Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult.

Wolfgang Wahlster

Industrie 4.0: Künstliche Intelligenz

in der Produktion

Saarbrücker Wissenschaftler berichten über ihre aktuellen Forschungsprojekte Saarbrücken, 3. Februar 2014

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH

Saarbrücken/Kaiserslautern/Bremen/Berlin/Osnabrück

Tel.: (0681) 85775-5252/4162

Fax: (0681) 85775-5383/5341

E-mail: wahlster@dfki.de

www.dfki.de/~wahlster

© W. Wahlster

Konferenz zur HighTech-Strategie

Exponat zu Industrie 4.0 mit einem

seiner Väter

Berlin, 23. April 2013

http://www.dfki.de/~wahlster/Helmholz_Ideen_2020_Interview_Prof_Wahlster/

Interview zur Wanderausstellung:

© W. Wahlster

t

Von Industrie 1.0 zu Industrie 4.0:

Das Internet kommt in die Fabriken

t Ende

18. Jhdt.

Erster

mechanischer

Webstuhl 1784

1. Industrielle Revolution durch Einführung

mechanischer Produktions- anlagen mit Hilfe von

Wasser- und Dampfkraft

Gra

d d

er

Ko

mp

lexit

ät

Beginn

70er Jahre

20. Jhdt.

heute

Industrie 1.0

Industrie 2.0

Industrie 3.0

3. Industrielle Revolution durch Einsatz von

Elektronik und IT zur

weiteren Automatisierung

der Produktion

4. Industrielle Revolution auf der Basis von Cyber-

Physischen Systemen

Industrie 4.0

010001101 001010100 100101010 010010101

2. Industrielle Revolution durch Einführung arbeitsteiliger

Massenproduktion mit Hilfe

von elektrischer Energie

Beginn

20. Jhdt.

© W. Wahlster

Industrie 4.0: Die technische Revolution

geht weiter

© W. Wahlster

Steigende

Bedeutung von

Wertschöpfungs-

netzwerken

Kürzere

Produktlebens-

zyklen

Steigende

Produktvarianz

Volatile

Märkte und

Kostendruck

Fachkräftemangel Demographischer

Wandel

Ressourcen-

schonende und

urbane Produktion

Individualisierung

und Losgröße 1

Wirtschaftliche Treiber für Industrie 4.0

© W. Wahlster

Make to Order Smart Shop:

Innovative Handelssoftware Smart Factory:

Innovative Fabriksoftware

Zukunftsprojekt:

Internet der Dienste Durchgängige diensteorientierte Architektur für Produktion und Vertrieb Bestell-Portale und Apps für Konfigurierung

Zukunftsprojekt:

Kundenindividuelle Produktion von

Unikaten z.B. 566 Billiarden

Müslivarianten bei

Digitale Produktion von Unikaten

Internet der Dinge Aktive Digitale Produktgedächtnisse Dezentrale Fabriksteuerung durch Cyber-Physische Produktionsysteme

© W. Wahlster

Nobilia: Größter Küchenhersteller in Europa

560.000 Komplettküchen pro Jahr

2.600 Küchen am Tag

14 Mio. Varianten

Exportquote 40%

Losgröße 1: Herstellung von Komplettküchen

mit Cyber-physischen Produktionssystemen

© W. Wahlster

Datenquelle: wiso-net von GENIOS , Abfrage: „Industrie 4.0“ im Titel, Oktober 2013

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1200

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1600

2010 2011 2012 2013

Publikationen zum Thema „Industrie 4.0“

Quelle: Dr. Peter Fettke (DFKI)

© W. Wahlster

Die Produktion ist das Rückgrat des deutschen Wohlstands

Arbeitsplätze direkt: 7,7 Mio. indirekt: : 7,1 Mio, damit jeder 2. Arbeitsplatz

mehr als 100 Milliarden Handelsüberschuss durch Industrieexporte,

besonders Automobilproduktion

Durch zentrale Paradigmenwechsel in der Industrie verändern sich derzeit die

Grundlagen der Produktion:

1. Auflösung der klassischen Produktionshierarchie von zentraler

Steuerung hin zu dezentraler Selbstorganisation

2. Durch digitale Veredelung entstehen intelligente Produkte (Smart

Products)

3. Produkt unterstützt den Produktionsprozess aktiv

4. Die Produktion folgt dem Takt des Menschen

5. Ressourcen- und Energieschonung wird zur neuen Randbedingung für

Produktionserfolge

Deutschland muss diese 4. Industrielle Revolution maßgeblich mitgestalten, um

sich auch in Zukunft erfolgreich als Produktionsstandort behaupten zu können! © PG Kommunikation der Forschungsunion

