Cyber-Physische Systeme als Enabler für die …...Das Fraunhofer IIS entwickelt neue Technologien und Problemlösungen für Menschen und Unternehmen Gegründet 1985 Mitarbeiter: ca

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Augsburg, 30. Juni 2016

Prof. Dr. Alexander PflaumFraunhofer SCS & Otto-Friedrich Universität Bamberg

Cyber-Physische Systeme als Enabler für die digitalisierte Versorgungskette


Das Fraunhofer IIS entwickelt neue Technologien und Problemlösungen für Menschen und Unternehmen

Gegründet 1985Mitarbeiter: ca. 880

Budget: ca. 120 Mio. €Standorte in Erlangen, Nürnberg, Fürth, Dresden, Ilmenau,

Würzburg, Bamberg, Deggendorf, Coburg, Waischenfeld


DB Schenker verwandelt Mehrwegbehälter in CPS und verleiht Behälterflüssen mehr TransparenzEinsatz von CPS in der Praxis

Eingebettete Mikroelektronikin klassischen Transportboxen

Funktionen der „Secure Box“:

Identifikation und Lokalisierung der Box

Sensorische Überwachungdes Innenraums

Monitoring & Fernsteuerungdes Schließmechanismus

Routenüberwachung

Neue Services im Bereich der Warensicherung und der Qualitätsdokumentation

Quelle: DB Schenker


Würth nutzt smarte Behälter für die Automatisierung der C-Teile-Versorgung in der ProduktionEinsatz von CPS in der Praxis

Eingebettete Mikroelektronik zur Überwachung von Behälterfüllständen

Funktionen des „iBin“:

Erfassung von Bildern des Behälter-inneren mit integrierter Kamera

Ermittlung des Füllstandes und Abgleich mit Sollinformationen

Generierung eines Events bei Unterschreiten einer Mindestmenge

Vernetzung und Kommunikation mit der Umgebung

Vollständig automatisiertes effizientes C-Teile-Management

Quelle: Würth


Durch Cyber-physische Systeme werden alltägliche Gegenstände in „Smarte Produkte“ transformiert... und eine funktionale Abstraktion des Begriffs „CPS“

„Objekt“

Lebenszyklus des Cyber-Physischen

Systems

„Start“

„Ende“

„Mikro-elektronik“

Definition: „Bei 'Cyber-Physical Systems' handelt es sich um miteinander vernetzte, eingebettete Systeme, welche mittels Sensorik die physische Welt erfassen, steuernd bzw. regulierend auf diese einwirken und die daraus gewonnenen Daten in die virtuelle Welt integrieren.“

Funktionen

Identifikation

Sensorische Datenerfassung

Bestimmung der Position

Datenverarbeitung und Steuerung

Kommunikation und Vernetzung


Cyber-physische Systeme können ihren wirklichen Nutzen nur im Anwendungskontext entfaltenCPS im Anwendungskontext!

„Objekt“

Lebenszyklus des Cyber-Physischen

Systems

„Start“

„Ende“

„Mikro-elektronik“

Bedarfeentlang des

Lebenszyklus

Anwender

Bedarfs- undproblemspezifische

Lösungen auf Basis vonCyber-Physischen Systemen

Lösungs-anbieter

Lösungsraum für das Internet der Dinge –Industrie 4.0 kann verstanden werden als eine branchen-

spezifische Ausprägung des

sogenannten “Internet of Things”


Studie zu Bedarfen in der Industrie und entsprechenden LösungsansätzenBlick in die Literatur

Gemeinsam Projektarbeit von bayme vbm, Kompetenzzentrum Mittelstand GmbH und Fraunhofer IIS/SCS in Nürnberg

Inhalte der Studie:

Definitionen

Bedarfe

Lösungsansätze

Roadmap für die Umsetzung

Chancen und Risiken

Handlungsempfehlungen


Im Rahmen der Studie wurden gemeinsam mit der Praxis die unterschiedlichsten Bedarfe identifiziertBedarfe aus der Praxis

Fokus auf die mittelständische, bayerische Metall-und Elektroindustrie

Ergebnisse aus 10 Praxisworkshops und einer Reihe von Interviews

Inhaltliche Vertiefung im Rahmen weiterer Gespräche mit ausgewählten Praxis-vertretern (ca. 30)


Mit bedarfsgerechter Wartung lässt sich die Verfügbarkeit von Engpassmaschinen erhöhen.... und die entsprechenden Lösungen

Bedarf: Erhöhung der Verfügbarkeit von Anlagen in der Produktion insbes. bei Engpassmaschinen

Lösungsansatz:

Maschine als CPS überwacht sich selbst mit Hilfe verteilter Sensorik und fordert Wartung bedarfsgerecht beim Servicetechniker an

Erwartete Effekte auf Zielgrößen des Supply Chain Managements:

Visibility aufgrund von Echtzeit-Sensordaten aus der Maschine

Velocity wegen Vermeidung von Stillständen bei Engpassmaschinen

Responsiveness weil Störungen von außen in diesem Anwendungsfall nicht relevant sind


Mobile Computing in der Produktion erlaubt reibungslose Prozesse an der Produktionsmaschine.... und die entsprechenden Lösungen

Bedarf: Vereinfachung informatorischer Prozesse an der Maschine für den Werker, den Monteur, den Gruppenleiter

Lösungsansatz:

Einsatz von Mobile Computing zur Unterstützung von Werkern, Einstellern und Service-Mitarbeitern direkt an der Produktionsmaschine


Visibility aufgrund papierloser Prozesse und ad-hoc-Dokumentation

Velocity wegen besserer Verfügbarkeit von Informationen in unterschiedlichen Situationen

Responsiveness aufgrund einer massiven Erhöhung von Flexibilität und Agilität (Echtzeit-Kommunikation)


Statusmeldungen auf Behälter- und Teileebene vereinfachen Planungs- und Controlling-Prozesse.... und die entsprechenden Lösungen

Bedarf: Zuverlässige Datenbasis für Planung und Steuerung von Produktionsaufträgen

Lösungsansatz:

Smarte Maschinen dokumentieren Bearbeitungsprozesse für jedes einzelne Produkt und liefern entsprechende Statusdaten


Visibility wegen höherer Granularität von Prozessinformation aus der Produktion

Velocity aufgrund höherer Transparenz der Auslastung und besserer Datenqualität für Planung

Responsiveness aufgrund der Orientierung an internen Prozessen


Smarte Produkte liefern Daten über den Einsatz und das Nutzungsverhalten beim Kunden.... und die entsprechenden Lösungen

Bedarf: Erhöhung der Integrität von Produkten und Zusatzleistungen („Servitization“)

Lösungsansatz:

Durch eingebettete Systeme in Produkten erfasste Nutzungsdaten unterstützen bei der kundenorientierten Weiterentwicklung von Leistungsbündeln


Visibility aufgrund der permanenten Verbindung zwischen Produkt und Hersteller

Velocity wegen des Echtzeit-Charakters der Kommunikation

Responsiveness wegen einer vollautomatisierten Verarbeitung von Events aus dem Produkt


Anwendung und Realisierung smarter Produkte führen zum vollständig digitalisierten UnternehmenDimensionen der Digitalisierung

DigitalisierteProduktion

DigitalisiertesUnternehmen

Kaum sichtbareDigitalisierungs-

aktivitäter

DigitalisierterService

Sm

arte

Pro

dukt

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Produkt-orientierung

Service-orientierung

Anw

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Realisierungsmarter Produkte

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Pro

dukt

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Für die Umsetzung der Anwendungen sind verschiedene Basistechnologien erforderlichBasistechnologien

Technologien für dieRealisierung smarter Produkte RFID, WSN, RTLS, ES, CPS

Future Internet als Basis für zukünftige Software-Systeme Cloud Computing

Mobile Computing als Basisfür die Integration des Menschen Smart Phones und Tablets, Smart Glasses, Smarte Kleidung

Schaffung von Mehrwert auf Grundlage von massenhaft anfallenden Daten Descriptive, Predictive und Prescriptive Data Analytics

Virtualisierung von physischen Produkten Additive Manufacturing


Entwicklung industrieller Daten- & ServiceräumeBlick in die Forschung

Datenraum mit föderaler und dezentraler Architektur

Datenhoheit auf Seiten der beteiligten Unternehmen

Sicherer Datenaustausch auf Basis von Zertifikaten

Gemeinsam definierte und allgemein akzeptierte Spielregeln

Anwendungsgetriebener und neutraler Entwicklungsprozess

Fraunhofer und Industriefirmen erarbeiten aktuell ein gemeinsames Rahmenwerk für den “Industriellen Daten- und Serviceraum” der Zukunft insbesondere für KMUs


Von der wettbewerbs-verändernden Wirkung smarter ProdukteLiteraturhinweisSmarte Produkte und CPS-basierte Lösungen verändern Werteversprechen, Kanäle zum Kunden, die erforderlichen Ressourcen, Kooperation und Schlüsselpartnerschaften, Ertrags- und Kostenstrukturen sowie den Wettbewerb!


Existierende Frameworks zur Beschreibung von Geschäftsmodellen helfen bei einer ersten AnalyseGeschäftsmodell-Perspektive

Abbildung: Der „BusinessModel Canvas“ vonOsterwalder und Pigneurals eine von vielenMöglichkeiten fürdie Abbildung vonGeschäftsmodellen

Fragestellung:„Wie verändernSmarte Produkteund Servicesdas Geschäfts-modell einesUnternehmens?“


Smartes Produkt: Geschäftsmodelle produzierender Unternehmen verändern sich grundlegendGeschäftsmodell-Perspektive

Das Produkt als solches verliert, Daten gewinnen an Wert Daten sind die Basis für neue Services Wandel vom Produkt- zum Dienstleistungs-anbieter Wert für den Kunden entsteht erst bei der Nutzung des Produkts

Aufgrund des Servicecharakters des Geschäfts werden Kunden zunehmend zum Co-Produzenten

Digitale Vermarktungs-kanäle gewinnen zunehmend an Bedeutung

Die neuen Geschäftsmodelle erlauben die Vermarktung der Leistungsbündel auch an kleine und mittlere Unternehmen Märkte wachsen und werden zwischen Wettbewerbern neu verteilt

Breiteres Portfolio an Schlüssel-kompetenzen höhere Zahl an Partnern geringere Wert-schöpfungstiefe kooperativere Beziehung Wandel vom „fokalen“ Unter-nehmen hin zu Ökosystemen

Der Umgang mit Daten und deren Vermarktung bzw. Verwertung wird zur Schlüssel-aktivität

Digitale Service-plattformen werden zur wichtigsten Schlüsselressource

Kunden zahlen nicht mehr für das Produktund nehmen einen Dienst in Anspruch Rückflüsse entstehen nicht mehr direkt nach der Produktion sondern akkumulieren sich über die Zeit

Neben den Produktionskosten muss eine Service-organisation aufgebaut werden Veränderung der Kostenstrukturen Deutlich höherer Bedeutung des Customer Relationship Managements


Unser Beitrag zur digitalen Transformation: Technologien & Lösungen aus der L.I.N.K.-Halle


Unser Beitrag zur digitalen Transformation: Entwicklung neuer Services in der Service Manufaktur JOSEPHS®


Unser Beitrag zur digitalen Transformation: Neue Geschäftsmodelle aus Bamberg


Einladung zur zweiten Jahrestagung des Zentrums im November in der Weltkulturerbestadt Bamberg

Keynotes: Prof. Dr. Peter Liggesmeyer, FhG IESE und Harm Ohlmeyer, Adidas

Industrievertreter berichten über die eigenen Strategien:Oerlikon Leybold Vacuum Pumpen GmbH, Lufthansa Technik, ZF, Viessmann Werke GmbH, Media Supervision Software Consulting GmbH (Brockhaus), SAP, Schaeffler, Procter & Gamble (Oral B Genius)

Darstellung der Zwischenergebnisse des Kompetenzzentrums im Rahmen einer begleitenden Poster-Session sowie in weiteren Einzelvorträgen

Details: www.geschaeftsmodelle.org


AnsprechpartnerKontaktinformationen

Prof. Dr. Alexander PflaumLehrstuhl für BWL, inbes. SCM, Otto-Friedrich-Universität Bamberg e-Mail: [email protected]: www.geschaeftsmodelle.org & www.scs.fraunhofer.de

Diese Präsentation enthält Ergebnisse, die vom Fraunhofer IIS für die KME GmbH bzw. für bayme vbm im Rahmen einer Kurzstudie erarbeitet wurden! Weitere Ergebnisse sind nachzulesen in .....

Pflaum, A.; Hohmann, C.; Hofmann, B.; Boppert, J.; Klötzer, C. (2014): Industrie 4.0 und CPS – Bedarfe und Lösungen aus Sicht des Mittelstands, Hrsg.: bayme Bayerischer Unternehmensverband Metall und Elektro e. V. & vbm Verband der Bayerischen Metall- und Elektro-Industrie e. V., Max-Joseph-Straße 5, 80333 München

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