Gebäude neu nutzen - BEOS€¦ · Das Potenzial des mobilen Internets und des Internets der Dinge wird auf weltweit jährlich bis zu 17 Billionen Dollar geschätzt. Ein Großteil

© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 1

Gebäude neu nutzen– Unterwegs in die vierte industrielle Revolution

Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart

2. BEOS Forum »Weiter Denken«, Berlin, 26. September 2014


Quellen: BITKOM, EMC, 2012.

2004

1998

1994

1991

www 1981

Internet

1438 1878 1896 1926 1938 1947 1969

Datenvolumen [in byte]

Mega Giga Tera Peta

Exa

Zetta

Erster Computer Transistor

Buchdruck

Industrie 4.0 Cloud Computing Big Data / Datability Mobile

2006

2007

2014

Datenvolumen 2012: 2,8 Zettabyte 2.800.000.000.000.000.000.000 Byte

Prognosen für Datenvolumen 2015: 12 Zettabyte Datenvolumen 2020: 40 Zettabyte

die erzeugten Datenmengen steigen exponentiell mit dem Ausmaß der Vernetzung.

Datenmengen verdoppeln sich alle 2 Jahre

Zum Vergleich: 40 Zettabytes ≙ x 57

Menge an Sandkörnern aller Strände dieser Welt

Digitalisierung und Vernetzung Das Wachstum der Datenmengen im Zeitverlauf


Megatrend DIGITALISIERUNG erreicht auch die Produktion und die industrielle Wertschöpfung

Starkes Wachstum vernetzter Geräte: 2003: 0,5 Mrd. 2020: 50 Mrd. vernetzte Geräte.

Das Potenzial des mobilen Internets und des Internets der Dinge wird auf weltweit jährlich bis zu 17 Billionen Dollar geschätzt.

Ein Großteil der Forschungs- und Entwicklungsausgaben wird in der Industrie getätigt: 2012: 57,5 Mrd. EUR; 86,5 Prozent Anteil der Gesamtwirtschaft.

Neue Arbeits-, Lebens- und Wohnformen sowie partizipativer Prozesse erreichen auch die Industrie.

Einsatz von Mobilgeräten, Apps, Social Media und Cloud-Lösungen auf dem industriellen Shopfloor noch so gut wie unbekannt.

Quellen: Cisco 2013, McKinsey Global Institute 2013, Bildquellen: FAZ, Richardson, Fraunhofer IAO

Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ermöglicht den Ausbau der heutigen Stärke des Wirtschaftsstandorts Deutschland.


Industrie 4.0 Chance für den Industriestandort Deutschland

Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen.

Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart Building, Smart Health

Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit eingebetteter Hard- und Software (re-)agieren mit ihrer Umwelt

Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung der Industrie das Potenzial einer vierten industrielle Revolution

Quellen: DB Research 2014, Forschungsunion 2013, Bildquellen: Siemens, VW

Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ermöglicht den Ausbau der heutigen Stärke des Wirtschaftsstandorts Deutschland.


Praxisbeispiel: Entwickler-Kits für das Internet der Dinge


Erste Anwendungsfälle auf dem Weg zur Fabrik 4.0

Social Machines

Mobilgeräte in der Produktion

Kooperative Leichtbau-Robotik

Smart Factories und intelligente Objekte

Predictive Maintenance

Smart Data Analytics

Unternehmens-App Stores

Ganzheitliche Ansätze: »4.0-Enterprises«

Quellen: DB Research 2014, Forschungsunion 2013, Bildquellen: Siemens, VW

Die Technologien sind größtenteils vorhanden –jetzt gilt es, diese wirt-schaftlich umzusetzen und tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln.

CLAAS TRUMPF

FRAUNHOFER IAO ITIZZIMO + X

KUKA WÜRTH

DFKI SIEMENS SCHNAITHMANN


Erwartetes Potenzial von Industrie 4.0

Ziel ist die Produktion von kundenindividuellen Lösungen in Losgröße 1 zu Kosten der Massenproduktion.