Zukunftsprojekt: Industrie 4.0

© W. Wahlster

Situationsbezogenes

Anbieten von Diensten und

Dienstleistungen

Vernetzung von Maschinen

und Produkten im

Fabrik-Internet

Erfassung

von

Kontextinformationen

Verknüpfung von

Produkten/Maschinen mit

Informationen im Internet

Ein Netzwerk

von

intelligenten

Objekten

© Dr. Peter Stephan

Die Smart Factory als Internet der Dinge:

ein Netzwerk von intelligenten Objekten

© W. Wahlster

Eingebettete Computer in der Größe

von Zuckerwürfeln steuern die Fabrik der Zukunft

µ webserver 32bit ARM processor

8MB SDRAM

100Mbit Ethernet &Wi-Fi

LINUX auf DIGI Connect

OPC-UA (Offene Prozesskontrolle-

Unifizierte Architektur)

Server für M2M

Das Herz eines industriellen CPS: XML-basierter Webserver oder

sehr schnelle Binärkommunikation auf der Basis des TCP-

Protokolls

© W. Wahlster

Viele beschränkt intelligente Wesen können

durch soziale Interaktion ein hochintelligentes

Verhalten realisieren

Teile und Herrsche Emergentes Problemlösungsverhalten

Teilen

Lokale

Problemlösung

&

Interaktion

Integration

Aufgabe

Lösung Metapher der Ameisenkolonie

© W. Wahlster

Paradigmenwechsel: Das entstehende

Produkt als aktive Systemkomponente

• Das Produkt steuert seine Herstellung

durch proaktive M2M-Kommunikation

• Das Produkt als Beobachter und

Akteur durch eingebettete Sensorik

und Aktuatorik

• Das Produkt entscheidet autonom auf

Basis übergeordneter Prozessdaten

Befüllung mit

500ml Flüssigkeit

initiieren

Zwischenzeitlich

2 min offen

Ressourcenopti-

mierte Produktion

möglich

© W. Wahlster

App Stores für die Smart Factory:

Software-basierte Konfigurierung von Anlagen

© W. Wahlster

Produktion eines Smart Products aus Kunststoff Der intelligente Schlüsselfinder, der seinem Besitzer per

Mobilfunk bei der Schlüsselsuche hilft

© W. Wahlster

Digitales Produktgedächtnis

im Rohling

Eingebettetes System

mit Funkmodul im Schlüssel

Assemblierter intelligenter

Schlüsselfinder

Produktion eines intelligenten Schlüsselfinders

mit cyber-physischen Technologien in der

Smart Factory

© W. Wahlster

Maschine

1

Maschine

N

Werkstückträger

1

… …

Werkstückträger

N

Entstehendes

Produkt N

Entstehendes

Produkt 1

… …

…

Semantisches Produktgedächtnis

• Auswahl des Deckels

• Einbau des Schaltkreises in den Deckel

• Einfräsen von RES-COM

• Montage der Gehäusehälften

M2M-

Kommunikation

M2M-

Kommunikation

CNC-Fräse

Auffinden, Anpassen und Ausführen von Produktionsdiensten

Produktionspfadplanung basierend auf dem Semantischen Produktgedächtnis

…

Das Werkstück sucht sich die passenden

Produktionsdienste

© W. Wahlster

Smarte Produktion

Grüne Produktion

Urbane Produktion Nahe am Wohnort der Mitarbeiter

Industrie 4.0: Grüne und nachhaltige

urbane Produktion

Fabrik Wohnsiedlung

Wittenstein AG in Stuttgart Fellbach

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IKT-Technologien der erweiterten und dualen

Realität helfen den Beschäftigten beim Erlernen

komplexer Arbeitsschritte vor Ort in der Fabrik

Werker mit

Datenbrille Werkzeuge Cyber-physische

Produktionssysteme

Mobiles, Interaktives und Situationsadaptives Lernen

In-situ Tutorsystem

Kugelventil schliessen

Entferne das Rohr

mit 2 Flanschen

Entferne das Kugelventil

© W. Wahlster

Einsatz von Erweiterter Realität in der

Smart Factory

© W. Wahlster

Intranet

Extranet

Firewall

Ohne Sicherheitsstandards sind

Smart Factories bedroht

• Infizierte Privatgeräte in der Fabrik (BYO)

• Spezialviren und Trojaner für eingebettete Systeme

(Stuxnet und Duqu)

Gefahren:

© W. Wahlster

Von der Smart Factory zum Smart Product und

zu Smart Sevices mit Smart Data

Smart

Product

Smart

Factory

Smart

Service

BIG DATA Service@Digital Smart

Data

: = erzeugt/ermöglicht

: = nutzt/basiert auf

© W. Wahlster

Das Auto als fahrender Computer

Software steuert immer mehr Funktionen im Auto. Mehr als 100

Kleincomputer in einem Fahrzeug. Ein Software-Update wird

zukünftig öfters vorkommen als ein Ölwechsel

© W. Wahlster

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Android Markt App

Store

Apps für das

Motor-

management

Apps für die

Fahrerassiste

nz

Apps für

umweltfreund-

liches Fahren

Apps als

Intelligente

Benutzerschnitt-

stellen

Das softwaredefinierte Auto:

Anpassen der Fahrzeugfunktionalität durch Apps

© W. Wahlster

Cyber-Physische Systeme für die Mobilität

der Zukunft

Das vernetzte und wandlungsfähige

Elektromobil EO des DFKI

© W. Wahlster

• Das Saarland hat hinter Baden-Württemberg die höchste industrielle Wertschöpfung aller Bundesländer und nirgends gibt es mehr Industriebeschäftigte je 1.000 Einwohner

• Die Exportquote des Saarlandes liegt seit Jahren - mit aktuell 50% - weit über dem bundesdeutschen Durchschnitt.

• Das Saarland hat die höchste Dichte an Beschäftigten in der Automobilindustrie.

Festo AG & Co. KG

Rohrbach

Das Saarland als Informatik- und Produktionsland

Bosch Rexroth Group

Homburg

© W. Wahlster

Homburg

Perl

Rohrbach

Blieskastel

Kaiserslautern

Testfabriken für Industrie 4.0 im Saarland Das Saarland als Informatik- und Produktionsland

Prof. Wahlster ist als einer der Väter von Industrie 4.0 Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat

der am 9.4.2013 gestarteten nationalen Plattform Industrie 4.0, Prof. Anderl ist der

gewählte Sprecher des Beirates, Prof. Broy ist ebenfalls Mitglied des Beirates, so daß

SmartF-IT optimal vertreten ist

getragen von den 3 Verbänden

In verschiedenen Förderprojekten sorgt das

DFKI für die Einführung cyber-physischer

Produktionssysteme im Saarland als

Produktionsstandort

Wadern

© W. Wahlster

• Durch konsequentes Zusammenführen der digitalen und realen Welt wird die zunehmende

Dynamik und Komplexität in den Fabriken beherrschbar.

• Das Internet der Dinge, Dienste & Daten wird zur prägenden Infrastruktur für die nächste

industrielle Revolution.

• Industrie 4.0 adressiert alle großen Herausforderungen: Wettbewerbsfähigkeit unseres

Hochlohn-Standorts, Ressourcen- und Energieeffizienz, demographischer Wandel und

urbane Produktion.

• Deutschland hat beste Voraussetzung,

Leitanbieter und Leitmarkt zu werden.

Das DFKI ist ein Motor von Industrie 4.0

3 DFKI-Projekte 5 DFKI-Projekte

© W. Wahlster

Die hohe Arbeitslosigkeit in den USA wird auf die Aufgabe und Verlagerung von Pro-duktionsstätten ins Ausland zurückgeführt. Deutschland wird als Vorbild bei der Be-wältigung der Krise dargestellt:

Präsident Obama verfolgt in den USA eine

Strategie zur “Re-Industrialisierung”

MIT Taskforce zur

Innovation und

Produktion in den USA:

Ergebnisbericht als Buch:

MAKING IN AMERICA

MIT Press, 2013

Auch in Frankreich und England wird inzwischen das deutsche Modell der “permanenten Innovation” in klassischen Erfolgsbranchen wie Automobil-, Maschinen- und Anlagenbau bewundert.

“The Germans create new businesses, not usually through start-ups - the U.S. model - but through the transformation of old capabilities and their reapplication, repurposing, and commercialization.”

© W. Wahlster

Die deutsche Wirtschaft muss den Wettlauf um

die Normen für Industrie 4.0 gewinnen

Führende Anbieter

von Internetsoftware und

genereller IT

Wenig Maschinenbauer

Führende Maschinenbauer

(Großindustrie und Mittelstand)

Führende Anbieter von

Unternehmenssoftware

Führende Anbieter von

Internethardware

Großer Markt für

Maschinenbauer

Dominanzstreben

bei Normung

© W. Wahlster

aus: Die Zeit,

23. Januar 2014

© W. Wahlster Design by R.O.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit