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Industrie 4.0 – Schritt für Schritt auf dem Weg zu neuen ProduktionsumgebungenProf. Dr. Dieter Wegener, Technologiechef Sektor Industry
Forum Industrial IT, Hannover, 07. April 2014
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Effizienz steigern Time-to-Market verkürzen Flexibilität erhöhen
• Kürzere Innovationszyklen
• Komplexere Produkte
• Größere Datenvolumina
• IndividualisierteMassenfertigung
• Volatile Märkte
• Hohe Produktivität
• Energie- und Ressourcen-effizienz als entscheidende Wettbewerbsfaktoren
Herausforderungen: Wandel in der Produktion schneller als je zuvor
Industrie 4.0 wird helfen, die Herausforderungen in der Fertigung zu meistern
1 2 3
Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit
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Die Industrie wird weltweit wieder als Motor für Wachstum und Stabilität betrachtet
USA"Manufacturing Renaissance"• Gründung eines
nationalen Netzes für Fertigungs-innovationen
• Verwendung von nationalen Schiefergas und Öl-ablagerungen (Fracking).
DeutschlandBeibehaltung der führenden industriellen Position• Nachhaltige Investition
in innovative Stärke• Hohes Exportniveau• Industrie 4.0 als
neues Leitmotiv
ChinaHöhere Produktqualität durch die Verwendung von High-End Fertigungstechnologie• Steigende Löhne• Forderung nach
Qualität erfordert den Einsatz von Auto-matisierungstechnik
• Energieeffizienz-gesetze
JapanKonzentration auf wachsende Exporte• Fertigungsindustrien
generieren etwa 20% des BIP
• Regierungsaktivitäten unterstützen das Exportgeschäft
• Unter den innovativsten High-Tech-Ländern der Welt.
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Process DiscreteHybrid
Industrie 4.0Factory
Industrie 4.0Plant
Industrie 4.0 betrifft alle Industriebranchenvon diskreter Industrie bis Prozessindustrie
Industrie 4.0 Facility
Future Factory 2030Future Plant 2030
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Vision Industrie 4.0: Optimierung durch Cyber-Physische Systeme (CPS)
• Das zu fertigende Produkt besitzt alle erforderlichen Informationen über seine Produktionsanforderungen
• Organisation vernetzter Produktionseinrichtungen unter Berücksichtigung der gesamten Wertschöpfungskette
• Produktionsablauf wird auf Basis der aktuellen Situation flexibelentschieden
• Der Mensch bleibt unerlässlich als kreativer Planer, Überwacher und Entscheider
Vision "Industrie 4.0"
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Industrie 4.0
Industrie 4.0
…
Zukunft der IndustrieViele Teams gehen an den Start
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Das Team Deutschland hat sich formiert und ist schon gut in Fahrt …
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Handlungsfeld Team Deutschland
Interoperabilität der System-Landschaft entlang der Wertschöpfungskette sicherstellen
ProduktionProduktentwicklung ServiceInter-operabilität
Inter-operabilität
"Office Floor"(Machine-to-Business)
"Shop Floor"(Machine-to-Machine)
MES
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Control
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Wertschöpfungskette
Real time Network
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Process DiscreteHybrid
Auf Shop Floor-Level ist zu beachten:• hohe Branchenabhängigkeit,
detailliert in Normen/Standards• Referenzarchitekturen
abhängig vom Use-Case
Herausforderung Team Deutschland:Gemeinsames Verständnis von Shop- u. Office-Floor
ProduktionProduktentwicklung ServiceInter-operabilität
Inter-operabilität
"Office Floor"(Machine-to-Business)
"Shop Floor"(Machine-to-Machine)
ERP
Control
PLM
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Wertschöpfungskette
1
2MES
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SOA* Implementierung durch semantische Verknüpfung von Office- und Shop Floor
Quelle: ZVEI Führungskreis Industrie 4.0; 14.01.2014* SOA: Service - Oriented - Architecture
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Serviceaspekte wurden in der Plattform Industrie 4.0 erarbeitet
ProduktionProduktentwicklung ServiceInter-operabilität
Inter-operabilität
"Office Floor"(Machine-to-Business)
"Shop Floor"(Machine-to-Machine)
MES
ERP
Control
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Wertschöpfungskette
Real time Network
EnterpriseNetwork
Service aus Sicht des Produkt-Herstellers
*Quelle: Arbeitsgruppe ZP2= Zukunftsprojekt 2 „Internet der Dienste“
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"Office Floor"(Machine-to-Business)
"Office Floor"(Machine-to-Business)
"Shop Floor"(Machine-to-Machine)
"Shop Floor"(Machine-to-Machine)
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ControlControl
PLM
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"Office Floor"(Machine-to-Business)
"Shop Floor"(Machine-to-Machine)
ERP
Control
PLM
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ProduktionProduktentwicklung ServiceInter-operabilität
Inter-operabilität
Wertschöpfungskette
Ausweitung von Industrie 4.0 in Richtung Serviceaus Sicht der Produkt-Nutzer (Beispiel Mining)
Neue digitale Infrastrukturenund Geschäftsmodelle
ProduktionProduktentwicklung ServiceInter-operabilität
Inter-operabilität
Wertschöpfungskette
ProduktionProduktentwicklung ServiceInter-operabilität
Inter-operabilität
Wertschöpfungskette
Service aus Anwendersicht
*Quelle: Arbeitsgruppe ZP2= Zukunftsprojekt 2 „Internet der Dienste“
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Siemens - Roadmap zu "Industrie 4.0" Evolution statt Revolution
Charakteristika
• Vorgeplante Abläufe
• Umfeld planbar gestaltet
• Abweichung vom Plan ist Fehler
Gestern und heute
Drei Kernelemente:
• Produktionsnetzwerk
• Verschmelzung virtueller mit realer Welt
• Cyber-Physical Systems
Heute und morgen: Evolution
Charakteristika
• Flexible Abläufe
• Situations-abhängiges Umfeld
• Ad-hoc-Entscheidungen
2030
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Die Zukunft der Industrie: Industrie 4.0 – drei Kernelemente
Produktionsnetzwerk Flexible Wertschöpfungsketten mitunternehmensübergreifenden,in Echtzeit verfügbaren Informationen
1
Verschmelzung virtueller mit realer Welt Integration von Produktdesign und Produktions-Engineering für reduzierteMarkteinführungszeiten
2
Cyber-Physical Systems (CPS)Modulare Produktionseinheiten mit vollständigem und konsistentem virtuellen Abbild
3
Cyber-Physical Systems
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Kernelement 3:Cyber-Physical Systems (CPS)
Das digitale Modell ist immer aktuell und wird über den gesamten Lebenszyklus erweitert
• Software / Informatik• Mechanik• Elektrik, Elektronik• Automatisierung, HMI• Safety, Security• Maintenance
Cyber-Physisches System (CPS)
Physische Produktionseinrichtung Digitales Modell
• Ortsangabe, Identität
• Zustand• SW-Version• Schnittstellen• …
Enthält alle Informationen über…
ServicesProduktions-ausführung
Produktions-planung
Produkt-design
Produktions-Engineering
+
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"Virtuelle Maschine" - Erhöhung der Produktivität durch Simulieren des Fertigungsverfahrens
• Digitaler „Zwilling“• Simuliertes Herstellen eines Werkstücks• Ermittlung von Produktionszeiten.
10% Produktivitätssteigerung im laufenden Betrieb und bis zu 80% Zeiteinsparungen beim Aufstellen/Einrichten der realen Maschine.
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Kernelement 2: Virtuelle und reale Fertigungswelt verschmelzen mit Produkten unserer Digital Enterprise Platform
TIATotallyIntegrated Automation
PLMProductLifecycleManagement
Design und virtuelle Produktion
Reale Produktion
Produktions-planung
Produktions-Engineering
Produktions-ausführung
Produkt-design
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Kernelement 2:Integration von Produktentwicklungs-und Produktionsprozess
Beispiel Produktentwicklungs- und Produktionsprozess
Design & Ent-wick-lung
Design & Ent-wick-lung
Defini-tion
ProduktionProdukt
Betrieb Service
Zeit
Gestern
Effizienz steigern, Time-to-Market verkürzen, Flexibilität erhöhen
Betrieb
Design & Ent-wick-lung
Defini-tion
Heute
Produkt Produktion
Service
Zeit
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Kernelement 1: Produktionsnetzwerk auf Basis MOM (Manufacturing Operations Management)
Flexible Wertschöpfungsketten mitunternehmensübergreifenden,
in Echtzeit verfügbaren Informationen
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Siemens erweitert sein Portfolio auf MOM (Manufacturing Operations Management)
SCM – ERPPLM
AutomatisierungNC PLC
DCSHMI
Sensoren, Antriebe, Feldgeräte …
Batch
MESProduktionsmanagement
ISA-95HMI-SW/SCADA
EMIQMS Forschung/Entwicklung
MOMAPS
QMS: Quality Management System EMI: Enterprise Manufacturing Intelligence APS: Advanced Planning & Scheduling
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Beispiel Fertigungsindustrie:Durchgängigkeit über die gesamte Wertschöpfungskette
ServicesProduktions-ausführung
Produktions-planung
Produkt-design
Produktions-Engineering
Totally Integrated AutomationPLM Software
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Das Automatisierungsangebot für die Fertigungsindustrie
PLMTECNOMATIX
Digital Manufacturing
TEAMCENTERCollaborative
PDM
NXProduct
Development
SIMATICHMI
SIMATICControllers
SIMATIC IDENTIndustrial
Identification
SIMATIC Distributed I/O
SINAMICSDrive Systems
SIMATIC WinCCSCADA System
SIMATIC NETIndustrial
Communication SIRIUSIndustrial Controls
SINUMERIKCNC
SIMOTIONMotion Control
TIA PORTALEngineering
Framework for Automation
Tasks
SIMATIC IT Production
Suite
SIMATIC ITIntelligence
Suite
Field Level
Control Level
Enterprise Level
Management Level
Operator Level
ERP PLM
MES
SCADA
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Beispiel Prozessindustrie:Durchgängigkeit über den gesamten Anlagenlebenszyklus
ServicesProduktionProzess-planung
Anlagen-design
Anlagen-Engineering
Totally Integrated AutomationPlant Engineering
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Das Automatisierungsangebotfür die Prozessindustrie
Field Level
Control Level
Enterprise Level
Management Level
Operator Level
Integration with ERP Level
SIMATICField Bus
SITRANS/SIPARTInstrumentation
SIMATICDistributed I/O
SIMATIC ITIntelligence Suite
SIMATIC ITProduction Suite
SIMATIC IT R&D Suite
COMOS Plant Engineering
SIMITSimulation SIMATIC PCS 7 Operating System
SIMATIC PCS 7Engineering
SIMATIC PCS 7 Controller
SIMATICHMI
SINAMICSDrive Systems
SENTRONPower Control
SIMATIC NETIndustrial
Communication
Drives Field Bus Sensors
ERP PLM
MES PlantEngineering
PCS SCADA
DCS Controller
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Industrie 4.0
Industrie 4.0
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Tour de „Industrie 4.0“
Nicht auf Industrie 4.0 warten, sondern im Team Deutschland mitgestalten
Forum Industrial IT, Hannover, 07. April 2014
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Prof. Dr. Dieter WegenerIndustry Sector, I IA ATS
Gleiwitzer Str. 55590475 Nuernberg, Germany
Telefon: +49 911 895-3180Fax: +49 911 895-153180Mobil: +49 173 2512980
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