INDUSTRIE 4.0 CHANCEN UND HERAUSFORDERUNGEN … · © Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart 8 Seit Anfang 2015 sind anhand eines CAD-Files eines zu transportierenden Teils passende

© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart

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INDUSTRIE 4.0 − CHANCEN UND HERAUSFORDERUNGEN FÜR DEN MITTELSTAND

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl20. Juni 2017


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Quelle: Fraunhofer IPA

Die Entwicklungsstufen der digitalen TransformationVom digitalen Abbild zum autonomen System

MechatronischeSysteme

1950

4 Autonomisierung

1 Digitalis ierung

2 Virtualis ierung

3 VernetzungCyber-Physische

Systeme

Autonome Systeme

19901980 2000

Digitales Abbild analoger Prozesse (z.B. NC-Technologie, 2-D CAD, MRP/ERP)

Digitale Modellierung von Prozessen (z.B. CAD/CAM, FEM, Digitale Fabrik)

Vernetzung der gesamten Wert-schöpfungsprozesseüber hochbreitbandige Telekommunikation (z.B. Industrie IoT, Cloud Computing, CPS, 5G)

Kombination von klassischen Technologien und künstlicher Intelligenz liefern autonome, selbst-organisierende Systeme (z.B. Autonome Transportsysteme, autonome Roboter)


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Quelle: Nach Jason Parms in »Internet of Things: A Threat or Blessing« (2014)

50 Milliarden IoT Devices im Jahr 2020Das IoT als Basis der »Zugangsökonomie«

2003 2020*20152010

6.3 Mrd.

0.5 Mrd.

6.8 Mrd.

12.5 Mrd.

7.2 Mrd.

25 Mrd.

7.6 Mrd.

50 Mrd.

IoT Geräte

Weltbevölkerung

*Prognose


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Vertikale IntegrationKernelemente der vierten industriellen Revolution

Internet of Everything (Menschen, Dienste, Dinge)

Analytik (Big Data/maschinelles Lernen)

Cloudbasierte Plattformen (Privat, Community, Public)

Softwaredienst (machine-skills, Apps, Plattformdienste)

Digitaler Schatten (Echtzeitmodell)

Cyber-physisches System

Infrastruktur (physisch, digital)

Physische Systeme (handeln, messen, kommunizieren) Menschen (entscheiden, gestalten, kommunizieren)

Produktlebenszyklus (wertschöpfend = personalisiert + nachhaltig)

Zusammenarbeit

Reflektion

Transaktion

Interaktion

Preskription

Kommunikation


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Alle Objekte in der Fabrik werden smartiBin − Intelligente Behälter bestellen ihre Befüllung autonom

Quelle: Fraunhofer IML, Prof. Dr. Michael ten Hompel

Mit einer integrierten Kamera und im Zusammenspiel mit seiner Cloud zählt der iBin die Teile, die in ihm liegen.


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Horizontale IntegrationVon B2B und B2C zu Business to User (B2U)

Back End Front EndFokus Wertschöpfung

Fokus Positionierung

Ecosystem

XProsumer

Produktionsnetzwerk

Fabrik

Wertschöpfungssystem


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Content

Betriebsmittel

Maschinen Online Tracking

Echtzeitzugriff auf die Informationen zu jeder Zeit an jedem Ort

TraceabilityLückenlose, automatisierte Dokumentation

TransparenzIntegration aller Prozesse

EffizienzEntscheidungshilfe und Wissenstransfer

QualitätTracking, Dokumentation und rechtzeitige Warnung

AnalyseVorhersagen, Big Data Verarbeitung

»Farmnet 365« − eine Initiative aus dem LandmaschinenbauBusiness Ecosystems

…

…

…

Quelle: farmnet


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Seit Anfang 2015 sind anhand eines CAD-Files eines zu transportierenden Teils passende Greifer bei Schunk bestellbar.

Reduzierung der Bestellzeit und Sicherstellen von hohem Nutzen für den Kunden durch Integration des Kunden in den Entwicklungsprozess

Kommunikation erfolgt über eine Online-Plattform

Fertigung mit 3D-Druck wird vom Partnerunternehmen Materialiseübernommen

[Schunk GmbH; Materialise]

Fallbeispiel Schunk eGRIPGeschäftsmodell-Innovation

SchunkKonstruktion

Plattform

MaterialiseProduktion

Kunde


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IT-Architekturen für die Produktion –Anwendungsbeispiel Virtual Fort Knox – Integrationsplattform

S Service, AS Aggregated Service, IS Integration Service, mOS Manufacturing Operating System

ROSConnec-

tor

AppMES, AppERP, eApp, …

Equipm. CPS1 CPS2

AS1

S1 S2 S3

AS2

S4 S5S6

Manufacturing Service Bus

IS1 IS2 IS3

VFK SDKDevices

Private or Public Cloud

VFK Marketplace

APP 1

APP 2

…

SOA, WS


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Was, wenn Bin Picking aus der Cloud käme?

Vorteil

Externalisierung von Fähigkeiten, Services, Wartung

Schlanke Roboter-Zelle(»Lean Client«)

Zentrale Datensammlung

Optimierung durch statistisches Lernen

Best-Practice-Lösungen sind verfügbar

Bin-Picking App

Objektlokalisierung

Aufgaben-/Pfadplanung

Werkstück CAD-ModellPlaner

Portal

Systemplanung

Part-Teaching

Operator

Service Bus

Objekteigen-schaften

Bewegungs-daten

Aktoren

Fähigkeiten, Services

Sensoren

Teile-Modelle


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IoT und IIoT PlattformanbieterCloudbasierte Plattformen als Backbone von Manufacturing-Ecosystemen

Konsumenten,Business und IT

Industrie, Produktion

GE PREDIX


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Trend zur ServitizationTraditionelle Produzenten müssen verstärkt aus Kundensicht denken

Quelle: Slama (2015); Ashton Business School (2014)

Traditioneller Produzent Servitization (XaaS)

Produkte

CAPEX

Transaktion

Produzentenperspektive

Lösungen

OPEX

Beziehung

Kundenperspektive

Co

nn

ect

ed

Ass

et

Lif

ecy

cle

Ma

na

ge

me

nt

Dig

ita

l S

erv

ice

s

Enabled durch IoTund Datenbasis

Vorteile der Servitization

Generierung zusätzlicher Einnahmen

Kontinuierliche und Service-basierte Einnahmen für mehr Planbarkeit

Nachhaltiges Wachstum von 5−10 % jährlich

Wettbewerbsvorteile durch stark differenzierte Services


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Quelle: Brem&Viardot 2017, Revolution of Innovation Management: The Digital Breakthrough

Die Beschleunigung der MarktdurchdringungPlattform Economy

Zeit bis 100 Millionen Benutzer


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Quelle: weaverorb

Minimal Viable Products als Ansatz für neue WertangeboteGeschäftsmodell-Innovation

Ein »Minimum Viable Product« ist ein gerade eben marktfähiges Produkt…

…das genug Wert transportiert, dass Käufer bereit sind dafür/dessen Nutzung zu bezahlen

…das genügend zukünftige Vorteile verspricht um »early adopters« anzusprechen

…das ein Feedback der Kunden erlaubt, um die nutzerzentrierte Weiterentwicklung zu lenken

Bsp. WhatsApp

Umsetzen

Idee

Testen

Lernen MVP


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Quelle: statista

WhatsApp – der Tod der SMSPlattform Economy


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Hemmnisse Industrie 4.0 umzusetzen aus Sicht mittelständischer Unternehmen„Gesundes Halbwissen“ führt zu Fehleinschätzungen

Anforderungen an IT-Sicherheit, Datenschutz

Hohe Investitionskosten/mangelnde Investitionsbereitschaft

Unzureichende Kompetenzen der Mitarbeiter/verfügbare Fachkräfte

Rechtliche Unsicherheiten, Urheberrecht

Fehlende Transparenz des wirtschaftlichen Nutzen

Notwendige Prozesse/Arbeitsorganisation

Fehlende technische oder anerkannte Standards

Nicht ausreichender Breitbandanschluss

Fehlende Forschung Quelle: u.a. Das IHK-Unternehmensbarometer zur Digitalisierung „Wirtschaft 4.0: Große Chancen, viel zu tun“, 2014, tecchannel.de/bildzoom/2076641/1/947033/EL_mediaN-1006F/; Bildquelle: manager-magazin.de


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UnternehmenskulturDie Unternehmenskultur steht vor einem Wandel und wir kritischer Erfolgsfaktor für die Zukunft

Quelle: Strategy&

Analoge Kultur Digitale Kultur

Kunden und Nachfrage

Organisation

Einstellung und Arbeitsweise

Technologie-Push in den Markt Beschaffung und Angebot als Treiber

Starke Hierarchien Langsame Entscheidungsprozess Prozess- und Aufgabenorientierung

(»Erledige diese Aufgabe«)

Verständnis der Bedürfnisse von langjährigen Kunden

Orientierung am Status Quo, Lehren aus der Vergangenheit und Akzeptanz von Einschränkungen

Erfahrung und Stabilität zählen Homogene Teams in Abteilungsgrenzen Definierte Karrierewege Fokus liegt auf Planung und Organisation

Holen Ideen vom Markt Kundennachfrage als Treiber

Flache Hierarchien Schnelle Entscheidungsprozesse Ergebnis und Produktorientierung Verantwortungsübergabe an Mitarbeiter

(»Finde einen Weg«)

Verständnis der Kundenbedürfnisse und Aneignung neuer Trends

Orientierung an Verbesserungen, Innovation und Überwindung von Hindernissen

Vision, Neugier, Motivation, Flexibilität und Anpassungsfähigkeit zählen

Gemischte Teams in übergreifenden Gemeinschaften

Starke Zusammenarbeit Schnelle und unvorhersehbare

Karrieremöglichkeiten Fokus auf schnellen Umsetzungen und

Lehren daraus


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Stimmen zur Änderung in der Beschäftigung durch Industrie 4.0

Quelle: oxfordmartin.ox.ac.uk/downloads/academic/The_Future_of_Employment.pdf, ing-diba.de/pdf/ueber-uns/presse/publikationen/ing-diba-economic-research-die-roboter-kommen.pdf, bcgperspectives.com/content/articles/technology-business-transformation-engineered-products-infrastructure-man-machine-industry-4/, bmas.de/DE/Service/Medien/Publikationen/Forschungsberichte/Forschungsberichte-Arbeitsmarkt/forschungsbericht-fb-455.html, doku.iab.de/forschungsbericht/2015/fb0815.pdf, http://www.weforum.org/reports/the-future-of-jobs

47 % der heutigen US-Jobs in Gefahr (Frey, Osborne),51 % der dt. Jobs (Bowles)

18,3 Mio Arbeitsplätze sind bedroht

Bis 2025 entstehen in D netto 350.000 Jobs

Bis 2025 gehen in D netto 60.000 Jobs verloren

12 % der deutschen und 9 % der US-Jobs in Gefahr

Bis 2020 5 Mio weniger Jobs durch Industrie

[Frey, Osborne, 2013; Bowles 2014]

[ING DiBa, 2015] [BCG, 2015] [ZEW, 2015] [IAB, 2015] [WEF, 2016]


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Folgen für die BeschäftigungDer Wandel vollzieht sich vor allem in den indirekten Bereichen

Quelle:in Anlehnung an IAB Forschungsbericht 8/2015, Bildquelle : Bosch Rexroth

Produktivität steigt.

Verlust von Arbeitsplätzen mit Routine-Tätigkeiten im verarbeitenden Gewerbe.

Gewinn von Arbeitsplätzen mit Nicht-Routine-Tätigkeiten, die ein höheres Qualifikationsniveau fordern.

Bleibende Arbeitsplätze erhalten neue Arbeitsabläufe und Tätigkeiten.

Nachfrage nach im oberen Qualifikations-segment steigt, im mittleren Qualifikations-segment und im niedrigen sinkt die Nachfrage.

Bedeutung von agiler Qualifizierungnimmt zu.

Durch Umsetzung Industrie 4.0. Wandel zur Wertschöpfungsgesellschaft


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Unternehmenspotenziale durch Industrie 4.0Experten erwarten eine Gesamt-Performance-Steigerung von 30–50 % in der Wertschöpfung

Pilotprojekt von Bosch, bei dem der gesamte Versandprozess über das werksinterne Logistikzentrum in einem Industrie 4.0-Projekt neu strukturiert wurde.

-10 %Milkruns

+10 %Produkt-

iv ität

-30 %Lager-abbau

Abschätzung der Nutzenpotenziale

Quelle: IPA/Bauernhansl, Bosch


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Vernetzung LeistungMetcalfe:

»Der Nutzen eines Kommunikations-

systems wächst mit dem Quadrat der

Anzahl der Teilnehmer.«

Moore:

»Die Rechnerleistung verdoppelt

sich alle 18 Monate.«

Ökosysteme für Smart Business Modelle

WissenTransparenz Cyber-physische Systeme

Internet der Dinge und Dienste

Real time & at run time

Everything as a Service

Die Basis: Rechenleistung und VernetzungMoore und Metcalfe behalten recht und bestimmen die Möglichkeiten und Wert eines Unternehmens

Bildquellen: wikipedia.de, ibm.com, abcnews.com


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»Wenn der Wind des Wandels weht, bauen die einen Mauern,

die anderen Windmühlen.«

(chinesisches Sprichwort)


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Hervorgegangen aus dem erfolgreichen Werk »Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik« Detaillierte Einführung in Industrie 4.0

Zahlreiche Beispiele aus der Praxis

Anschauliche Beschreibung der Basistechnologien

12 neue Kapitel, über 800 Seiten

ISBN 978-3-662-45278-3

Erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0


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