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ZUKUNFT DER PRODUKTION – PLATTFORMBASIERTE WERTSCHÖPFUNG IN BUSINESS ECOSYSTEMEN

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl26. September 2017

Quelle: swissleader.ch

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Quelle: Fraunhofer IPA

Die Entwicklungsstufen der digitalen TransformationVom digitalen Abbild zum autonomen System

MechatronischeSysteme

1950

4 Autonomisierung

1 Digitalisierung

2 Virtualisierung

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 GeräteWeltbevölkerung

*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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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 TrackingEchtzeitzugriff 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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IoT und IIoT PlattformanbieterCloudbasierte Plattformen als Backbone von Manufacturing-Ecosystemen

Konsumenten,Business und IT Industrie, Produktion

GE PREDIX

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Strategische Entwicklung von GeschäftsideenIdeenfindung auf Nutzenebene

Customer Jobs

Welche funktionalen Aufgaben erledigt der Kunde?

Welche Rolle hat der Kunde gegenüber seinen Kunden?

Welche Benefits erhält mein Kunde?

Beispiele: Usability, Kosteneinsparungen, Produktivitäts-steigerung

Customer Gains

Bei welchen Problemen wird dem Kunden geholfen?

Beispiele: Risiken, Zeitverlust, Ärgernisse

Customer Pains

Auf welcher Wertebene kann eine Lösung gefunden werden?

Wie sieht die Idee konkret aus?

Wertebene

Welche Kernkompetenzen werden für die Lösung benötigt

Müssen diese neu aufgebaut werden?

Kernkompetenzen

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Quelle. weaverorb; Ries

Minimal Viable Products als Ansatz für neue Wertangebote

Geschäftsmodell-Innovation

Ein »Minimum Viable Product« (MVP) 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

realize

idea

test

learn MVP

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XaaS-Concept − Everything as a ServiceHolistische Serviceorientierung führt zu neuen Wertschöpfungsstrukturen und Ökosystemen

Aufgaben BeispieleValue as aService(VaaS)

Personalisierte Dienste zur Bedürfniserfüllung(z.B. Mobilität, Gesundheit)

Logistic as a Service (Amazon) Mobility as a Service (Daimler) Assembly as a Service (Foxconn)

Modules as a Service(MaaS)

Offene Hard- und Softwaremodule zur Komposition personalisierter Dienste

Ara modules (Google) Apps (Runtastic) Autos (Local Motors)

Plattform as a Service(PaaS)

Life Cycle Umgebung & Kommunikation zum wirtschaftlichen Bereitstellen der Soft- und Hardwaremodule

App Store (Apple) Produktions-Plattform

(emachineshop) Virtual Fort Knox (FhG) Home Applications (First built)

Infrastructureas a Service(IaaS)

Infrastrukturlandschaft als Basis für Plattformen und zur Bereitstellung von Modulen

Cloud Infrastructure (IBM) Mobile Communication (Telekom) Netze (ENBW)Ev

eryt

hing

as

a Se

rvic

e (X

aaS)

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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

Quelle. Schunk GmbH; Materialise

Fallbeispiel Schunk eGRIPGeschäftsmodell-Innovation

SchunkKonstruktion

Plattform

MaterialiseProduktion

Kunde

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Beispiel Trumpf: Der Kunde wird zum Prosumentenbei der Herstellung von Stanzwerkzeugen Mass Personalization durch radikale Rationalisierung von Ineffizienzen im gesamten Wertschöpfungssystem Der Kunde konfiguriert und plant individuelles

Stanzwerkzeug auf einer Plattform und lastet den Auftrag selbständig ein (Prosument).

Auftragsinformationen (inkl. NC-Programme) werden automatisiert erzeugt und zum Shopfloor transferiert (CAD/CAM/Digitaler Zwilling).

Werkstück steuert die Herstellung (Autonome Produktion/ Digitaler Schatten).

Mitarbeiter kooperieren mit Robotern und Maschinen (Mensch als Dirigent der Wertschöpfung).

Quelle: Trumpf

Produktivität: +120 % Flächenbedarf: -35 %

Liefertreue: +140 % Lieferzeit: 4h statt 4 Tage

Reklamationsquote: -80 %

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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 ModelleWissenTransparenz 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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Überschrift KapitelSmart Factory − Konzept und Potenziale

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An der Schwelle zur 4. Industriellen RevolutionSteigende Komplexität führt zu neuen Wertschöpfungssystemen

In Anlehnung an: The Global Manufacturing Revolution; Quellen: Ford, beetleworld.net, bmw.de, dw.de

Pro

dukt

volu

men

pro

Varia

nte

Produktvielfalt

1850

1913

1955

1980

2000

Massenproduktion

z.B. Smartphone für Afrika

z.B. 3D-Druck

z.B. BMW online car configuratorz.B. VW Käfer

»People can have the Model T in any colour − so long as it‘s black.«Henry Ford (1913)

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Fünf Handlungsfelder für die Wertschöpfungsmodelle der Zukunft

Optimale Verteilung der Wertschöpfung im Ecosystem

Optimale Verteilung und Adaption der Funktionalitäten in der cyber-physischen System Architektur

Massendatenbasierte Prognose von Zukünften

Herstellung von personalisierter Hardware

Verschwendungsfreie und personalisierte Mensch-Maschine-Interaktion

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ARENA2036 – Stuttgart Research CampusActive Research Environment for the Next Generation of Automobiles

PPP 15 Jahre Forschungsfabrik als

Integrationsplattform

HDM dazu

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Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Prozess-modul

Varianten

MontageintegrierteFertigungsprozesse

Kontextbasierte Planung und Steu-erung, unterstützt durch Apps

Lernende und selbst konfigurierende Simulationsmodelle

Big Data basierte Mustererkennung zur Optimierung

Mensch-Roboter Kooperation

Autonome Transport-systeme und smarte Ladungsträger

Steuerung aus der Cloud /Plug and Produce

Augmented Ope-rator als Dirigent der Wertschöpfung

1

1 3 2

3 2

Automobilproduktion morgen – Entkopplung von Band und Takt durch flexibel vernetzbare und skalierbare Prozessmodule im Produktionsraum

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Beispiel SEW Eurodrive – Flexible Vernetzung von schlanken WertschöpfungszellenMitarbeiter als Dirigent der Wertschöpfung

Quelle: SEW Eurodrive

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Verknüpfung der Drehmaschine mit Cloud-Service

Cloud Plug sendet Sensordaten anSense&Act System

Bei Erreichen/Unterschreiteneines Schwellwerts wird eine Aktionausgelöst

z.B. Maschinenampeloder Email an Techniker

Cloud Plug – CPS RetrofittingAnwendungsfall

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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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Quelle: audi-mediaservices.com

Alle Objekte in der Fabrik werden weitestgehend mobilBeispiel: Audi R8 – frei navigierendes FTS (navigation as a service)

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Alle Entitäten der Fabrik haben einen »Digitalen Schatten«Beispiel: Motion Capturing zur Rückführung der realen Abläufe in die Planungsmodelle

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Smarte Optimierung der ProduktivitätBeispiel: Automatisierte Erkennung von Abhängigkeiten zwischen Prozessen und Ableiten von Verbesserungspotenzialen

Durch »Minimalinvasive« Prozessbeobachtung

mit Kameras ohne aufwendige Systemintegration

Merkmalsbasierte Konfiguration und Wiedererkennung von Zuständen in den Videos mittels adaptiver Auswertealgorithmen

Vorteile Echtzeitnahe Prozessanalyse mit direkter

Zuordnung von Verlustursachen Ermittlung und quantitative Bewertung von

Potenzialen zur Prozessoptimierung Ständige Transparenz durch Bereitstellung der

Störungen und Anlagenzustände für Bediener und Planer

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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-

ivität

-30 %Lager-abbau

Abschätzung der Nutzenpotenziale

Quelle: IPA/Bauernhansl, Bosch

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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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Industrie 4.0 wird das Produktivitätswachstum beschleunigenDie Produktivität der deutschen Wirtschaft wird bis 2025 um fast zwölf Prozent steigen

Quelle: Statistisches Bundesamt, Fraunhofer IAO, IAB, DZ BANK AG.

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Eric Emerson Schmidt (* 27. April 1955 ) seit April 2011 Executive Chairman (davor Chief Executive Officer) von Google und gehört seit 2009 zum Beraterteam des US-Präsidenten Barack Obama in Technologiefragen.

»Die umfassende Vernetzung führt uns in eine höchst personalisierte,

höchst interaktive und sehr, sehr interessante Welt. «

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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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ZUKUNFT DER PRODUKTION – PLATTFORMBASIERTE WERTSCHÖPFUNG IN BUSINESS ECOSYSTEMEN

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl26. September 2017

Quelle: swissleader.ch