieimLieferketten-undLebenszyklus-management.

DieserrevolutionäreWandellässtsichalseinevierteStufedesIndustrialisierungsprozessesbetrachten,dermitderEinführungmechanischerProduktionsanlagen–welchedieWarenfertigungrevolutionierten–Endedes18.Jahrhundertsbegann(Abb.2).

DieseersteunddiezweiteindustrielleRevolution–diearbeits-teiligeMassenproduktionvonGüternmithilfeelektrischerEner-gieseitderWendezum20.Jahrhundert–mündetenabMitteder1970erJahreindiebisheuteandauerndedritteindustrielleRevolution.HierbeiwurdemitdemEinsatzvonElektronikundInformationstechnologien(IT)dieAutomatisierungvonProduk-tionsprozessenweitervorangetriebenundeinTeilder„Kopfar-beit“vonderMaschineübernommen.DievertikaleVernetzungeingebetteterSystememitbetriebswirtschaftlichenProzesseninFabrikenundUnternehmenundderenhorizontaleVernetzungzuverteilten,inEchtzeitsteuerbarenWertschöpfungsnetzwerkenführenwieobenausgeführtnunzurviertenStufederIndustriali-sierung–der„Industrie4.0“.5

Ende18. Jhdt

Beginn20. Jhdt

Beginn 70er Jahre20. Jhdt

heuteQuelle: DFKI (2011)

Vierte Industrielle Revolution auf Basis von Cyber-Physical Systemen

Dritte Industrielle Revolution durch Einsatz vonElektronik und IT zurweiteren Automatisierungder Produktion

Zweite Industrielle Revolution durch Einführungarbeitsteiliger Massen-produktion mithilfe vonelektrischer Energie

Erste Industrielle Revolution durch Einführungmechanischer Produktions-anlagen mithilfe vonWasser- und Dampfkraft

Erster mechanischer Webstuhl1784

Erste SpeicherprogrammierbareSteuerung (SPS), Modicon 0841969

Grad

der

Kom

plexit

ät

Zeit

Erstes Fließband,Schlachthöfe von Cincinnati1870

Abbildung 2:Die vier Stufen industrieller Revolution

Abb.2:Die4StufenderRevolution

5 DerDiskursüberdiedritteindustrielleRevolutionknüpftimWesentlichenaneinenneuenInnovationszyklusan,derdurchdieNutzungunddenAusbauErneuerbarerEnergien,radikaleErhöhungderRessourcenproduktivität,AnwendungneuerMaterialien,WerkstoffeundVerfahren(Biomimicry)gekennzeichnetist(vgl.exem-plarischRifkin2011).Dasheißt,diedritteRevolutionwirdvorallemmitBlickaufUmweltfragenundeineÖkologisierungderProduktion(„waswirdproduziert“)definiert.

Page 13: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

11

InDuStrIE 4.0 – DIE VIErtE InDuStrIEllE rEVOlutIOn gEStAltEn

FürdenBestandunddenErfolgdesProduktionsstandortesDeutschlandistesunabdingbar,diesevierteindustrielleRevolu-tionaktivmitzugestalten,alsoautonome,selbststeuerndeundwissensbasierteProduktionssystemezuentwickeln,zuvermark-tenundzubetreiben.GleichzeitigmüssenneuartigeAnforderun-genbewältigtwerden:

•dieNachfragenachindividualisiertenProduktenzuPreisenüblicherMassenprodukte,diesteigendeLeistungsfähigkeitsowie

•dieBeherrschungderwachsendenKomplexitätunddertech-nischenHeterogenitätderProdukteunddieEntwicklungdazunotwendigerProduktionssysteme.

Dieserfordertkünftigeineganzheitliche sichtaufdieProduk-tion,dennkomplexeabhängigkeitenzwischenderphysischen und digitalen WeltsindheutemeistnurfallspezifischdurchdieInformationstechnikabgebildet.DabeiziehtjedeÄnderungauf-wendige,manuelleundoftanspruchsvolleTätigkeitennachsich.Esgiltdaher,einNetzwerkvonDienstleistungen,dieEnginee-ring-Aufgaben,dieFragenderVermarktungunddieFragedesjeweiligenGeschäftsplans(Business Case)ganzheitlichaufein-anderabzustimmen,wasdurchdenkonsequenten einsatz mo-derner Informationstechnikmöglichwird.Nebendemtechno-logischenEntwicklungspotenzialistdermensch in der Indust-rie 4.0zentralerundunabdingbarerTeilderVeränderung:NichtnuralsKunde,sondernalszentraleGrößebeimEntwurfundbeimEngineeringderCPPSundalsManagerundFacharbeiterinderProduktionmitneuenkollaborativenFormenundmulti-plenProzessenderMensch-Mensch-(SozialeNetzwerke)undMensch-Maschine-Interaktion.

2.1 Innovationsprozesse forcieren, wertschöpfung erhalten, Beschäftigte einbeziehen

DerEinsatzvoncyber-physischenProduktionssystemenunddieRealisierungderExportpotenzialewerdenganzwesentlichdavonabhängen,inwieweitdieinDeutschlandproduziertenTechnolo-gienmitimIn-undAuslandbereitsverwendetenproduktions-technischenAnlagenundKomponentenkompatibelsindbezie-hungsweisesichtrotzmöglicherweiseschwierigerIntegrierbar-keitalstechnischeindeutigüberlegenerweisenundsichdaherauflangeSichtdurchsetzen.

DasZukunftsprojektIndustrie4.0kanndabeiantraditionelleStärkenderhiesigenIndustrielandschaftanknüpfen:

•MarktführerschaftinvielenTeilbranchenderIndustrie•Innovationsführerschaftin Embedded Systemsund

Industrial IT•QualifizierteundhochmotivierteBeschäftigte•KurzeWegezuundteilweiseintensiveKooperationmitKunden

undLieferanten•LeistungsfähigeForschungs-undAusbildungseinrichtungen

DieUmsetzungderIndustrie4.0zieltdaraufab,vorhandenetechnologischePotenzialezuheben,ineinemsystematisiertenInnovationsprozesszuerschließenundmitdenKompetenzen,LeistungenunddemWissenderBeschäftigtenzueinemoptima-lenGesamtpaketzusammenzufügen.

DasNeueanderIndustrie4.0sindalsonichtalleinneuetechni-sche,sondernauchneue soziale Infrastrukturen der arbeit,diedieEinbindungderBeschäftigteninInnovationsprozessesi-cherstellen.EntscheidenddafürsindnebenumfassendenQuali-fizierungs-undWeiterbildungsmaßnahmenOrganisations-undGestaltungsmodellevonArbeit,dieeinhohesMaßanselbst-verantwortlicherAutonomiemitdezentralenFührungs-undSteu-erungsformenkombinieren,diedenBeschäftigtenerweiterteEntscheidungs-undBeteiligungsspielräumesowieMöglichkeitenzurBelastungsregulationzugestehen.

Mitdiesemsozio-technischen ansatz des zukunftsprojekts Industrie 4.0werdenneueRäumefürdringendbenötigteIn-novationeneröffnet,gestütztaufeinerweitertesBewusstseinfürdieBedeutungmenschlicherArbeitimInnovationsprozess.

Page 14: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

12 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

2.2 kernelement der Industrie 4.0 – die Smart Factory

EinKernelementderIndustrie4.0istdieintelligenteFabrik–dieSmart Factory.SiezeichnetsichdurcheineneueIntensitätsozio-technischerInteraktionalleranderProduktionbeteiligtenAkteureundRessourcenaus.ImMittelpunktstehteineVernet-zungvonautonomen,sichsituativselbststeuernden,sichselbstkonfigurierenden,wissensbasierten,sensorgestütztenundräum-lichverteiltenProduktionsressourcen(Produktionsmaschinen,Roboter,Förder-undLagersysteme,Betriebsmittel)inklusivedererPlanungs-undSteuerungssysteme.DieSmart Factory zeichnetsichdurcheindurchgängiges Engineeringaus,dasso-wohldieProduktionalsauchdasproduzierteProduktumfasst,durchdasdiedigitaleundphysischeWeltnahtlosineinander-greifen.DieSmart Factory istzudemeingebettetinfirmenüber-greifendeWertschöpfungsnetze(s.Abb.3)

DieBeschäftigtensteuern, regulieren und gestaltendieintel-ligentvernetztenProduktionsressourcenunddieProduktions-schrittenachsituativenundkontextabhängigenZielvorgaben.SiespielendamitinderSmart Factory dieentscheidendeundqualitätssicherndeRolle.Durchdie Smart Factorywirddiezuneh-mendeKomplexitätbeherrschbar.DieSmart FactorybietetaufhöchstemProduktivitäts-undQualitätsniveaueinesignifikanthöhereFlexibilitätundResilienzundsicherteinenoptimalenRessourceneinsatz.

IndervollausgebautenSmart FactoryderIndustrie4.0herrschteinevölligneueProduktionslogik:DieProduktederSmart Fac-torysindeindeutigidentifizierbar,jederzeitlokalisierbarundken-nenihreHistorie,denaktuellenZustandsowiealternativeWegezumZielzustand.AlleSensorenundAktuatoreninderSmart FactorystellenihreDatenalssemantischbeschriebeneDienstebereit,dievondenentstehendenProduktengezieltangefordertwerdenkönnen.SemantischeM2M-KommunikationmitaktivendigitalenProduktgedächtnissenmachtdasProduktzumInforma-tionsträger,zumBeobachterundzumAkteur.

Quelle: Trumpf

Analog-Kommunikation• Heimatmärkte• Großrechner

Subs

yste

mSy

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Supe

rsyste

m

GesternIndustrie 1.0 und 2.0

HeuteIndustrie 3.0

MorgenIndustrie 4.0

Neo-Taylorismus• Vorratsfertigung• Verrichtungsorientierung• Meister-Organisation

Mechanisierung• Konv. Maschinen• Arbeitspläne• Zeichenbretter• Handräder

Internet und Intranet• Exportmärkte• PCs

Lean Production• JiT-Produktion• Prozessororientierung• Team-Organisation

Automatisierung• CNC-Maschinen• ERP / MES• 3D-CAD / CAD-CAM• Bedienpulte

Internet der Dinge• Lokalisierte Märkte• Mobile & Cloud Computing

Smart Factory• Individualproduktion• Resiliente Produktion• Augmented Operators

Virtualisierung• Social Machines• Virtual Production• Smart Products• Mobile Devices

Abbildung 3:Der Weg zur Smart Factory

Abb.3:DerWegzurSmart Factory

Page 15: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

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Abb.4–InteraktioneninderSmart Factory(Quelle:Trumpf)

DieSmart FactoryalswesentlicherBestandteilvonIndustrie4.0ermöglichtmaßgeschneiderteProdukteundsichertdamitdendeutschenWettbewerbsvorsprungineinerglobalisiertenWelt.MitihrenSchnittstellenzuSmart Mobility, Smart LogisticsunddemSmart GridistsieeinwichtigerBestandteilzukünftigerintelli-genterInfrastrukturen.AlsintelligenteFabrikermöglichtsiedieBeherrschungderzunehmendenKomplexitätderProduktions-abläufefürdenMenschenundmachtdieProduktionattraktiv,urban-verträglichundwirtschaftlich:

•Dieressourceneffizienz wirdsignifikantgesteigert;BeständeundDurchlaufzeitenkundenindividuellerProduktemassivverkürzt.DamitwirddieandeutschenProduktengeschätzteQualitätundProduktivitätnachhaltigausgebaut.

•DieSmartFactorybeherrscht störeinflüsseundlöstbeste-hendeGrenzenauf.Wege,Layouts,Abfolgen,Betriebs-undRe-cyclingpunkte,ProdukteundTechnologienwerdenflexibilisiert.SieentfaltetdazuihrPotenzialdurchdieErfüllungbisheralswidersprüchlichgeltenderAnforderungen.InihrteilenSocial MachinesihrWissen:SieerkennenetwadurchLernerfahrungdiebestenParameter,mitdenensiebestimmteWerkstoffebe-arbeitenkönnen,erkennenundinformiereninihrem„sozialenNetzwerk“anderemitihnenvernetzteMaschinen,diedieseneuenEinstellungenwiederumautomatischübernehmen.

physisch cyber

Social Machines Global Facilities Augmented Operators Smart Products Virtual Productions

Industrie 4.0

Collaborative interaction

Abbildung 4:Smart Factory

Smart Products trageneigenesWissenundGlobal FacilitiesermöglichenneuartigeWertschöpfungsnetzwerke.

•DieVirtuelleProduktion(Virtual Production)trägtdurchEcht-zeit-AbbilderderProduktionzurreduktion von Verschwen-dungweitüberbestehendeAnsätzehinausbei.

•Im mittelpunkt der Interaktionen in der fabrikstehendie beschäftigten(Augmented Operators),dieihreAufgabendurchdie(virtuell)erweiterteSichtaufdierealeFabrikbesserwahrnehmenkönnen.SieerweiternihreFähigkeitenstetigundwerdensovomBedienerzumkooperierendenSteuerer,ReguliererundGestalter,derseineExpertisekontinuierlicheinbringenkann(vergl.Abb.4).

DiezukünftigemultiadaptiveSmart Factorywirdkeinesfallsmen-schenleersein,sondernsiewirddiebeschäftigten als aktive träger von entscheidungen und optimierungsprozessen drin-gendbenötigen.DieBeschäftigtenwerdenwichtigeFunktionenbeidemEntwurf,derInstallation,derUmrüstung,derWartungundderReparaturkomplexercyber-physischerProduktionssys-temeundderfürdasInternetderDingenotwendigenneuartigenNetzkomponentenübernehmen.NebendenBeschäftigtensindauchalleweiterenAkteure(Zulieferer,Kunden,etc.)indieInter-aktioneninderFabrikmiteingebunden.

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Page 16: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

14 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

Abb.5:ArchitektureineragilenmultiadaptivenSmart Factory

ZurBewältigungdieserneuenAnforderungenmüssendieBeschäftigtenvonintelligentenAssistenzsystemenunterstütztwerden,umihreArbeitzuverlässigundeffizientdurchführenzukönnen.Völligneuartige multimodale benutzerschnittstellenspielenhierfüreineentscheidendeRolle.DieseSchnittstellennutzeneinerseitsdenAufgabenkontextderBeschäftigtenfürproaktiveAssistenzfunktionenundunterstützendenArbeitergleichzeitigauchdurchadaptivenPrivatsphärenschutz–wobeisiegleichzeitigdieSicherheitsaspektederSmart Factoryberück-sichtigen(vgl.Abb.5).

DievierteindustrielleRevolutionführtsomitauchzueinemparadigmenwechsel in der mensch-technik- und mensch-Um gebungs-InteraktionmitneuartigenFormenderkollabora-tivenFabrikarbeit.DieVerwirklichungderagilenmultiadaptivenSmart Factoryerfordertmenschenzentriertesozio-technischeFabrik-undArbeitssysteme.DieTechniksolldabeidiekognitiveundphysischeLeistungsfähigkeitderBeschäftigtendurchdierichtigeBalancevonUnterstützungundHerausforderungfördern–insbesondereimHinblickaufdieindustriellenAssistenzsys-teme,dieMensch-Technik-KooperationsowiedieAspektederQualifizierungundWeiterbildung.UnterstützendsollteauchdieArbeitdementsprechendorganisiertwerden(s.dazuKap.4.2.4undKap.5.4)

MultimodaleEingabeanalyse

Lernmodus

Produktions-modus

MultimodaleAusgabe-präsentation

IndustriellesAssistenzsystem

SmarteMaterialien

SmarteProdukte

CPS-Produktionssystem

Maschinen-steuerung

... Betriebsmittel-anpassung

Quelle: DFKI 2012

Multiadaptivität auf der Basis maschineller LernverfahrenPersonalisierung, Rekonfigurierbarkeit, Agilität

DiskurshistorieBenutzermodell

Lernmodelle

FabrikmodellArbeitspläne

ProzessmodelleProduktionskontext

Infrastruktur zur Gewährleistung von Betriebssicherheit, Arbeitssicherheit, IT-Sicherheit und PrivatsphärenschutzAbbildung 5:Architektur einer agilen, multiadaptiven Smart Factory

Page 17: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

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Abb.6:ZielederSmart FactorynachThemenschwerpunktenundUse Cases

2.2.1 USE CaSES Und übergeordnete merkmale zU IndUstrIe 4.0

FürdieSmart FactorywurdenachtAnwendungsbeispiele(Use Cases)definiert,mittelsdererdasZieleinerhochflexiblenundrobustenSmart FactoryganzheitlichaufallenEbenenabgedecktwerdenkann(s.Abb.6undausführlichinAnhangA.1).Gleichzei-tigsollendieVorteilederSmart FactoryveranschaulichtunddietechnologischenHerausforderungeninihremGesamtzusammen-hangaufgezeigtwerden.

DieInhaltederAnwendungsbeispielesindimFolgendeninFormdreierübergeordneterMerkmalederSmart Factoryzusammen-gefasst,diefüralleachtUse Casesgelten:

•HorizontaleIntegrationüberWertschöpfungsnetzwerke•VertikaleIntegrationundvernetzteProduktionssysteme•DurchgängigkeitdesEngineeringsüberdengesamtenLebens-

zyklus

DiesedreiMerkmalewerdeninKapitel3imRahmenderdualenStrategiewiederaufgegriffenunderläutert.

Quelle: Trumpf

Intelligente Instandhaltung• Betriebspunkte flexibilisieren

Up-Cycling• Recyclingpunkte flexibilisieren

Selbstorganisierende, adaptive Logistik• Wege flexibilisieren

Technologiemarktplatz• Technologie flexibilisieren

Vernetzte Produktion• Abfolgen flexibilisieren

Resiliente Fabrik• Layout flexibilisieren

Kundenintegriertes Engineering• Produkte flexibilisieren

Abbildung 6:Ziele der Smart Factory nach Themen-schwerpunkten und Use-Cases

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Page 18: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

16 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

1. horIzontale IntegratIon über WertsChöpfUngsnetzWerke

Abb.7HorizontaleIntegrationüberWertschöpfungsnetzwerke(Quelle:Siemens)

InderIndustrie4.0erlaubteinechtzeitoptimiertes Wertschöp-fungsnetzwerk einedurchgängigeTransparenz,flexibleReak-tionaufStörungenundeineglobaleOptimierungüberdasge-samteWertschöpfungsnetzwerkhinweg.

MöglichwirddiesdurchdieCPPS-basierteVernetzungvonderEingangslogistiküberdieProduktion,dasMarketing,dieAus-gangslogistikbiszumService.HierdurchwerdenEntwurf,Konfi-guration,Bestellung,PlanungundProduktionüberdasgesamteWertschöpfungsnetzwerkkundenspezifischmittelsIKTverzahnt.DergesamteProzessvonderBestellungbiszurLieferungkanndadurchzwischendenbeteiligtenPartnerninvielfältigenDimen-sionen(Qualität,Zeit,Risiko,Robustheit,Preis,Umweltverträg-lichkeitetc.)dynamischverhandeltwerden.Dieswiederumführtzueinerhochgradigen flexibilität einzelner produktions stät-ten,zuderenVernetzungundLogistikunddamitzurechtzeit-optimiertenRealisierungeinerbedarfsorientiertenProduktion(„wandelbareFabrik“und„selbstorganisierendeadaptiveLogistik“).

VoraussetzungenfürdiesedurchgängigeVernetzungsindstan-dardisierte,offeneSchnittstellensowieProzesse,dieVertrauenundSicherheitfüralleanderWertschöpfungskettebeteiligtenAkteureermöglichen.Esmussdaherein MonitoringundFeed-back überdasgesamteWertschöpfungsnetzwerk(Fabrik,Logis-tik,Geschäftsbeziehungen)inEchtzeiterfolgen.DieGeschäfts-prozesseimechtzeitoptimiertenWertschöpfungsnetzwerkmüs-senemergente(imSinnederHerausbildungeinesübergeord-netenMehrwertsfürdasGesamtnetzwerk)GesamteffekteundveränderlicheRahmenbedingungen(Recht,Risiko,Haftung,Exportkontrolle)berücksichtigen.

2. VertIkale IntegratIon Und Vernetzte prodUktIonssysteme

Abb.8–VertikaleIntegrationundvernetzteProduktionssysteme(Quelle:Siemens)

DieselbstorganisierendeFabrikinderIndustrie4.0ermöglichteinevariantenreiche kundenspezifi sch individualisierte produktionmitverteiltenundmöglicherweiseheterogenenProduktionsressourcenuntervolatilenRandbedingungen(zumBeispielkurzfristigveränderteNachfrage,Bestände,plötzlicheStörungen).

DieFertigungsmoduleineinerselbstorganisierendenFabriksindplug & produce-fähig,dasheißtRessourcenundProduktevernet-zensichadhoc.MaterialundTeilesinddadurchjederzeitlokalisierbar,sienavigierensichselbständigdurchdasProduk-tionssystemundspeicherndieHistorieallererfolgtenNaviga-tions-undBearbeitungsschritteab.Dadurchentfallenadminis-trativeBestandsführungs-,Buchungs-undInventurprozesse.MitintelligenterSensorikunddurchgängigenDaten–alsoverti-kalintegriertdurchalleEbenenderAutomatisierungspyramide–überwachtdieFabriksichgewissermaßenselbst:Sieerstellteinkontinuierliches(virtuelles)AbbildihrerProduk-tionundidentifiziertundprognostiziertungeplanteEreignisse.DieSelbstüberwachungistineinumfassendesSicherheitskon-zeptintegriert,indasderMensch(Augmented Operator)jeder-zeitsteuerndeingreifenkann.StörungenundAd-hoc-AufträgeführendabeizuautomatischerUmplanung.

Auchdas Instandhaltungsmanagement erfolgt selbstorgani-siert.UngeplanteEreignisse–wieetwaMaschinenausfall,Quali-tätsschwankungenoderÄnderungenderProduktspezifikation–werdenautomatischidentifiziert.ZustandundVerschleißderMaterialienwerdenkontinuierlichüberwachtundprognostiziert.DurchdieseAdaptiondesgesamtenProduktionsprozesseswerdenungeplanteMaschinenstillständevermieden.

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3. dUrChgängIgkeIt des engIneerIngs über den gesamten lebenszyklUs

Abb.9:Seamless Engineering:VomEntwurfüberdenBetriebbiszurInstandhaltung(Quelle:Siemens)

DieZielevonIndustrie4.0erforderneine durchgängigkeit des Engineerings über den gesamten lebenszyklus des produkts und des zugehörigen produktionssystemshinweg.Fürneu-artigetechnischeProduktemüssendieentsprechendenneuenodermodifiziertenProduktionssystemezeitlichverzahntent-wickeltwerden.DiesführtzueinerintegriertenVorgehensweisebeiderEntwicklungvonProduktundProduktionssystemsowiederAbstimmungihrerLebenszyklen.

Dielebenszyklus-überspannendeBetrachtungerlaubtdiefrüh-zeitigeBerücksichtigungvonWartungs-undInstandhaltungskon-zepten(ReusevonEngineering-Daten).Diesbedeutet,dassWettbewerbsvorteile(Qualität,Service)beiKonsumproduktenerzieltwerden,underhöhtimFallderVerwendungdieserPro-dukteinnerhalbeinerweltweitenFertigungdieVerfügbarkeitdesProduktionssystems.DieseAspekteerfordern,dassdie„richti-gen“DatenundInformationenallenBeteiligteninallenLebens-zyklus-PhasenzurVerfügungstehenmüssen.DazusindKon-zepteundWerkzeuglösungenerforderlich(WelcheDatenmüssenaufwelcherAbstraktionsebeneinwelcherPhasevorgehaltenwerden?).

DurcheinekonsequenteWeiterentwicklungderSystems Engi-neering-AnsätzewerdenSynergieeffektezwischenProduktions-systemundProduktentwicklungaufdermethodischenEbeneerzielt.DieKonzeptioneinesübergreifendenMeta-Modellsfürmodellbasiertes,disziplinübergreifendesEngineeringundMetho-denzurAbstraktionversusVerfeinerungsindhierzweiBeispiele,diesowohlaufeineKomponentenentwicklungalsauchaufdasAnlagen-Engineeringangewendetwerdenkönnen(s.Empfehlun-geninKapitel4.2.3).

DasEngineering bildetinderProduktionnichtnurden Verknüp-fungspunkt zwischen produktionssystem und produkt,son-dernstärkt auch die rolle des menschen.EristderzentraleAkteur,derindenverschiedenenEntwicklungs-beziehungsweiseBetriebsphasenunterstütztwirdundinteam-übergreifenderZu-sammenarbeitInnovationenschafft.DurchgängigesEngineeringnutztdasZusammenwachsenderdigitalenundrealenWelt.AusDatenwerdenModelle,diezuvirtuellenPrototypenkombiniertwerdenundfrühzeitigeValidierungenundVerifikationenerlau-ben.Diedamitentstehenden,neuenEngineering-Workfl ows ge-staltendieflexiblerwerdendenProzesse.HeutigeWerkzeugeundIT-PlattformenkönnendurchentsprechendauszuarbeitendeMigrationskonzepteeinerseitswieder-undweiterverwendetwer-den,andererseitskönnensieauchinZwischenschrittenbereitsEffizienzsteigerungenermöglichen.

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Services Produktion

Produktionsengineering

Produktdesign und -entwicklung

Produktionsplanung

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18 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

2.3 techniktrend Internet der Dinge und Dienste – chancen und Herausforderungen

IndenvergangenenzwanzigJahrenhatdasInternetdieWelter-obertundüberdieKommunikationstechnologiedenTraumeinerweltweitvernetztenMenschheitverwirklicht.DieAuswirkungaufunsertäglichesLeben,diedisruptivenMarktveränderungenunddiedynamischeAnpassungunserersozialenStrukturenbe-ginnenwirgeradeerstzuverstehen,dabahntsichschondienächsteRevolutionan:dasInternetderDinge.ZusätzlichwerdenjetztalleDinge,Geräte,Maschinen,SensorenundAktorenindasInternetintegriertunddarüberselbstzuAkteuren.Esent-steht–gemeinsammitdeninsozialen Online-Netzwerkenver-netztenNutzern(Internet of People)–dasInternetderDingeundDienste(Internet of Things and Services–Abb.10),daseinenahtloseVerknüpfungdervirtuellenundderphysikalischenWeltermöglicht.

BereitsinwenigenJahrensollensomehrereMilliardenvonGe-rätenundSystemeninderLagesein,selbständigDatenunter-einanderauszutauschen.AufzügeoderKlimaanlagenkommuni-zierendannüberdasNetzmitderWartungszentrale,diedenReparaturdienstkoordiniert;AutoswerdenmitLeitsystemeninKontakttretenundsoeinaktuellesBildderWetter-undVer-kehrssituationwiedergeben;ContainerkönnendanninEchtzeitihrePositionandasLogistikzentrumübermitteln,dasautoma-tischdenLastwagenzuderenAbholungdirigiertunddennot-wendigenLagerraumbereitstellt.

DieSmart FactoryderIndustrie4.0nutztsomitdiePotenzialedes InternetsderDingeundDienstemittelsCPPSundist

Quelle: Bosch Software Innovations 2012

Internet der Menschen106-108

Internet der Dinge107-109

Internet der Dienste104-106

System- undDienstleistungs-

plattformen

Smart Building

Social Web

Business Web

Smart Grid

Smart Factory

Smart Home

Abbildung 9

Abb.10Internet derDingeundDienste–VernetzungvonMenschen,DingenundSystemen(Quelle:Bosch2012)

dabeiengmitdenanderenAnwendungsfeldern(Smart Grid,Smart Mobility6,Smart Home/Smart Building)vernetzt(s.Folgeabschnitt3.2.1).

Dietechnologie-basisdesInternetsderDingeundDienstebestehtausdenfolgendenTeiltechnologien:

•elektronikermöglichtimmerschnellere,günstigere,kleinereundenergiesparendereBausteinezumBetreibenvonKommu-nikationundSoftware,

•mikrosystemtechnikermöglichtimmerkleinere,günstigereundleistungsfähigereSensorenundAktoren,

•kommunikationstechnologieermöglichtdieimmergünsti-gere,schnellere,weltweite,sekundenschnelleVerknüpfungvonProzessenundDatenbeständen,

•auto-IdmittelsBar-,Data-Matrix-CodeoderRadio-Fre-quency-Identifikation(RFID)ermöglichtdieeindeutigeIdentifi-zierungeinfachsterObjekteundderenVerknüpfungmitdervirtuellenWelt,

•mensch-maschine-schnittstellenermöglichendieintuitiveBedienungkomplexerSystemeunddieInteraktionmitihnenauchohnespezielleAusbildung,

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•softwareermöglichtdieweltweitedynamischeVerteilungvonFunktionalitätundistintegralerBestandteilfürdieSysteminte-grationüberdieTeilgewerkeMechanik,ElektrikundElektronikhinweg.DieSoftwareentwicklungstößtnichtantechnischeGrenzen,sondernhängt(alseinzigeTechnologie)ausschließ-lichvonderKreativitätunddenFähigkeitendesMenschen(Entwicklers)ab(s.dazuauchKapitel4.2.3).

DasichdieseTechnologiengegenseitigbeschleunigenundver-bessern,istvonzukünftignochrasanterenVeränderungsprozes-senauszugehen.

NebendertechnologischenBasisstelltdertechnologie-trend big data(dt.Erhebung,AnalyseundVerarbeitungunvorstellbargroßerDatenmengen)unddieFragedesdatenmanagements auchdieIndustrie4.0vorzentraleHerausforderungen:ImInter-netderDingeundderDienstewerdenkünftigenormeDaten-mengenverarbeitet.Wettbewerbsvorteilebesitzt,weresver-steht,dieseDatensicherunderfolgreichzusammeln,zuver-waltenundeinzusetzen.DieseLogiktrifftaufIndustrie4.0mitdenumfangreichenDatenmengenausderProduktionundderLogistikinganzbesonderemMaßezu.

