Industrie 4.0: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0/15/Wie...Industrie 4.0: Produktionsarbeit der Zukunft Wie Digitalisierung und das Internet der Dinge und Dienste die Produktion

© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart

F1

Industrie 4.0: Produktionsarbeit

der ZukunftWie Digitalisierung und das Internet der Dinge und Dienste die

Produktion verändern werden

Moritz HämmerleFraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart

Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart

Campus Brugg-Windisch, 25. November 2015


F2

Fraunhofer-Institut für

Arbeitswirtschaft und

Organisation IAO

Institut für Arbeitswissenschaft und

Technologiemanagement IAT,

Universität StuttgartKooperations-

vertrag

Gründung:

IAO 1981

IAT 1991

Institutsleitung:

Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. e.h. mult. Dr.-Ing. h.c. mult.

Hans-Jörg Bullinger (1981 – 2002)

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.

Dieter Spath (2002 – 09/2013)

Prof. Dr.-Ing.

Wilhelm Bauer (seit 10/2013 kommissarisch)

Finanzvolumen und Mitarbeiter (2013):

IAO: 25 Mio. €, 377 Mitarbeiter (inkl. Studenten)

IAT: 8 Mio. €, 133 Mitarbeiter (inkl. Studenten)

Profile des Fraunhofer IAO und IAT, Universität Stuttgart


F3

Industrie 4.0 am Fraunhofer IAO

Studien

Forschung

Umsetzung


F4

Quellen: BITKOM, EMC, 2012.

2004

1998

1994

1991

www1981

Internet

1438 1878 1896 1926 1938 1947 1969

Datenvolumen [in byte]

MegaGigaTeraPeta

Exa

Zetta

Erster Computer

TransistorBuchdruck

Industrie 4.0

Cloud Computing

Big Data / Datability

Mobile

2006

2007

2014

Datenvolumen 2012: 2,8 Zettabyte2.800.000.000.000.000.000.000 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 57Menge an Sandkörnern

aller Strände dieser Welt

Digitalisierung und VernetzungDas Wachstum der Datenmengen im Zeitverlauf


F5

Was zeichnet europäische Produktionsländer heute

aus?

1

Produktivität

5

Quellen: IW Köln (Productivity), JD Power (Best Cars), IT-Performance TNS Infratest, patents: heise online, Intelligence PIAAC-Test

Pictures: BMW, Trumpf, Stihl, Festo

1

Beste Autos

3

1

Patente

6

1

Intelligente Mitarbeiter

17

1

Automatisierung

…

Starker Mittelstand

D: 99 % der Unternehmen, 60% der Beschäftigung

Konfigurierte und individualisierte Produkte

Losgröße 1

Komplexe Produkte, Prozesse und

Wertschöpfungsketten

Teure, aber gut qualifizierte und produktive

Arbeitskräfte

Auf allen Hierarchieebenen

Niedrigste ERA-Eingruppierung 2.120,-/Monat

Intelligente Automatisierung

Software treibt Produktinnovation

Erodierende Lieferzeiten – zunehmender Druck in

Richtung höherer Flexibilität

Modulares und felxibles Maschinendesign, Down-Sizing

und Low-Cost-Automation

Starkes Augenmerk auf Kapazitätsflexibilität

Flexibilität der Supply Chain

Hohe Resilienz bei starker Marktvolatilität

Erfolgreiche Bewältigung der Krise 2009/2010

Starke und wachsende Industrie-IT

Die Schweiz ist als Produktionsland erfolgreich durch Innovation und

Produktivität – bei mit den höchsten Arbeitskosten Europas!

1

Export Maschinen

2


F6

Erster mechanischer

Webstuhl 1784

1. Industrielle Revolution

durch Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser- und Dampfkraft


durch Einführung arbeitsteiliger Massenproduktion mit Hilfe von

elektrischer Energie

Fließband bei Ford,

Anfang 20. Jh.

Erste

Speicher-

program-

mierbare Steuerung

(SPS) »Modicon 084«

1969


durch Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren

Automatisierung der Produktion

4. Industrielle

Revolution

auf der Basis von Cyber-

Physical Systems

Ende 18. Jh. Beginn 20. Jh. Beginn 1970er heute

Gra

d d

er

Ko

mp

lex

itä

t

Quelle: DFKI

»Smart Factory«

Auf dem Weg zur Industrie 4.0

Beschäftigung Bestimmung Mitbestimmung Abstimmung/Kooperation

Ressourcen nach Prognose nach Verbrauch auftragsbezogen

Prozesse starr flexibel adaptiv in Echtzeit


F7

Einführung in Industrie 4.0Was ist Industrie 4.0?

Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit eingebetteter Hard- und Software (Cyber-Physical

Systems) interagieren mit ihrer Umwelt.

Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie

Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart Building, Smart Health.

Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung der

Industrie das Potenzial einer vierten industriellen Revolution zugetraut.

Unter dem Überbegriff »Industrie 4.0« wird die Digitalisierung der

industriellen Wertschöpfung erwartet.

Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von

Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen.

[in Anlehnung an Plattform Industrie 4.0; DB Research]


F8

Industrie 4.0 schürt hohe ErwartungenWas verspricht sich Deutschland von Industrie 4.0?

Deutsche Unternehmen

erwarten Effizienz- und

Umsatzsteigerungen und

planen für Industrie 4.0-

Lösungen Investitionen von

40 Mrd. EUR jährlich.

Durchgängig hohe

Erwartungen an

Effizienzsteigerung durch

Industrie 4.0 – in der

eigenen Produktion und

über die gesamte

Wertschöpfungskette.[ingenics, 2014]

[PWC, 2014]


F9

Ready für Industrie 4.0?

Quellen: Roland Berger 2015

Indikatoren:

production process

sophistication

degree of

automation

workforce readiness

innovation intensity

high value added

industry openness

innovation network

Internet

sophistication


F10

Duale Strategie Industrie 4.0Was hat sich Deutschland vorgenommen?

Ziel: Steigerung der Prozesseffizienz durch Umsetzung

von IoT-Anwendungsfällen

Ziel: Realisierung neuer Marktchancen durch

innovative Geschäftsmodelle

Treiber: Internet of Things (CPS) Treiber: Internet of Services

Momentan liegt der Schwerpunkt im Bereich Prozesseffizienz – der Wettbewerb um

innovative Geschäftsmodelle beginnt gerade.

Deutschland als Leitmarkt Deutschland als Leitanbieter

MES

Steuerungs-

technik

Mobile Robotik

Mobilgeräte

Automatisierung

Embeddeds

Reifegrade digitaler

Geschäftsmodelle [Accenture, 2014]

[Bildquellen: itizzimo, DFKI, Kuka, kiva, DHL, Uber, GE]


F11

Die Arbeit ändert sich – geht uns aber nicht aus!In der Einschätzung scheiden sich die Geister

Quelle: Wirtschaftswoche nach einer BCG-Studie von 2015

Arbeitsplatzabbau innerhalb von 20

Jahren nach Berufsgruppen

Quellen: Frey, Osborne: The Future of Employment, 2013

Risiko von bis zu 45

Prozent Arbeitsplatzabbau

über die nächsten 20 Jahre

Arbeitsplatzaufbau durch neue

Technologien und Märkte

Überkompensation: Es

entstehen 390.000 mehr

neue Arbeitsplätze als alte

Arbeitsplätze abgebaut

werden


F12

IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft«

Mitarbeiter müssen für kurzfristigere, weniger planbare Arbeitstätigkeiten on-

the-job qualifiziert werden.

Automatisierung wird für immer kleinere Serien möglich – dennoch bleibt

menschliche Arbeit weiter wichtiger Bestandteil der Produktion.

Flexibilität muss in Zukunft zielgerichtet und systematisch organisiert

werden – „Pauschal-Flexibilität“ wird nicht mehr ausreichen.

Dezentrale Steuerungsmechanismen werden zunehmen; vollständige

Autonomie dezentraler, sich selbst steuernder Objekte wird es auf

absehbare Zeit nicht geben.

Industrie 4.0 heißt mehr als CPS-Vernetzung. Die Zukunft umfasst

intelligente Datenaufnahme, -speicherung und -verteilung von Objekten und

Menschen.

