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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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INDUSTRIE 4.0 − CHANCEN UND HERAUSFORDERUNGEN FÜR DEN MITTELSTAND
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