Reduzierung von Komplexitätskosten als wesentlicher Mehrwert (Kommunikation, Koordination, Interaktion)

Für die Kernbranchen wird eine jährliche BIP-Steigerung von bis zu 1,7 Prozent erwartet

Wahrung der Rolle Deutschlands als Ausrüster der Welt


Bildquellen: Technology Review, Economist 1/2014

Industriebeschäftigte in Deutschland

(destatis, DB Research, 2014)

Die Auswirkungen auf die Beschäftigung sind noch nicht (quantifiziert) absehbar – »alte« Jobs sind bedroht ; »neue« Jobs werden entstehen.

Risiko von bis zu 45 Prozent Arbeitsplatzabbau über die nächsten 20 Jahre

Erfahrung eines realen Beschäftigungswachstums

trotz oder wegen Technologieinnovationen

Vs.

Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Am Thema »Arbeit« scheiden sich die Geister


Wachsende Weltbevölkerung

Alterung der Gesellschaften

Schrumpfende Bevölkerungen

Anwachsende Migrationsströme

Selbstbestimmtes Leben bis in hohe Alter

Gute geistige und körperliche Fitness

Zweiter Aufbruch in der Rentenphase

Female Shift – Frauen auf dem Vormarsch

Generation Y mit neuen Vorstellungen einer flexiblen und selbstbestimmten Lebens- und Arbeitsweise

Megatrend Demografischer Wandel Nicht nur die Arbeit, sondern auch die Menschen ändern sich.

Die Unterschiede zwischen den Lebenswelten von junger und mittlerer Generation sind im Vergleich zu früher…

Basis: Bundesrepublik Deutschland, Bevölkerung ab 14 Jahre, in Prozent, Nicht dargestellt: Unentschieden, keine Angabe Quelle: Jacobs Krönung-Studie, Institut für Demoskopie Allensbach, 2013

Es entsteht eine hohe Diversity in der Gesellschaft: Junge und Alte, Frauen und Männer, unterschiedliche Kulturen, Religionen und Lebensanschauungen.


»Die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind.«

[Bernhard Diegner, ZVEI aus IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0«]

© James Thew

Auswirkungen auf die Gebäudenutzung


Nutzungszyklen von Infrastruktur verkürzen sich weiter. Der wachsende IT-Anteil verschärft das Dilemma der Investitionszyklen.

Nutzungs-/ Lebenszyklus Gebäude

Produkte/ Technologien

Prozesse/ Akteure

2020 2025 2030 heute

IT/ Software

Sanierung/ Umnutzung

Neubau

Umnutzung/ Rückbau und

Recycling


Konsequenz #1: Gebäude werden integrierter Steigerung der Prozesseffizienz durch das Gebäude

Gebäude, Produktionsequipment und Produktionsprozesse werden sensitiver; die Anzahl der eingesetzten Sensoren wird zunehmen

Vernetzung des Gebäudes mit Produktionsprozessen nimmt zu (bspw. Nutzung, Speicherung und Bereitstellung von Prozesswärme)

Prozessdatenauswertung ermöglicht echtzeitnahe Anpassung der Gebäudeautomatisierung auf notwendige Prozessparameter (Licht, Lärm, Raumluftqualität)

Verkürzung von Rüst- und Anfahrzeiten und bessere Prozessqualität durch Abstimmung von Gebäude und (Fertigungs-)anlagen

Die Vernetzung der Produktion wird nicht am Fabriktor aufhören. Intelligente Gebäude und Prozessintegration werden wichtiger.

Bildquellen: Wittenstein, Fraunhofer IAO, Fraunhofer IWU


Konsequenz #2: Bandbreite wird Standortfaktor Schnelles Internet wird (mindestens) so wichtig wie klassische Infrastruktur

Die Vernetzung der Produktion erhöht das Datenvolumen und löst erhöhte Anforderungen an die Bandbreite und Geschwindigkeit der Datenübertragung aus.

Datenschutz- und Datensicherheitslösungen werden zusätzliche Bandbreite benötigen und die Nachfrage verstärken.

Verfügbare Infrastruktur zur standortinternen Datenübertragung wird vorhanden sein und funktionieren.

Kabelgebundene und kabellose Bandbreite ab Werktor wird zukünftig auch in der Industrie zum begrenzenden Faktor – gerade im ländlichen Raum.

Standortfragen werden neu zu klären sein.

Neben der Anbindung an Verkehrsträger und Erschließung der Fläche

wird die digitale Infrastruktur massiv an Bedeutung gewinnen.