Aufgaben der traditionellen Produktions- und Wissensarbeit werden weiter

zusammenwachsen. Produktionsarbeiter werden vermehrt Aufgaben für die

Produktentwicklung übernehmen.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

„Ich denke, die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind“.

(Dr. Diegner, ZVEI)

(Foto: Arburg, Schaeffler KG, Deutz)

www.produktionsarbeit.de


F13

Industrie 4.0 – Menschen flexibilisieren Prozesse ….

Der Mensch als Sensor

Sensorische Lücken bestehen in der Produktion auch zukünftig.

Der Mensch ist der einzige „universelle“ Sensor.

Nur Menschen erfassen neue Ausnahmesituationen.

Der Mensch als Entscheider

Standardentscheidungen übernehmen zukünftig intelligente Assistenten und

entlasten die Mitarbeiter von Routineentscheidungen.

Ausnahmesituationen erfordern Umfeldinformationen und Erfahrung.

Nur Menschen erfassen und bewältigen unplanbare Ausnahmesituationen.

Der Mensch als Akteur und Innovator

Automatisierung wird zukünftig auch für kleinere Stückzahlen wirtschaftlich.

Produktdiversifikation und Kundenindividualität lassen die Stückzahlen je

Produktionsvariante und den Produktlebenszyklus weiter sinken.

Nur Menschen können sich hochflexibel auf kleinste Stückzahlen und neue

Prozesse einstellen

… werden aber zunehmend flexibel arbeiten.


F14

Erste Anwendungsfälle auf dem Weg zur Fabrik 4.0

Mechanisierung Industrialisierung Automatisierung Industrie 4.0

Die Technologien sind vorhanden – entscheidend wird sein:

Diese wirtschaftlich einzusetzen und

Tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln

Beispiele:

Social Machines

Mobilgeräte

Handling-Assistenten

Smart Factories und intelligente Objekte

Predictive Maintenance

Smart Data (e.g. Smart Data Innovation Lab)

Unternehmens-App Stores

Ganzheitliche Ansätze: “4.0-enterprises” (Bosch, Wittenstein)

CLAAS TRUMPF

FRAUNHOFER IAO ITIZZIMO + X

KUKA BOSCH

WÜRTHDFKI

SIEMENSSCHNAITHMANN


F15

Arbeit ändert sich: Arbeitsplatz 4.0Digital vernetzter Arbeitsplatz in der Montage bei Bosch

Virtuelles Abbild

in Planung

Quelle: Bosch

Gewinner ROI

Industrie 4.0

Award 2014


F16

Arbeit ändert sich: Arbeitsmittel 4.0Logistikaufgaben und Störungsbehebung mit Datenbrille (Itizzimo)

Quelle: Itizzimo

Gewinner Dt.

Innovations-

preis 2014


F17

Arbeit ändert sich: Arbeitsabläufe 4.0

Vernetzte Lasermaschinen

Steuerung der Anlagen mit

weltweitem Zugriff

Austausch von Prozessdaten

zwischen Maschinen

Sammeln von Daten über

Unternehmensgrenzen hinweg

Bilder: Trumpf


F18

Arbeit ändert sich: Arbeitsorganisation 4.0Systematische Steuerung der Personalflexibilität in der Produktion

Kundenauftrag: 50

Getriebe bis Montag

Ich kann diesen

Samstag arbeiten.

Samstag geht leider

nicht.

Zusatzschicht am

Samstag durchführen

Einsatzanfrage auf

Smartphone

„Meistercockpit“ für Einsatzanfragen

Gewinner ROI

Industrie 4.0

Award 2014


F19

Dimension: QualifikationHandlungskompetenzen und Fachwissen gleichermaßen gefordert

Quellen: Ingenics/Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 – Eine Revolution der Arbeitsgestaltung; 2014

Die Einführung von Industrie 4.0

erfordert vom

Produktionsmitarbeiter folgende

Kompetenzen:


F20

Innovationsnetzwerk Produktionsarbeit 4.0

SEB

S


F21

Kontakt

Dipl.-Ing. Moritz Hämmerle

Leiter Competence Team Production Excellence

Fraunhofer IAO

[email protected]

0711 / 970-2248

www.production-excellence.iao.fraunhofer.de

www.kapazitaetsflexibilitaet.de

blog.iao.fraunhofer.de

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