DreiEntwicklungenresultierenausdenobenangeführtenTech-nologie-TrendsundbildendasInternetderDinge,DiensteundNutzer(Menschen).Diese(sozio-)technologischenTrendszugestaltenundzubeherrschen,istGrundvoraussetzungfürdasZukunftsprojektIndustrie4.0:

1. Smart Embedded Systems, mobile dienste und ubiquitäres Computing:

TeilderCPSsindintelligenteeingebetteteSysteme,diebereitsheutekooperativundvernetztagieren,allerdingsmeistnochalsgeschlosseneSysteme.VoralleminderAutomobilbrancheundderLuftfahrt,aberauchinderTelekommunikations-undAutomatisierungstechniksowieinderProduktionexistierenschonortsungebundeneDiensteundAssistenzfunktionen.DurchzunehmendeVernetzung,Interaktion,KooperationundNutzungvonMobilitätsdienstenundweiterenServicesausdemNetzsinddieseDienstejederzeitverfügbarundwerdenimmervielfältigerundreifer.

2. Internetbasierte geschäftsprozesse: VorallemimHandelundinderLogistikgibteslängst„intelli-

gente“undvernetzteObjekte(etwamittelsRFID-Technologie).ZunehmendwirddabeidasdigitaleProduktgedächtnisderObjekteauchfürdieProzessoptimierunggenutzt,etwabeimWarenfluss.DieObjektepassensichflexibelansoftwarege-steuerteUnternehmensprozesseanundinteragierenüberdasWebmitKunden.DiesekönnenbeispielsweiseüberdasInter-netverfolgen,wosicheinProduktmomentaninnerhalbeinerLogistikkettebefindet.IT-ServicesdieserArtwerdenzuneh-

mendindieCloud,alsoanexterneDienstleister,ausgelagert;ihrBetriebistdadurchunabhängigvoneinemRechenzentrumaneinembestimmtenOrt.DieIT-SystememüssenauchfürdieAuslagerungklassischerIT-undVerwaltungsaufgabenausdenUnternehmensowiefürdasÜbertragenvonAufgabenimZusammenhangmitHandel,Logistik,ProzesssteuerungundAbrechnungindieCloudgerüstetsein.

3. soziale netzwerke und Communities (Web 2.0): SozialeNetzwerkebündelnheutegroßeMengenvonDaten

undInformationen.DasgiltauchfüroffeneWissensnetzwerke:UnternehmennutzenzunehmendWiki-Systemezurbreitan-gelegtenBereitstellungvonInformationenundWissen.FürdieUnternehmensinddieNutzerpotenzielleKundenunddieNetzwerkepotenzielleWerbe-undVermarktungsplattformen.MitzunehmenderProfilbildungundSpezialisierungderTeilneh-merentstehtdieNachfragenachneuenDiensten,etwanachallgemeinenoderdomänenspezifischenApps (Applications)undvernetztenAnwendungen.EndgerätewieSmartphonesundTabletssteuernexplizitundimpliziteineVielzahlvonSen-sorenbei–aussozialenNetzwerkenentstehtsoeinCyber-Physical System.DiesenEffektgiltes,aktivundkontrolliertzunutzen.

CommunitiesauseinzelnenoderenggekoppeltenEntwickler-gruppentreibendieInnovation.SiesindmeistumEntwicklungs-plattformenorganisiert;dabeihandeltessichoftumOpen-Source-Projekte,die SoftwaremitoffenenQuellcodesentwi-ckeln,undzwarentwederinSelbstorganisationoderunterderLenkungdurcheinUnternehmenoderKonsortium.

DieobengenanntenTrendserfordernkonkreteInnovationenum,dieTechnologieCPSfürdieindustrielleProduktionimSinnevonCPPSzuertüchtigen.Diesmeint,demAnwendereinmethodi-schesRüstzeugzurAnwendungderTechnologieCPPSzurVerfü-gungzustellensowiedieKooperationvonCPPSmitMenschenoptimalzuunterstützen:

• technologie von Cpps HeutigeInformations-undKommunikationstechnologien(IKT)inderProduktionstechniksindaufeineFabrik(odereineFerti-gungslinie)innerhalbeinesUnternehmenshinsichtlichderKostenundderEffizienzoptimiert.UmdiePotenzialevonCPSimUmfeldderProduktionhebenzukönnen,sinddieobenan-geführtenBasistechnologienderIKT(wiebeispielsweiseMo-dellierungssprachen,-techniken,Plattformenetc.)ausgehendvondengeschäftlichenTreibernfürdieAutomatisierungstech-nikzuertüchtigen.AufgrunddervielfältigenAnforderungensinddabeivorallemgeeignete,aufdieverschiedenenAnwen-dungsfälleabgestimmteReferenzarchitekturenzuentwickelnundinStandardszuüberführen(s.EmpfehlungeninKapitel3).

6Mobilität/MobilitywirdhieralsintegrierteBetrachtungvonPersonen-undGüterverkehrverwendetundumfasstdamitauchdenBereich„Logistik“.

InDuStrIE 4.0 – DIE VIErtE InDuStrIEllE rEVOlutIOn gEStAltEn

Page 22: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

20 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

•anwendung von Cpps und methodische aspekteMitCPPSwerdenvertikaleundhorizontaleWertschöpfungs-netzwerkerealisiert,indenenDienstleistungen,dasEnginee-ring,dieProduktionsowiedieVermarktungundEinbindungvonKundenforderungendurchdenkonsequentenEinsatzderInformationstechnikmiteinandergekoppeltsind,wasinKapitel3und4mitfolgendenMerkmalenweiterpräzisiertwird:

1.horizontale Vernetzunginverteilten,nahezuinEchtzeitsteuerbarenWertschöpfungsnetzen

2.Vertikale VernetzungeingebetteterSystememitbetriebswirt-schaftlichenProzesseninFabrikenundUnternehmen

3.durchgängigkeit überdiegesamten lebenszyklenallerbe-trachtetenSysteme,insbesondereimHinblickaufEngineering,ProduktionundLogistik

•mensch und arbeit in der kooperation mit Cpps InderdurchIndustrie4.0deutlichstärkervernetztenWelt

werdenauchandenMenschenneueAnforderungengestellt.DiesgiltsowohlfürdiekreativenPlanungs-undEntwicklungs-prozessealsauchfürdeneheroperativgeprägtenArbeits-prozessinProduktionundLogistik.NurwennderMenschimZentrumstehtundinrealeAblaufprozessegeeignetundmitsystemseitigerkontextabhängigerUnterstützungeingreifenkann,liefernCPPSeinenwirklichenMehrwert.

DiegenanntenThemenerfordernnachhaltigeForschungsan-strengungen,umSystemezuschaffen,dietatsächlichdiekomplexenAnforderungenerfüllenundzuSystemenführen,dieinihrerFlexibilitätundUnterstützungzurKomplexitäts-reduktionundzurBeherrschungbeitragen–undnichtselbstwiederQuellezusätzlicherKomplexitätsind(s.Kapitel3und4.4).

2.4 Die Vision Industrie 4.0 als teil einer intelligenten, vernetzten welt

Ineiner„intelligenten,vernetztenWelt“(Smart Globalized World)wirddasInternetderDingeundDienstewieausgeführtinunter-schiedlichenBedarfsfelderngenutztwerden:inderEnergie-versorgung(Smart Grids),indenVerkehrsnetzen(Smart Mobility,Smart Logistics)undinderProduktion(Smart Factories),woIndustrie4.0entsteht(S.Abb.11).

Industrie4.0ermöglichtdabeivorallemeinezunehmende flexibilisierungundrobustheitvonEngineering-,Produktions-undLogistikprozessen.Dadurchkönnendiezunehmende dynamikund komplexitätnachhaltigbeherrschtwerdenimHinblickauf:

•maschinenbaulicheundanlagentechnischeAusführungundBetriebkünftigerProduktionssysteme,

•Lifecycle-BetrachtungenbezüglichdeszuproduzierendenProdukts(Product Lifecycle Management,PLM),desdabeizu-grundeliegendentechnologischenProzessessowiederdabeigenutztenRessourceneinschließlichdesAngebotsdergene-rellzurVerfügungstehendenTechnologien,

•dieEnergieversorgungundUmweltbilanzierungkünftigerAn-lagenundFabrikeneinschließlichderMaterial-undRohstoff-versorgungwieauchderInter-undIntralogistikkünftigerFabrikenund

•dieEinbindunginimmerumfangreichereundsichschnelleränderndeumfassendeWertschöpfungsnetze.

CPPSerlaubendadurch,dassverteilteheterogeneProzesseundStrukturenzuhandhabbaren,effizienten,dynamischenundselb-storganisiertenWertschöpfungsnetzenzusammenwachsen.MenschenundMaschinenkommunizierenganzselbstverständ-lichineinemgemeinsamen„sozialen“Netzwerk.DiephysischeunddiedigitaleWeltwachsen zusammenunderöffnenneueMöglichkeitenhinsichtlichBedienbarkeit,Komplexitätsbeherr-schungundsomitderWertschöpfung.

•DieFlexibilitätunddynamischeKonfigurierbarkeitvonproduktionssystemenunterNutzungallgemeingültigerPla-nungs-undSteuerungskonzepteermöglicheneineoptimaleBedienungdersichkontinuierlichveränderndenKunden-undMarktanforderungen.

•Diesteigendeundzukünftigmanuellnichtmehrbeherrsch-bareKomplexitätvonEngineering-prozessen istdamitaufeinehöherePlanungs-undAbstraktionsebeneohneMedien-brücheverlagert,sodasssieintellektuellundumfangseitigimsichständigänderndenUmfeldleistbarbleibt.

Page 23: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

21

•DieglobalenWertschöpfungsnetzeoptimierensichzukünftigselbst.SieerfüllenkomplexetechnischeundgeschäftlicheAnforderungenundbeherrschentechnischeundgeschäftlicheRandbedingungendurchdynamischeundselbstorganisierteInteraktionallerbeteiligtenKomponenteninderphysischenunddigitalenWelt.

DiemultilateraletechnischeIntegrationderEntwicklungs-undProduktionsprozessemussdabeisowohlinnerhalbeinerSmart FactoryalsauchineinerCloud-gestütztenFöderationvonSmart Factoriesbeherrschbarsein(vgl.Abschnitt2.2).

DerhierfürnotwendigeParadigmenwechselhinzurIndustrie4.0isteinlangfristiges Vorhabenundwirdnurineinemevolutio-närenProzessüberdezentraleUmstellungvonTeilbereichenmöglichsein.DervollständigeNutzenstelltsicherstspätereinundmussübereinegeschickteMigrationsstrategiemitfrühemTeilnutzenangegangenwerden.

Abb.11:EinordnungIndustrie4.0undSmart FactoryineinenGesamtkontext.

Smart Grids

Smart Logistic

Smart HomesSmart Mobility

CPPSCPS

Smart Buildings

Internet der Dinge

In

ternet der DiensteAbbildung 11:Einordnung Industrie 4.0 und Smart Factory in einen Gesamtkontext

Smart Factory

InDuStrIE 4.0 – DIE VIErtE InDuStrIEllE rEVOlutIOn gEStAltEn

Page 24: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

22 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

3. DuAlE StrAtEgIE: lEItmArkt unD lEItAnBIEtErScHAft

DievierteindustrielleRevolution(„Industrie4.0“)bieteterheb-lichePotenzialefürdieproduzierendeIndustrieinDeutschland.EinerseitskanndievermehrteEinführung/derverstärkteEin-satzvonCyber-Physical Systems(CPS)indeutschenFabrikendenProduktionsstandortDeutschlanddurchEffizienzsteigerun-genderheimischenFertigungstärken.AndererseitsbirgtdietechnischeWeiterentwicklungvonCPSdurchdeutscheUnter-nehmensubstanzielleChancenfürdenExportvonTechnologienundProdukten.ZielvorgabebeiderUmsetzungdesZukunfts-projektsIndustrie4.0solltedahersein,dieMarktpotenzialefürdieproduzierendeIndustriezuhebenundmittelseinerdualenStrategieLeitanbieterschaftundLeitmarktfürIndustrie4.0zuerreichen(s.Abb.12).

IndenfolgendenAbschnittenwerdenVoraussetzungenundMarktpotenzialefürdieCPS-Domäne„produzierendeIndustrie“beschrieben,diemitderkonsequentenEntwicklungundEinfüh-rungvonCyber-Physical Production Systems(CPPS)verbundensind.DieHerleitungdessichinderGesamtheitdarstellendenPotenzialserfolgtschrittweiseindenAbschnitten3.1(Leitan-bieterperspektive)und3.2(Leitmarktperspektive).ImAbschnitt3.3werdendieLeitanbieter-undLeitmarkperspektivesynerge-tischineinerdualenStrategiezusammengeführt.

3.1 leitanbieterperspektive

DieLeitanbieterperspektivebeleuchtetdiePotenzialevonCPPSimWesentlichenausderSichtderAusrüsterindustrie.DieAus-rüsterindustriefürdasproduzierendeGewerbeistgrundsätzlichineinergutenStartposition,imBereichderEntwicklung,desBe-triebsundinderglobalenVermarktungvonCPPSeineFührungs-rolleeinzunehmen–insbesondere,weilsieeinerseitsalsAus-rüsterCPPSentwickeltundandererseitsimRahmendereigenenProduktionCPPSanwendenkann.NebendemMaschinen-undAnlagenbau,derAutomatisierungstechnik,dem Engineering undausgewähltenBereichenderInformations-undKommunikations-technologiesinddeutscheUnternehmenderAusrüsterindustriemitihrentechnischenLösungenweltweitführend.

Eskommtjetztaberdaraufan,technischhochstehendeLösun-genmitdenneuenMöglichkeitenderInformationstechnologieintelligentzuverknüpfen,umsoeinenInnovationssprung einzu-leiten.NurdurchdaskonsequenteZusammenführenderInfor-mations-undKommunikationstechnikmitdenklassischenHoch-technologieansätzenwerdendieVoraussetzungengeschaffen,diezunehmendeMarktdynamikundKomplexitätvonglobalenMarktabläufenzubeherrschenunddarausauchneueMarktposi-tionenfürdaseigeneUnternehmenabzuleiten:

•Dazuisteszunächstnaheliegend,diein anderen anwen-dungsbereichen gewonnenen erfahrungenbeimAufbauvonCPSzunutzenundsieimHinblickaufdiebesonderenBedürf-nissederProduktionweiterzuentwickeln.

•Danebenwirdesauchnotwendigwerden,eine hochleis-tungsfähige Infrastruktur zum datenaustausch zu realisie-renundangepassteMethodenundSystemezurDatensicher-heitundzumKnow-how-Schutzzuerforschen,umaufdieserBasisallerelevantenGeschäftsprozesse,wiebeispielsweisedieintegrierteProdukt-undProduktionssystementwicklung,dasEngineering,dieProduktionunddieLogistik,neuzugestalten.

LeitmarktLeitanbieter

Abb.12:GlobaleWettbewerbsfähigkeitdurchdieDualeStrategie.

Page 25: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

23

DuAlE StrAtEgIE:lEImArkt unD lEItAnBIEtErwIErScHAft

InEinzelpunktenkanndieLeitanbieterperspektivefolgender-maßenzusammengefasstwerden:•InvielenBranchendesproduzierendenGewerbessinddeut-

scheUnternehmenweltweittechnischführendunddeshalbgrundsätzlich gut in der lage,eineLeitanbieterpositionimBereichvonCPPSzuentwickeln,anzuwendenundmarkt-relevantzurealisieren.

•DieEntwicklungeinerLeitanbieterpositionistabernurmög-lich,wenn die vorhandenen basistechnologien auf die besonderheiten der produktion angepasst beziehungsweiseanwendungsorientiert weiterentwickeltwerden.UmSka-leneffektezuerschließenundeineflächendeckendeWirkungzuerzielen,mussdiesinzweiRichtungengeschehen:

– TechnischeundinformationstechnischeWeiterentwicklung bereitsrealisierterAnlagenundProduktionenimHinblick aufdieRealisierungvonCPPS-Fähigkeiten(Brownfield)

– ErforschenundEntwickelnvonModellenundKonzepten zurAuslegungundRealisierungvonCPPS-Produktions- strukturenanneuenStandortenundfürneueMärkte (Greenfield)

•UmdieangestrebteFührungsrolleimBereichCPPSnachhaltigauszufüllen,müssenvorrangig forschungs-,technologie- und QualifikationsentwicklungeninfolgendenBereicheninitiiertwerden:

–EntwicklungvonMethodenundBeispielapplikationenim BereichderautomatisierungstechnischenModellierung undSystemoptimierung,insbesondereunterNutzungvon KI-Methoden(KünstlicheIntelligenz)

–NutzungundWeiterentwicklungdertechnischenInfrastruk- tureinschließlichleistungsfähigerBreitbandinformations- übertragungen

–AusbildungundQualifizierungvonFachpersonal;Entwick- lungvonmaßgeschneiderten,leistungsfähigenOrganisa- tionskonzeptenfürkomplexeArbeitszusammenhänge (Geschäftsverständnis,Produktentwicklung,Produktions-

systemeeinschließlichinterdisziplinärerKollaborationund Kooperation)

•EineweiterewichtigeAufgabeist,dietechnologien zu nutzen, um neu entstehende Wertschöpfungsnetze zu gestalten.Diesbeinhaltet

–aufdenverschiedenenInformationsebenenangepasste SystemezurDatensicherheitundzumKnow-how-Schutz zuentwickelnundeinzusetzensowie

–neuerGeschäftsmodellezuentwickeln,insbesonderedie ProduktemitgeeignetenDienstleistungenzuverknüpfen.

3.2 leitmarktperspektive

LeitmärktefürCPPSkönnensowohldurchdieproduzierendenUnternehmeninDeutschlandalsauchdurchglobaleProduk-tionsmärkterealisiertwerden.InsbesonderedieimAbschnitt4.1adressiertenLeitanbietersindmitdeneigenenFertigungen,wennhierCPPSrealisiertsind,RepräsentantenvonLeitmärkten.

UmLeitmärkteneuzugestaltenunderfolgreichzubearbeiten,werdensowohleineengeVernetzungvonanverschiedenenStandortenangesiedeltenTeileneinesUnternehmensalsauchinsbesondereKooperationenüberFirmengrenzenhinweger-forderlich.Dieserfordertwiederum,dasseinelogischeDurch-gängigkeitderverschiedenenLebenszyklenbezogenaufdasProdukt,ProduktprogrammunddiezugehörigenProduktions-systemebestehenmuss.DieVoraussetzungenunddenGestal-tungsrahmenhierfürschaffenCPPS.

EineNotwendigkeitundgleichzeitigeinebesondereHerausfor-derungistes,in diese neu zu gestaltenden Wertschöpfungs-netze gleichzeitig heute schon global agierende großunter-nehmen wie auch häufig noch regional agierende klein- und mittelstandsunternehmen (kmU) einzubinden.Dieheutevor-handeneStärkederproduzierendenIndustriebasiertwesentlichaufeinerausgewogenenIndustriestruktur,dieauseinerVielzahlmittelständischerUnternehmenundinderAnzahlwenigerGroß-unternehmenbesteht.VieleKMUsindaberaufdiesenStruktur-wandelnochnichtvorbereitet,seiesaufgrundfehlenderFach-kräfteoderaufgrundeinergewissenZurückhaltungundSkepsisgegenübereinemnochunbekanntenTechnologieansatz.

DieseHemmungenmüssenüberwundenwerden,umdieStruk-turstärkeausMittelstandundGroßunternehmenauchweiterhinzunutzen(s.dazuauchdieEmpfehlungenderAgendaCPS,20127).

EinSchlüsselansatzzurIntegrationmittelständischerUnter-nehmeninglobaleWertschöpfungsnetzeist,einen auch in die breite ausgerichteten Wissens- und technologietransfer zu konzipieren und zu realisieren.BeispielhaftkönnenhierPilot-anwendungenundBest Practice-RealisierungeninderVernet-zungvonGroß-undMittelstandsindustriehelfen,diePotenzialevernetzterWertschöpfungskettensichtbarzumachenundauchdenMittelstandzuüberzeugen,Methoden-undOrganisations-werkzeugesowieTechnologienvonLeitanbieternzunutzen.AufdieseWeisewerdenBarrierenfürmittelständischeUnternehmenabgebaut,dieMethodenvonCPPSkennenzulernen,sieanzuneh-menundimeigenenUnternehmensumfeldeinzusetzen.

7 S.acatechPOSITIONagendaCPS(2011):Kapitel6.5SchlüsselrolledesMittelstandsfürCyber-Physical Systems:„[…]NebenvereinfachtemZugangzuForschungsprojektensindweitereMaßnahmenfürdieStärkungvonKMUsinUnternehmensnetzenzuCyber-Physical Systems erforderlich.DasbetrifftRahmenbedingungen,OrganisationsmodelleundNetzwerke.PlattformenundVerbundprojektesindzuschaffen,diegezieltdenMittelstandeinbinden“,S.33.

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24 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

ImEinzelnenkanndieLeitmarktperspektiveinfolgendenPunktenzusammengefasstwerden:

•LeitmärktefürCPPSwerdendurchdieproduzierendenUnter-nehmenimIn-undAuslandeinschließlichderbeteiligtenWert-schöpfungsnetzwerkegestaltet.

•UmerfolgreichLeitmärktezugestaltenundzubedienen,wirdeszukünftignotwendigsein,Vernetzungen über verschie-dene firmen und digitale durchgängigkeit über die ver-schiedenen lebenszyklen von produkten und produktions-systemen zu realisieren.DiesisteinoriginäresZielvonCPPS.

•EinErfolgsfaktorfürdieAnwendungvonCPPSinderprodu-zierendenIndustrieDeutschlandsist,methoden und Wege zu finden, die mittelständische Industrie beim aufbau und beim betrieb von Cpps frühzeitig einzubinden.

•UmLeitmarktstrukturenaufzubauen,musseinegeeignete

dateninfrastrukturrealisiertwerden.DerschnelleundsichereAustauschgroßerDatenmengenisteineGrundvoraus-setzung.

3.3 Die duale Strategie (cPPS Strategie) und ihre kennzeichnenden merkmale

DieZielsetzungenvonIndustrie4.0werdennurdannoptimalerreicht,wennsowohldiePotenzialederLeitanbieterperspektivealsauchjenederLeitmarktperspektiveaufeinanderabgestimmtundineinerSymbiosezusammengeführtwerden.DieswirdimFolgendenalsdualeStrategiebezeichnet.ZusammenfassendkönnendiefolgendengrundsätzlichenCharakteristikaeinerdualen Cpps-strategie genanntwerden,inderdieTechnologienundAnwendungenvonCPPSevolutionärweiterentwickeltwerden,wasinseinerGesamtheitabereineRevolutionzurFolgehabenwird(s.dazuauchKap.2.2):

•AufbauvonWertschöpfungskettenundWertschöpfungsnetz-werkenüberFirmengrenzenhinweg;dieswirdimFolgendenalshorizontale Integrationbezeichnet.

•AufbauundRealisierungvonflexiblenundrekonfigurierbarenProduktionssystemeninnerhalbeinesUnternehmens;dieswirdimFolgendenalsvertikale Integrationbezeichnet.

•Digitaledurchgängigkeit des Engineerings überdengesam-tenLebenszyklusdesProduktsunddeszugehörigenProduk-tionssystems

DiezuvorgenanntenMerkmalesindwichtigeBefähiger(Enabler)fürdieproduzierendeIndustrie,umineinemMarktgeschehenmithoherVolatilitätstabileUnternehmenspositionenzurealisie-renundaußerdemdieeigeneWertschöpfungaufsichänderndeMarktanforderungenflexibelanzupassen.DieMerkmaledieserdualenCPPS-StrategieversetzenproduzierendeUnternehmenindieLage,ineinemdynamischenMarktumfeldschnell,termin-treu,fehlerfreiundzuMarktpreisenzuproduzieren.DurchdiestrategischeEntwicklungundErtüchtigungderAusrüsterindus-triedürfen folgende zusatznutzenerwartetwerden:

•AusderführendenPositionDeutschlandsinderAusrüster-industrieherauserfolgteinekonsequenteWeiterführungund-entwicklungindenBereichderInternettechnologien.

•CPPS-LeitanbieterertüchtigendeutscheUnternehmen,insbe-sonderedenMittelstand,Zukunftstechnologienzuentwickeln,MarktpositionenauszubauenundBeschäftigungamStandortDeutschlandzuerhalten.

•CPPS-LeitanbieterexportierennebenTeillösungenCPPS-FabrikenderZukunft(Smart Factories).

•DurchhorizontaleIntegrationsindauchmittelständischeZuliefererindiesenExportpfadeingebunden.

•DeutscheproduzierendeUnternehmennutzendasgewonneneKnow-howundZeitvorteilezurFestigungundzumAusbaudereigenenWettbewerbsposition.

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DuAlE StrAtEgIE:lEImArkt unD lEItAnBIEtErwIErScHAft

•DiedeutscheAusrüsterindustriewendetpilotartigCPPSinnationalenMärktenanundrealisiertsoApplikationsanwen-dungeninnationalenMärkten.DiessteigertdieSichtbarkeitunddasImagederdeutschenIndustrie.

EinedualeCPPS-Strategieistvondrei zentralen merkmalengekennzeichnet,dieimFolgendenausgeführtwerden:diehori-zontaleIntegrationüberWertschöpfungsnetzwerke,dievertikaleIntegrationundVernetzungderProduktionssystemeunddieDurchgängigkeitdesEngineeringsüberdengesamtenLebens-zyklus.

3.3.1 horIzontale IntegratIon über WertsChöpfUngsnetzWerke

Modelle,KonzeptionenundRealisierungenzurhorizontalenIntegrationüberWertschöpfungsnetzwerkewidmensichderBeantwortungderHauptfrage:

Wie können die geschäftsstrategie eines Unternehmens und neuartige Wertschöpfungsnetze sowie vollständig neue ge-schäftsmodelle nachhaltig durch Cpps unterstützt werden?

BeiderBearbeitungdiesesForschungs-,Entwicklungs-undAnwendungskomplexesmüssenfolgendeEinzelaspekteberück-sichtigtwerden:

•EineVernetzungüberUnternehmensgrenzenhinwegberührtrechtlicheFragen,Haftungsfragen,FragendesExportsundauchdesRisk Managements.DurchWechselwirkungentretenbeiderVernetzungoftemergenteGesamteffekteauf,aufdieinkurzerZeitdurchgeeigneteMaßnahmenreagiertwerdenmuss.

•AufBasisdesProduktprogrammsundderGeschäftsstrategie

beziehungsweiseneuerGeschäftsmodelleistesbesonderswichtig,dieeigeneMarktposition(Scale- / Scope-Orientie-rung),FragendesIn- und Outsourcingszusammenmitdenre-levantenFragendesKnow-how-Schutzessauberzudefinieren.

•BeihorizontalerIntegrationvonWertschöpfungskettenge-winnenFragenzuroptimalenBündelungvonSach-undDienst-leistungensowieQualifikationenundWissenüberUnterneh-mensgrenzenhinwegeinebesondereBedeutung.

•DasMonitoringundFeedbackproduktionsrelevanterDaten(Fabrik,Betriebsdaten,Logistik,Outsourcingetc.)musskonzipiertundprozesssicherrealisiertwerden.

•DieFestlegungundauchdiedynamischeAnpassungdergesamtenGeschäfts-undHerstellungsprozessevonderBe-reitstellungbiszurLieferungmüssenimVorfeldkonzipiertundrealisiertwerden.BeispielsweisekönnenhierFragenderLieferzeitundLiefertreue,derProduktqualitätund-haftung,umwelt-undressourcenrelevanteFragestellungen,Preisetc.alssignifikanteKriterienadressiertwerden.BeigleichzeitigerVernetzungmitkundenspezifischenForderungenundderkun-denbezogenenEinbindungindenGesamtprozesssindDesign-fragen,Konfiguration,Planung,ProduktionunddynamischeAnpassungvonProduktionskapazitätenundProduktionsfähig-keiten(wandelbareFabrik)undLogistik(selbstorganisierende,adaptiveLogistik)imBedarfsfallzuberücksichtigen.

•DerSchutzdeseigenenKnow-hows(Security,Knowledge Management)gegenübervernetztenPartnernundauchgegen-überderAußenweltmussgewährleistetsein.

•UnternehmensstrategischeFragen,wiedienachRessourcen-effizienz,nachhaltigerProduktions-undWirkungsgradsteige-rung,Energieeffizienz,Life Cycle Design,Qualifikations-undPersonalentwicklungetc.,müssenunternehmensindividuellberücksichtigtwerdenkönnen.

3.3.2 VertIkale IntegratIon Und Vernetzte prodUktIonssysteme

BeidervertikalenIntegrationstehtdieBeantwortungderFrageimVordergrund:

Wie können produktionssysteme unter nutzung von Cpps flexibel und rekonfigurierbar gestaltet werden?

DerGestaltungsrahmendervertikalenIntegrationistimAll-gemeinendieFabrik,dieProduktionsstätte.HierausleitetsichauchdersynonymverwendeteBegriff Smart Factoryab.DasallgemeineKennzeicheneinerSmart Factoryist,dassdieProduktionsstrukturennichtvonvornehereinkonkretundfestvorgegebenwerden.

StattdessenwerdenKonfigurationsregelndefiniert,ausdenenfallspezifischundautomatisierteinekonkreteStruktur(Topolo-gie)samtallendamitverbundenenAbhängigkeiteninBezugaufModelle,Daten,KommunikationundAlgorithmenabgeleitetwird.

ImEinzelnenkönnenfolgendeAspektewichtigsein:

•DigitaleDurchgängigkeitvonAktor-undSensorsignalenüberverschiedeneEbenenbiszurERP-Ebene(zumBeispielSkalier-barkeitrespektiveDetailtreueindenAbstraktionsebenen,Echtzeitreaktionen,dynamischeAnpassungvonModellenanhandvonIst-Daten,AuswertungundAbgleichvonModellenanIst-Zuständenetc.)

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26 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

•ModularisierungundWiederverwendung(zumBeispielRekonfigurierbarkeit,KategorisierungundSystematisierungvonModelltypen,AufbauvonKlassifizierungskonzepten,Interoperabilität,StandardisierungundNormungetc.)

•VernetzungundRekonfigurationvonProduktionsumgebungen(etwaintelligenteAnlagenfähigkeitsbeschreibungen,flexibleVorgabevonSystem-Zielen,Lernfähigkeit,Ad-hoc-Vernetzung,plug&produce,SelbstorganisationvonProduktionssystemeneinschließlichDeterminismusundRobustheitsbewertungetc.)

•UnterstützungderBeschäftigteninderProduktion(Nachvoll-ziehbarkeitvonEreignissenundEntscheidungen,AuslegungvonRegulierungsfunktionen)

•BerechnungenundBewertungenderEnd-to-End-Performance(Gesamtdurchsatz,Gesamtanlageneffektivität(OEE),Energie-undRessourcenverbrauchetc.)

•BerücksichtigungundImplementierungdernotwendigenSicherheits-undArbeitsschutzmaßnahmen

3.3.3 dUrChgängIgkeIt des engIneerIngs über den gesamten lebenszyklUs

DieangestrebtedigitaleDurchgängigkeitdesgesamtenEnginee-ringsunddamitVerschmelzungderdigitalenundrealenWeltüberdenLebenszykluseinesProduktsüberFirmengrenzenhin-ausundauchunterEinbeziehungvonKundenforderungenwirftfolgendeHauptfrageauf:

Wie können die geschäftsprozesse einschließlich des Engineering Workflows mithilfe von Cpps durchgängig gestaltet werden?

DazusindfolgendeAspektezuberücksichtigen:

•DurchgängigkeitüberalleunterschiedlichenLebenszyklen(beispielsweiseProduct-Lifecycle-Management,Produktions-system-Lifecycle-Management-Konzepte,Werkzeugunter-stützung,Abstraktion/Verfeinerungetc.)

•DisziplinübergreifendeZusammenarbeitundUnternehmens-bereich-überschreitendesZusammenwachsenderdigitalenundrealenWelt(beispielsweiseVirtual Systems Engineering,Entwicklungsmethoden,AnforderungsermittlungundArchitek-turentwurf,frühzeitigeValidierung/Verifikationbeispiels-weisedurchSimulation,SkalierbarkeitundDetailtreueetc.),umdieimEngineeringnotwendigeKreativitätderBeschäftig-tennachhaltigzuunterstützen

•QualifizierungundUnterstützungdesinvolviertenFachperso-nalsbeiderEntwicklungundbeimEngineering(beispielsweiseWerkzeugunterstützung,VerständlichkeitundEinfachheit,Mensch-Maschine-KommunikationimSinnevonKnowledgebasedEngineeringetc.)

•ErhaltungdesWertsderinstalliertenBasis(beispielsweiseMigration,unterschiedlicheInnovationszykleninderdigitalenundrealenWeltetc.)

•BerücksichtigungunterschiedlicherstrategischerPotenzial-treiber(beispielsweiseinderEntwicklungvonProduktendiehöhereFlexibilitätdurchmehrVirtualitätstattPrototypenbau,inderProduktionniedrigereBetriebskostendurchFehlerver-meidungundBetriebsunterstützung,imAnlagen-EngineeringkürzereProjektlaufzeitenundbessereRisikobeherrschungdurchverbesserteProjektabwicklungssystematikenetc.)

kernaussage: MitCPPSwerdenvertikale und horizontale Wertschöpfungsnetzwerke realisiert,indenenDienstleistungen,dasEngineering,dieProduktion,dieLogistiksowiedieVermarktungundEinbindungvonKundenforderungendurchdenkonsequentenEinsatzderInformationstechnikmitein-andergekoppeltsind.DieUmsetzungdesZukunftsprojektsIndustrie4.0solltesowohlhinsichtlichderForschungsförderungalsauchderkonkretenEntwicklungs-undUmsetzungsschritteimSinneeinerdualenStrategieaufdiebeidenZielsetzungenLeitmarktundLeitanbieterschaftausgerichtetsein.

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4 wO lIEgt DEr fOrScHungSBEDArf?

27

Industrie 4.0 ist eines der zukunftsprojekte der Hightech-strategie 2020 der bundesregierung,dasmitinsgesamtca.200MillionenEuroimRahmendesAktionsplansder High-TechStrategievomBundesministeriumfürBildungundForschung(BMBF)undvomBundesministeriumfürWirtschaftundTechno-logie(BMWi)aufgrundeinesKabinettbeschlussesgefördertwerdensoll.AlsAnregungundOrientierungfürdieGestaltungderentsprechendenFörderprogrammedurchdieMinisterienhatder arbeitskreis Industrie 4.0 die wichtigsten mittel- und langfristigen forschungsbedarfe aus sicht der Wirtschaft und Wissenschaftermittelt.DiefolgendenForschungsbedarfevertiefendabeidieEmpfehlungenderPromotorengruppeKOM-MUNIKATION,dieinFormzweierBerichte(JanuarundSeptem-ber2011)inderForschungsunionvorgelegtwurden.DiedarinenthaltenenEmpfehlungen,dieErgebnissedesBMBF-geförder-tenProjekts„IntegrierteForschungsagendaCyber- Physical Systems“8sowiederBMWi-Studie„DaswirtschaftlichePotentialdesInternetsderDienste“umzusetzen,behaltenentsprechendihreGültigkeit.DiefolgendenForschungsbedarfesinddaheralsErtüchtigungderIKT-undKI-BasistechnologienfürdieAutoma-tisierungs-undProduktionstechnikeinschließlichderWeiterfüh-runggenerellerForschungsbedarfezusehen,gleichzeitigalsKonkretisierungderHandlungsbedarfezurRealisierungderimVorfeldbeschriebenenSzenarienindemkonkretenAnwen-dungsbereich„industrielleProduktion“.

InterdisziplinaritätisteinewesentlicheVoraussetzungzurRealisierungderdurchCPPSerforderlichen„Vernetzung“inderProduktionsforschung.Diebereichsübergreifende,interdiszipli-näreZusammenarbeitistBefähiger(Enabler)fürdenmittelstän-dischgeprägtenMaschinen-undAnlagenbau,umschnelleramMarktzuagierenundsichalsLeitanbietervielerneuerProdukte,DienstleistungenoderGeschäftsmodellezuetablieren.Inter-disziplinaritätbedeutetzudem,dassdieBeschäftigtenmitihrenFähigkeitenundErfahrungensowohlindiekreativenEntwurfs-undPlanungsprozessealsauchindasoperativeArbeitsumfeldstärkereingebundenwerden.CPPSerforderndaherauchneueArbeitsstrukturen,dieinsgesamtdieLeistungsfähigkeitderBe-schäftigtenfördern.

4.1.1 ClUsterIng der handlUngsempfehlUngen

DieHandlungsempfehlungensindanhandvonZeithorizontenindreiClusteraufgeteilt:

kurzfristig:Handlungsempfehlungen,derenUmsetzungohneForschungsbedarfnaheliegendistunddiekurzfristigumgesetztwerdenkönnen.

HierzukannaufbestehendeunderprobteMethoden,Werk-zeugeundTechnologienzurückgegriffenwerden.DieUmsetzun-genkönnendirektinitiiertwerden,eineUnterstützungdurchForschungsprogrammeistnichtnotwendig.DieRealisierungistinnerhalbeinesJahresmöglich.

mittelfristig:Handlungsempfehlungen,derenUmsetzungeinebranchen-oderteilspezifischeEntwicklungvonMethoden,WerkzeugenoderTechnologienerfordert.Deshalbisteinean-wendungsnaheForschungsförderungnotwendig.DieMethoden,WerkzeugeundTechnologienzurRealisierungvonCPPS-Strukturenliegenzwarvor,aberdieAnwendungundRealisierungistnichtnaheliegend.DienotwendigenForschungs-undEntwicklungsarbeitenhabenfürdieAutomatisierungs-undProduktionstechnikbranchenspezifischrepräsentativenCharak-terodersiezeigenexemplarischdenWeginneueGeschäfts-modelle,Pilotanwendungenetc.DerEntwicklungs-undAnpas-sungsbedarfhatvorwettbewerblichenCharakter.DieRealisie-rungszeitbeträgtzweibisdreiJahre.DanachwerdendieErgeb-nissesukzessiveinbreiteIndustrieanwendungenausgerollt.

langfristig:Handlungsempfehlungen,zuderenUmsetzungumfangreiche,längerfristigangelegteForschungs-undEntwick-lungsarbeitennotwendigsind.

8S.ForschungsempfehlungenzuCPSinderProduktion:„DerEinsatzvonCyber-Physical SystemsinProduktionssystemenführtzur„Smart Factory“.DerenProdukte,RessourcenundProzessesinddurchCyber-Physical Systemscharak-terisiert;durchderenspezifischeEigenschaftenbietetsieVorteileinBezugaufQualität,ZeitundKostengegenüberklassischenProduktionssystemen.Empfohlenwird,imRahmender2011gestartetenInitiative„Industrie4.0“einentsprechendesProjektaufzusetzenmitdemZiel,technologischeundwirtschaft-licheHemmnissezubeseitigenunddieRealisierungunddenEinsatzvonSmart Factorieszuforcieren.“acatechPOSITIONagendaCPS(2011),S.35.

4.1 leitlinien und Struktur der Handlungsempfehlungen

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28 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

SiedienendergrundsätzlichenBefähigungvonUnternehmen,sichinLeitanbieterpositionenzuentwickelnoderLeitmärktezugestalten.HierzugehörenzumBeispieldieErforschungundValidierungvonModellenundMethodenzurEinbindungdesMittelstandsinhorizontaleundvertikaleWertschöpfungsnetze.AußerdemmüssendieübergeordnetenFragenzurSicherheitundauchzurDateninfrastrukturnachhaltiggelöstwerden.AberauchgezielteGrundlagenforschungmussinitiiertwerden.DerZeithorizontbeträgtmindestensfünfJahre.

4.1.2 motIVatIon für dIe mIttel- bIs langfrIstIge forsChUng In IndUstrIe 4.0

InIndustrie4.0werdendierevolutionärenAnwendungenvor-rangigdurchdieKooperationderInformations-,derKommunika-tions-,derProduktions-undderAutomatisierungstechniker-wartet.DabeimüssenEigenschaftenderzeitigerCPSerstmittel-fristigfürdenEinsatzinProduktionssystementauglichgemachtwerden,womitCPSzuCPPSmigrieren.NebendemphysischenEinsatzderCPS-KomponentenimProduktionssystemliegtdieStärkedesdeutschenMaschinen-undAnlagenbausinsbeson-dereindenzielgerichtetenkreativenEntwicklungsprozessenzurSchaffungneuerCPPS.

DiedamitverbundenehöhereStufeder„Vernetzung“aufgrundderDurchgängigkeitvonModellendesProdukts,desProduk-tionsmittelsunddesProduktionssystemsbirgtlangfristignochimmensenForschungs-,Entwicklungs-sowieStandardisierungs-bedarf.DazuzählenaucheineSuchenachneuartigenGeschäfts-modellensowiedieaufBasisderVernetzungsmöglichkeitmitsozialenNetzwerkeneinhergehendeUntersuchungmöglicherBegleitumständediesersignifikantflexibilisiertenBeschäfti-gungsverhältnisse.

DerSchwerpunktzukünftigerForschungstätigkeitenverlagertsichhinzurUntersuchungundEntwicklungvollständigbeschreib-barer,abernochbeherrschbarer,Kontext-abhängiger(selbsttätig)regelbarerProduktionssysteme.DiesewerdenlangfristigausCPS-Funktionskomponentenbestehen,diedisziplinübergreifen-denmodularenBaukastensystemenentstammenundentwedermitAssistenzfunktionenkonfiguriertwerdenkönnenodersichwährendderLaufzeitsynergetischineinebestehendeInfrastruk-tureinbinden.DabeiwirddieVerflechtungvonvirtuellgeplantenundrealenProzessensignifikantzunehmen.AusForschungssichtergibtsichdaherdieNotwendigkeit,langfristigmodularisierteCPPSzuentwickeln,dieBestandteileinerexemplarischen Smart Factorysind.

fazit: Industrie4.0ertüchtigtCyber-Pysical Systems zurAnwendunginderproduzierendenIndustriedurcheinemodelltechnisch,architekturell,kommunikationstechnischundinteraktionsmäßigdurch-gängigeBetrachtungvonProdukt,ProduktionsmittelundProduktionssystemunterBerücksichtigungsichändernderundgeänderterProzesse.DamitmigrierensiezuCyber-Physical Production Systems(CPPS)undfindeninsmartenProduktionssystemenVerwendung.

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DienachfolgendenkonsolidiertenForschungsempfehlungensind–nebendemClusterZeithorizont–gemäßdergrundsätzlichendrei Charakteristika der dualen Cpps-strategieausKapitel3geclustertundprimärdurchdieAnwendunggetrieben.ZusätzlichwerdendiebeidenCluster menschenzentrierung undtechnolo-giederCPPSaufgenommen,dieeherdurchdieverfügbarenIkt-technologienundCps-produktegetriebensind.DabeiistdieseAbgrenzungaufkeinenFallscharfzusehen,danaturgemäßvieleEmpfehlungenmehrereClusterbetreffen.

4.2.1 horIzontale IntegratIon über WertsChöpfUngsnetzWerke

IndiesemAbschnittsindForschungsempfehlungenformuliert,umdieGeschäftsstrategieeinesUnternehmensundneuartigeWertschöpfungsnetzesowievollständigneueGeschäftsmodellenachhaltigdurchCPPSzuunterstützten.

4.2.1.1 gestaltUng Von WertsChöpfUngs netzWerken Und gesChäftsmodellen

CPPShabendasPotenzial,imSinneeinerradikalenDisruptiondieIndustriezurevolutionierenundsomittradierteGeschäfts-modelleabzulösen.DeshalbmüssendurchentsprechendeForschungsvorhabendiemöglichengeschäftlichenBedrohungenundKonsequenzensystematischanalysiertwerdenundHand-lungsempfehlungenabgeleitetwerden.

•ImSinneeines„Frameworks“istdasThemenfeldWertschöp-fungsnetzwerkeineinersystematischenWeiseimHinblickaufZielsetzungen,Treiber,PotenzialeundRandbedingungenzustrukturieren.DazugehörtaucheineumfassendeZusammen-stellungvonexistierendenBespielen,Best-Practice-Sammlun-genundErfahrungenausanderenIndustrienundeineÜber-tragungdesGedankengutsaufdieProduktion[mittelfristig].

•EsistimSinneeinesübergreifenden„Frameworks“dasThemageschäftsmodelleineinersystematischenWeisezustruktu-rieren.EsgibtderzeitverschiedensteAnsätzedafür,allerdingssinddieseoftnichtkompatibelzueinander.EingemeinsamesVerständnisüberGeschäftsmodelleisteinezentraleVoraus-setzung,umdiePotenzialeeinerfirmenübergreifendenVernet-zungnachhaltighebenzukönnen.NebeneinerVereinheitli-chungundKonsolidierungexistierenderAnsätzeisteinsyste-matischesErfassenvonBest-PracticesundErfahrungen,ins-besondereauchausanderenBranchen,notwendigsowieeineÜbertragungaufdieProduktionundAnalysedersichdarausergebendenKonsequenzen[mittelfristig].

•EssindMethodikenzuranalyse und bewertung der wirt-schaftlichen und technologischen potenzialevonCPPSzuentwickeln,umAussagentreffenzukönnen,unterwelchen

Randbedingungen(beispielsweiseimHinblickaufZeit,Ge-schäftsmodell,Brancheetc.)sichderEinsatzvonCPPSwirt-schaftlichrechnetundunterwelchenBedingungeneinEinsatzvonCPPSnichtzielführendseinkönnte.DazusinddieVoraus-setzungen,TreiberundKonsequenzenvonCPPSsystematischzuerarbeiten.AlsVorarbeitsolltenhierzudieentsprechendenKapitelundAbschnitteausderAgendaCPS(2012)genutztwerden.[mittelfristig].

•NebeneinersystematischenErarbeitungisteineumfassende pilotierungdererarbeitetenKonzeptenotwendig,umdieThemenwie(neue)Geschäftsstrategien,Geschäftsmodelle,GeschäftsprozesseunterstärkererEinbeziehungvonKunden,Lieferanten,PartnernundMarktunterpraktischenGesichts-punktenzubeleuchten.DazusolltenfürdiekonkretenBei-spieleBusiness-PläneerstelltundErfahrungenbezüglicheiner„Orchestrierung“gesammeltwerden,wasdannauchinFormvon(zukünftigen)AnforderungenanCPPSalsPlattformzurUnterstützungvonWertschöpfungsnetzwerkenveröffentlichtwerdensollte[mittelfristig].

• DerAustauschunddieZusammenarbeitmitdemQuer-schnittsthema „geschäftsmodellinnovationen“ derForschungsunionwirdempfohlen,umSynergieeffektezunutzen[kurzfristig].

4.2.1.2 gestaltUng Und sChUtz des eIgenen WIssens

DaseigeneWissenistvonzentralerBedeutungfüreinUnter-nehmen.CPPSermöglicheneineneueDimensionderFormali-sierungvonWissen.Deshalbmüssenadäquate,zuverlässigeundwirtschaftlicheLösungenfürdenSchutzvonWissenentwickeltundetabliertwerden.DiePromotorengruppe„Sicherheit“derForschungsunionerarbeitetdazuimRahmenihresZukunftspro-jekts„SichereIdentitäten“übergreifendeHandlungsempfehlun-gen;dieVerzahnungzwischenIndustrie4.0unddiesemweiterenZukunftsprojektwirddahernachdrücklichempfohlen.

•ImSinneeinerWissens-landkarte solltedasimKontextvonCPPSrelevanteWissenzusammengetragenundkategorisiertwerden,umdaraufaufbauendverschiedeneBedrohungssze-narienundMöglichkeitenfürdieunterschiedlichenArtenvonWissenbezüglichSchutzbeziehungsweiseManagementdesSchutzeszuerarbeiten.DabeisindgesetzlicheundtechnischeRandbedingungen,wiebeispielsweisebeisicherheitskriti-schenSystemendieOffenlegungdurchSicherheitsnachweise,zuberücksichtigen.EssinddazuauchBestPractice-Commu-nitiesundErfahrungsaustauscheanzustoßen[mittelfristig].

•BesondereBedeutungkommtderGestaltungdesWissens über produktionssystemezu.HiersindinsbesondereFragenderDurchgängigkeitundVollständigkeitvonWissensmodellen

4.2 konsolidierte forschungsempfehlungen

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30 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

überdengesamtenLebenszyklussowiedieKonsistenzzwischenderdigitalenundrealenWeltzuadressieren[mittel-fristig].

•UmdasstetigeWachstumvonProduktpiraterieunddenDieb-stahlgeistigenEigentumseinzudämmen,müssendasKopierenunddasReverse-EngineeringvonCPS-undCPPS-Produktenverhindertwerden.EinenForschungsaspektsolltedaherdieEntwicklungtechnischer konzeptefürKapselungundSchutz(zumBeispielPlagiate,Gütesiegel,Echtheitszertifikate)vonWissenundInformationbilden.Nebeneindeutigenundsiche-renProduktidentitäten,wiedigitale typenschilderundWis-sensmodellefürdenmaschinellenAustauschvonFähigkeitenundFunktionalitäten,sinddieThemenIndustrial IT-Security,Verschlüsselungsmechanismensowie„Embedded Security“zumSchutzvorProduktpirateriezuerforschen(s.dazuauchBerichtderPromotorengruppeSicherheit) [mittelfristig].

•NebenderEntwicklungvonMethodenundTechnologienistdiepraktische erprobunginFormvongeeignetenPilotierungennotwendig,wodieentwickeltenKonzepteprototypischinFormvonAlgorithmen,ApplikationenundFallstudienimplementiertwerden[mittelfristig].

•Darüberhinaussolltenaberauchmöglicheneue konzepte und VerfahrenzumSchutzvonWissenerforschtwerden[langfristig].

4.2.1.3 standardIsIerUng

Erstübereingemeinsamgetragenes,technischesundbetriebs-wirtschaftlichesVerständnis,dassichinentsprechendenSchnitt-stellenundStandardsmanifestiert,isteinebranchenweiteVer-netzungvonIndustrie-undLogistikunternehmenmöglich.DiesesBewusstseineinschließlichderdamitverbundenenKonsequen-zenistzuschaffenundgemeinsamzugestalten.

•Esmussbottom-updieDiskussioneinerstandardisierungs-strategiefürIndustrie4.0initiiertwerden.ImVerlaufediesesProzessesmüssenbereitsexistierendeAnsätzezurStandardi-sierung(nichtnurTechnologienwieIdentifikationskonzepte,sondernauchmechatronischewieetwafunktionaleBetrach-tungen,ProzesseundWorkflows,High-level-Architekturenetc.)imHinblickaufVerwendbarkeitimKontextvonCPPSanalysiertundbewertetwerden.DaraussollteeineRoadmapbezüglichderUmsetzungabgeleitetwerden(welchevorhandenenNor-men/Richtliniensindanwendbarbeziehungsweiseanzupas-sen,woistHandlungsbedarfbezüglichneuerAktivitäten).ZuberücksichtigensinddabeiinsbesondereauchAufwand-Nutzen-BetrachtungensowiederAspektderzeitlichenUm-setzung(s.hierzuauchdieEmpfehlungenzurStandardisierunginderAgendaCPS,S.31und32)[kurzfristig].

•ImSinneeiner„top-down“-InstitutionsollteeinIndustrie 4.0-arbeitskreis standardisierungeingesetztwerden,deroffenundtransparentorganisiertistundderauseinerganz-heitlichenBetrachtungherauseinBig PicturederStandardisie-rungmoderiert,Empfehlungen(beispielsweisebezüglichMig-ration)ausspricht,überBranchen-undProjektgrenzenhinwegStandardisierungsaktivitätenevaluiertundkommuniziertsowiedurchInnovationsübertragungweitereInnovationenstimuliert.WichtigistdabeiauchdieDiskussioneinersinnvollenGrenzezwischenStandardisierungundIndividualitätsowiedieFragederbeteiligtenStakeholderbeiderSchaffungundNutzungvonStandardssowiegegebenenfallsLizenzmodellen[kurzfristig].

4.2.1.4 sICherstellUng der naChhaltIgkeIt (SUStainability )

NebendemErhalt(undderErhöhung)desWerteseinerinstal-liertenBasisimUmfeldvonCPPSmussbereitsheutebeiProduk-tionssystemennebenderProduktivitätauchdieressourcen-effizienzalsgleichrangigberücksichtigtwerden.BesonderswichtigistaberdasganzheitlicheDenkeninbalanciertenKreis-läufen,dasdenEinsatzvonCPPSzukünftigleitenundprägensollte.

•DerAspektderWerterhaltung der installierten basis von produktionsanlagen(diskret,kontinuierlichoderinderKom-bination)mussbetrachtetwerden.ZukünftigwerdenzumindestinEuropameistexistierendeProduktionssystemezumoderni-sierensein,womaninsbesonderediedeutlichunterschied-licheLängederInnovationszykleninderdigitalenundrealenWeltberücksichtigenmuss.DazusindgeeigneteStrategienundKonzeptezuerarbeiten[mittelfristig].

•DiePotenzialederressourceneffizienz, produktivitäts- und Wirkungsgradsteigerung,Energieeffizienz,Energiebetrach-tungwiedasVermeidenvonEnergiespitzen,Material Lifecycle Assessment,Recyclingetc.müssenkonsequentausgeschöpftwerden.DabeiistunterNutzungvonCPPSdasGesamtopti-mumbezüglichProduktivitätundWirkungsgradeinschließlichRessourceneffizienzzubetrachten.NotwendigsinddieEnt-wicklungentsprechenderMethodenundKonzeptesowiediePilotierungdurchprototypischeUmsetzungen[mittelfristig].

•NebendemverstärktenBetrachtenneuerRecyclingstrategien,wiebeispielsweiseeine„saubere“Rückgewinnungvonsel-tenenErden,istinsbesondereeinganzheitlichesdenken in balancierten übergeordneten zyklenbezüglichMaterialundEnergienotwendig.DieswirdeinerseitsverstärktAuswirkun-genaufeinressourcenschonendes,montagegerechtesundneuartigesDesignkünftigerKomponenteninProduktionsum-gebungenhaben,andererseitsstehteineökologischeGesamt-betrachtung(CO2-Footprint,Sustainability-Indexusw.)imMittelpunktdesHandelns.Dieswirdsichinsbesondereauch

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positivaufdieAußenwahrnehmungeinesUnternehmensinderGesellschaftundamArbeitsmarktauswirken.DieEntwicklungundEinführungmaterial-undenergieeffizienterTechnologienistinderBreitezuforcieren[langfristig].

4.2.2 VertIkale IntegratIon Und Vernetzte prodUktIonssysteme

HiersindForschungsempfehlungenadressiert,umProduktions-systemeunterNutzungvonCPPSflexibelundrekonfigurierbarzugestalten.

4.2.2.1 prodUktIonsreleVante entWICklUng lokal oderglobal Vernetzter Und eChtzeIt fähIger sensoren / aktoren

DurchCPPSisteinesignifikanteSteigerungvonzusätzlicherSensorikaberauchneuerAktorikinProduktionssystemenzuer-warten.DiedamitverbundenenHerausforderungensindsowohlwirtschaftlichalsauchalgorithmischundinformationstechnischzulösen.

•EsmüssenForschungsbestrebungeninBezugaufeinead-hoc-Verteilung und Vernetzung von sensorik initiiertwerden.DabeisollteunteranderemdieEigenparametrierungund-diagnosedurchdieErkennungvonkontextbehaftetenZusammenhängenimVordergrundderBetrachtungenstehen.AußerdemistdieUntersuchungeinerbildgestütztenAuswer-tunginderProduktionzuforcieren[mittelfristig].

•EinweitererSchwerpunktsolltediesystematischebestim -mung von lebensdauermodellenbildensowiediedamitein-hergehendeDynamisierungvonModellenderSimulationaufBasisvonMessungeninderrealenProduktion.DiesgiltsowohlfüreineKomponenteeinesCPPSalsauchfüreineAnsamm-lungvonKomponenteneinesCPPSinnerhalbeinessmartenProduktionssystems[mittelfristig].

•SoftwareseitigmüssennebenderInformationserfassungdurchSensoreninsbesonderealgorithmen und methoden zur In-formationsfilterung und -aufbereitung beziehungsweise zur intelligenten Verarbeitung(Fusion)undzuderenexpliziterEinbettunginstandardisierteFrameworksentworfenwerden.

DabeiistinsbesonderedieEinbringungerprobterMethodenderKünstlichenIntelligenz(KI)indieindustrielleAutomatisie-rungstechnikerforderlichzwecksAuswertungeinerVielzahlskalarerundkomplexerSensorenundihrerVerdichtungzuhöherwertigenAussagen [mittelfristig].

•BezogenaufdenkooperativenArbeitsaspektsollteauchdieaktuatorischunterstützteAssistenzdesBeschäftigtenimVor-

dergrundstehen.Hierkönntedieanwendungs-orientierteForschungzueinerneuen generation von leichtbauroboternführen.Dieseermöglichenbeispielsweise,dassFachkräftegefahrlosarbeitenundsieals„Dienstleister“unterderenLeitungzusätzlichedynamischadressierbareHilfenanbieten.DabeiwirdeinmenschenähnlichesReaktionsverhaltenge-fordert,umeineengeZusammenarbeitalsrobusterAssistentzugewährleisten[mittelfristig].

4.2.2.2 modUlarIsIerUng Und WIederVerWendUng

FlexibilitätundRekonfigurierbarkeitvonCPPSkönnennurerreichtwerden,wenndenProduktionssystemen,dieheuteUnikatesind,zukünftigeinestringenteModularisierungzugrundeliegtunddar-auseinesystematischeWiederverwendungresultiert.Entschei-dendist,dassauchbeiderModularisierungundWiederverwen-dungdieInterdisziplinaritäteinführendesArchitekturprinzipist.

•WichtigistindiesemZusammenhang,disziplinübergreifendeineBestandsaufnahmeunddamiteinhergehendebegriffs-klärungimHinblickaufModularitätundWiederverwendungdurchzuführen.IndenverschiedenenDisziplinengibtesvielfäl-tigedisziplinspezifischeKonzepte(Plattformen,Produktlinien,Baukästenetc.),dieaberwederbegrifflichnochkonzeptionelldisziplinübergreifendkompatibelsind.IndiesemProzessmüs-seninHinblickaufdieKlassifizierungunddiewährendderNutzungangestrebteWandelbarkeitbeziehungsweiseRekonfi-gurationalleKonzeptemöglichstbreitberücksichtigtwerden.DieErgebnissesollteningeeignetenRichtliniendokumentiertwerden,aberauchindieLehreeinfließen [mittelfristig].

•Essindkonzepte, methoden und richtlinien(imSinnevonEmpfehlungen)zurModularisierungzuerarbeiten.NebeneinerSystematisierungundTypisierungsindKriteriennotwendig,umModularisierungs-undWiederverwendungskonzeptequalitativ,quantitativsowietechnischalsauchbetriebswirtschaftlichzubewerten.FlankierenddazusolltenBest PracticesgesammeltundErfahrungsaustauscheangestoßenwerden[mittelfristig].

•UnterdemGesichtspunktderAutomatisierungvonProduk-tionsanlagenhatdasThemaderdezentralisierungeinebe-sondereBedeutung.Esistwichtigzuverstehen,woineinemkonkretenFalldas„Optimum“einerDezentralisierungaustechnischerundbetriebswirtschaftlicherSichtliegt.Überge-ordnetesZielisteineInteroperabilitätzwischenunterschied-lichenbeziehungsweiseheterogenen Engineering-undSteue-rungs-beziehungsweisekontinuierlichenunddiskretenRe-gelungssystemen,wobeisichdieAbhängigkeitenzurLaufzeitdynamischverändernkönnen[mittelfristig].

•DieKonzepteundMethodensindinpraxisrelevanten an-wendungsfällenzuerproben,umsoeinenProof of Conceptzuerbringen [mittelfristig].

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32 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

4.2.2.3 IntellIgenz, flexIbIlItät Und WandlUngsfähIgkeIt

RekonfigurierbarkeitundWandlungsfähigkeiterfordern,dieimFolgendenspezifizierteIntelligenzeinesProduktionssystemsaufeiner„höheren(Modell-)Ebene“zubetrachten.UmdiedamitverbundenenPotenzialezuhebenunddieseAspekteinderPra-xiseinsetzenzukönnen,müssensiezunächstverstanden,dannangewandtundschließlichauchbeherrschtwerden.

•NebendenPotenzialenzukünftigerflexiblerundwandlungsfä-higerProduktionssystemesindauchganzheitlichdiegenauenanforderungen einschließlich der treiberanzukunftswei-sende,wandelbareCPPSzuermittelnundzubewerten.AusdieserBewertungsinddietreibendenarchitekturellenMerk-malewandelbarerCPPSineinerganzheitlichenSichtzuer-mitteln[mittelfristig].

•FlankierendzueinersystematischenAnforderungserhebungsindausgewählte prototypen, pilotanwendungen und fall-beispielezuerstellenundzubearbeiten,umfrühzeitigeinFeedbackausderPraxisindieWeiterentwicklungderMetho-denundTechnologieneinfließenzulassen[mittelfristig].

•FlexibilitätundWandelbarkeiterfordernausderIKTange-passtebeziehungsweiseneuemethoden, konzepte und be-schreibungsmittelinFormintelligenterAnlagen(fähigkeits-)beschreibungen,umflexibeldieVorgabevonSystemzielenfor-mulierenzukönnenunddabeidieAspekteLernfähigkeitundAd-hoc-Vernetzungsowieplug & producezuberücksichtigen[langfristig].

•ZudemerfordernFlexibilitätundWandelbarkeitneuestrate-gien undalgorithmen.DiesbetrifftoptimierteSteuerungs-strategienfürwandelbareProduktionssysteme,insbesondereunterdenAspektenderDezentralisierung,der(Re-)Konfigu-rationundderAd-hoc-Vernetzung.Letztendlichmussdurchgeeignete„Intelligenz“dieEnd-to-end Performancesicher-gestelltwerden–undzwarnichtnurinnerhalbeinesUnter-nehmens,sondernüberdasgesamteWertschöpfungsnetz-werkhinweg[langfristig].

•LangfristigsindbelastbareAntwortendaraufnotwendig,wieemergente gesamteffekte beherrschtwerdenkönnen(s.Kapitel4.3).EssinddieverschiedenenEinflussfaktoren(etwaKomplexitätundDynamik,Selbstorganisation,Kognition,Lern-fähigkeitetc.)undAnforderungen(wieStabilität,Robustheit,Determinismus,Nachvollziehbarkeit,Zertifizierung,Securityetc.)systematischzuerfassenundimHinblickaufmöglicheKonsequenzenumfassendzuerforschen[langfristig].

4.2.3 dUrChgängIgkeIt des engIneerIngs über den gesamten lebenszyklUs

HiersinddieForschungsempfehlungenadressiert,umGe-schäftsprozesseeinschließlichdesEngineering Workflowsmit-hilfevonCPPSdurchgängigzugestalten.

fazit: Langfristigwerdenproduktlebenszyklusübergreifende Wissensmodelle,dieauchinter-disziplinäre zusammenhängeunddieAutomatisierungstechnikberücksichtigen,fürdenkreativen,denmaschinellensowiedenmenschzentriertenInformationsaustauschbenötigt.

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4.2.3.1 Co-modellIerUng – bIdIrektIonale modellIerUng der realen Und VIrtUellen prodUktIon

DastechnischeVerschmelzenderdigitalenundphysischenWeltverfolgtinsbesonderezweiZiele:ImSinnevonPlanungsmodellenermöglichtes,diekreativeWertschöpfungvonIngenieurentrans-parentzumachenundschafftdamitdieGrundlage,komplexeSystemeüberhaupterstellenzukönnen.Außerdemermöglichtes,mithilfevonErklärungsmodellenkomplexeSystemezuanaly-sierenbeziehungsweiseDesign-EntscheidungenvonIngenieurenzuvalidieren.über die planungsmodelle hat also die digitale Welt signifikanten einfluss auf das design der realen Welt, über die erklärungsmodelle hat umgekehrt die reale Welt ein-fluss auf die modelle der digitalen Welt.BenötigtwirdhierzueinwissenschaftlichesFundamentimSinneeinerproduktions-technischenModellierungstheoriefürdenMaschinen-undAnlagenbau.

•DasThema „modellierung technischer systeme“istinseinerbegrifflichkeit undineinemdisziplinübergreifendenAnsatzzusystematisieren.NebeneinemAbgleichderunterschiedlichs-tenBegriffeisteineErläuterunganhandvonUse Casesbezie-hungsweiseSzenariensinnvoll.DaraufaufbauendmusseinInstrumentariumgeschaffenwerden,umverschiedeneTreiberfüreineModellierunggemeinsamdiskutierenzukönnen(etwainderEntwicklungvonProduktenhöhereFlexibilitätdurchmehrVirtualitätstattPrototypenbau,inderProduktionniedri-gereBetriebskostendurchFehlervermeidungundBetriebs-unterstützung,imAnlagen-EngineeringkürzereProjektlauf-zeitenundbessereRisikobeherrschungdurchverbesserteProjektabwicklungssystematiken).UmdienächsteGenerationIngenieuregeeignetvorzubereiten,sinddieErgebnissesowiedieBegrifflichkeitenebenfallsinderAusbildungsowieinderproduktionstechnischenLehredisziplinübergreifendaufzuneh-men[mittelfristig].

•EssindbewährteBeschreibungsmittelundMethodenein-schließlichdamitverbundenerBasistechnologienausderIn-formatikimHinblickaufeinenbreitenEinsatzindenIngenieur-wissenschaftenzuertüchtigen.Esbietetsichan,dieautoma-tisierung als mittlerzwischendenverschiedenenWeltenzustärken,dasiedieerforderlicheInterdisziplinaritätverinner-lichthat.DaraufaufbauendkönnensowohlSoftware-Basis-werkzeugeinterdisziplinärweiterentwickeltwerdenalsauchdisziplinübergreifendmoderierendagieren[mittelfristig].

•EsisteinewissenschaftlichfundiertemodellierungstheoriezurModellierungtechnischerSystemezuentwickeln.WichtigeElementedieserTheoriesindeinedefinierteSemantik,dieFormalisierungvonKonzeptenwieAbstraktion,Durchgängig-keit,Perspektiven,Aspekte,Abhängigkeiten,Typ-Instanz,Meta-Modellierungetc.DieseTheoriemussdieGrundlagebilden,umFragestellungenfundiertbeantwortenzukönnen,

etwa„WassindguteModelle?“,„Wiefindetmandiepassen-denModelle?“,„Waskanninderdigitalenundwasinderrea-lenWeltrealisiertwerden(etwazusätzlicherphysischerSensorversusintelligenteAuswertungbestehenderSensorik)?“[langfristig].

4.2.3.2 entWICklUngsmethodIk zUr dIszIplInübergreIfenden zUsammenarbeIt

UmdigitaleModellezielgerichteteinsetzenzukönnen,werdennebeneinemwissenschaftlichenFundamentMethodikenbe-nötigt,uminsbesonderediedisziplinübergreifendeZusammen-arbeit,sowohlinnerhalbeinerFirmaalsauchentlangderfirmen-übergreifendenWertschöpfungskette,zuunterstützen.

NebenderEntwicklungsolcherMethodenistauchdieSchulungundAnwendungsolcherMethodeninderindustriellenBreiteundinsbesondereimMittelstandnotwendig.

•EinwichtigerHebelistdiezielgerichtetenutzung von model-lenimEngineeringvontechnischenSystemen.Esmussver-standenwerden,wieimSinnedes(Virtual)Systems Enginee-ringsModellezurdisziplinübergreifendenZusammenarbeitge-nutztwerdenkönnen,umdasEngineeringzuoptimieren.DasdazunotwendigeVerständnisüberdieAnwendungvonModel-lenmussflächendeckendinFormeinesMethodenbaukastensfürdurchgängigesProdukt-,Prozess-undProduktionsmittel-Engineeringgelehrtbeziehungsweisegeschultwerden.DabeibestehtBedarfaneinergeeignetenKombinationaustheoreti-schenundanwendungsbezogenenInhalten.Wichtigisteben-falls,dassdiezugrundeliegendenKonzepte(wieSkalierbar-keit,Simulation,Detailtreue,Dynamisierung,Echtzeitetc.)auchunabhängigvonderUmsetzunginspezifischenWerkzeu-genvermitteltwerden.DieVorarbeitenderAgendaCPSzumSystemEngineeringsinddabeizunutzen(s.AgendaCPS,Kap.5.3Engineering-KonzepteundKompetenzen)[mittelfristig].

•EntscheidendistderAufbauvondurchgängigen Informa-tionsmodellen.DazusindnebendenModellierungskonzeptenauchdieAnwendungen(wieKonstruktion,Simulation,virtuelleInbetriebnahme,WartungundService,Bestellwesen,Doku-mentenmanagementetc.)zuberücksichtigen,diesichausei-nemdurchgängigenInformationsmodellspeisensollen.AuchdieZusammenarbeitunddieWechselwirkungenimRahmenderiterativenProduktentwicklungmitanderenUnternehmenmüssenberücksichtigtwerden.EssindgeeigneteLeitfädensowieeindisziplinübergreifendesReferenzmodellzuentwi-ckelnundinFormvonPilotanwendungenaufihrePraxistaug-lichkeitzuüberprüfen[mittelfristig].

•Sehrwichtigistdereinsatz von modellen in frühen phasen,umübergeeignetesFrontloading-DesignFehlerfrühzeitigentdeckenundbeseitigenzukönnen.Diesbetrifftebenfalls

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34 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

Aktivitäten,dieauftragsunabhängigzurSchaffungwieder-verwendbarerErgebnissedurchgeführtwerden.EsmüssenForschungsarbeitenvorangetriebenwerden,dieeineanwend-bareSystematikentwickeln,wiebereitsvordereigentlichenAngebotsphasesystematischdieAnforderungensowieAuf-wändeimRahmenvonEntwicklung,Produktion,MontageundInbetriebnahmegeprüftwerdenkönnen.Diesgelingtbeizu-nehmenderVariantenvielfaltunddemDenkeninProduktfami-liennur,fallsauchindiesemThemenfeldeinevernetzteMe-thoden-undWerkzeugunterstützungvorliegt[mittelfristig].

•InsbesonderedasThemainterdisziplinäre simulationistzubearbeiten.Hieristzuuntersuchen,welcheAspektebereitsdurcheinedisziplinübergreifendeSimulationimPLM-Prozessaprioribestimmtbeziehungsweisevorgegeben–unddamitnichtweiterinderRealitätverfolgt–werdenundwelcheimRahmenderoperationalenAusführunginderProduktionerstentstehenunderfasstbeziehungsweiseaggregiertwerdenmüssen.Wichtigistdabeiinsbesondere,dieBalancezwischenAufwandundNutzenzukennen[mittelfristig bis langfristig].

•AuchdieNutzungvonModellenzurEntwicklung„höherwerti-ger“ steuerungs- und optimierungsansätze für die auto-matisierte, menschintegrierte produktionistzubearbeiten.DiesbeziehtsichsowohlaufdieMaschinen-undAnlagene-bene(Echtzeit)alsauchaufdieEbenedesgesamtenProduk-tionssystems.[mittelfristig bis langfristig].

DarüberhinausistinsbesonderedieklassischeErzeugungvonFunktionsabläufeninProduktionssystemendurchmanu-elle und iterative programmierzyklen zu überdenken.HierkönnendurchdieAnwendungundAdaptionkognitiverBasistechnologienausderKI-WelterheblichePotenzialefürdiesoftwareintensiveInbetriebnahmeunddenBetriebimMaschinen-undAnlagenbauerschlossenwerden.[mittelfristig bis langfristig].

4.2.3.3 dUrChgängIgkeIt Und WerkzeUg- UnterstützUng

AufgrundderzunehmendenKomplexitätderinterdisziplinärenEntwicklungisteineleistungsfähigeWerkzeugunterstützung–auchüberFirmengrenzenhinweg–notwendig.Esmüssendes-halbdiesogenanntenProduct LifecycleManagement-Systeme(PLM)inBezugaufdieLife-Cycle-BetrachtungendesProdukts,desProduktionsmittelssowiederbeteiligtenProzessabläufegeeigneterweitertundbefähigtwerden.

•DiezentraleThematikderdurchgängigkeitsollteinFormei-nesBig Pictureformalisiertwerden.EsisteinübergreifendesKonzeptfüreinendurchgängigenInformationsflusszuerstellenunterBerücksichtigungderunterschiedlichenFertigungstech-nologien(diskretundkontinuierlich),Lebenszyklen(Produkt

undProduktionssystem),Stakeholder(Wertschöpfungsnetz-werk),aberauchDisziplinen,Rollenetc. [mittelfristig].

•DurcheinesystematischeZusammenführungvonAnwendernundEntwicklungbeziehungsweisedurchdasProdukt-Manage-mentvonEngineering-Werkzeugensolltewerkzeugübergrei-fendeinePlattformalsReferenzgeschaffenwerden,umdieanforderungen an Engineering-Werkzeuge,insbesondereimHinblickaufIntegrationbeziehungsweiseDurchgängigkeitbes-serzuverstehen.DabeisolltenauchbereitsexistierendeUser GroupsfürspezifischeEngineering-Werkzeugemiteingebun-denwerden[kurzfristig].

•EssindtragfähigeWerkzeugkonzeptezwecksdurchgängigerUnterstützungdesintegriertenProdukt-,Prozess-undRes-sourcenengineeringszuentwickeln.Diesbetrifftbeispiels-weiseIntegrationsarchitekturenvon(Software-)Werkzeugen,DatenmodelleundDatenkonsistenz,KollaborationskonzepteinsbesonderebezüglichweltweiterZusammenarbeitundZu-sammenarbeitmitanderenUnternehmen,skalierbareBenut-zerschnittstellen,OffenheitundErweiterbarkeit, Customizingetc.[mittelfristig].

•AufgrundderBedeutungderfirmenübergreifendenVernetzungsollteeindemonstratorimKontext„Logistik“und„Supply Chain“geschaffenwerden.Hiersollteeineumfangreiche,integrierteEngineering-WerkzeugkettezumEinsatzkommenundessolltenAnalysenzurModellbildungeinerglobalenFunk-tionsbeschreibung(aufverschiedenenEbenenderModellbil-dung),eineSimulationsowieeineOperationalisierungeines„großen“verteiltenundselbststeuerndenSystemsfürFerti-gung,MontageundLogistikvorgesehenwerden[langfristig].

•DurchdieWeiterentwicklungimUmfeldderKünstlichenIntelli-genz(KI)könneninderProduktionstechnikverstärktkreativeplanungs- und Design-aufgabendurchgeeigneteMethodenundAlgorithmen unterstütztwerden.DieseVerfahrenmüssenprototypischevaluiertwerdenundanschließendgeeignetinEngineering-WerkzeugefürdenMaschinen-undAnlagenbauintegriertwerden[mittelfristig].

•DurchdieverstärkteAbbildunginformationstechnischerMo-dellemitskalierbaremInhaltspieltdereffizienteUmgangmitgroßen datenmengen (big Data)inderEntwicklungvonPro-duktenundderzugehörigenProduktionssystemeeinewichtigeRolle,wasaberauchdiewährendderProduktioneinesPro-duktionssystemsanfallendenDatenbetrifft(s.Kapitel3.2).HierzusindgeeigneteKonzepte,WerkzeugeundAlgorithmenzuentwickeln[mittelfristig bis langfristig].

•DarüberhinausistinsbesonderedieklassischeErzeugungvonFunktionsabläufeninProduktionssystemendurchmanu-elleunditerativeProgrammierzyklenzuüberdenken.HierkönnendurchdieAnwendungundAdaptionkognitiverBasis-

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technologienausderKI-WelterheblichePotenzialefürdiesoftwareintensiveInbetriebnahmeunddenBetriebimMaschinen-undAnlagenbauerschlossenwerden.[mittelfristig bis langfristig].

4.2.4 mensCh Und arbeIt In der kooperatIon mIt IndUstrIe 4.0-systemen

InderdurchIndustrie4.0deutlichstärkervernetztenWeltwer-denneueundandersartigeAnforderungenandenMenschenundseinArbeitsvermögengestellt.Diesgiltsowohlfürdenkreativen planungsprozessimRahmenderAnforderungserhebung,desProduktdesignsundderProduktentwicklung(virtuelleWelt)alsauchfürdeneheroperativ geprägten arbeitsprozessinPro-duktionundLogistik(realeWelt).NurwenndieBeschäftigtenimZentrumstehenundinrealeAbläufeaktivundmitsystemseiti-ger,kontextabhängigerUnterstützungeingreifenkönnen,liefernCPPSeinenwirklichenMehrwert.DerSchwerpunktderFor-schungsarbeitensolltedaherauf interdisziplinären Vorhabenliegen,indenensichdieSystemelementeProduktionstechnolo-gie,SoftwarearchitekturenundlernförderlicheArbeitsorganisa-tionanunterschiedlicheZiel-undBeschäftigtengruppenrichten.Umzugewährleisten,dassdieseumfassendenAnsätzedurch-gängigundkonsistentgestaltetsind,könnensienurunter be-teiligung eines interdisziplinären teamsmitPsychologen,Er-gonomen,Sozial-undArbeitswissenschaftlernsowieMedizinernundDesignernerfolgreichbearbeitetwerden(s.dazuauchdasKapitel3.3Mensch-Maschine-InteraktionundgeteilteKontrollederAgendaCPS).

4.2.4.1 kreatIVe planUngsprozesse In der dIgItalen Welt effIzIent gestalten

DieKomplexitätinflexiblen,wandelbarenundvermehrtsitua-tionsabhängigparametrierbarenProduktionssystemenmussmit-telfristigfürden„Modellerstellerund-transformator“Menschaufbereitetundadäquatskaliertwerden.DieBeschäftigtensindsomitanunterschiedlichstenStellenundaufdenunterschied-lichstenEbenenTeildesWertschöpfungsnetzes,sodassdertypi-scheIndustrie4.0-ArbeitsplatznichtnurindiesemPunktkünftigindividuellanpassbargestaltetwerdenmuss.DerkreativePlaneroderEntwicklermusszunehmenddieKomplexitätvariantenrei-cherProduktprogrammeauchdisziplinübergreifenderfassenundZulieferungendurchKomponentenherstellerimEntwicklungs-prozessanforderungsgerechtorchestrieren.Damitwirdbei-spielsweiseverhindert,dasseineVeränderungineinerDisziplinerstimRahmenderInbetriebnahmeineineranderenDisziplin(z.B.Montage,Inbetriebnahme)identifiziertwird.Durchvor-gelagerteSimulationsuntersuchungenkanndarüberhinausver-hindertwerden,dassdieZielgrößendes(Gesamt-)SystemsimAnwendungskontextnichterfülltwerdenkönnen.

NebenderEntwicklungsollteauchinderProduktionundimServicedaraufgeachtetwerden,dassdieKommunikationunterdenBeschäftigtengefördertwirdundArbeitsunterstützung,LernaufgabensowiephysischesTraininginsinnvollenIntervallenindenArbeitsalltagintegriertwerden.ZudemmussauchfüralleBerufsgruppenRücksichtaufdieArbeitsplatzergonomieundBelastbarkeitderBeschäftigtengenommenwerden.InSummeleitetsichlangfristigeinMethodenbedarfzurBeherrschungderKomplexitätab,wobeidieModularität,dieFilterungundÜberschaubarkeitwichtigeHebeldafürseinkönnen.

•EineeffizienteundnutzerfreundlicheBereitstellungvonInfor-mationeninderEntwurfs-undEntwicklungsphasesowieimProduktionsumfeldsolltedieModell-KomplexitätvordemAn-wenderverbergensowieintuitiv,situationsbezogenundan-wendungsgerechtsein.HiersolltenAspektedesData-Mi-nings,derWorkflow-Unterstützung,desKnowledge based EngineeringseinschließlicherweiterterAuswertungen für entwickler, berater und Ingenieurewissenschaftlichbeglei-tetuntersuchtwerden[mittel- bis langfristig].

•Esmussgewährleistetsein,dassauchbeidynamischen,Ad-hoc-odernichtnachvollziehbarenVeränderungenineinerautomatisiertenProduktiondennocheineadäquatetechnischeundgegebenenfallsmultimodaleUnterstützungdurchCPPSwährendderInbetriebnahme,derProduktionoderimService-fallvorhandenist.DazumüsseninIndustrie4.0verstärktvoll-ständige plm- und Informationsmodelle untersucht und erweitertwerden.DieseModellerweiterungenbeziehensichinsbesondereaufdiedirekteVerknüpfungderDisziplinenwiebeispielsweiseMechanik,Elektronik,Elektrotechnik,Soft-waretechniketc.[mittel- bis langfristig].

•ZudemfehleninvielfältigenBereichendesProduktionsumfeldsmöglichkeiten, die erfahrungen und das Wissen der be-schäftigten aus dem operativen Umfeld in der produktion in die entwicklungsprozesse und -werkzeugeeinfließenzulassen.ZurOptimierungdesGesamtprozessessowiezurUnterstützungdessituationsabhängigenlebenslangenLernensinallenBereichendesUnternehmenssolltediesemAspektebenfallseinbesonderesAugenmerkgeschenktwerden[langfristig].

•DarüberhinausisteineErweiterungunderneuerung klassi-scher lernmethoden und methoden der Wissensrepräsen-tationsinnvoll,daeinsichständigänderndesArbeitsumfeldvermutlichüberfordertundÄnderungenbereitsvorliegen,bevordereigentlicheLern-undLehrprozesszyklusabgeschlos-senist[mittel- bis langfristig].

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Page 38: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

36 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

4.2.4.2 operatIVe arbeItsprozesse In der realen Welt besChäftIgtenorIentIert gestalten

DerMenschstehtimkünftigensmartenProduktionssystemimMittelpunktunddieTechniksollseinekognitiveundphysischeLeistungsfähigkeitdurchdierichtigeBalancevonUnterstützungundHerausforderungfördern–insbesonderedieindustriellenAssistenzsysteme,dieMensch-Technik-KooperationsowiedieQualifizierung.

•BeiderBetrachtungeinesMensch-Maschine-Systemssolltenvorgelagertlernförderliche, sozial durchlässige arbeits-organisationskonzepte für die Industrie 4.0entwickeltunderprobtwerden.DabeispielendieArbeits-undTeamgestal-tung,dieSteuerungundKooperation,QualifizierungsmoduleunddieBerücksichtigungderproduktivenArbeitszeiteineRolle.DerProzesssolltedurchwissenschaftlicheEinrichtun-gen,UnternehmensnetzwerkeundGewerkschaftensowiebetrieblicheInteressenvertretungenbegleitetwerden[kurzfristig].

•KommteszuadhocnichtnachvollziehbarenVeränderungenineinerautomatisiertenProduktion,solltenebenderbeschrie-benenKontextgenerierungaucheineadäquateInformations-präsentationdurchCPPSwährendderInbetriebnahme,derProduktionoderimServicefallaufmultimodalenEndgerätenerfolgen.

Fachkräftesolltendurchtragbare sensorik, aktuatorikund(indieBerufskleidung)eingebetteteSystemeunterstütztwer-den.Diesesollenzueinererhöhung der leistungs- und aus-dauerfähigkeitbeitragen.Hierzusindzudemneuartigemulti-modaleBenutzerschnittstellenerforderlich,dieeinerseitsdenAufgabenkontextbeschreiben,gleichzeitigaberauchadapti-venPrivatsphärenschutzunterstützen[mittel- bis langfristig].

•Eine(Weiter-)entwicklung von(arbeitswissenschaftlichen)ansätzen zur erforschung der gesundheitlichen belastun-gen,dievonverändertenMensch-Technik-System-Koopera-tionenundSensornetzwerken(einschließlichdesBeschäftig-ten)ausgehen,sollteebenfallsBestandteileinerumfassendenForschungsaktivitätsein.DifferenziertnachBeschäftigten-gruppen(vomVertriebüberdenIngenieureinschließlichderProduktionsbeschäftigten)sollenrealegesundheitlicheFolgenimRahmenvonPiloten(Gefährdungsanalysen)erfasstwerden.NotwendigwerdendaherArbeitenzurEntwicklungvontech-nisch-organisatorischfundiertenErgonomiekonzepten,diedenbesonderenAnforderungenderfortschreitendenVerschmel-zungrealerundvirtuellerArbeitsweltenfüralleBeschäftigten-gruppenRechnungtragen[mittel- bis langfristig].

•EinewesentlicheRolleindemThemenfeldMensch-Technik-InteraktionkommtderEntwicklungvoninteraktiven syste-men mit wahlfreier und symmetrischer multimodalität(Sprache,Gestik,Touch,physischeAktion,BlickbewegungenbishinzuBrain Computer Interface)mitwechselseitigerDisambiguierungfürdieintuitiveundeinfacheInteraktionmithochkomplexenCPPS-basiertenFabrikenzu.Dieseinter-aktivenSystemesollendenBeschäftigteneinefreieAuswahlzwischenverschiedenenangesprochenenSinnensituations-abhängigermöglichen [kurzfristig].

•DiebeispielsweiseinderServicerobotikbereitsprototypischvorhandenenmobilenPlattformensindfürdenEinsatzfallimProduktionsumfeldinderRegelnichthinreichendrobustoderessindgravierendeEinschränkungenbeiderProduktivitätzuerwarten.eine vom roboter unterstützte kooperative ar-beit in einem arbeitsraum ist –nichtzuletztaufgrunddesGefahrenpotenzials–somitderzeitin vielen bereichen nicht praktikabel realisierbar.Hiergiltes,weitereForschungsan-strengungenmitdemFokuseinerwirtschaftlichenNutzungimProduktionsumfeldzufördern[mittelfristig].

4.2.4.3 InnoVatIVe mUltImodale IndUstrIelle assIstenzsysteme erforsChen

InderkünftigenSmart FactorywerdenneuartigeFormenfürdiekollaborativeFabrikarbeit,gestütztdurchintelligenteAssistenz-systeme,entstehen.

•Cyber-physischeundhochautomatisierteProduktionssystemeentstehenunteranderemdurchdrahtlose,dezentraleaber interoperable semantische kommunikation mit aktiven produktgedächtnissen,dieinzufertigendenKomponentenundAnlagemoduleneingebettetsind.FürdiezustandsbasierteInstallation,Umrüstung,WartungundReparaturdieserSys-temesindneueadaptierteAssistenzsystemezuentwickeln [kurzfristig].

•DarüberhinaussindMethodenundSystemefürdiekontext-basierte Informationspräsentation über maschinenzu-ständesowieVerfahrenzurErfassungvonsicherheits-undressourcenrelevantenInformationendurchEreigniserkennung,Workflow-VerfolgungundSensorfusionzuerforschen[kurz-fristig].

•DurchdenEinsatzvonMethodenundTechnikendererweiter-ten realität(Augmented Reality),derdualwelttechnologie(Dual Reality)unddersynchronisierten und multiplen Welten(EchtzeitsynchronisationvonsensomotorischenundsemantischenFabrikmodellenmitrealenSmart Factories)wer-denpartielle und kollaborative teleoperationenvonhoch-komplexenKomponenten,etwabeiderFehlersuche,ermöglicht.HierfürmüssenneueCPS-orientierteSysteme

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aufBasiserweiterterunddualerRealitäterforschtwerden[kurz- bis mittelfristig].

•Essindlokationsbasierte assistenzdienste inindustriellenAnlagenmittelsneuartiger,robusterTracking-undPositions-erfassungssystemefürInnenräumezuentwickeln,umorts-abhängig und kontextadaptiv assistenz fürFachkräftean-zubieten.DieseAssistenzdienstemüsseneinhochpräzisesTrackingallerProdukt-undProduktionsmoduleermöglichenundtrotzdemrobustinderFertigungsumgebungarbeiten[kurzfristig].

•ImKontextderSmart FactorykommtderErforschungvonfernwartungstechnologien und -systemeneinewesentlicheRollezu.DurchsolcheSystemekönnenFachkräfteinderSmart FactoryvorOrtdurchexterneExperten,beispielsweiseunterVerwendungvonDualwelttechnologienundTechno-logiendererweitertenRealität,angeleitetwerden,umlokalFehlereigenständigbehebenzukönnen[kurzfristig].

•DieUmsetzungvonIndustrie4.0führtinnerhalbderSmart FactoryzuneuemkollaborativenundkooperativenVerhaltenzwischendenBeschäftigten.Hiersindetwaneue koopera-tionsformen unter fachkräften mithilfevonfürdieArbeitinSmart Factoriesangepassten sozialen netzwerken und sozialen medien zu erforschen,umbeispielsweisefürhöhereArbeitszufriedenheitunddennotwendigenkontinuier-lichenWissenstransferzusorgensowiedie teamarbeitzuunterstützenunddieArbeitsabläufezuoptimieren.ErgänztwirddiesdurchdieEntwicklungvonArbeitsprozessen/Arbeitssystemen,diedieIntegrationsolcherKooperations-formenerlauben[mittelfristig].

•UmderHeterogenitätderBelegschaftRechnungzutragen,müssenpersonalisierteundaufspezielleZielgruppenleichtadaptierbareInteraktionssystemeentwickeltwerden,diedemEinzelnenmehrAbwechslungundFreudeanderArbeitbeigleichzeitighöhererEffizienzbieten [mittelfristig].

•UmkonsistenteProzessplanungundMonitoringlaufenderPro-duktionsvorgängemitoptimierterErgonomieermöglichenzukönnen,müsseninKontextvonIndustrie4.0neueAnsätzezurIntegration virtueller menschmodelle zur Unterstützung der simulation maschineller produktionsabläufeuntersuchtwerden[mittel- bis langfristig].

fazit: ArbeitenineinemständigverändertenArbeitsumfeldmitimmerkomplexerenWerkzeugenundAssistenzsystemenführtzuextremhohenAnforderungenanfähigkeitenundWissenderbeteiligtenProduktionsressourcensowiedasArbeitsvermögenderBeschäftigten.

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Page 40: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

38 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

4.2.4.4 besChäftIgUngsfolgen Und akzeptanz (-probleme) erforsChen

DurchdieEinführungundErweiterungheutigerSystemezurMensch-Technik-InteraktionwirdesallerVoraussichtnachzumaßgeblichenVeränderungenderzukünftigenIndustriearbeitkommen,diesichinihrenAusmaßenundEffektenfürProduk-tions-undindustrielleDienstleistungstätigkeitenderzeitnochnichtprognostizierenlassen.VondahersindquantitativeBeschäftigungsfolgensowiediegrundsätzlicheAkzeptanzzuerforschen:

•akzeptanzanalyse:AufbaueinerTrendberichterstattungzumUmsetzungsstandvonIndustrie4.0.Qualitativeundquantita-tiveErfassunghemmenderundförderlicherAspektederUm-setzungvonIndustrie4.0(einschließlichQualifikations-,Ar-beitszeit-,Leistungs-,Entgeltdimension)sowohlausBeschäf-tigten-alsauchUnternehmenssicht[kurzfristig].

•Quantitative analyse der beschäftigungsfolgen:Prospek-tiveAbschätzungderquantitativenBeschäftigungseffekte,diesichausderUmsetzungvonIndustrie4.0ergeben–differenziertnachBranchen,BeschäftigtengruppenundTätigkeitsspektrum [mittelfristig].

4.2.4.5 QUalIfIzIerUng für alle besChäftIgtengrUppen sICherstellen

NeueArbeits-undLernmethoden,Arbeitsabläufe,Verschie-bungeninAltersstrukturenderBeschäftigtensowiesignifikantveränderteMensch-Technik-InteraktionenführenzueinemQualifizierungsbedarfinallenBereichendesUnternehmens.

•förderung digitaler lerntechniken:DigitalenMedienundinnovativenLerntechnologienmusseineherausragendeRolleinderWissensvermittlungundKompetenzentwicklungzu-kommen–auch,umdieimmerwenigerenMitarbeitermög-lichstwenigzurAusbildungausdenUnternehmenzureißen[kurzfristig].

•Qualitative erfassung des bedarfs vonQualifikationenundKompetenzendifferenziertnachBeschäftigtengruppen(An-gelernte,Facharbeiter/innen,Techniker/innen,Ingenieure/innen)[kurzfristig].

•AufBasisderBedarfsanalysenErforschungundEntwicklungvonarbeitsplatznahenFormendesQualifizierungs-undKom-petenzerwerbs–unterEinbeziehungundWeiterentwicklung digitaler lerntechniken [mittelfristig].

4.2.5 teChnologIe CybEr-PHySiCal ProDUCtion SyStEMS (CPPS)

HeutigeInformations-undKommunikationstechnologien(IKT)inderProduktionstechniksindaufeineFabrik(odereineFertigungslinie)innerhalbeinesUnternehmenshinsichtlichderKostenundderEffizienzoptimiert.AufgrundheterogenerAn-lagentechnikmitSteuerungsarchitekturenunterschiedlichsterHerstellerfürdieautomatisierteProduktioninVerbindungmitmanuellenArbeitsprozessen–wieetwafürdieKomponenten-undSystemmontage–bietenheutigeProduktionssystemenureinesignifikanteingeschränkteAnzahlvonSchnittstellenan.DiesewiederumlieferneinenochgeringereAnzahlinformations-technischbeeinflussbarerOptimierungskriterienfürdieProduk-tionsplanung.ZudembringtdiestarkeInformationskapselungaufdenunterschiedlichenEbenenderProduktionweitereNachteilemitsich(s.ausführlichKap.5.2).

UmdennocheinlokalesOptimumdeswirtschaftlichenBetriebszuerreichen,wurdeninderVergangenheitvieleForschungenzurEntkopplungvoneinanderabhängigereinzelnerHerstellungs-prozessedurchgeführt.InsgesamtbildetenAspektederOrgani-sationsentwicklung–wiebeispielsweisedieLean ProductionoderauchLean Innovation –dieBasisfürdieheutebekanntenunternehmensspezifischenProduktionssysteme(Toyota-,Bosch-,Siemens-,Trumpf-Produktionssystemetc.).

TechnologischkonnteninderVergangenheitaufgrundfehlender Vernetzungsmöglichkeiten und fehlender angepasster Ikt-basistechnologien in der produktiondiskutierteKonzeptedesComputer Integrated Manufacturing (CIM)nichtindustrialisiertwerden.KürzereLebenszyklenvermarktungsfähigerProdukteunddievielfachimEinzelunternehmenbereitsvorhandeneVer-netzungindergesamtenSupply ChainführenallerdingserneutzunichtausgewogenenAuftragseingängen,Beständenoderabereinernicht„getakteten“Produktion.DadurchistderVersuch,einGesamtoptimumüberUnter-nehmensgrenzenhinauszuerzielen,aufgrundfehlendertechnologischerLösungensowieStandardi-sierungenheutemitvielenUnsicherheitenverbunden.DarüberhinauskönnenAnforderungen,wieeinefirmenübergreifendeVernetzungvonFertigung,AgilitätundFlexibilitätbezüglichFerti-gungsänderungen(wegennichtvorhandenerDaten-undPro-zessdurchgängigkeitinunterschiedlichenEbenenderProduk-tion)nurinaufwändigenmanuellenÄnderungsprojektengestelltwerden.DasführttypischerweisezulängeremProduktions-stillstandundhohenUmstellungskosten.

AndieserStellesetztdasPotenzialvonCPPSimRahmenvonIndustrie4.0an.

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4.2.5.1 basIsteChnologIen der Ikt ertüChtIgen für dIe aUtomatIsIerUngsteChnIk

DieInformatikhältvieleBasistechnologienbereit,diefüreinenunmittelbarenEinsatzinderAutomatisierungs-beziehungsweiseProduktionstechnikkonzeptionellüberdachtundweiterentwic-keltwerdenmüssten.VonbesondererBedeutungfürdieIndust-rie4.0istjedochdieGesamtintegrationundSynthesedieserBasistechnologien,umbeispielsweisedurchintelligenteSensorikundInformationstechnologiedieOrchestrierunghochgradigverteilterIT-undProduktionssystemesicherzustellen.MethodenundAnsätzezurSynthesevorhandenerTechnologienundzumTransferindasProduktionsumfeldsindnochnichtinausreichen-demMaßeerarbeitet.ZudemfehlenderzeitvalideKonzepte,MethodenundinsbesondereWerkzeuge,umdisziplinübergrei-fendeproduktionstechnischeModelleschnellzuerfassenundaufdieserBasisproduktionsrelevanteEntscheidungenzutreffen.AusdiesemGrunderachtetderArbeitskreisdiefolgendenkon-solidiertenForschungsempfehlungenalszentral:

•zum zeitpunkt der anforderungsaufnahme:DasinderInfor-matikimRahmenderProduktentwicklungundzurgezieltenAufnahmevonAnforderungenetablierterequirement Engi-neeringistfürdenMaschinen-undAnlagenbaunichtaus-reichend.WerdenAnforderungenfürdenAufbauvonProdukt-baukästenverwendet,soliegenauchhierkeineunmittelbarübertragbarenAnsätzeausdenIKTvor.DiezurBildungvonProduktfamilieninderSoftwareverwendetenKonzeptemüsstenebenfallsaufdendisziplinübergreifendenEntwurfimMaschinen-undAnlagenbauübertragenwerden(s.dazudasKapitel5Technologie-undEngineering-HerausforderungenderAgendaCPS) [langfristig].

•zum zeitpunkt der planung:FürdieiterativePlanungvonProduktundProduktionssystemindendiversenDisziplinenmitunterschiedlichstenMitarbeiterfähigkeitenund-kompeten-zenwirdeinebeschreibendesowieunterstützendeArchitekturfürIndustrie4.0benötigt.DiedazuerforderlichenstatischenunddynamischenModellekönnentechnischbeispielsweiseineinerOntologieabgebildetwerden.UnterdemFokuseinerin-dustriellenAnwendunginIndustrie4.0bleibtallerdingsbislangoffen,wiedieauswertungsmöglichkeiten einer umfang-reichen ontologie eines produktionssystemsbeispielsweisefüreineOptimierungsignifikantbeschleunigtwerdenkönnen[langfristig].

•zum zeitpunkt der ausführung in der produktion:FürdieProduktionineinemkooperierendenunddezentralenNetz-werkvonFertigungseinrichtungenunterschiedlicherFirmenwirdeineverteilte dienstorientierte architektur(beispiels-weiseaufBasisderserviceorientiertenArchitekturSOA)benö-tigt,dieERP,FertigungundLogistiküberdefinierteServicesundeineoffeneDatenbasisverknüpft[langfristig].

•zum zeitpunkt der ausführung in der produktion:DieEnt-wicklunghochzuverlässigerfunkkommunikation fürindustri-elleUmgebungensollteinindustrienaherForschungundent-wicklung der telekommunikationsfirmeninIKTangegangenwerden[mittelfristig].

•übergreifende betrachtung von planung und betrieb:InderproduktionstechnischenForschungsindmethoden zur konti-nuierlichen echtzeitsimulation und Visualisierung über alle ebenen und firmengrenzenhinwegzuerarbeiten(Simulation and Monitoring of Services and Things)[mittelfristig].

•Informationsaustausch mit automatisierten Workflows:NebeneinemoperativengerichtetenInformationsaustauschinnerhalbeinerDisziplinoderüberdisziplinspezifischeGren-zenhinaus(Vertrieb,Entwicklung,Produktion,Serviceusw.)müssenfürIndustrie4.0inderSupply Chain unternehmens-übergreifendeBasisfunktionalitäteneinesProduct-Life-Cycle-Mana gement-Systems bereitgestelltundweiterentwickeltwer-den.DazuzählenimWesentlichenfürdieProduktionstechnikanzupassendeManagementsystemeausdenBereichenProzessManagement, RulesManagementetc.[mittelfristig].

•automatisierter und sicherer Informationsaustausch:Entwicklungstandardisierter Wissensmodelle und zugriffs-methoden,dieUmfang,Vertraulichkeit,Gültigkeitsdauer,ZugriffsrechteundDatenschutzvonProzessinformationendefinierenundlangfristigsicherstellen[langfristig].

•sicherer, schneller und nachhaltiger Informationsaus-tausch:ImGegensatzzur SecurityinklassischenIT-Systemen,fürdiebereitseineVielzahlvonLösungsansätzenundProduk-tenexistiert,sindheutigeProduktionssystemenurvergleichs-weiseschwachoderzumeistgarnichtabgesichert.Essindda-her IT-SecurityMethodenundSystemeneuzuentwickelnodersozuüberdenken,dasssiedenindustriellenAnforderungenhinsichtlich prozessumfeld, realzeitverhalten, zuverlässig-keit und langlebigkeitgenügen. Security-Konzeptefürklassi-scheIT-Systeme,Cloud-Servicesund Industrial ITmüssenkompatibelundintegrierbarsein,umganzheitliche,system-undunternehmensübergreifendeSecurity-Lösungenrealisie-renzukönnen(s.auchKapitel5.3) [mittelfristig].

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40 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

4.2.5.2 referenzarChItektUren als erfolgsInfrastrUktUr der zUkUnft

AufgrunddervielfältigenErfordernisse–sowohlModellierungs-sprachen,-technikenalsauchPlattformensindfürdenEinsatzinderProduktionstechniktauglichzugestalten–,rückenvermehrtStandardisierungsbemühungenindenVordergrundderBetrach-tungen.UmSkaleneffekteinCPPSzuerreichen,müssenzudemeinerseitsmodularisiertesmarteProduktionssysteme,diemitCPSinteragieren,entwickeltwerdensowieandererseitsmittel-fristigProduktionsdienstebereitgestelltwerden,diezwangsläufigaufeineexemplarische–undfürdenAnwendungsfallsinnvolle–Referenzarchitekturzurückgreifen.

Was versteht man unter einer referenzarchitektur?

MansprichtvoneinerReferenzarchitektur,wennessichumeingenerischesMuster–alsoeineidealtypischeModellausprägung–fürdieKlassederzumodellierendenSystemeundderenArchi-tekturhandelt.UmhochgradigverteilteSystemeumzusetzen,bedarfes(alsTeilderReferenzarchitektur)einergeeignetenpro-duktionstechnischenServiceplattform.SiemussbestimmteFunktionalitätenbieten,ummitdenverschiedenstenundmögli-cherweiseverteiltenTeilnehmerndesGesamtsystemszuinter-agieren.MithilfesolcherPlattformenlassensichregelbasierte,dynamischeundselbststeuerndeAnwendungenentwickeln,dienebeneinemumfassendenEreignis-undSituationsmanagementalleFunktionenzurVerfügungstellen,umeinsmartesProduk-tionssystementstehenzulassen.

VorgabenfürReferenzarchitekturenergebensichunteranderemausSOA-Konzepten.NachOASISistSOAeinParadigmafürdieStrukturierungundNutzungverteilterFunktionalität,dievonun-terschiedlichenBesitzernverantwortetwird.9DasSOAParadig-mabautdaraufauf,dasstechnischeElementederAnwendungs-entwicklung(zumBeispielProgrammcode,Datenbankschemasund-abfragen,Konfigurationsdateien)zuhöherwertigen,fachlichorientiertenKomponentenzusammengefasstwerden.DiesefachlichenSOA-KomponentenbietenDienstean,diebeispiels-weisealsGrundlagefürdieAutomatisierungvonProzessabläufendienenkönnen.SogenannteComposite ApplicationsfassenmehrerefachlicheSOA-KomponentenmittelsdersogenanntenService-OrchestrierungzuneuenApplikationenzusammen.10DieFachverbändesolltenzurSchaffungundDurchsetzungeinerReferenzarchitekturIndustrie4.0aktiveingebundenwerden.

beispiel für die automobilindustrie – autosar Autosar(AUTomotive Open System ARchitecture)stellteinmög-lichesAusprägungskonzepteinerReferenzarchitekturdar,dasinTeilbereichenbereitsEinzugindieautomobileProduktentwick-lunggehaltenhat.HierbeibestehtdiegrundsätzlicheMöglich-keit,ApplikationenundFunktionenzwischenunterschiedlichenSteuergerätenflexibelzuverschieben.Darüberhinausbegleitet

abschließendeineSimulationdieKonfigurationeinesgewähltenNetzwerks.DiesodurchgeführtegenerischePlanungvomSoft-warecodeohnedirektenBezugzuHardware-ZielplattformenstelltdieeigentlicheRevolutiondesKonzeptsdar.

AllerdingsmüssenauchbeidieserReferenzarchitekturweiteresignifikanteForschungsanstrengungenunternommenwerden,bevordasKonzeptvollständigumgesetztist.EinVersuch,diegrundlegendenGedankenundKonzepteaufdieBedarfedesMa-schinenbausundderAutomatisierungstechnikanzupassenundweiterzuentwickeln,wirdimZugevonIndustrie4.0undmögli-chenStandardisierungsbemühungendringendempfohlen.DaimUmfeldderProduktionzudemandereWertschöpfungsstrukturenetabliertsindundandereProduktlebenszyklenalsinderautomo-bilenProduktentwicklungwirken,ergibtsichdarüberhinauseinForschungsbedarfaufunterschiedlichenAbstraktionsebenen.

forschungsbedarf referenzarchitektur

•ImSinneeinerlandkartesinddiebereitsexistierendenundetabliertenKonzepteundAusprägungenvon„Referenzarchi-tektureninderAutomatisierung“aufzunehmenundimHinblickaufWeiterentwicklungundMigrationimKontextvonCPPSzubewerten [kurzfristig].

•Dieerarbeitung von referenzarchitekturenfürunterschied-licheAnwendungsfälleinderIndustrie4.0istAufgabeeinerForschungsausschreibung.DieForschungfürLogistik-,Ma-schinen-undFertigungsprozessesolltezukünftigaufBasissolcherReferenzarchitekturenLösungenerarbeitenundüberStandardisierungsbemühungenInnovationenschnellerzudenFirmenindieMärktetransportierenkönnen[mittelfristig].

•ZurUnterstützungderWandlungsfähigkeitundzurFlexibilisie-rungimAnlagenbetriebwirdeinumsetzungsnahes konzept benötigt,dasentsprechendeheterogeneEchtzeitanwendun-genundSteuerungenorchestriert.BeiderBetrachtungeinereinzelnenMaschineoderAnlageaufderZellenebenekönntebeispielsweiseaufderausderAutomatisierungstechnikent-standenenBasistechnologieOPC-UAaufgesetztwerden.Hier-beisindnebensoftwaretechnischenBasisentwicklungenauchweitergehendeHardwareentwicklungenderSteuerungsher-stellererforderlich[mittelfristig].

•UmdieobenerwähntestarkeInformationskapselungzuüber-winden,mussfürdieReferenzarchitektureinübergreifender,ganzheitlicherAnsatzgefundenwerden,derdieerfordernisse auf den unterschiedlichen ebenen der produktion berück-sichtigt.Enterprise Resource Planning(ERP),Manufacturing Execution System(MES),speicherprogrammierbareSteuerung(SPS,PLC)unddieZellenebenebishinzurSensor-/Aktore-benealsField Control Level müssensichdorteinordnenlassen[mittelfristig].

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•UmdieIndustrie4.0ausdiesenEinzelanwendungenherausauchlosgelöstvonbereitsexistierendenAnsätzeneinerRefe-renzarchitekturaufeinerabstrakterenwissenschaftlichenEbenemitpotenziellenAnwendernzudiskutieren,solltezu-demeinmöglichesmetamodell einer referenzarchitekturineinemKompetenzzentrum,vergleichbareinemFachausschussdiskutiertundentwickeltwerden[langfristig].

•DieDefinitionvon„basis-diensten“füreine(standardisierte)KommunikationmiteineraustauschbarenInformationsplatt-formgehörtweiterhinzudenwichtigenForschungsthemen.DabeisolltediePlattformeinebestimmteFunktionalitätbie-ten,ummitdenverschiedenstenundverteiltenTeilnehmerndesGesamtsystemszuinteragieren.MithilfesolcherPlatt-formenlassensichregelbasierte,dynamischeundselbststeu-erndeApplikationenentwickeln,dienebeneinemumfassen-denEreignis-undSituationsmanagementalleFunktionenzurVerfügungstellen,umeinsmartesProduktionssystement-stehenzulassen[mittelfristig].

•ImSinneeinerlifecycle-bezogenenBetrachtungmüssenauchdiebenötigtenEngineering-WerkzeugealswesentlicheLiefe-rantenvonModellenundDatenaufeinergeeignetenAbstrak-tionsebeneindieReferenzarchitektureinbezogenwerden[mittelfristig].

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9[OASIS06]10[SlN2011]

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42 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

5 HAnDlungSfElDEr unD VOrläufIgE umSEtZungSEmPfEHlungEn

MitderFortentwicklungder Cyber-Physical SystemsfürdieIn-dustriesindweitreichendeHerausforderungenfürdenStandortDeutschlandverbunden,sowohlgenerelleralsauchspeziellerNatur.DieKomplexitätderAufgabezeigtsichtechnisch,metho-dischundfachlichinderForschungundEntwicklung,aberauchinderNutzungundhinsichtlichderAuswirkungenderCyber- Physical Systems aufWirtschaftundGesellschaft.VoraussetzungfürdieFestigungderPositionDeutschlandszuCyber-Physical SystemsisteineschnelleAusrichtungderInfra-,Wirtschafts-,Arbeits-undBeschäftigungsstrukturenaufdieErfordernissevonCyber-Physical Systems.NursokannDeutschlanddieChancenfürdenProduktionsstandortnutzen(s.Kapitel3.3.zudentech-nologischenHerausforderungen).

KonkretbedeutetdiesgesamtgesellschaftlicheAnstrengungenfüreinebranchenweiteVernetzungmitgemeinsamennormen und standardssowieeinerreferenzarchitekturundeiner Infrastruktur.Paralleldazuisteineinnovative arbeits-, Qualifi-zierungs- und sozialorganisation erforderlich,diedienachhal-tigeEntwicklungderArbeitsfähigkeitenderBeschäftigtensicher-stellenkönnen.Nichtzuletztgiltes,sicherheitsfragenzuklärenundKnow-how-schutzzuetablieren.

DerArbeitskreisIndustrie4.0hatinseinerneunmonatigenArbeitsphasediewichtigstenHandlungsfelderidentifiziertunderstevorläufigeUmsetzungsempfehlungenerarbeitet,dieimFolgendenerläutertwerden.DiesevorläufigenEmpfehlungensindnichtalsabschließendeFeststellungenzuverstehen,son-dernvielmehralsImpulse,dieDiskussionenfortzuführenundweitereHandlungsfelderzuerschließen.PerspektivischsollendieUmsetzungsempfehlungenfürdieöffentlicheBerichtsversion(HannoverMesse2013)fortgeschriebenundausgeführtwerden,GleichesgiltfürdieKapitel„RechtlicheRahmenbedingungen“(Kap.6.6)und„WostehenwiriminternationalenVergleich?“(Kap.7).

5.1 normen und Standards Erstübergemeinsamgetragenetechnischeundbetriebswirt-schaftlicheSchnittstellenundStandardsisteinebranchenweiteVernetzungvonIndustrie-undLogistikunternehmenmöglich.DasInternethatüberDe-facto-StandardsdieWeltvernetztunddieheutigeinformationstechnischeGlobalisierungerstermög-licht(zumBeispielTCP/IP-Protokollfamilie,Web-Services).NichtnurdieInternettechnologiehatdieWeltrevolutioniert,son-dernauchdieoffene,transparenteundschnelleFormderStan-dardisierungjenseitsdernationalenStandardisierungsorganisati-onen.BeiderBewältigungdertechnologischenHerausforderun-geneinerallgegenwärtigenVernetzungvonSystemen,ProduktenundProduktionsstättenspieltdiereferenzarchitektureinezen-traleRolle.

5.1.1 UmsetzUngsWege zUr standardIsIerUng eröffnen

Diekomplexen,vernetztenTechnologiekombinationendervier-tenindustriellenRevolutionerfordernzwingendeineStandardi-sierung,damitsiesichamMarktdurchsetzenkönnen.ÜberalleBranchen-,Technologie-undLändergrenzenhinwegmusseinenahtloseKommunikationzwischendenKomponenteneinenunterbrechungsfreienBetriebsicherstellen.Wiebereitsdarge-stelltgibteszweiWegezurErzielungeinesStandards:überdieKonsensbildunginNormungsgremienoderüberdiedirekteDurchsetzungamMarktdurchüberragendeLeistungsfähigkeit(odereinMonopol).

DererstgenannteWegkannalsentwicklungsbegleitendeNormungparallelzudenForschungsprojekteneingeschlagenwerden.DieForschungsergebnissefließendabeidirektindieStandardsein,währendumgekehrtNormungserfordernissedieForschungsinhaltemodifizierenkönnen.

Die„De-facto“-StandardisierungdurchdirekteMarktpenetrationkannimBereichderSoftwaredurchOpen Source Communities beschleunigtwerden.DiesetragendurchdieVielfaltderbeteilig-tenEntwickleraußerdemzueinerQualitätssicherungbei.Pas-sendeGeschäfts-undLizenzmodellesinderforderlich,umdieInvestitionenderUnternehmenrückzuvergüten.

Vorläufige Umsetzungsempfehlungen:DerArbeitskreisIndustrie4.0empfiehlt,bereitsmitdernächstenAusschreibungineinemodermehrerenProjekteneineLandkartevorhandenerStandardserstellenundgeeig-neteUmsetzungsstrategienzuderenStandardisierungent-wickelnzulassen.InallenForschungsprojektenzurIndustrie4.0solltendannStandardisierungsaspekteund-aktivitätenimSinnedieserUmsetzungsstrategieempfohlenwerden.

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5.1.2 referenzarChItektUren für IndUstrIe 4.0 als erfolgsInfrastrUktUr der zUkUnft

Diereferenzarchitekturen füe Industrie 4.0könnenalsMusterfürkonkreteArchitekturenderProzess-undIT-Systemebetrach-tetwerden(s.dazuausführlichKapitel4.2.5.2).Siesindbran-chenübergreifendeModelledertypischenAbstraktionsebenenundderenSchnittstellenentlangdergesamtenSupply NetworksbasierendaufArchitekturanforderungenderrelevantenStake-holder.

DieReferenzarchitekturenfürIndustrie4.0könneneinen

•größerenMarktfürStandard-Software-Firmen,•ZugriffaufStandard-SoftwarefürAnlagenherstellerund•dieschnellereundgünstigeIntegrationvonAnlagen

beidenproduzierendenUnternehmenermöglichenundschaffendadurchdenRahmenfüreinattraktivesBusinessEcosystem.ReferenzarchitekturenfürIndustrie4.0unterstützenStandardi-sierungsaktivitäten,indemsieaufvorhandeneStandardswieetwaKommunikationsprotokollezurückgreifenunddiesefürIn-dustrie4.0empfehlen,selbstalsStandarddienenunddamiteineeinheitlicheBasisfürInteroperabilität,KompatibilitätundeinesystematischeWiederverwendungschaffen.

VorgabenfürReferenzarchitekturenergebensichbranchenüber-greifendausSOA-KonzeptenineinerneuenStruktur.VerbändewieBITKOM,VDI,VDA,VDE,ZVEI,VDMAundBDIsolltenfürdieSchaffungundDurchsetzungvonReferenzarchitekturenfürIndustrie4.0aktivwerden.

VondenNormungsorganisationensollteimSinnederent-wicklungsbegleitendenNormung(EBN)eineArbeitsgruppe„Industrie4.0Standardisierung“eingesetztwerden,dieüberBranchen-undProjektgrenzenhinwegdieStandardi-sierungsaktivitätenevaluiertundkommuniziertsowiedurchInnovationsübertragungweitereInnovationenstimu-liert.DiesesolltenanalogzurOpen-Source-Standardisie-rungoffenundtransparentorganisiertwerden.

Vorläufige Umsetzungsempfehlungen:

forschung: DerArbeitskreisIndustrie4.0empfiehltergän-zendzudenForschungsempfehlungeninKapitel4.2.5.3diefolgendeUmsetzung:

marktanordnung:DieMarktteilnehmermüssendaraufvertrauenkönnen,mithilfevonReferenzarchitekturenihreigenesGeschäftbesserausbauenzukönnen.HiersolltendieIndustrieverbändedieFührungsrolleübernehmenundvertrauensbildendeMaßnahmendurchführen.

aus- und Weiterbildung:DieAnwendungvonReferenzar-chitekturenbeiklassischenMaschinenbau-undbeiprodu-zierendenUnternehmenmitbishernurgeringemIT-Kom-petenzbedarfmussdurchWeiterbildung,BeratungundIT-Integrationsfirmenunterstütztwerden.DerArbeitskreisIndustrie4.0empfiehlt,dasThemaReferenzarchitekturenindenBildungskanonderentsprechendenuniversitärenStudiengängeundderAusbildungsberufeaufzunehmen.

politische rahmenbedingungen:EmpfohlenwirddieFör-derungvonProjekten,OrganisationenundUnternehmen,diewesentlicheBeiträgezurReferenzarchitekturundderenVerbreitungleisten.

standardisierung:EineDefinitionvonKommunikations-,Schnittstellen-undSimulationsstandardsisterforderlich,dieüberHierarchie-undFirmengrenzenhinwegzurBe-schreibungvonProdukten,RessourcenundTechnologieda-tenführt.EinIndustriestandardlässtsichklassischüberdieGremienarbeitoderüberdieMechanismendesInter-netsinOpen Source Communitieserzielen.DerzweiteWegbietetdenVorteilderhöherenGeschwindigkeitsowiedeslauffähigenStandardsunddieInvestitionssicherheitübereinpassendesLizenzmodellderbeteiligtenUnternehmen

DerArbeitskreisempfiehltdaher,dieVorarbeitenzudemThemaReferenzarchitekturIndustrie4.0unmittelbarineinerkleinenProjektgruppezubeginnen,umeinentspre-chendesVerbundprojektvorzubereiten,indasdieErgeb-nissederProjektgruppemünden.

ZielsollteeingutvorbereiteterStartin2013sein.

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44 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

Abb.13–GängigePerspektiveninderIKT-Automatisierungstechnikheute(Quelle:Festo)

ImGegensatzzudenheuteetabliertenInformations-undKom-munikationstechnologien(IKT)inderFertigung,dieüberwiegendineinerhierarchischenEbenenstrukturangeordnetsind,erfor-dertdieIndustrie4.0einekooperativeNetzwerkarchitektur.DiefolgendenAbschnitteskizzieren–ausgehendvondenexistie-rendenBasistechnologien–dieAnforderungenandieNetzwerk-architekturunddieBreitbandinfrastrukturfürdieIndustrie4.0.

HeutigeIKTinderFertigungsindfüreineFabrik(odereineFerti-gungslinie)innerhalbeinesUnternehmensfastausschließlichhinsichtlichderKostenundderEffizienzoptimiert.DieIKTba-siertaufeinerhierarchischen,zumTeilproprietären,abgeschlos-senenArchitektur,dietypischerweiseinvierEbenenaufgeteiltist:

1.Planungsebene:Enterprise Resource Planning(ERP)

2.Produktionsleitebene:Manufacturing Execution System (MES)

3.Steuerebene:Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, PLC)

4.Feldebene:Field Control Level(FLC)

5.2 revolution der Ikt in der fertigung – eine Infrastruktur für Informations-, Produktions- und kommunikationstechnik

Quelle: Festo 2012

Steuerungs-Hierarchie

Software-Hierarchie

Fabrik

Produktions-/Fertigungslinie

Anlagen/Maschinen

Applikation

Baugruppen

Komponenten Aktorik/Sensorik

PlanungsebeneERP- und PPS-Systeme

Produktionsleitebene/MES-Systeme

Anlagenebene

HMI/Steuerebene/Schnittstellen

Feld-ebene

Abbildung 14:Gängige Perspektiven der ITK-Automatisierungs-technik heute

DiefolgendeAbbildungverdeutlichtdiebeidenunterschiedlichenPerspektivenausSichtderSteuerungundderSoftware,dieheutenochvorherrschen(s.Abb.13).Anforderungen,wieetwadiefirmenübergreifendeVernetzungvonFertigung,AgilitätundFlexibilitätbezüglichFertigungsände-rungen,könnenwegennichtvorhandenerDaten-undProzess-durchgängigkeitnurinaufwendigenmanuellenÄnderungsprojek-tengestelltwerden,diealleobengenanntenEbenenbetreffen.DasführttypischerweisezulängeremProduktionsstillstandundhohenUmstellungskosten.

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Abb.14:Industrie4.0-VernetzungsmodellderSmart FactorymitdemrealenUmfeld(Quelle:Beigl,KIT)

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VerstehenwirdieProduktionhingegenalsein kooperierendes und dezentrales netzwerk von fertigungseinrichtungenunterschiedlicherFirmen,soführtdieszueinerkooperativenverteiltenArchitektur(Software Oriented Architecture),dieERP,FertigungundLogistiküber ServicesundeineoffeneDatenbasisverknüpft(s.Abb.14)

DazusindstatischeunddynamischeModelleüberMaschinenundFertigungsprozessenotwendig,umdieSemantikundderenkonzeptionelleBeziehungenineinerOntologieabzubilden.DieseModellevonMaschinenundFertigungsprozessenliegenheuteoftnichtvor(zumBeispieloftnurausHeuristik,daheralsoschwermodellierbar;keineinheitlicherModellierungsansatzvorhanden).ErsteForschungsansätzeexistierendazuindermobilenRobotikoderalsTeilmodelleimSystems Engineering.DieseModellesindzuvervollständigen,zuintegrierenundinEngineering-Prozesseeinzubringen,beispielsweiseüberdieErweiterungderCAD-AnsätzeundderPLM-Methodenaufsoft-wareintensiveSysteme.

AngrenzendeoderüberlappendeProzessewieLogistik,Diag-nose,Qualitätssicherung,Instandhaltung,Energiemanagement,Umweltschutz,Mitarbeiterressourcenplanungwerdenheute(noch)nichtintegriertbetrachtet.

Durcheinengenerischen prozessansatzkönnendieseaufje-derEbene(Fertigung,Linie,Maschine)selbstähnlichgelöstwer-den(„FraktaleFabrik“).DaindenProzessdatendasgesamtewettbewerbsrelevanteWisseneinesproduzierendenUnterneh-menssteckt,mussderDatenaustauschbestensgeschützterfol-genundjeweilsnurzwischendenerforderlichenPartnern,dieeinentsprechendesAbkommengeschlossenhaben.Von einer lösung dieser kommunikationstechnischen aufgabe wird wesentlich das Vertrauen der industriellen anwender abhängen.

Entwicklung und Prozess

Kommunikation und Dienste

Erkennung und InteraktionReales Umfeld

Produktionsumfeld

Logistik

Arbeits-umfeld

Middleware

Sensor/Actor

Cloud/Services

Maschine Produkt Server ComputerMensch

FlexibleZuordnung

Energie/Umwelt

Lokale Kommunikation

Abbildung 13Vernetzungsmodel der Smart Factory mit dem realen Umfeld

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46 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

5.2.1. Vorhandene basIsteChnologIen

FürdieEntwicklungunddenEinsatzvonCPPSinzukünftigenProduktionensinddiedafürnotwendigenBasistechnologienElektronikundElektroniksysteme,IT-Systeme,Kommunikations-system,IT-SicherheitundMensch-TechnikInteraktioninihrenGrundsätzenvorhanden.

VonbesondererBedeutungfürdieIndustrie4.0istjedochdiegesamtintegration und synthese dieser basistechnologien,umbeispielsweisedurchintelligenteSensorikundInformations-technologiedieOrchestrierunghochgradigverteilterIT-undProduktionssystemesicherzustellen.MethodenundAnsätzezurSynthesevorhandenerTechnologienundzumTransferindasProduktionsumfeldsindnochnichtinausreichendemMaßeerarbeitet.

• Service-oriented-architecture (Soa) SOAisteinParadigmafürdieStrukturierungundNutzung

verteilterFunktionalität,dievonunterschiedlichenBesitzernverantwortetwird.DasSOA-Paradigmabautdaraufauf,dasstechnischeElementederAnwendungsentwicklung(zumBeispielProgrammcode,Datenbankschemasund-abfragen,Konfigurationsdateien)zuhöherwertigen,fachlichorientiertenKomponentenzusammengefasstwerden.DiesefachlichenSOA-KomponentenbietenDienstean,diebeispielsweisealsGrundlagefürdieAutomatisierungvonProzessabläufendienenkönnen.Sogenannte„Composite Applications“fassenmehrerefachlicheSOA-Komponentenmittelsdersoge-nanntenService-OrchestrierungzuneuenApplikationenzusammen.

•prozessmanagement ProzessmanagementsystemehelfenbeiderDefinition,

Ausführung,Analyse,ÜberwachungundOptimierungvonProzessen,zumBeispielvonFertigungsprozessen.AlleamProzessbeteiligtenGeräte,SystemeundPersonenwerdenorchestriert.

• rules management RegelninhochgradigverteiltenSystemenmüssendynamisch

änderbarsein,umdemhohenÄnderungsaufkommengerechtzuwerden.RulesManagementwirdeingesetzt,umkomplexeRegelnkonsistentabzubilden.RegelnhelfenEntscheidungeninnerhalbvonProzessenzuautomatisierenundsindeinwesentlichesElementderSelbststeuerungvonProzessen.

• data-management Data-ManagementdecktalleAspektehinsichtlichDaten-

haltung,DatenanalyseundDatenstrukturierungab.Ent-sprechendeAnalysewerkzeugehelfen,ausDatenwertvolleInformationenzugewinnen.

• event-management DiezentraleSammlungundAnalysevonSystemereignissen,

dieüberallineinemverteiltenSystementstehenunddes-wegenzentralbeobachtetundausgewertetwerdenmüssen,umentsprechendeReaktionenundEskalationenabzuleiten.

• It-management: management im Internet der dinge und dienste / Device management

DasManagementimInternetderDingeundDiensteumfasstdieVerwaltungundKontrollederamSystembeteiligtenGeräte(Devices).EsbietetunteranderemFunktionalitätenfürSoftware Provisioning,Remote Monitoring,Konfigurations-management,Lizenzmanagement,FehlermanagementundFernsteuerung.

• kommunikationstechnologie und netzwerkmanagement ErfolgreichverbreiteteKommunikationstechnologiekannin

derFertigungfürdiekostengünstigeundAd-hoc-Vernetzungeingesetztwerden:3G,4G,Ethernet,TCP/IPv6,WLAN,RFID.

• It-hardware Consumer-undStandard-IT-Hardwarebringenimmer

günstigermehrRechenleistungundSpeicherplatzindenAlltag:Server,PC,Smartphones,PDA,Tablet-PCs.

• Security, Encryption und Public Key infrastructure DieIT-Security-Technologieerlaubtes,VertrauenvonMarkt-

teilnehmerninIT-Rechtestrukturenabzubildenundlangfristigzubetreiben.

Vorläufige UmsetzungsempfehlungenUmdiefürdieIndustrie4.0erforderlicheGesamtintegra-tionderCPPS-Basistechnologienzuerreichen,fordertderArbeitskreisIndustrie4.0Beratungsunternehmen,For-schungs-undWeiterbildungseinrichtungenauf,zielgerich-tetProduktionsunternehmenmitihrenMitarbeiternaufdenEinsatzmodernerIKTsowieCPSimindustriellenUmfeld(CPPS)vorzubereiten.VeränderungsprozesseundModell-projektezurMigrationindieIndustrie4.0-Technologiensindzuentwerfenundzubegleiten,umeineAkzeptanzinallenbeteiligtenUnternehmensbereichenfrühzeitigsicher-zustellen.

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5.2.2 aUsbaU breItbandInfrastrUktUr für IndUstrIe 4.0

EinegrundlegendeVoraussetzungfürdieIndustrie4.0istderAusbauderNetze(Stromnetz,Internet)bezüglichgarantierterLatenzzeiten,Ausfallsicherheit,„Quality of Services”undflächen-deckenderBandbreite.AnalogzurEmpfehlungdesIT-GipfelsimDigitalenInfrastrukturen-Jahrbuch2011mussdieBreitband-Internet-InfrastrukturinDeutschland–aberauchzudenproduzierendenPartnerländern–massivausgebautwerden:11

„BeiAnwendungenimMaschinenbauundderAutomatisierungs-technikkommtesaufeinehoheFunktionszuverlässigkeitundVerfügbarkeitderKommunikationsverbindungan.GarantierteLatenzzeitenundStabilitätderVerbindungensindvonentschei-denderBedeutung,dasieeinedirekteAuswirkungaufdasAppli-kationsverhaltenhaben.“

„netzbetreiber sollten die wünsche von generalunternehmer-schaften stärker wahrnehmen

• Verbindliche / verlässliche SlA (Service Level Agreements);

• Verfügbarkeit und Performance von transportleistungen;

• unterstützung beim debugging / tracing von kommuni ka-tionsverbindung, insbesondere die Bereitstellung technischer Hilfsmittel hierfür;

• Bereitstellung von hochverfügbaren / garantierten transportleistungen (fest / garantierte Bandbreite);

• mobilfunk-provider-übergreifende SmS-Empfangs-bestätigung;

• provider-übergreifend standardisierte Application Pro gramming interfaces (APIs) für Provisionierung (SIm-karten-Aktivierung / Deaktivierung);

• tarifmanagement;

• kostenkontrolle von mobilfunkverträgen;

• Quality of Service (fest Bandbreite);

• globales Roaming zu vertretbaren kosten;

• allgemein verfügbare Embedded-SIm-karten;

• Satellitenlösungen für funklöcher.”

Vorläufige Umsetzungsempfehlungen:

DerArbeitskreisIndustrie4.0empfiehltnachdrücklichdieUmsetzungderseitensderAG2„DigitaleInfrastrukturen“desNationalenIT-Gipfels2011vorgelegtenEmpfehlungenzumAusbauderBreitband-Internet-InfrastrukturinDeutschland.

WelcheBandbreitenundEchtzeitanforderungimDetailfürdieIndustrie4.0bereitgestelltwerdenmüssen,mussinStudienüberkonkreteAnwendungsfälle(s.Use Cases,AnhangA.1)erhobenwerden.

11DigitaleInfrastrukturen,Arbeitsgruppe2,Jahrbuch2011/2012,NationalerITGipfel.

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48 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

5.3 Security12 und Know-how-Schutz

Beicyber-physischenProduktionssystemenhandeltesumhoch-gradigvernetzteSystemstrukturenmiteinerVielzahlvonbeteilig-tenMenschen,IT-Systemen,AutomatisierungskomponentenundMaschinen.Zwischendenteilweiseautonomagierendentechni-schenSystemkomponentenfindeteinregerundoftzeitkritischerDaten-undInformationsaustauschstatt.

CPPSwerdennurdannrealisiertundakzeptiertwerden,wennadäquate,zuverlässigeundwirtschaftlicheLösungenzumSchutzdesdigitalenProzess-Know-howsundzurAbsicherunggegenManipulationundSabotagenentwickeltundetabliertwerden.ImGegensatzzurSecurityinklassischenIT-Systemen,fürdiebe-reitseineVielzahlvonLösungsansätzenundProduktenexistiert,sindheutigeProduktionssystemenurvergleichsweiseschwachoderzumeistgarnichtabgesichert.

5.3.1 bedrohUngen für IndUstrIelle systeme

BetreibervonProduktionssystemenmüssensichangesichtszu-nehmenderVorfälleundSchwachstellenderSecurity-Thematikannehmen.SomüssendasRisikoundSchadenspotenzialsowohlvonnicht-zielgerichteterSchadsoftwarealsauchvongezielten,qualitativhochwertigenundmiterheblichemAufwanddurchge-führtenspezifischenAngriffengegenInfrastrukturenimProduk-tionsumfeldberücksichtigtwerden.

DiesgiltsowohlfürInfrastrukturen,dieunmittelbarmitdemInternetverbundensind,alsauchfürdiejenigen,welcheaufmit-telbaremWegedurchCyber-Angriffeattackiertwerdenkönnen.

ImRahmenseinerAnalysenzurCyber-SicherheithatdasBundes-amtfürSicherheitinderInformationstechnik(BSI)ineinertop 10-listedieaktuellenBedrohungenmitderhöchstenKritikalitätzusammengestellt,denensogenannteIndustrialControlSystems(ICS)derzeitausgesetztsind:13

tOP 1. unberechtigte nutzung von fernwartungszugängen

tOP 2. online-Angriffe über office- / Enterprise-netze

tOP 3. Angriffe auf eingesetzte Standardkomponenten im IcS-netz

tOP 4. (distributed) denial-of-Service-Angriffe

tOP 5. menschliches fehlverhalten und Sabotage

tOP 6. Einschleusen eines Schadcodes über wechseldaten- träger und externe Hardware

tOP 7. lesen und Schreiben von nachrichten im IcS-netz

tOP 8. unberechtigter Zugriff auf ressourcen

tOP 9. Angriffe auf netzwerkkomponenten

tOP 10. technisches fehlverhalten und höhere gewalt

DieRangordnungderBedrohungenergibtsichauseinerBetrach-tungvonAspektenwiebeispielsweisederTäterkreis,dieVerbrei-tungundAusnutzbarkeitderSchwachstellensowiediemöglichentechnischenundwirtschaftlichenFolgeneinesAngriffs.NichtindiesenTop10enthaltensindweitereBedrohungen,dieheutezwarnachrangigsind,mitBlickaufdieIndustrie4.0aberwichti-gerwerden.HierzugehörenbeispielsweisederEinsatzvonSmart-phones undTablet-PCsfürSteuerungszweckeoderderTrendhinzuCloud Computing.GleichwohlsindsolcheundalleweiterenimkonkretenEinzelfallrelevantenBedrohungenfürdieAbsiche-rungimjeweiligenAnwendungsfallgeeignetzuberücksichtigen.DarüberhinauswurdederSafety-Aspektexplizitnichtbehandelt.

12 ImKontextindustriellerSicherheitbezeichnetderBegriff„Security“explizitdietechnischeSicherheit(beispielsweisedertechnischenAbläufe)inderIndustrie,nichtdenAspektderSicherheitfürdieBeschäftigten(engl.Safety).

13BSI-AnalysenzurCyber-Sicherheit,BSI-A-CS004,Version1.00vom12.04.2012.

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5.3.2 SECUrity-handlUngsfelder

DieAnalysedesBSI,dieinengerZusammenarbeitmitSecurity-ExpertenausderIT-IndustrieunddemMaschinenbauentstan-denist,machtdasbreiteSpektrummöglicherBedrohungendeutlich.Esreichtdeshalbnichtaus,sichaufeinzelneThemen-felderwieCloud SecurityoderIndustrial Securityzukonzentrie-ren,sondernessindganzheitlicheundaufdieIndustrie4.0ausgerichteteSicherheitskonzepteund-produktezuentwickeln.

DieIT-SecurityimindustriellenUmfeldisteinnochvergleichs-weisewenigbeachtetesThemenfeld,daserstmitdemAuftau-chenvonSchadsoftwarewieStuxnet,DuquoderFlameindenBlickderÖffentlichkeitgelangtist.DementsprechendgibteseineVielzahlvonsowohlHandlungsfeldernalsauchChancen:

• Industrie 4.0-Security als teil der deutschen sicherheitsforschung

TechnologischsindbereitseineReiheanForschungsthemen,wieProduktidentitäten,WissensmodelleoderEmbedded Secu-rity(vgl.Kap.4),absehbar.BeiderErforschungundEntwick-lungentsprechenderKonzepteundSystemeistaufeineengeAbstimmungmitundKompatibilitätzuanderenProjekteninderSicherheitsforschungzuachten,wiesichereIdentitäten,Cyber-SecurityoderderSchutzkritischerInfrastrukturen.

• Industrie 4.0-security baucht Unterstützung durch die politik

AktivitätenwiedasZukunftsfeld„sichereIdentitäten“,derAufbaueinesCyber-AbwehrzentrumsoderdieDiskussionvonSecurity imRahmendesIT-Gipfelsmachendeutlich,dasssichdiePolitikaktivumdasThemaSecuritykümmert.GeradeinBezugaufsicheredeutscheInfrastrukturenundaufeindeutigerechtlicheRahmenbedingungenistdiePolitikgefordert.Zu-künftigsollteauchdieIndustrie4.0-SecurityindiepolitischeBetrachtungeinbezogenwerden.Dabeiistsicherzustellen,dassnichtnationaleHindernisseundRegulierungenaufgebautwerden,diedeninternationalenWettbewerbbeschränken.

• aufbau einer Security-Industrie für die Industrie 4.0 in deutschland

Security-ProduktefürdieklassischeITkommenvorwiegendausanderenStaatenwieUSAoderIsrael.ParallelzurEntwick-lungvoncyber-physischenSystemenundCPS-ProduktenbietetsichdieChance,inDeutschlandeineeigeneSecurity-IndustriefürdieIndustrie4.0aufzubauenunddiespezifischenKenntnisseüberProduktions-undAutomationsprozesse,mechatronischesEngineeringoderEmbedded SystemsalsWettbewerbsvorteilzunutzen.

• Security-sensibilisierung der industriellen mitarbeiter BeiderkonkretenRealisierungvonSecurity-LösungeninUn-

ternehmenistdiereineImplementierungtechnischerSecurity-Produktenichtausreichend.EinederentscheidendenSchwachstellenliegtdarin,dassdieMitarbeiterimUmgangmitSecuritynichtausreichendgeschultsind.GeeigneteundaufdasindustrielleUmfeldausgerichteteSensibilisierungs-kampagnenkönntenhelfen,dieseDefiziteabzubauen.

• etablierung einer arbeitsgruppe Security in der Industrie 4.0

InAnalogiezum„ArbeitskreisSicherheitinderWirtschaft“wirddieEinrichtungeinerArbeitsgruppe„SecurityinderIndustrie4.0“empfohlen,inderdiewissenschaftlichen,unter-nehmerischenundpolitischenAktivitätenzuSecurity imUmfeldderIndustrie4.0aufgegriffenundabgestimmtwerden.

5.3.3 prodUktpIraterIe Und KnoW-HoW-sChUtz

DieInnovationskraftdesdeutschenMaschinen-undAnlagen-bausunddieAttraktivitätderweltweitangebotenenProduktehatleideraucheineKehrseite:nämlichProduktpiraterie.LauteineraktuellenUmfragedesVDMAliegtderUmsatzverlust,derdendeutschenMaschinen-undAnlagenbauernin2011entstandenist,beiinzwischenknapp8MilliardenEuro,einerSteigerungum24ProzentgegenüberderletztenUmfragevorzweiJahren.EinUmsatzindieserSchadenshöhewürdederBrancheknapp37.000Arbeitsplätzesichern.InzwischensindfastzweiDrittelderbefragtenUnternehmenbetroffen,beiUnternehmenmitmehrals1.000Mitarbeitern,diezumeistinternationalaktivsind,liegtdieQuotesogarbei93Prozent.ProblematischsindallerdingsnichtnurUmsatzverluste,sondernauchImageschädenundderVerlustvonKnow-how.InExtrem-fällenäußertsichdiesdarin,dassfrüherePlagiateurezuWettbe-werberngewordensind.NebendemsklavischenphysikalischenNachbauvonProduktengehteszunehmendauchumdasge-zielteAbgreifenvonUnternehmens-undProdukt-Know-how.

VordiesemHintergrundistdieEntwicklungneuerTechnologienundMethodenzumSchutzdeseigenenWissensvonenormerBedeutung(vgl.Kap.4.2.1.2).DieseEntwicklungistdarüberhin-ausauchpolitischzubegleitenüber:

• maßnahmen zur eindämmung von produktpiraterie DieBundesregierungmusssichaufpolitischerEbeneweiter-

hinfürdieEindämmungvonProduktpiraterieeinsetzen.SomüssenbeispielsweisenachdemScheiternvonACTAneueWegegefundenwerden,umdemVertriebvonPlagiatenüberdasInternetentgegenzuwirken.

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50 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

• aufklärung über die gefahren durch Wirtschaftsspionage ImVerfassungsschutzbericht2011heißtesunteranderem

„FüreinigeNachrichtendienstesindbesondersAufklärungs-zieleindenBereichenWirtschaft,WissenschaftundTechnikvonInteresse.DarumsindSensibilisierung,InformationundAufklärungvonUnternehmenundwissenschaftlichenEinrich-tungenüberdieGefahrendurchWirtschaftsspionagebeson-derswichtig.“

• schaffung eines rechtsrahmens für den Know-how-schutz bei Cpps-systemen

FürdenautomatisiertenundmaschinellenInformationsaus-tauschinundzwischenCPPS-SystemenisteinRechtsrahmenzuentwickeln,derIP-Rechte,Vertraulichkeit,GültigkeitundZugriffsrechtedefiniertundsicherstellt.

5.3.4 datensChUtz

DieIndustrie4.0stelltbesondereAnforderungenandenDaten-schutz–insbesondereangesichtsdertechnischenMöglichkeitenderErfassungundAuswertungvonInformationenzumGesund-heitszustandderBeschäftigtenandenMaschinenderSmart Factory.GeradeinDeutschlandherrschtimZugedesRechtsaufinformationelleSelbstbestimmungeinebesondereSensibilitäthinsichtlichdesUmgangsmitpersonenspezifischenDaten.

DerArbeitskreiswirdhierzuinderausführlichenBerichtsversion(April2013)ersteHandlungsfelderinAbstimmungmitdenDatenschutzexpertenderFachverbändevorlegen(s.VerweisinKap.5.6).

Vorläufige Umsetzungsempfehlungen:

DerArbeitskreisIndustrie4.0erachtetdasThemaSicher-heitmitdenAspektenSecurity,Know-how-SchutzsowieDatenschutzalszentralenerfolgskritischenFaktorfürdieIndustrie4.0.

ErempfiehltdaherzurErarbeitungvonUmsetzungsemp-fehlungendenengenAustauschmitderPromotorengruppeSicherheitderForschungsunion,demBundesamtfürSi-cherheitinderInformationstechnikunddenDatenschutz-expertenderFachverbände.

DieerstenUmsetzungsempfehlungenwerdenmitderaus-führlichenBerichtsversionimApril2013vorgelegtwerden.

5.4 mensch-maschine-Interaktion (mmI) – Betriebliche Arbeitsorganisation und Arbeitsgestaltung

ManmusskeinProphetsein:SolltenCyber-Physical Systems breitflächiginderindustriellenWeltzumEinsatzkommen,sindineinemZeitraumvonfünfbiszehnJahrenerheblichequalitativeVeränderungenderIndustriearbeitzuerwarten.

ZudenarbeitsrelevantenAuswirkungenliegenbislangkeinege-sichertenempirischenBefundeoderPrognosenvor.MitBlickaufdiehochautomatisiertenBereicheinderHalbleiter-undAutomo-bilproduktionlässtsichindesfundiertspekulieren,dassmiteinerverstärkteninformationstechnischenDurchdringungundsensor-gestütztenVernetzungdesWertschöpfungsprozessesumfas-sendeMensch-Maschine-undSystem-InteraktionenanBedeu-tunggewinnenwerden:Multimedia-,Social-media-undCloud-Technologien,EndgeräteausderBürowelt(Tablet-PCs,Smart-phones,Ethernet)undneuartige,adaptiveAssistenzsystemewer-denzunehmendVerbreitungindenindustriellenArbeitssystemenfinden.

Inkurz-bismittelfristigerPerspektivewirdsichderArbeitspro-zessimbeständigenWechselvirtuellerundrealerWerkbänkeoderSchreibtischevollziehen.InlangfristigerPerspektivewer-denProduktentwicklungundProduktiondurchgängigvirtuellgestaltetsein.

FürdieMehrzahlderBeschäftigteninderFertigungproduzieren-derUnternehmenistzuvermuten,dassregulierendeTätigkeitenwiedieSteuerungundProgrammierungsowiedieStörungs-undFehlerbehebungweiteranBedeutunggewinnen.FürIngenieurin-nenundIngenieureindenEntwicklungsabteilungenistimVerlaufdesZusammenwachsensvonProduktions-undInformations-technologiemitsteigendenAnforderungenbesondersandiein-terdisziplinäreZusammenarbeitzurechnen.Andersgesagt:WennderSoftware-AnteilinklassischenmechanischenProduk-tenundProduktionsprozessensteigt,wächstauchderBedarfanfachübergreifendemWissenundFähigkeitensowieanVerständ-nisfürdieArbeits-undDenkweisenkorrespondierenderDiszipli-nenundFakultäten.VordiesemHintergrundsindfolgendedreiHandlungsfeldervonBelang:

Page 53: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

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HAnDlungSfElDEr unD VOrläufIgE umSEtZungSEmPfEHlungEn

1. ambivalente folgen für tätigkeitsprofile, kompetenzen und beschäftigung systematisch beobachten und hinsicht-lich ihrer auswirkungen für die beschäftigten analysieren

DieArbeitwirdanalleBeschäftigtendeutlicherhöhteKomplexi-täts-,Abstraktions-undProblemlösungsanforderungenstellen(„DenkeninübergreifendenProzessen“,„Komplexitätsreduzie-rungerlernen“).DarüberhinauswirddenBeschäftigteneinsehrhohesMaßanselbstgesteuertemHandeln,kommunikativenKompetenzenundFähigkeitenzurSelbstorganisationabverlangt.Kurzum:DiesubjektivenFähigkeitenundPotenzialederBeschäf-tigtenwerdennochstärkergefordertsein.DasbietetChancen aufqualitativeAnreicherung,interessanteArbeitszusammen-hänge,zunehmendeEigenverantwortungundSelbstentfaltung.IndesimplizierendieAnforderungenderneuen,virtuellenAr-beitsweltauchgefahren für erhalt und sicherung des arbeits-vermögens.JemehrsichderArbeitsalltagverdichtetunddastechnischeIntegrationsniveauinsichständigflexibeländerndenNetzwerkenansteigt,könnenArbeitsintensivierung,einVerlustanZeitsouveränitätundeinesteigendeSpannungzwischenVirtualitätundeigenerErfahrungsweltRaumergreifen.

DerVerlustanHandlungskompetenz,dieErfahrungderEntfrem-dungvondereigenenTätigkeitdurcheinefortschreitendeDema-terialisierungundVirtualisierungvonGeschäfts-undArbeitsvor-gängenwärendieFolgen.Nichtauszuschließenist,dasssich„alte“und„neue“GefährdungenfürdasArbeitsvermögeninneuerQualität–sowohlinderBedeutungs-alsauchderVernet-zungsdimension–überlagernundFormenderSelbstausbeutungbefördern.DeshalbkannmandieIndustrie4.0nichtmitArbeits-verbesserungengleichsetzen.DieHerausforderungbestehtviel-mehrdarin,Lösungenzufinden,mitdenendieBeschäftigtenda-fürgewonnenwerdenkönnen,StärkenundLeistungen,WissenundKompetenzenindasProduktionssystem4.0einzubringen.

2. arbeit auf basis einer sozio-technischen gestaltungs-perspektive als lebendiges potenzial in der Industrie 4.0 entwickeln und nutzen

WiesichderArbeitsalltagineinerIndustrie4.0konkretdarstel-lenwird,istderzeit(noch)offen.DieSmart FactoryenthälteinPotenzialfüreineneueArbeitskultur,könnteWegezueinemintelligenten,andenInteressenderBeschäftigtenorientiertenVerständnis„guterArbeit“eröffnen.IndeswirdsichdiesesPo-tenzialnichtimSelbstlaufrealisieren.EntscheidenddafürsindnebenWeiterbildungOrganisations-undGestaltungsmodellevonArbeit,dieeinhohesMaßanselbstverantwortlicherAutonomiemitdezentralenFührungs-undSteuerungsformenkombinieren,die„loslassen“unddenBeschäftigtenerweiterteEntscheidungs-undBeteiligungsspielräumesowieMöglichkeitenzurBelastungs-regulationzugestehen.

DieTechnikbietetOptioneninbeideRichtungen.DieSystem-auslegungkannsowohlalsrestriktive,kontrollierendeMikrosteu-erungalsauchalsoffenesInformationsfundamentkonfiguriertwerden,aufdessenBasisderBeschäftigteentscheidet.Andersgesagt:ÜberdieQualitätderArbeitundderArbeitsbedingungenentscheidennichtdieTechnikodertechnischeSachzwänge,sondernWissenschaftlerinnenundManager,dieCyber-Physical-Systemsentwickelnundumsetzen.

GefragtistindiesemZusammenhangeinesozio-technische gestaltungsperspektive,inderArbeitsorganisation,Technik-undSoftwarearchitektureninengerwechselseitigerAbstimmung,„auseinemGuss“mitdemFokusdaraufentwickeltwerden,intel-ligente,kooperative,selbstorganisierteInteraktionenzwischendenBeschäftigtenund/oderdentechnischenOperationssyste-menentlangdergesamtenWertschöpfungskettezuermöglichen.

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52 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

3. partizipative arbeitsgestaltung in der Industrie 4.0 statt neo-taylorismus

DasssolchearbeitsorientiertenGestaltungsansätzegegenwärtiginderIndustrienurrudimentärverbreitetsind,verdeutlichteinBlickaufdiearbeitssoziologischenBefundezumIst-ZustandderIndustriearbeit.MitdemZielderStandardisierungundOptimie-rungvonArbeitsvollzügenwerdenheuteinvielenUnternehmensogenannteGanzheitlicheProduktionssysteme(GPS)indenFertigungenundBürosderindustriellenKernsektoreneingeführt.DieseSystemesindvielfachsehrrestriktivimAufgabenzuschnittausgelegtundallzuhäufigmiteinemVerlustvonBeteiligungs-möglichkeiten,HandlungsspielräumensowieDequalifizierungverbunden.EinerstarkenderNeo-TaylorismusmussaberkeinezwangsläufigeBegleiterscheinungGanzheitlicherProduktionssys-temesein.DieszeigenBeispieleinsbesondereaus(hoch-)auto-matisiertenFertigungsabschnitten,indenenauchunterStandar-disierungsbedingungenkompetentes,aufBeteiligungausgerich-tetesArbeits-undInnovationshandelnmöglichist–gestütztaufintelligenteOrganisations-undQualifizierungskonzepte.

DamitistdieEntwicklungsrichtungfürdieIndustrie4.0klar:Esistschwervorstellbar,dassdiesesaufintelligenteInformations-vernetzungausgerichteteZukunftsprojektaufBasiseinesTaylo-rismus4.0reüssierenkann.EineweitereRadikalisierungdestayloristischenGestaltungsansatzeskannnichtalsaussichts-reicherWeggelten,umdieSmart FactoryimEinvernehmenmitdenBeschäftigtenrealisierenunddamitneueEffizienzvorteileerschließenzukönnen.GeradeweildieIndustrie4.0einhoch-komplexes,virtuellesSystemist,brauchtsiedenMenschenals„Sensor“,EntscheiderundSteuerer.

IndiesemZusammenhangkanndiegewerkschaftlicheInnova-tionsstrategie„Besserstattbilliger“tragfähigeStandardsundHandlungskorridorefüreine„guteArbeit“undsichereZukunftvonStandortenundBeschäftigungaufzeigen.DieseStrategieumfassteinerseitsarbeitspolitischeBelangewieeinearbeits-orientierteOrganisationsgestaltung,umfassendeBeteiligung,MitbestimmungundQualifizierung.Anderseitsistsiemitgloba-lenWettbewerbsanforderungenkompatibel.„Besserstattbilli-ger“ziehltaufTechnologieführerschaftalsWeichenstellungfürdieindustrielleZukunftDeutschlands.IndieserPerspektivestel-len„guteArbeit“,technologischeInnovationundMitbestimmungbeimProjekt4.0keinenWiderspruchdar,sonderneineindieZukunftweisendeKompasseinstellungbeiderSuchenachtech-nologischeffizientenundsozialausgewogenenLösungen.

Vorläufige Umsetzungsempfehlungen:

DerArbeitskreisIndustrie4.0erachtetdieobenausge-führtendreiHandlungsfelderalszentral,umdasPotenzialderIndustrie4.0fürdieBeschäftigtenzuheben.ErsteUm-setzungsempfehlungensolltenhierzugemeinschaftlich–imSinneeinerPlattform„ZukunftderArbeit“–erarbeitetwerden.Handlungsoptionendafürwerdeninderkommen-denBerichtsversionaufgezeigtwerden.

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HAnDlungSfElDEr unD VOrläufIgE umSEtZungSEmPfEHlungEn

5.5 mensch-maschine-Interaktion – Qualifizierung und Aus- und weiterbildung

DieUmsetzungderIndustrie4.0musswieausgeführtzueinemarbeitsorientiertensozio-technischenFabrik-undArbeitssystemführenundstelltdieberuflicheundakademischeAus-undWeiterbildungvorneueHerausforderungen.

DieseumfassenErweiterungsbedarfefürdieAus-undWeiter-bildung,sowohlvonEntwicklernproduktionstechnischerKompo-nentenalsauchvonderenAnwendern.DiesesgiltfüralleQuali-fizierungsstufen.DerAusbauderWeiterbildungsolltedabeieinehohePrioritäthaben.Zielistes,einneues,ganzheitlichesOrga-nisationsverständniszuvermittelnundHandlungssicherheitdurchdieTransparenzderSystemezubefördern.Durchlern-förderliche arbeitsorganisation und adäquate Qualifizie-rungsstrategiensolleinemenschzentrierteProduktionsgestal-tungermöglichtwerden,diedenheterogenenBildungs-undErfahrungsstandunddieunterschiedlichenKompetenzbündelderBeschäftigtenderartberücksichtigt,dassdieInnovations-fähigkeitvonMenschenundUnternehmengestärktwird.Darü-berhinauswerdenIndustrie4.0-ArbeitsplätzeunteranderemunterVerwendungvonCPS-Technologiensoausgelegt,dassdiezwischenmenschlicheKommunikationunterdenBeschäftigtenbefördertwirdundArbeitsunterstützung,LernaufgabensowiephysischesTraininginsinnvollenIntervallenindenArbeitsalltagarbeitsplatznahintegriertwerden.DabeimussstetsRücksichtaufdieBelastbarkeitderBeschäftigtengenommenwerden.

BeiderGestaltungderArbeitsplätzemüssenzudemdieunter-schiedlichenRollenderBeschäftigten(vonungelerntenBeschäf-tigten,Facharbeitern,BeschäftigtenmitMeister-oderTechniker-ausbildungbiszumakademischenPersonalmitBachelor-,Mas-ter-oderIngenieurstudium)sowiederenheterogenerBildungs-standundKompetenzbündelberücksichtigtwerden.

„fachfremder“KompetenzensollteermöglichtundzugleicheineengeKooperationzwischenBetriebundHochschulengefördertwerden.

2.einrichtung und förderung von „netzwerken guter praxis“:ZurSicherungvonWissenstransferundderNachhaltigkeitsollten„NetzwerkeguterPraxis“fürAus-undWeiterbildungwettbewerblichausgeschriebenwerden.DieseNetzwerkehabendieAufgabe,Beispielezuentwickelnundzudokumentieren,aufzubereiten,AkteurezuvernetzenunddenTransferzuunterstützen.

3. förderung der entwicklung digitaler lerntechniken:DigitalenMedienundinnovativenLerntechnologienmusseineherausragendeRolleinderWissensvermittlungundKompetenzentwicklungzukommen.UmQualifika-tionspotenzialezuerkennenundtransparentzumachen,müssenStandardsfürdieAnerkennungnon-formalerundinformellerBildungentwickeltwerden.

4. erforschung von neuen ansätzen für arbeitsplatz-nahen Wissens- und kompetenzerwerb:VordemHin-tergrunddestechnischenunddemografischenWandelsundimHinblickaufdieheterogenenVoraussetzungenderLernenden(zumBeispielAlterundBildungs-,Erfahrungs-oderkulturellerHintergrund)müssenneueAnsätzefürdieDidaktiksowiedieKonzeptionetwavonAssistenz-systemenentwickeltwerden.Insbesondereistaufar-beitsplatznaheWeiterbildungzuachten,dieGesundheit,BewegungundLebensführungalsVoraussetzungenfüreinlängeresArbeitslebeneinschließen.Esisteinelern-förderlicheArbeitsorganisationzuschaffen,dazusindentsprechendeTrainingskonzepte,AnalysemethodenundFührungskonzeptezuentwickeln.EinelernförderlicheAr-beitsorganisationistfernerGrundlagefürlebensbeglei-tendesLernenundsolltedahergeradeimHinblickaufdiezuerwartendschnelletechnischeVeränderungbeiCPS-basiertenSystemenZieleinerSmart Factorysein.DieEffektivitätvonarbeitsplatznahemundexternemLerneneinerseitsundallgemeinemundberuflichemLernenandererseitssollteimVergleichweitererforschtwerden.

5. förderung von Querschnittskonzepten zu fragen der arbeitsorganisation:AlleMaßnahmenzurQualifizierung,Aus-undWeiterbildungfürIndustrie4.0erforderneineum-fassendeBegleitforschunginFormvonForschungs-undUmsetzungspartnerschaften.GrundlegendzuuntersuchensinddabeiFragenderArbeitsorganisation,Prozessgestal-tung,SteuerungundKooperationsowieihreKonsequenzenfürdieEntwicklungderberuflichenTätigkeitundderQualifikationinIndustrie4.0,einschließlichdesErhaltsderBeschäftigungsfähigkeitineinemlängerenLeben.

Vorläufige Umsetzungsempfehlungen:

DerArbeitskreisIndustrie4.0empfiehltdiefolgendenMaßnahmenzurQualifizierung,Aus-undWeiterbildunginderIndustrie4.0:

1. förderung von modellvorhaben:FürdieIndustrie4.0sinddieberuflicheundakademischeErstausbildungunddieWeiterbildungweiterzuentwickelnbeziehungsweiseauszubauenundzuverzahnen.DierelevantenAusbil-dungsinhaltemüssenidentifiziertundadäquatdidaktischundmethodischaufbereitetwerden.DazusolltenAktivi-täteninFörderprojektenverankertwerden,ausdenensowohlKonzeptederAus-undWeiterbildungentstehen.InsbesonderedieDurchlässigkeitzwischenberuflicherundakademischerBildungsowiezwischenverschiedenenAusbildungsgängenund-systemendurchKompetenz-basierungderAus-undWeiterbildungundAnerkennung

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54 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

5.6 rechtliche rahmenbedingungen

Industrie4.0wirfteineReihejuristischerFragestellungenauf,diesichdurchdietechnischenNeuerungenwiebeispielsweisedieDurchgängigkeitdesEngineeringsdurchdiekompletteWert-schöpfungsketteoderauchdieMöglichkeitderErfassungper-sönlicherDatenderBeschäftigtenergeben.DierechtlichenRahmenbedingungenfürIndustrie4.0umfassendabeiHaftungs-fragen,urheberrechtlicheFragestellungen,Produktpiraterie,IP-SchutzaberauchkartellrechtlicheFragenoderdasThemaDatenschutz(s.Kapitel5.3.2).Zielsetzungistes,dafürersteHandlungsfelderzubenennenundmöglicheHandlungsoptionenzuskizzierensowiemöglichenHandlungsbedarfnichtzuletztauchhinsichtlichderjuristischenAusbildungzuidentifizieren.

DasKapitelunddieentsprechendenHandlungsempfehlungenwerdenfürdieausführlicheBerichtsversionzurHannoverMesse2013erarbeitet.

5.7 Vorläufige umsetzungsempfehlungen für die duale Strategie

UmsowohldiedetaillierthergeleitetedualeStrategiemitdendreiMerkmalen–horizontaleIntegration,vertikaleIntegration(Smart Factory)undDurchgängigkeitdesEngineerings–zuver-folgenundgleichzeitigdieBeschäftigtenindeneinzelnen(mittel-ständischgeprägten)UnternehmenaufIndustrie4.0geeignetvorzubereitenalsauchdieBasisfürdiekünftigverwendetenTechnologienineinervermehrtautomatisiertenProduktionzulegen,empfiehltdiePromotorengruppeKOMMUNIKATIONderForschungsunionWirtschaft-Wissenschaft:

1. entWICklUng Von teChnologIe-roaDMaPS Und koordInatIon

a)koordination von technologie-roadmaps Hierzuzähltdieeigentlicheentwicklung der roadmap,die

Suchenachgeeignetenbest-Practice-beispielensowiedieauswahl geeigneter Industrie- und forschungspartner.NebendiesenAspektenderKoordinationsollteninregelmäßi-genAbständenfortschrittsberichtederabgeschlossenen,geplantenundlaufendenAktivitätenverfasstsowiedieRoad-mapaktuellenEntwicklungstendenzenangepasstwerden.

b) koordination von Umsetzungsaktivitäten NebenderKoordinationvonTechnologie-roadmapssollte

auchderzeitlicheAblaufdereinzelnenFörderprojekteüber-wachtwerden.HierbeiistinsbesonderedieVerzahnung mit weiteren Industrie- und hochschulpartnernwichtig,umdurchdiesenVernetzungsgedankenauchdietechnologischenZielederIndustrie4.0schnellundohneRedundanzenzuerreichen.

2. förderUng der konsolIdIerten forsChUngsempfehlUngen

DieFörderungderkonsolidiertenForschungsempfehlungeninVerbundprojektenzwischenIndustrieundForschungseinrichtungmussvorbereitet,ausgeschriebenundumgesetztwerden.InöffentlichenWettbewerbsverfahrensolltenIdeengeneriertundneueKonzeptevorgestelltundentwickeltwerdenkönnen.NebeneinerreinenForschungsprojektfinanzierung,diedurchdieBundesebene(BMWiundBMBF)bereitgestelltwerdenmüsste,solltendieimFolgendenformuliertenweitergehendenMaß-nahmenverstetigtwerden.

3. WeIterbIldUng Und QUalIfIkatIon

Die(Weiter-)BildungundQualifizierungdererforderlichenFach-undFührungskräfteaufBasisvonTechnologie-RoadmapswirdsowohlimakademischenundberuflichenBereichanStellenwertgewinnen.HierbeiistnebenWeiterbildungsangebotenfürdieIn-dustrieauchderAufbauvonStudiengängenundVorlesungenfürdenakademischenNachwuchszuberücksichtigen.

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4. InternatIonalIsIerUng

UmdiedualeStrategie,DeutschlandalsLeitmarktundLeitanbie-terinderProduktionstechnikzuetablieren,weiterzustärkenundiminternationalenVergleichzubestehen,sollteninternationaleBestrebungenimKontextCPSoderaberderIndustrie3.0bezie-hungsweise4.0systematischanalysiertwerden.DeutschlandmussmitseinendezentralenundmittelständischgeprägtenStrukturenimMaschinen-undAnlagenbaubefähigtwerden,dieFührungsrollebeiderIntegrationvonneuenTechno-logienderIKTundderKIindieProduktionweiterauszubauen.SolltenweiterestrukturelleoderqualifikationsabhängigeAnfor-derungenausdieseminternationalenWettbewerbentstehen,solltendieseebenfallsindieStrategieIndustrie4.0integriertwerden.

5. eInrIChtUng Von IndUstrIe 4.0-kompetenzzentren

DieadressiertenForschungs-undEntwicklungsthemeninner-halbderIndustrie4.0habenhoheRelevanz.Langfristigwirdempfohlen:

a) der aufbau eines kompetenzatlas (transparenz über den status quo)

UmineinerdurchdieIndustrie4.0vernetztenWeltauchderVernetzungdesverfügbarenWissenssowiederKompetenz-trägerinUnternehmenundForschungseinrichtungenRech-nungzutragen,wirdderaufbau eines kompetenzatlasempfohlen.HiersolltenebenfallsdieaktuellenForschungsak-tivitäteninderIndustrieundandenForschungseinrichtungenbezogenaufdieadressiertenThemeneinfließen.

b) die koordination von forschungsaktivitäten innerhalb der kompetenzzentren

ZurweiterenFörderungvonStärkenaneinzelnenForschungs-undEntwicklungsstandortenwirdeineengeVerzahnungvonIndustrie-undForschungseinrichtungenempfohlen.Diesekanninsbesonderefürdieinterdisziplinäre zusammenar-beit von Informatikern, Ingenieuren und automatisiererngenutztwerden,umkünftigweitergehendeForschungs-undEntwicklungsvorhabenimVerbundabzustimmen.

c) die Unterstützung als Innovationsinkubatoren UmdiemöglicheKommerzialisierungvontechnologiegetrie-

benenInnovationenausderIndustrie4.0herauszugestalten,sollteeineArt„Innovationsinkubator“strukturiertundorga-nisiertwerden.Dieserkönnteunteranderemauchausdenini-tiiertenFörderprojektenentstehendeStart-upsanleitenundindererstenPhasederGeschäftsmodellfindungbeglei-tenoderberaten.

6. aUfbaU eIner IndUstrIe 4.0-CoMMUnity

a) Unterstützung von standardisierungs- und normungs aktivitäten

UmdenAuf-undAusbaueinerIndustrie4.0-Communityzuunterstützen,solltenProjekteinderIndustrie4.0nichtalsEinzellösungenentwickeltundvollständiglosgelöstvoneinan-derbetrachtetwerden.HiergilteszunächsteinegemeinsameSprachezufinden,BegriffeimKontextvonIndustrie4.0disziplinübergreifendzudefinieren.DarüberhinaussolltezurDurchsetzungderinDeutschlandüberFörderprojekteinitiier-tenTechnologieentwicklungproaktivüberStandardisierungs-beziehungsweiseNormungsbestrebungennachgedachtwer-den,umdieentwickelteTechnologiefüreinebreiteMassebereitzustellen.AusdiesemGrundsollteüberdieFörderungfirmenübergreifenderArbeitsgruppenzurErarbeitungvonStandardsnachgedachtwerden.ZieldieserBemühungenmussesallerdingssein,dasseinbreiterKonsensbeiderEnt-wicklungderStandardsgefundenwird.

b) Wert einer Industrie 4.0-Community EineIndustrie4.0-CommunitybefruchtetzudemdenAus-

tauschzwischenForschungseinrichtungenundIndustrie.DieserkönntezudemnochdurchdieOrganisationvonKon-ferenzen,NewsletternoderdieBeteiligunginZeitschriftenmanifestiertwerden(s.Kapitel7.).

c) gesellschaftliche Verpflichtung LetztendlichträgtdieseFormderZusammenarbeitdazubei,

dasssowohlinderIndustriealsauchinderGesellschaftdasThemaIndustrie4.0RückhalterfährtundMechanismen,wiewirsieausunseremtäglichenmultimedialenUmfeldkennen,langfristigauchinderproduzierendenIndustrieüblichwerden.

7. aUfbaU Von demonstratIonsfabrIken

DieIndustrie4.0kannnurdanninallenFacetteneinerbreitenÖffentlichkeitpräsentiertwerden,wenndurcheineSysteminteg-rationindemonstrationsfabrikenihrepositivenEffektever-deutlichtwerden.Demonstrationsfabrikensolltenanunter-schiedlichen standorten in deutschlandentstehenundinderLagesein,exemplarischeProzesskettenabzubildenundeineValidierung der in forschungsverbündenzwischenIndustrieundForschungentwickeltenKonzeptezuermöglichen.AusdiesenDemonstrationsfabrikenergebensichletztendlichweitere handlungsbedarfefürdieganzheitlicheUmsetzungvonIndustrie4.0.

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56 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

6 wO StEHEn wIr Im IntErnAtIOnAlEn VErglEIcH?

DieIndustrie4.0istalsZukunftsprojektfürdieStandortsiche-rungiminternationalenWettbewerbnurdurchprofundeKennt-nissezubewältigen.NebenDeutschlandhabenauchandereLänderdieHerausforderungenfürdieIndustriealseinenstrate-gischwichtigenTrendidentifiziert,etwadieUSAundAustralien.HierwirdderFokusaberstärkeraufdieTechnologiegelegt,bei-spielsweiseineinemSpecial Report„IT and Operational Techno-logy Alignment“desIT-AnalystenGartner.14GartnerbezeichnetdasFeld„Industrie4.0“alsdieKonvergenzvonbetrieblicherInformationstechnologie(IT)und„Operational Technology(OT )“,dieals„physical-equipment-oriented technology”betiteltwird.DieAnalystensehendiesenTrendinmehrerenBranchen:Ge-sundheitswesen,Transport,Verteidigung,Energie,Luft-undRaumfahrt,Produktion,BergbauundRohstoffproduktion.Ge-meinsamenStandards,PlattformenundSchnittstellenwerdennebenderIT-SicherheitbesondereBedeutungzugesprochen.DasKonzept“Operational Technology(OT )”liegtwesentlichnäherandeninDeutschlanderfolgreicheneingebettetenSoft-ware-SystemeninderFertigungalsanderRevolutiondurchIndustrie4.0.

UnterdemStichwort„Manufacturing is going digital“sprichtauchderEconomistimApril2012voneiner„third industrial revolution“15undbeschreibtinsbesonderedendisruptivenCha-rakterdesTrends–sowohlfürdieetabliertenGeschäftsmodelleexistierenderUnternehmenalsauchfürdieklassischeIndustrie-politikderRegierungen:„Consumers will have little difficulty adapting to the new age of better products, swiftly delivered. Governments, however, may find it harder. Their instinct is to pro-tect industries and companies that already exist, not the upstarts that would destroy them.“WenngleichhiervoneinerdrittenundnichteinerviertenindustriellenRevolutiongeschriebenwird,entsprichtdieimArtikeleingenommenePerspektivederjenigenderAutoren.

FürdieausführlicheBerichtsversion2013solleineersteEinord-nungderdeutschenWirtschaftimHinblickaufihregegenwärtigeglobaleWettbewerbsfähigkeitimBereichCPS(Benchmark/InternationalerVergleich)vorgenommenwerden.DerArbeits-kreisIndustrie4.0empfiehlt,hierzueineAnalysedesinternatio-nalenBenchmarksauchimRahmenderForschungsförderungzuunterstützen.

14http://www.gartner.com/technology/research/it-ot-alignment/.15TheEconomistvom12.April2012;Artikel:Thethirdindustrialrevolution–the

digitisationofmanufacturingwilltransformthewaygoodsaremade—andchangethepoliticsofjobstoo.Printausgabe;Onlineunter:http://www.economist.com/node/21553017.

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7 AuSBlIck AB 2013 – wISSEnStrAnSfEr & Community-Building Auf DEr „PlAttfOrm InDuStrIE 4.0“

DieIndustrie4.0istnichtnuraustechnologischerPerspektive,sondernauchinBezugaufdieZusammenarbeitdereinzubinden-denAkteure(Unternehmen,Verbände,Forschung,Politik)einaufhochgradigeVernetzungangewiesenesZukunftsfeld.DieVisionIndustrie4.0kannnurdannRealitätwerden,wenndieheuteteilweisebestehendenGrenzenundHemmnissezwischendenAkteurenüberwundenundabgebautwerden.ImSinneeinergemeinschaftlichenZielerreichungmüssenkooperativeundkommunikativeArbeits-undInformationsstrukturengeschaffenwerden,welchediefolgendenIntegrationsmerkmaleaufweisen:

•disziplinübergreifend(Produktionstechnik,Automatisierungs-technik,Informationstechnik,Arbeitswissenschaft),

• branchenübergreifend(Maschinenbau,Elektrotechnik,IKT),

• verbandsübergreifend (VDMA,ZVEI,BITKOM,BDI,IGM),und

• unternehmensübergreifend(alleUnternehmensgrößen,AnbieterundAnwender,Wertschöpfungsnetzwerke).

BeiderZusammensetzungdesAnfang2012etabliertenArbeits-kreisesIndustrie4.0unterCo-Leitungvonacatech(DeutscheAkademiederTechnikwissenschaften)undderRobertBoschGmbH,wurdendieseIntegrationsanforderungengrößtenteilserfüllt,miteinerstarkenFührungsrollederbeteiligtenUnterneh-menundForschungsinstitute.FürdieweiterführendeBegleitungderIndustrie4.0werdenVerbändeeinestärkereRolleein-nehmenmüssen,umalsMultiplikatorendieZusammenarbeitunterdenAkteurenunddenWissenstransferindieBreitesicher-zustellen.

FürdieFortführungundBegleitungdesZukunftsprojektsIndust-rie4.0undfürdieSchaffungeinerIndustrie4.0-Communitysolleine„plattform Industrie 4.0“etabliertwerden.ZentralesOr-ganisteinindustriellerLenkungskreismitVertreternausIndust-rieundVerbänden,demeinwissenschaftlicherBeiratzurSeitegestelltwird.

ZurUnterstützungdesLenkungskreises,zuroperativenUm-setzungundzurKoordinationabgestimmterAktivitätenwirddieEinrichtungeinerGeschäftsstelleIndustrie4.0vorgeschlagen,überdieinsbesonderediefolgendenAufgabenfelderabgedecktwerden:

•EtablierungeinerzentralenAnlaufstellefürinteressierteUnter-nehmen,Institutionen,PolitikundÖffentlichkeit

•AufbauundPflegeeinesgemeinsamenInformationsportalsfürdenWissenstransfer

•OperativeundadministrativeUnterstützungdesLenkungs-kreises

•FortführungderbisherigerArbeitsgruppenoderEinrichtungneuerArbeitsgruppen/Redaktionskreise

•KoordinationderInteressenundSchwerpunktederbeteiligtenVerbändeundInstitutionen

•VernetzungmitanderenthematischverwandtenPlattformenoderInitiativen(zumBeispielit‘s OWL,Autonomik)

•ÖffentlichkeitsarbeitüberPublikationen,VeranstaltungenoderMessen

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58 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

DieoperativeundinhaltlicheWeiterentwicklungderIndustrie4.0sollwiebisheraufArbeitsgruppenebeneerfolgen,mitklarspezifiziertenThemenfeldern.BasierendaufdenHandlungs-empfehlungenbietensichfolgendeArbeitsgruppenan:

•AGStandardisierung(Schnittstellen,Referenzarchitektur)

•AGArbeitsgestaltungund-organisation

•AGDemonstrationsfabriken(Smart Factories)

•AGGeschäftsmodelle

•AGIndustrialIT-Security

•AGForschung

•AGRechtlicheRahmenbedingungen

•AGAus-undWeiterbildung

•AGÖffentlichkeitsarbeit

DieEntscheidungüberBildung,KonzeptionundZusammen-setzungvonArbeitsgruppenerfolgtdurchdenindustriellenLenkungskreis.

DerVerbandDeutscherMaschinen-undAnlagenbau(VDMA)undderZentralverbandElektrotechnikundElektronikindustrie(ZVEI)erklärenihreBereitschaft,dieGeschäftsstellezubetrei-ben.AngesichtsderBedeutungvonInformations-undKommuni-kationslösungenfürdasThemaIndustrie4.0prüftderBundes-verbandInformationswirtschaft,TelekommunikationundneueMediene.V.(BITKOM)derzeiteineaktiveBeteiligunganderge-meinsamenPlattform,derGeschäftsstelleunddemIndustriellenLenkungskreis.ArtundUmfangdieseBeteiligungwerdenimOktober2012durchdasBITKOM-Präsidiumfestgelegt.BisdahinwerdendieentsprechendenBeteiligungsmöglichkeitenoffenge-halten.

DasfolgendeBildskizzierteinenEntwurfderOrganisationsstruk-turderPlattformIndustrie4.0(Stand:02.10.2012,S.Abb.15).

Abb.15:VorläufigeOrganisationsstrukturder„PlattformIndustrie4.0“

Wissenschaftlicher Beirat (WB)organisiert sich selbst,entsendet 1 Sprecher in LK

dort weitere Verbände, u.a. BDI, BITKOM, IGM, VDI

AG 1 AG 2 … AG nGeschäftsstelle (GS)3 Mitarbeiter (Leiter, Mitarbeiter,Assistenz, je 1,5 aus ZSG und VFI)

Organisation – Koordination –Information

Fachcommunity

Abbildung 14:Vorläufige Organisationsstruktur der „Plattform Industrie 4.0“

LenkungMonitoringAußenvertretung• 10 Industrievertreter (je 5 VDMA, ZVEI),

daraus 1 Sprecher• 1 Wissenschaftlicher Beirat• 2 Verbände (je 1 VDMA, ZVEI)• Gäste: AG-Leiter nach Einladung

Industrieller Lenkungskreis (LK)maximal 15 Mitglieder, darunter:

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A. AnHAng

Quelle: Trumpf

Intelligente Instandhaltung• Betriebspunkte flexibilisieren

Up-Cycling• Recyclingpunkte flexibilisieren

Selbstorganisierende, adaptive Logistik• Wege flexibilisieren

Technologiemarktplatz• Technologie flexibilisieren

Vernetzte Produktion• Abfolgen flexibilisieren

Resiliente Fabrik• Layout flexibilisieren

Kundenintegriertes Engineering• Produkte flexibilisieren

Abbildung 6:Ziele der Smart Factory nach Themen-schwerpunkten und Use-Cases

Augmented Operators Smart ProductsGlobal Facilities Social Machines Virtual Productions

Abbildung 15:Die acht Use Cases der Smart Factory

Resiliente Fabrik

Technologiedaten-Marktplatz

Intelligentes Instandhaltungs-Management

Vernetzte Produktion

Selbstorganisierende, adaptive Logistik

KundenintegriertesEngeneering

Up-Cycling

Smart FactoryArchitecture

… berücksichtigte Aspekte

… Schwerpunkt-Aspekt

A1: Die use Cases Industrie 4.0

Abb.17:DieachtUses CasesderSmart Factory

Abb.16:ZielederSmart FactorynachThemenschwerpunktenundUse Cases

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60 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

USE CaSE 1: resIlIente fabrIk (QUelle: festo)

systematisierung der produktionsprozesse nach standard- und spezialmodulenImbreitenProduktspektrummitkundenspezifischenMerkmalenlassensichgemeinsameProduktkomponentenmitihrenzuge-hörigenBearbeitungsschrittenidentifizieren.DadurchkönnendieProdukteaufeinergemeinsamenProduktionsliniegefertigtwerden.ErstimspäterenProduktionsprozesswerdenpro-duktspezifischeProduktionsstationenbenötigt.

