Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ... · portfolio Materi Aufbau-organi-sation Prozesse Prozess-technik -alien Standort Logistik Personal AZ&Ent-lohnung Preis Produkt-qualität

Die Digitalisierung der industriellen

Wertschöpfung – Chancen und Risiken

Dr. Christoph Zanker

Ulm10. November 2015

Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg

Die Welt verändert sich rasant durch

digitale Technologien

Rom, im April 2005

2

Rom, im März 2013

Quelle

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com

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Cupertino, im Januar 2007


Von der handwerklichen Fertigung zu

personalisierten Produkten und Services

3

Produktvielfalt

Pro

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pro

Va

ria

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1913

1980er

Massen-

produktion

1950er

seit 2000er

Neue Akteure

und Netzwerke

Neue Technologien

Globalisierung/

Regionalisierung

Bild

quelle

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Volk

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Quelle: In Anlehnung an: Koren 2010 und Bauernhansl 2014


Herausforderung für Unternehmen –

Umgang mit Komplexität

Mobilität

Anwender-

integration

Digitalisierung

Innovations-

zyklen

Globalisierung

Shared

Economy

Sicherheit

Wertschöpfungs-

partner

Wissens-

gesellschaft

Energie

Demo-

graphie

Produkt-

techno-

logie

IT

Produkt-

portfolio

Aufbau-

organi-

sation

Prozesse

Prozess-

technik

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alien

Standort

Logistik Personal

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lohnung

Preis

Produkt-

qualität

Zuverläs-

sigkeit

Mengen-

flexibilität

Varianten-

flexibilität

Liefer-

flexibilität

Funktio-

nalität

Gestaltung und

Umgang mit

Komplexität

Extern induzierte Komplexität Interne Komplexität

Direkte Marktanforderungen

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1

Mittelbare Anforderungen des Umfelds Interne Gestaltungsfelder


Die digitale Herausforderung in der

Industrie

Die vier Stufen der industriellen Revolution

5

Industrielle

Revolution 3.5

durch die

grundlegende

Veränderung der

Planungs-,

Steuerungs- und

Handlungs-

paradigmen nach

japanischem Vorbild

1. Industrielle

Revolution

durch die Einführung

mechanischer Produktions-

anlagen mithilfe von

Wasser- und Dampfkraft

2. Industrielle

Revolution

durch die Einführung

arbeitsteiliger

Massenproduktion

mithilfe von

elektrischer Energie

3. Industrielle

Revolution

durch den Einsatz

von Elektronik und IT

zur weiteren

Automatisierung der

Produktion

4. Industrielle

Revolution

auf Basis von Cyber-

Physical Systems

Ende

18. Jhdt.

Beginn

20. Jhdt.

1970er

Jahre.

heute

Erster mechanischer

Webstuhl 1784

Erstes Fließband, Schlacht-

höfe Cincinnati 1870

Erste Speicherprogrammier-

bare Steuerung (SPS);

Modicon 084 1969

Zeit

Mitte 1980er

Jahre.

MIT-Studie Womack/Jones

1984


Die Grundidee cyber-physikalischer

Systeme

Grundstruktur eines mechatronischen Systems in Anlehnung an VDI 2206, S. 14

6

Grundsystem

Sensor

Informations-

verarbeitung

Aktoren Leistungs-

versorgung Umgebung

Mensch Informations-

verarbeitung

Kommunikations-

system

Mensch-Maschine-

Schnittstelle

Stofffluss

Energiefluss

Informationsfluss

Legende Technischer Fortschritt+

geänderte Logik

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Zwei konvergente Technologiepfade sind

die Treiber für Industrie 4.0

Internet der Dinge

Physische Objekte, Geräte

+ IP-Fähigkeit (IPv6)

+ Vernetzung mit Internet

+ (Ad-hoc) Vernetzung untereinander (M2M)

Drahtlose Kommunikation

Semantische Beschreibung

+ Komplexe Logik zur

Informationsverarbeitung

+ Sensorik, Aktuatorik

+ Integration hochleistungsfähiger

Kleinstcomputer

Internet der Dienste und Daten

Cloud Computing

Smart Applications

Smart Devices

Data Warehouses

Internet

PC

Zentralrechner

Quelle

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issenschaft

1 Nutzer, viele Computer

viele Nutzer , 1 Computer

1 Nutzer , 1 Computer

Cyber-Physische Systeme (CPS)

Eingebettete Systeme

7


Die »Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg« 3

Verschiedene Sichtweisen auf Industrie 4.0 2

Industrie 4.0 - die Grundidee 1

Agenda

8


Product Lifecycle

Prozess-orientiertes Verständnis von

Industrie 4.0

Die Sicht der Nutzer der digitalen Technologien

9

Recy-

cling Produktion

Produkt-/

Prozess-

entwicklung

Vertrieb Outbound-

logistik

Nutzung/Betrieb &

Service/Wartung Forschung

Cyber-physikalische Systeme

in Produktion und Logistik

Inbound-

logistik


Vernetzung innerhalb der Fabrik

Vertikale und horizontale Vernetzung in Cyber-physischen Produktionssystemen

CPS-Werkzeugmaschine

CPS-Werkstückträger

CPS-Handhabungseinrichtung

Planung und Steuerung von Produktionsabläufen

CPS-Produktionsinsel CPS-Produktionsinsel CPS-Produktionsinsel

Simulation von

Wertschöpfungsprozessen

CPS-Produktionslogistik

CPS-Produkt

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Quelle: In Anlehnung an Reinhardt 2014

10


»Plug&Work Schnittstelle«

11

Nach dem Prinzip einer USB-

Schnittstelle können mit der „Plug and

Work-Lösung“ einzelne Komponenten

eigenständig Daten austauschen

Informationen werden zur automatischen

Integration in den Produktionsablauf

übertragen

Aufwand zur Inbetriebnahme von

Maschinen konnte um rund 20 Prozent

reduziert werden

Aufwand zur Anbindung von Anlagen

und Steuerungen an ein übergeordnetes

MES-System konnte um 70 Prozent

reduziert werden

Bildquelle: Fraunhofer IOSB


»Plug&Work Schnittstelle«

12


»Kollege« Roboter im Montageprozess

Hybrides Montagesysteme mit zaunlosen Leichtbaurobotern

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13

Einsatzfelder

Manuelle Tätigkeiten mit hoher körperlicher Belastung

für den Menschen

Hochgradig repetivite manuelle Tätigkeiten mit hohen

Anforderungen an die Präzision (z. B. Fixierung von

Türdichtungen, Aufbringen von Kleber usw.)

Anforderungen und Ziele

Kollaboration Mensch-

Roboter ohne

Schutzeinrichtung

Reduzierung der

ergonomischen

Belastung

Wirtschaftlicher Einsatz

durch sinkende

Anschaffungs- und

Betriebskosten


Neue Form der Mensch-Maschine-

Interaktion

Steuerungsschnittstellen

Sehen

Gesten

Sprache

Physische Schnittstellen

Headmounted Displays

Haptische Schnittstellen

Force-feedback

Systeme

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14

Intuitive Systeme unterstützen den Menschen im Prozess


Produkt-orientiertes Verständnis von

Industrie 4.0

Die Sicht für Hersteller von Investitionsgütern

15

Product Lifecycle

Recy-

cling Produktion

Produkt-/

Prozess-

entwicklung

Vertrieb Outbound-

logistik

Nutzung/Betrieb &




Internet of Things and Services

Inbound-

logistik


»Intelligente Schäferkiste« der Würth

Gruppe

»Intelligentes C-Teile-Management« mit dem iBin©

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16

Echtzeitnahe Bestandsüberwachung

Integrierte Kamera ermöglicht Füllstands-,

Zähl- und Bestellfunktion für Artikel

Drahtlose Vernetzung mit dem

Warenwirtschaftssystem

Passfähig zu bestehendem Regalsystem

Möglichkeiten:

Verbrauchsnahe, individuelle und

punktgenaue Disposition

Vollständige Transparenz über Verbrauchs-

verhalten durch permanente

Bestandsübermittlung

Regelmäßige optische Prüfung durch

Zählfunktion

Automatisierte Bestellauslösung

Vollautomatische Inventur auf Knopfdruck

Möglichkeit zur sofortigen Erfassung von

außerplanmäßigen Bestellungen bei Sonderbedarfen


Umfassendes Verständnis von

Industrie 4.0

17

Product Lifecycle

Recy-

cling Produktion

Produkt-/

Prozess-

entwicklung

Vertrieb Inbound-

logistik

Outbound-

logistik

Nutzung/Betrieb &




Internet of Things and Services Umfassender Ansatz

zur wertorientierten

Steigerung des Kundennutzes entlang

des Lebenszyklus eine hybride Leistungsbündel


Neudefinition der industriellen Grenzen durch

IoT und IoS am Beispiel Landwirtschaft

18

Quelle

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2014

Internet der Dinge und Dienste/Daten (Internet of Services IoS)

Wetter-

daten-

system

Landwirtschafts-

verwaltungssystem

Saat-

gut-

system

Dünge-

system

Waren-

börsen

…

Internet der Dinge (Internet of Things IoT)

Landmaschinen-

system

Mähdrescher

Lade-

wagen

(Zug)

Ballen-

presse

(Zug)

Intelligentes, vernetztes Produkt

Intelligentes Produkt

Produkt


Der Mensch in Cyber-physischen

Produktionssystemen…

Eine differenzierte Betrachtung ist zwingend erforderlich

19

»Arbeit für das System«

»Arbeit am System«

Geränderte qualifikatorische Anforderungen

Veränderte Instandhaltung

Größere Substitution dispositiver

Aufgaben durch Technik zu erwarten

Geränderte qualifikatorische

Anforderungen an Planer

Andere Planungs- und Steuerungslogiken

»Arbeit im System« Simultane Überwachung von mehreren

Prozessen

Entscheidungsunterstützung durch

moderne IuK-Techniken

Entlastung durch Technikeinsatz

Facharbeiter = Überwacher von Anlagen

und Maschinen

Facharbeiter wird ggf. entwertet

Nachfrage nach

menschlicher

Arbeitskraft?

Körperliche

Entlastung?

Flexibilisierung?

Überwachung?

Entwertung?

Anreicherung?


Veränderte Anforderungen an die

Facharbeit

Evolution der Ausbildungsberufe bei der Volkswagen AG

20

IT-Kompetenz

System-

Kompetenz

Elektriker

Mechaniker

Mechatroniker

Fachinformatiker IT-System-

elektroniker

Elektroniker für

Automatisierungs

technik

IT-System-

Mechatroniker

IT-System-

elektroniker

Produktion

Vor 1990

1990-2014

Seit 2014


Die »Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg« 3

Verschiedene Sichtweisen auf Industrie 4.0 2

Industrie 4.0 - die Grundidee 1

Agenda

21


Baden-Württemberg ist eine der weltweit

führenden Industrieregionen

Anteil des Verarbeitenden Gewerbes am BIP im Zeitvergleich (2002-2014)

Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von Weltbank-Daten und Daten des Statistischen Landesamtes BaWü

30,2%

32,6%

32,5%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

22


Alle Regionen Baden-Württembergs sind

stark industrialisiert

Region

CAGR

(2000-2014)

Nordschwarzwald +3,81%

Schwarzwald Baar-Heuberg +3,58%

Mittlerer Oberrhein +3,34%

Heilbronn-Franken +3,23%

Ostwürttemberg +2,93%

Bodensee-Oberschwaben +2,72%

Baden-Württemberg gesamt +2,36%

Necker-Alb +2,33%

Donau-Iller +2,33%

Stuttgart +1,95%

Südlicher Oberrhein +1,77%

Rhein-Neckar +1,20%

Hochrhein-Bodensee +0,83%

Bodensee-Ober-

schwaben 5,0%

Donau-Iller 4,9%

Heilbronn-Franken 10,4%

Hochrhein-Bodensee

4,3%

Mittlerer Oberrhein

11,8%

Necker-Alb 4,6%

Nordschwarzwald 4,4%

Ostwürttem-berg 4,4%

Rhein-Neckar 7,8%

Schwazwald Baar-

Heuberg 5,0%

Stuttgart 31,1%

Südlicher Oberrhein

6,4%

Verteilung der Umsätze im Verarbeitenden Gewerbe

nach Regionen im Jahr 2014

Jährliche Wachstumsraten der Umsätze im

Verarbeitenden Gewerbe (2000-2014)

Quelle: Eigene Berechnung auf Basis von Daten des Statistischen Landesamtes BaWü

23


Umsatz 70,76 Mrd. Euro (+4,1%) Anteil am Industrieumsatz 21,6%

in Baden-Württemberg

Anteil am Maschinenbauumsatz 30,7%

in Deutschland

Beschäftigte 304.476 (+1,8%) Anteil an den Industriebeschäftigten 24,7%

in Baden-Württemberg

Exportquote ~62%

Der Maschinenbau ist eine tragende Säule

der Baden-Württembergischen Wirtschaft

Aktuelle Leistungsindikatoren des Baden-Württembergischen Maschinenbaus

Bild

quelle

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Quelle: VDMA Baden-Württemberg

24


»Allianz Industrie 4.0 Baden-

Württemberg«

Alle wichtigen Akteure rund um Industrie 4.0 sind an Bord

25


Alle wichtigen Akteure rund um

Industrie 4.0 sind an Bord

Über 50 Organisationen sind Teil der »Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg«

Ministerium für Finanzen und Wirtschaft

Baden-Württemberg

VDMA

IG Metall

DGB

Industrie- und Handelskammern

Fraunhofer Institute und weitere wirtschaftsnahe

Forschungsinstitute

bwcon Baden-Württemberg Connected

MST BW

Mechatronik BW

Manufuture BW

Automotive BW (als Anwenderorganisation)

PhotonicsBW

Südwestmetall

LVI, ZVEI

Steinbeis Stiftung

Universitäten, Fachhochschulen, DHBW

Logistik-Netzwerk Baden-Württemberg LogBW

Intralogistik-Netzwerk Ba.-Wü.

Virtual Dimension Center VDC, regionale Cluster

(Cyberforum Karlsruhe…)

wvib

bw-i

BWHT

VDI, VDI/VDE IT,

evtl. WfGs

Landesagenturen e-mobil, Leichtbau BW…

weitere…

26


Die Ziele der »Allianz Industrie 4.0

Baden-Württemberg«

1

2

3

4

Wir werden Baden-Württemberg als Leitanbieter für Industrie 4.0

etablieren.

Wir werden den kleinen und mittleren Unternehmen Orientierung für

eigene Wege zur Industrie 4.0 geben.

Wir werden die Vernetzung der beteiligten Branchen und

Technologiefelder stärken.

Wir werden die Beschäftigten und die nachwachsende Generation

auf ein sich veränderndes Aufgabenspektrum vorbereiten.

27


Die Ziele der »Allianz Industrie 4.0


5

6

7

Wir werden Innovationsprozesse verstärken.

Wir werden uns um den Schutz des Know-hows und die Sicherheit

und Vertraulichkeit von Daten kümmern.

Wir werden die Sichtbarkeit des Landes als Zentrum für Industrie 4.0-

Angebote erhöhen.

28


Die Umsetzung erster Maßnahmen hat

begonnen…

… und ein umfassendes Maßnahmenprogramm ist in der Planung

Qualifizieren

Lernfabriken 4.0 an

Berufsschulen

Praxisprojekte Hochschule -

Wirtschaft

Zusammenführen

»Projekt Matching Plattform«

für Unternehmen

Themenspezifische

Erfahrungsaustausche

Angebote der Allianz

Industrie 4.0 Baden-

Württemberg

für mittelständische

Unternehmen

Informieren

IHK-Roadshows

Kongresse und Tagungen

Weitere regionale

Veranstaltungsformate

Internationale Sichtbarkeit

Messeauftritte im In- und

Ausland

Vor-Ort-Besuche im Ausland

…

Demonstrieren

Firmenbesuche

(»Good Practices«)

Wettbewerb »100 Orte für

Industrie 4.0«

Transparenz schaffen

Übersichten zu

Veranstaltungen in BW

Übersicht zu laufenden

Forschungsprojekten in BW

29


Gesucht: innovative und anfassbare Lösungen

für die Digitalisierung der industriellen

Wertschöpfung in Baden-Württemberg in den

Bereichen:

Produkte (bspw. Komponenten, Maschinen und

Anlagen)

Produktions- und Organisationsprozesse

Software und Vernetzungslösungen

Leistungsangebote und Geschäftsmodell

Bewerbungsstichtage: 7.10.2015; 31.12.2015;

31.03.2016; 30.06.2016, ...

Auswahl durch Expertenjury

Auszeichnung und öffentliche Information durch

das Land Baden-Württemberg

Die ersten 13 Orte für Industrie 4.0 wurden am

10. November ausgezeichnet

Kampagne »100 Orte für Industrie 4.0 in


Industrie 4.0 ist kein Science Fiction, sondern vielfach die gelebte Realität

30


Auszeichnung der ersten Orten am

10. November 2015

31


Ihr Ansprechpartner

Dr. Christoph Zanker

Tel.: 0711 22801-19

[email protected]

Koordinierungsstelle

»Allianz Industrie 4.0


VDMA Baden-Württemberg

Kronenstraße 3

70173 Stuttgart

32

http://www.i40-bw.de

mailto:[email protected]


Die gegenseitige Befruchtung von

Technologie-Angebot und -Nachfrage…

… als notwendige Bedingung für den Erfolg einer Technologie

33

Text

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Technology Push

Customer Demand

Leitmarkt (Nutzer der Technologien)

Leitanbieterschaft für neue Technologien

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Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg 34

Documents

Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ... · portfolio Materi Aufbau-organi-sation Prozesse Prozess-technik -alien Standort Logistik Personal AZ&Ent-lohnung Preis Produkt-qualität