Die größten Gefahren : gestern und heute

Bildquellen: salzkotten.de, gulas.sk


Konsequenz #3: Gebäude werden smarter Der Verfall der Sensorpreise ermöglicht neue Anwendungen

In vielen Bereichen wird das Bedienverhältnis (Mitarbeiter pro Maschine) sinken.

Neue Formen der Nutzerinteraktion wie schwarmintelligente Gebäudeautomation (Licht-Auren, Aktivitätenbasierte Gebäudesteuerung) gewinnen an Bedeutung

Funkvernetzte Ad Hoc-Sensornetzwerke ermöglichen nutzerzentrierte Anwendungen für unterschiedliche Szenarien (Normalbetrieb, Condition Monitoring, Wartung, Remote-Steuerung).

Kabellose Lösungen ermöglichen es mit autarker Energieversorgungseinheit, mehr Messdaten an den einzelnen Sensoren zu erfassen und gleichzeitig den Installationsaufwand zu reduzieren.

Bildquellen: Enocean.inc, Fraunhofer IZM, Venco Campus

Intelligenz im Gebäude wird zunehmen. Wie bei Bürogebäuden wird die Komplettautomation vermutlich vom Nutzer abgelehnt.


Konsequenz #4: Gebäude werden flexibler Anpassungsfähigkeit der Gebäude wird zunehmen.

Wandlungsfähigkeit von Anlagen, Organisationen und Prozessen gewinnt als Produktionsparadigma weiter an Bedeutung

Kurzfristige Flexibilität der Unternehmensprozesse erfordert flexible Flächennutzung und Umnutzungen (bspw. Fertigung, Montage, Logistik)

Kürzere Innovationszyklen und Variantenanstieg fördern Integration von Produktentstehung und Produktion

Wissensarbeit und Produktionsarbeit wachsen zusammen; manufakturnahe Hybridbereiche für Prozessanläufe und -qualifizierungen entstehen

Verkürzte Vergabeentscheidungen forcieren kurzfristigere Investitionsdenke

Langfristiges Commitment für gleichbleibende Flächennutzungen wird es zukünftig nicht mehr geben. Gebäude müssen nutzungsflexibel werden.

Bildquellen: Fraunhofer IAO, ZKM Karlsruhe manpower


Aber vielleicht kommt ja alles ganz anders… 3-D-Druck als die (vielleicht) nächste disruptive Technologie

Bildquellen: makerspace.org.uk, klonblog.de, Chip

Die Potenziale additiver Fertigungstechnologien zur flächendeckenden Substitution von Produktionsprozessen sind heute noch nicht bekannt.

Additive Fertigungstechnologien (3-D-Druck) verschiedener Werkstoffe ermöglichen durchgängige Produktindividualisierung

Für die meisten Anwendungen ist die Technologie (noch) zu teuer, zu langsam und zu ungenau

Um den (Plastik)-3-D-Druck entsteht und wächst bereits eine eigene Infrastruktur mit Entwicklungsplattformen, Ideenbörsen und Fabriken (Makerspaces, FabLabs)

Durchbruch der Technologien hätte eine radikal veränderte führende Produktionsorganisation zur Folge: kleinteilige Manufakturen in Kundennähe, 3-D-Copyshops


Wie kann man sich vorbereiten? Ein paar Thesen zum Abschluss

1. Die Zeit der langer starrer Investitionszyklen und riesiger Industriekomplexe ist (in Europa) vorbei.

2. Flexibilität und Funktionsvarianz werden zum marktrelevanten Unterscheidungsmerkmal für Industriegebäude.

3. Die aktive Einbindung des Gebäudes durch Sensorik und Aktorik (Visualisierungsmöglichkeiten, Multifunktionshüllen) ermöglicht produktivere Wertschöpfungsprozesse.

4. Urbane Produktion ermöglicht die Funktionsdurchmischung von Wohnen, Leben und Arbeiten und bietet somit eine Antwort auf zunehmend flexiblere Lebensentwürfe der Mitarbeiter


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Dr.-Ing. Sebastian Schlund

Leiter Competence Center Produktionsmanagement

Fraunhofer IAO

[email protected]

0711 / 970-2065

blog.iao.fraunhofer.de

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