AufgrunddesvolatilenProduktmixesisteinhohesMaßanFlexi-bilitätbezüglichdereingesetztenBearbeitungsstationenerfor-derlich.EinmodularesKonzeptermöglichtdieWandlungsfähig-keitderProduktionsliniebezüglichReihenfolge,FunktionundAnzahldereingesetztenProduktionsmodule.ModularitätunddieFähigkeitzurSelbstkonfigurationbeziehensichdabeiauchaufdieüberalleEbenenintegrierteSoftware.

automatisierte rekonfi guration in abhängigkeit der aufträge AufBasiseiner feature-orientiertenBeschreibungderProdukteundderFähigkeitenderProduktionsmodulewirddurcheineOnline-SimulationderaktuellenAuftragssituationdasoptimaleAnlagenlayoutermittelt.WirdeinOptimierungspotenzialer-kannt,soerfolgteineRekonfiguration.DiePlug & produce-FähigkeitermöglichtesdenModulen,sichamLeitrechneranzu-meldenundihreFähigkeitenzuübermitteln.DaraufhinwerdensieindenProduktionsprozesseingeplantundneueKapazitäten,LiefertermineundLeistungsangabenfürdieProduktionwerdenausgegeben.

überlassung von modulen / kapazitäten an partnerfi rmenBeiUnterauslastungwerdenfreieKapazitätenoderProduktions-modulePartnerfirmenzurVerfügunggestellt.DarüberhinauslassensichProduktionslinienauchunternehmensübergreifendzusammenstellen.

disruptive aspekte •EinfacherundrascherUmbauderProduktionslinie

entsprechendderAuftragssituation

•IntegrationvonIndividualprozessschrittenin Fertigungslinien

•Plug&produce-FähigkeitderFertigungsmodule

Enabler / handlungsbedarf •Schnittstellenstandardsfüruniversellkombinierbare

Fertigungsmodule

•Fähigkeits-undfunktionsorientierteBeschreibung derBearbeitungsaufgabe

•Modulareundselbstkonfigurierende Software

•KontinuierlicheSimulationvonAuftragslageund ProduktionslayoutüberalleEbenen

resilienz bedeutet widerstandsfähigkeit, aber auch Agilität, Adaptivität, redundanz, Dezentralität und lernfähigkeit.Ein breites Produktspektrum mit kundenspezifi schen merk-malen muss bei hochgradig saisonaler nachfrage produziert werden.

Durch eine situative Anpassung der Produktionslinien wird eine Just-in-time-Produktion bei optimaler kapazitätsaus-lastung erreicht.

•EinfacherundrascherUmbauderProduktionslinie

•Schnittstellenstandardsfüruniversellkombinierbare

•Fähigkeits-undfunktionsorientierteBeschreibung

Page 63: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

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USE CaSE 2: teChnologIedaten marktplatz (QUelle: trUmpf)

A. AnHAng

Auf einer lasermaschine sollen kundenteile aus beigestell-ten Blechtafeln produziert werden. Die auf der maschine verfügbaren technologiedaten liefern keine brauchbare Qualität. für eine klassische Schneiddatenoptimierung steht weder material noch Zeit zur Verfügung.

Durch Zugriff auf internes und externes technologie-Know-how wird der Auftrag in der erwarteten Qualität termingerecht abgewickelt.

technologiedatenaustausch zwischen maschinenDieaufderLasermaschineverfügbarenTechnologiedatenermöglichenkeineausreichendeBearbeitungsqualität.EineautomatischeSucheaufvernetztenProduktionssystemenergibt,dassaufeinerStanz-Laser-Kombi-MaschineineinemZweigwerkgeeignetematerialspezifischeTechnologiedatenvorhandensind.DieseDatenwerdenautomatischaufdasLeistungsprofilderLasermaschineangepasstundliefernaufAnhiebeinbrauchbaresBearbeitungsergebnis.

technologiedatenabgleich zwischen maschine und herstellerdatenbank AufgrunddergutenErgebnissestelltderKundeeinengröße-renAuftragimselbenKundenmaterialinAussicht.Dadieau-tomatischadaptiertenTechnologieparameternochPotenzialzurProduktivitätsoptimierunglassen,wirdderVorlaufbiszumAuftragsbeginngenutzt,umübereineadhocangebundeneMaterialsensorikdieMaterialeigenschaftendesKundenmate-rialsexaktzuermitteln.EinautomatischerAbgleichmitdemTechnologieportaldesMaschinenherstellerslieferteinenaufdieZielmaschineoptimiertenTechnologiedatensatz,deresermöglicht,denGroßauftragdurchoptimaleAusnutzungderMaschinetermingerechtabzuliefern.handel von technologiedaten auf öffentlichen Internet-marktplätzenBeiweiterenFolgeaufträgenkommtneuesKundenmaterialzumEinsatz,fürdaswederaufdenvernetztenMaschinennochbeimHerstellergeeigneteTechnologiedatenexistieren.AufgrundeinerautomatisiertenAnfrageaufdemTechnologie-marktplatzderLaserschneiderermittelteinDienstleisteranhandderMaterialeigenschafteneinengeeignetenTechno-logiedatensatzundbietetdiesenzurdirektenNutzungzumVerkaufan.

disruptive aspekte •MaschinenübergreifenderTechnologiedatenabgleich

mitautomatischerAdaption

•AutomatisierteTechnologiedatenbereitstellung aufBasisvonAd-hoc-Sensorik

•UnternehmensübergreifenderTechnologiedaten- austauschüberöffentlichenMarktplatz

Enabler / handlungsbedarf •Maschinen-/Technologiemodellezurautomatischen

AdaptionderTechnologiedaten

•TechnologiespezifischeAd-hoc-Materialsensorik beziehungsweiseMaterialbringtEigenschaftenmit

•StandardisierteBeschreibungundSchutzvon Technologiedaten

•MaschinenübergreifenderTechnologiedatenabgleich

•AutomatisierteTechnologiedatenbereitstellung

•Maschinen-/Technologiemodellezurautomatischen

•TechnologiespezifischeAd-hoc-Materialsensorik

Page 64: Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

62 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

Die indirekten kosten ungeplanter maschinenstill-stände können die direkten kosten einer wartung oder reparatur beträchtlich übersteigen.

mit antizipierenden Instandhaltungskonzepten lassen sich für die Betreiber die folgekosten ungeplanter Stillstände deutlich reduzieren

USE CaSE 3: IntellIgentes InstandhaltUngsmanagement (QUelle: Wbk)

kein ungeplanter stillstand durch rechtzeitige Wartung bei nennbetriebMittelsintelligenter,kostengünstignachrüstbarerSensorikkönnenDatenüberLastenundMaschinenzuständeinEchtzeiterfasstwerden.AnhanddieserDatenkönnenmitentsprechen-denAlgorithmeninKombinationmitlastabhängigenZuverlässig-keitsanalysendetailliertePrognosenüberdasAusfallverhaltenkritischerKomponentenerstelltwerden.DieseInteraktionenermöglichendenMitarbeiterneineoptimierteInstandhaltungs-einsatzplanungundErsatzteilbereitstellung.Komponenten-abhängigkanndieidealeServicestrategieabgeleitetundkon-figuriertwerden.Ressourcenwerdeneffizienteingesetztundgeschont,ungeplanteStillständereduziertunddasbetroffeneInstandhaltungs-undBetriebspersonalunterstützt.

Variation des nennbetriebs zur gewinnung von handlungsspielraumDesWeiterenermöglichendieEchtzeitdateneineadaptiveAn-passungderProzessparameterandieaktuelleAuslastungderLinie.SokönnenbeilokalundtemporärauftretendenEngpässendieGeschwindigkeitenvor-undnachgelagerterProduktionsres-sourcenreduziertwerden,ohnedabeidieAusbringungzusen-ken,waszueinergeringenLasteinbringungaufdieKomponentenführt.BeilieferzeitkritischenAufträgenwerdenhingegenselbst-ständigmaximaleGeschwindigkeitenrealisiert.DerMenschgibtdabeidasZielsystemvorundinteragiertdirektmitdenPrognose-tools.SomitisteinepermanenteOptimierungderRessourcen-undvorallemEnergieeffizienzinAbhängigkeitvonAuslastungundLieferzeitenmöglich.

alternative produktionsprozesse nutzenImZusammenspielmitderadaptivenProduktionssteuerungwerdenimFalleungeplanterStillständedurchCyber-Physical Systems AusweichstrategienaufalternativeProduktionsprozesseadhocundohnemanuellesEingreifenDrittermöglich,sodassdienegativenKonsequenzenungeplanterSillständeabgemildertwerden.

disruptive aspekte •IdentifikationvonZustandundVerschleißvorrat

•PrognostizierbarkeitdesVerschleißvorratsaufBasis derBetriebsparameter

•AutomatischeIdentifikationoptimalerBetriebs- undWartungspunkte

Enabler / handlungsbedarf •AdhocvernetzbareSensorenzurSystemzustands

identifikation

•UmfassendesSystemabbildinEchtzeit

•VerschleißmodelleinAbhängigkeitderrealen Betriebsparameter

•IdentifikationvonZustandundVerschleißvorrat

•PrognostizierbarkeitdesVerschleißvorratsaufBasis

•UmfassendesSystemabbildinEchtzeit

•VerschleißmodelleinAbhängigkeitderrealen

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EmPfEHlungEn

megatrends wie die Individualisierung von Produkten führen zusammen mit einem turbulenten marktgeschehen zu kom-plexen Produktionsabläufen.

Angesichts dieser randbedingungen müssen organisatori-sche Verluste durch adäquate Planung und Steuerung der Produktion vermieden werden, um die wettbewerbsfähig-keit produzierender unternehmen in Deutschland weiter auszubauen.

USE CaSE 4:Vernetzte prodUktIon (QUelle: IWb)

das produktionssystem reagiert selbständig auf ungeplante ereignisseIntelligenteundvernetzteProduktionsressourcenundProdukteermöglicheneinjederzeitbisinsDetailaktuellesAbbildderFab-rik.SokönnenbeispielsweisezusätzlichzuaktuellemZustand,OrtundFähigkeiteneinesProduktionsmittelsauchrelevanteZu-standsinformationenvonPartnerfirmenimLiefernetzwerkbe-rücksichtigtwerden.AufBasisdesEchtzeitabbildswerdenPro-duktionsabläufegeplantundgesteuert.UngeplanteEreignissewieMaschinenausfall,ProduktspezifikationsänderungbeibereitslaufenderProduktionodereinExpressauftragwerdenadhocidentifiziert.DasintelligentePlanungs-undSteuerungssystemnimmtselbstständigdurcheinenAnforderungs-Fähigkeits-Ab-gleicheineUmplanungvor.

das produkt steuert sich selbst durch die produktion IntelligenteProduktesinddurchihreAd-hoc-Vernetzungsfähig-keitsowiedurchMitführungeinerdigitalenProduktbeschreibungdazubefähigt,sichselbstdurchdieProduktionzusteuern.UmihrenZielzustandzuerreichen,initiierendieProduktedezentraleadhocaufgebauteRegelschleifen.IndieseSchleifensindso-wohlFertigungsressourcenalsauchdasLeitsystemeingebun-den.DamitkönnenvieleEntscheidungendirektaufWerkstatt-ebenegetroffenwerden.

der mensch nutzt die freiheitsgrade des produktions-systems aufgrund erfahrung / kreativitätImZusammenwirkenintelligenterAutomatisierungmitderErfah-rungundderKreativitätvonMenschenwerdenorganisatorischeVerlusteinderProduktionsukzessiveverringert.ZudiesemZweckwerdenfürdieProduktionsmitarbeiterübereinmobilesAssistenzsystemkontextsensitivInformationenüberdieaktuel-lenLeistungsdatenderProduktionalsEntscheidungsgrundlagefüreinekontinuierlicheOptimierungbereitgestellt.

disruptive aspekte •EchtzeitfähigeProduktionsplanungund-steuerung

•SelbststeuerungsfähigkeitfürintelligenteProdukte

•KontextsensitiveundmultimodaleMitarbeiter- interaktion

Enabler / handlungsbedarf •Ad-hoc-VernetzbarkeitvonProdukten,Ressourcen

undAssistenzsystemen

•EchtzeitsystemabbildderProduktion

•KommunikationsstandardszurBeschreibung vonProduktenundRessourcen

•EchtzeitfähigeProduktionsplanungund-steuerung

•SelbststeuerungsfähigkeitfürintelligenteProdukte

•Ad-hoc-VernetzbarkeitvonProdukten,Ressourcen

•EchtzeitsystemabbildderProduktion

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64 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

USE CaSE 5: selbstorgansIerende adaptIVe logIstIk (QUelle: daImler)

traceablity durch Cps InkomplexenProduktionssystemendurchlaufenZuliefer-undUnfertigerzeugnissemehrereTransport-,Fertigungs-undMontageschritte.InsbesonderezurSteuerungvonMontage-prozessenistdieKenntnisdesAufenthaltsortsvonMaterial,Baugruppen,AggregatenoderendmontiertenProduktenent-scheidend.MitCP-SystemenwerdendiemomentanenAufent-haltsortederObjekteerfasstundPrognosendesweiterenVerlaufsdurchdenTransportabgeleitet.DurchdieTraceability derBauteilewirdderMontageprozessinklusivedervor-undnachgelagertenProduktionslogistikprozessevollständigtrans-parent.

papierlose und staplerfreie Intralogistik DurchCPSentfallenadministrativeBestandsführungs-,Bu-chungs-undInventurprozesse.DiepapierloseProduktionkannsomitfürdenLogistikbereichinbestehendenProduktionssyste-mennachgerüstetwerden.DieEinführungvonCPSerweitertCPSstatischeKanban-ProzesseumdynamischeMethodenzurkurzfristigenAnpassungvonBeständen,Transportmengen,Zyk-lenundTransportzielendurchdieProduktionsablaufsteuerung,zumBeispielbeimAuftreteneinesFehlerfalls,Versorgungseng-passesoderalternativenBelieferungsszenarios.DurchVerknüp-fungvonfahrerlosenTransportfahrzeugenmitdezentralenCP-SystemenundmitzentralerLeitstandsteuerungentstehenauto-nomagierendeTransportsysteme,diemehralseinededizierteTransportaufgabeerledigenkönneninRichtungeinerstapler-freienIntralogistikimWerk.

Unterstützung des menschen in der Chaotischen logistikDieMitarbeiterwerdenvoneinemdurchgängigen,skalierbarenundmobilenAssistenzsystemaufallenProzessebenenderLogistik,vomTransportüberUmschlagundBestandsmanage-mentbishinzurKommissionierung,unterstützt.

In der vernetzten Produktion sind zuverlässige Produktions-logistikprozesse ausschlaggebend für den reibungsarmen, fehlerfreien wertschöpfungsprozess. In Zukunft werden die Anforderungen an Stückzahl- und Variantenfl exibilität weiter steigen, Engpässe und Belieferungsfehler werden wahr-scheinlicher.

cP-Systeme tragen dazu bei, material- und teilebewegun-gen transparent zu machen. Sie bilden damit die technische grundlage für eine dynamische Intralogistiksteuerung in einer fl exiblen fabrik.

disruptive aspekte •DynamischeReaktionauf(un-)vorhersehbare

ÄnderungenimProduktionsablauf

•FehlertoleranzinderProduktionslogistik

•SelbstregulierunginbegrenztemUmfang

enabler / handlungsbedarf •AdhocvernetzbareSensorenzurtemporärenund

zurpermanentenAnwendung

•TraceabilityundEchtzeitsystemabbild

•SchnittstellezuvorhandenenCPSundElementen derLogistikkette

•DynamischeReaktionauf(un-)vorhersehbare

•FehlertoleranzinderProduktionslogistik

•AdhocvernetzbareSensorenzurtemporärenund

•TraceabilityundEchtzeitsystemabbild

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USE CaSE 6: kUndenIntegrIertes engIneerIng (QUelle: Ipa)

einbeziehung des kunden in die WertschöpfungsprozesseDieschnelleMarktbewegungundderenAuswirkungenaufdieProduktionsplanungmachendieReaktionsfähigkeitdesbeauf-tragtenUnternehmenszueinemSchlüsseldesErfolgs.DurchdirekteEinbeziehungdesKundenergebensichneueOptimie-rungspotenziale,zumBeispielinderProduktionsplanungdesbeauftragtenWertschöpfungsnetzes.

produktionsorientiertes design UnterstützendwirkenhierSystemezurAuswirkungsprognosebeiÄnderungenimbeauftragtenProduktinklusiveeinesSystemszurErmittlungalternativerWertschöpfungsszenarien(„Szenarien-system“).DiesebewirkengleichzeitigfürdenKundeneineneueTransparenzsowiefürdenHerstellerdieAuslagerungvonTätig-keitenmithohemAbstimmungsaufwand.Das„Szenariensystem“erstrecktsichdabeiüberweiteBereiche,bishinzuderAuswahl-möglichkeitderSchlüsseltechnologieneinesProzesses(bei-spielsweiseSchneiden/Schweißen).

beispiel logistikdienstleister als herstellerEinLogistikdienstleistererhältdenAuftragfüreinauszuliefern-desProduktinFormderProduktpläne.DiesefinalisiertermiteinigenkundenindividuellenProduktanpassungen(zumBeispielZuschnitt,Farbgebung,generativeFertigungsverfahren)imLogistikzentrumkurzvorAuslieferungundliefertdanndirektaus.

beispiel automobilproduktionÜberKonfiguratorenkannderKundemittelsLive-DatenderLieferketteentlangdeskritischenPfadszuverlässigeVerfügbar-keiten,LieferzeitensowieoptionsspezifischeMeilensteinefürÄnderungenermitteln.DasSzenariensystemerlaubtdabeiüberleichteAusstattungsvariationeneineBeeinflussungdesAus-lieferungstermins.

Immer weitreichendere kundenanforderungen an termin-treue und späte änderungen bewirken die notwendigkeit eines grundsätzlichen umdenkens im Zusammenspiel der klassischen Produktionsaufgaben mit dem kunden / der Supply Chain. Durch eine Integration des kunden in die entwickelnden, planenden und wertschöpfenden tätigkeiten des beauftragten unternehmens entstehen eine neue transparenz und eine reaktive Produktion in idealer Syn-chronisation aller Beteiligten.

disruptive aspekte •ZulassenvonKundenänderungenzurspätest-

möglichenZeitimProduktionsprozess

•PräziseTerminaussagenauchnachoptimierender FunktionsänderungimProdukt

•ModerneGeschäftsmodelledurchEinbindungdes KundenindieProduktentwicklung

Enabler / handlungsbedarf •NutzungvonEchtzeitabbildundSystemmodellim

Planungssystem

•KlareBeschreibungenallerObjekteentlang derSupply Chain

•NeueHandhabungsmethodenfürdenUmfang derDatenmengen

•ZulassenvonKundenänderungenzurspätest-

•PräziseTerminaussagenauchnachoptimierender

•NutzungvonEchtzeitabbildundSystemmodellim

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66 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

USE CaSE 7: naChhaltIgkeIt dUrCh Up-CyClIng (QUelle Ipa)

rohstoff-, komponenten- und modulinformationen BeiHightech-ProduktenmachenwenigesehrteureRohmateria-lien(PlatininBatterien,selteneErdeninElektronik)einener-heblichenAnteilamWertdesGesamtproduktsaus.NeueGe-schäftsmodelleermöglichendenVerbleibdesEigentumsrechtsandenRohstoffenbeimHerstellerauchnachdemProdukt-verkauf.SienutzendafüreinestandardisierteErfassungvonIn-formationenbezüglichHerstellung,NutzungundRückführungs-möglichkeitendesProduktszumProduzenten.

Up-Cycling statt re-Cycling BasierendaufdenHerstellungs-,Montage-undNutzungsdatendesProduktskannjederzeitderZustandderProduktbestandteilebestimmtwerden.BaugruppenlassensichaufgrunddieserDatenschnellanalysierenundmitunterdurchgeringeÄnderungenandenaktuellenStandanpassen.ImGegensatzzumklassischenRe-CyclingwirddadurcheinUp-Cycling,dasheißteineWieder-nutzungvonganzenBaugruppen(nichtEinzelbauteilenoderRohstoffen)ermöglicht.DadurchlassensicherheblicheEffizienz-steigerungen,zumBeispielbeimEnergieeinsatz,erreichen.

effi zientes re-Cycling DieInformationenüberdasProduktermöglicheneineBewer-tung,obeinesortenreineRückgewinnungderRohstoffewirt-schaftlichmöglichist.DadurchkanneineEntscheidungüberdensinnvollstenWegderWeiterverwendungderRohstoffegetroffenwerden.

disruptive aspekte •DieEigentumsrechteandenverwendetenRohstoffen

verbleibenbeimHersteller

•PlanungdesUp-Cyclings derRohstoffeschon beiderEntwicklung

•DynamischeGestaltungdesLebenszyklus (BewirtschaftungderRohstoffeimFeld)

Enabler / handlungsbedarf •SpeicherungderrelevantenDatenamProdukt

überdengesamtenLebenszyklus

•HilfesystemfürSchadensauswertungenaufBasis vonNutzungs-undZustandsdaten

•ErarbeitungundBewertungneuerGeschäftsmodelle

•DieEigentumsrechteandenverwendetenRohstoffen

•Planungdes

•SpeicherungderrelevantenDatenamProdukt

•HilfesystemfürSchadensauswertungenaufBasis

mit steigenden rohstoffpreisen steigt auch deren Einfl uss auf den gesamtpreis des Produkts. Insbesondere bei Hightech-Produkten sind oftmals die rohstoffe auch ein be-grenzender faktor (beispielsweise seltene Erden, Platin).Indem das unternehmen seine Produkte nur noch nutzung verkauft, behält es die Eigentumsrechte an den verwende-ten rohstoffen. Dies wird sinnvoll erst durch direkt im Pro-dukt abgespeicherte Herstellungs-, montage- und Recycling-informationen ermöglicht. Durch die umfassende Informa-tionsbereitstellung wird anstelle eines down- oder Re-Cyc-lings oftmals ein up-Cycling ermöglicht.

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USE CaSE 8: SMart FaCtory arChIteCtUre (QUelle: Ipa)

Haben viele unternehmen den gedanken des lebenszyklus eines Produkts und mitunter auch des fabriklebenszyklus bereits aufgegriffen, so wird auffällig, wie aufwendig die Synchronisation dieser lebenszyklen ist. Analog zu diesen lebenszyklen ergibt sich für die Smart Factory ein eigener lebenszyklus, welcher je nach Produkt entsprechend ge-staltet werden muss.

Die Smart Factory bietet dabei die möglichkeit, einen umfassenden lebenszyklus, durch die Ergänzung des mtO-Ansatzes mit It, in einer übergeordneten meta-Ebene zu etablieren.

Smart Factory lebenszyklusgestaltungDieSmart FactoryisteinhochkomplexesSystemmitvielenEin-zelteilnehmerndieeigeneIntelligenzbesitzen.DerLebenszyklusderSmart FactoryistdaherwedermitdemLebenszyklusdesProduktsnochderFabrikdirektvergleichbar,sondernihrLe-benszyklusmussjeweilsproduktspezifischgestaltetwerden.DieseGestaltungistderersteSchrittaufdemWegzurNutzbar-keitdervielfältigenenthaltenenInformationenundermöglichtdurchdieSummedervielenintegriertenEinzelintelligenzeneinWissensmanagementbisaufdenShopfl oor.DiesesWissenwirddannjedochaufgrundneuerFragestellungenausgewähltundklassifiziert:Manbewegtsichwegvombisherigen„Warumhatesfunktioniert?“zu„Wiesiehtesfunktionierendaus?“.Diesermög-lichteinsehrpragmatischesWissensmanagementunddieidealeNutzungallerIdeallösungen.InsbesonderebeiderDatenerfas-sungingroßemUmfangimRahmenderSmart FactoryentstehenzweidirekteHerausforderungen,welchebisdatodieMigrationhäufigunmöglichmachen:ZumErstenistdieentstehendeDaten-mengesehrgroß.DieseDatenmengenmüssennichtnurerfasst,sondernauchbeherrschtwerden,wasdurcheinemitunternotwendigeEchtzeit-oderLive-Fähigkeitnochverstärktwird.

anwendungsbeispielNachAuftragseingangwirdmithilfeeinerMustererkennungindenerledigtenAufträgennachähnlichenAufträgen(inBestand,Durchlaufzeitetc.)gesucht.NacheinerfürdenbetrachtetenFallspezifischenDefinitionvonKriterien(Durchlaufzeitetc.)werdenineinerdynamischenAnalysedieerfolgreichstenAuftragsdurch-läufedurchdieFabrikausgewähltundeserfolgtdirekteinVor-schlagfürdieAuftragseinplanung.DieserfordertimHintergrundMethoden,welchesichnichtmehrdenkomplexenUrsachen,sondernbevorzugtdenRelationenderEin-undAusgangsdatenwidmen.

disruptive aspekte •HoheKomplexitätdesZusammenspielsimMTO

unterAntriebdesMarkts/Kunden

•SynchronisationderLebenszyklenmituntersehr aufwendig

•SchwierigerInformations-undWissensflussdurch TrennungderLebenszyklen

Enabler / handlungsbedarf •Organisatorische,systemischeundmethodische

GestaltungderLebenszyklen

•IntelligenzimSystemfürdieAusschöpfungder Informationen/desWissensindengroßenDaten- mengen,umeinengezieltenUmgangmitUnsicher- heitenzuermöglichen

•Dezentralität,InterdisziplinaritätunterWahrung derBedien-undHandhabbarkeit

•HoheKomplexitätdesZusammenspielsimMTO

•SynchronisationderLebenszyklenmituntersehr

•Organisatorische,systemischeundmethodische

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68 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft

DerForschungsbedarfergibtsichunteranderemausdenfürdieAnwendungsfällederAG1benötigtenEnablernsowieausdendisruptivenAspektenderAnwendungsfälle.

A 2 forschungsbedarf entsprechend der use Cases

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A 3 Zusammenfassung der kernaussagen zur motivation des forschungsbedarfs

1. DieAnwendungvonMethodenundWerkzeugenvonCyber Physical Systems(CPS)inderProduktionisteinHebelzurUnterstützunginterdisziplinärer arbeit.

2. Industrie 4.0 ertüchtigt Cyber-Physical Systems zur an-wendung in der produzierenden Industriedurchdiemo-delltechnisch,architekturell,kommunikationstechnischundinteraktionsmäßigdurchgängigeBetrachtungvonProdukt,ProduktionsmittelundProduktionssystemunterBerücksich-tigungsichändernderundgeänderterProzesse.Damitmig-rieren sie zu Cyber-Physical Production Systems (CPPS)undfindeninsmartenProduktionssystemenVerwendung.

3. smarte produktionssysteme erfordern modularisierte, modellierte und bei bedarf intelligente ressourcen.

4. Cps eröffnen neue handlungsoptionen; referenzarchi-tekturen sowie produktionsdienstekönnenfürdieunter-schiedlichenSzenarienundAnwendungsfällezielführendsein.

5. Cpps eröffnen neue arbeitsmöglichkeiten für die beschäftigten im produzierenden gewerbe.

6. Dermensch steht im mittelpunkt beim entwurf Cps- basierter assistenzsystemefürdieagilemultiadaptiveSmart Factory.

7. DieVerwirklichungderagilen multiadaptiven Smart Factory erfordert menschzentrierte soziotechnische fabrik- und arbeitssysteme.

8. ArbeitenineinemständigverändertenArbeitsumfeldmitimmerkomplexerenWerkzeugenresultiertinextremhohen anforderungen an fähigkeiten und WissenderbeteiligtenProduktionsressourcenundMitarbeiter.

9. smart factories erfordern konzepte für den schutz des digitalen prozess-Know-hows.

10.mittelfristig sind eindeutige und sichere produktidentitä-tenoderdieNachführungderProduktdatenimProduktions-systemerforderlich.

11. langfristig werden Wissensmodelle, die auch interdiszip-linäre zusammenhänge und die automatisierungstechnik berücksichtigen, für den maschinellen Informationsaus-tausch benötigt.

12. InCPS-Systemenmüssenindustrial-it-Security-methoden anwendungfindenundsystem-undunternehmensüber-greifendeSecurity-Lösungenermöglichen

13.Cpps-fähigkeiten sind für Industrieausrüster und für den betrieb von globalen produktionen essentiell.LangfristigbefähigenCPPSdeutscheUnternehmen,innationalenundinternationalenMärktenzuagieren.

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Wirtschaft und Wissenschaft

Forschungsunion