Industrie 4.0

Unterwegs in eine Zukunft der digitalisierten Anlagenwelt

Prof. Dr. Christoph Heitz

ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, School of EngineeringInstitut für Datenanalyse und Prozessdesign- Plattform “Industrie 4.0” der ZHAW- Swiss Alliance for Data-Intensive Services

Die industriellen Revolutionen

© IDP / School of Engineering 2

Cyber-Physical systems

© IDP / School of Engineering 3www.acatec.de

„Industrie 4.0“ und „Internet-of-Things“

© IDP / School of Engineering 4

Europa: Industrie 4.0International: Industrial Internet of Things

Vernetzung: Internet of Things

© IDP / School of Engineering 5http://www.i-scoop.eu/internet-of-things/2010 20202000

© IDP / School of Engineering 6

Industrie 4.0

• Industrie 4.0 (oder Industrial Internet of Things) steht für die umfassende Digitalisierung der Industrie

• Revolution: dies wird die gesamte industrielle Welt grundlegend verändern

• Top-Thema am World Economic Forum 2016

Nationale Initiativen in der Schweiz:• Initiative Industrie 2025

– Industrieverbände: Swissmem, SwissTnet, Electrosuisse, asut• Swiss Alliance for Data-Intensive Services

– 10 Hochschulen, >25 Firmen

© IDP / School of Engineering 7

Treiber: technische Veränderungen

Die wichtigen Treiber: • Digitale Technologien auf den Maschinen:

– Zunehmende Sensorik– Realtime-Zugang über Bus-Systeme oder wireless

• Vernetzung– Innerhalb der Firma: Intranet– Weltweit: Internet

• Einsatz mobiler Endgeräte: Zugang überall und jederzeit

© IDP / School of Engineering 8

Die neue Produktion: Smart Factory

© IDP / School of Engineering 9

www.moxa.com

Beispiel Siemens Mobility

Flotte Velaro E

• 26 Züge im täglichen Einsatz: Madrid - Barcelona und Madrid - Malaga

• Komplette Maintenance durch Siemens Mobility Services für die Dauer von 14 Jahren

• 24 Stunden-Service durch 160 Siemens Mitarbeiter um die tägliche Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Züge sicherzustellen

© IDP / School of Engineering 10

Remote Maintenance beim Velaro E

• Überwachung von Rolling Stock und Infrastruktur mittels Einsatz von Remote Services – Vorhersage von Motor- und Getriebeauffälligkeiten – Temperaturanalyse mit Mobility Monitor – Fehlermeldungen werden auf Remote Service Desk visualisiert – Überwachung des Stromflusses in Weichen – Entscheidung ob Fehler auf Seitens des Fahrzeugs oder der Strecke liegt

• Aufnahme und Auswertung von Verlaufs- und Betriebsdaten – Bremsbeläge – Vibrationen und Temperaturen des Drehgestells

© IDP / School of Engineering 11

Das Prinzip

Datenerzeugung durch Sensorik:• auf dem Fahrzeug• Remote-Datenzugang mittels Siemens-eigener common Remote

Service Platform (cRSP ) Datensammlung:• Zentraler ServerDiagnose:• Softwareunterstützte Verarbeitung im Rail Support Center• Erzeugung von Arbeitsanweisungen für Instandhaltung• Sammlung typischer Muster Verbesserung des SystemsUnterstützung des Betreibers:• Arbeitsanweisungen• Steuerung der Ersatzteillogistik

© IDP / School of Engineering 12

Neue Businessmodelle

© IDP / School of Engineering 13

IoT business models according to Gartner

Managemonitor status and improve utilization

Monetizecharge for usage on incremental basis

Operateimprove / individualize

process control

Extendprovide digital services

after shipping

Business Model

Die Elemente von Industrie 4.0

© IDP / School of Engineering 14

Industry 4.0 – More than just creating data

connect thingsand capture data

storage andprocessing

data analytics:create insights

and generate value

BusinessCase

Microcontrollers,wireless,

low-power,sensors,

automation

Data warehouses,aggregation,

filtering,Event detection

Model building, discovery, visualization predictionValue chain design,Risk assessment

Value-creating services,Resilience engineering,business processes

take action:Implement new value-

creating services and processes

© ZHAW, Plattform Industrie 4.0

Connecting „things“ to the Internet

© IDP / School of Engineering 15

physicalprocess

micro-controller

sensors

actuators

wired / wireless

network

BusinessCase

Connecting "Things" to the Internet

16

ble Beacon

Leak Detection

Indoor Localization

BuildingTechnology(Thread)

VibrationHarvesting

Mesh Network

Project examples

battery less Digital Signage

Data Logger with ble

BusinessCase

Speicherung und Verarbeitung

© IDP / School of Engineering 17

BusinessCase

Edge computingfiltering, fast feedback, cleansing, compression

Stagingquality checks

Integrationharmonization,

commondata model

Enrichmentevent / anomaly detection,

aggregation, fusion

Open Data

Echtzeitverarbeitung von DatenströmenUser interfacelocation-independent

Wireless Sensor Networkslocated around the world

source of icons: colourbox

Datenverfügbarkeit: Tendenz steigend

• Bereits heute haben mehr als 40% der Unternehmen zentralen Zugriff auf Maschinendaten

(Bearing Point, 2015)© IDP / School of Engineering 18

Data Analytics schafft Wissen

© IDP / School of Engineering 19

Cross Industry Standard Process (CRISP) Data Analysis

Business UnderstandingDefine data analysis problem

DeploymentImplementation of results into practice

Data UnderstandingAre required data available? Data quality?

Legal (privacy) and financial aspects?

Testing and EvaluationHow good are the models?

- In technical terms: cross-validation, residual analysis

- In terms of reaching the initial goals

Model BuildingSelect and apply appropriate

analytical methods

Data PreparationActivities to construct the final dataset - Dealing with missing values- Difference between 0 and ""

BusinessCase

Aus Wissen neues Geschäft erzeugen

© IDP / School of Engineering 20

Neue Geschäftsfelder

• Condition based maintenance– Verbesserung der Instandhaltung

• Predictive Maintenance– Fehler vorhersagen, bevor sie auftreten

• Remote Services– Anlagenhersteller unterstützen Anlagenbetreiber aus der Ferne– Effizientere Nutzung der Anlagen– Pay-per-use

• Data Intensive Services– Neue Dienstleistungen aufgrund von Anlagendaten– Produce-on-demand

BusinessCase

Die Zukunft gehört den Innovatoren

Unterstützung von Firmen durch Hochschulen:

• Swiss Alliance for Data-Intensive Services– Schweizweites Netzwerk– Innovative Firmen und Hochschulen

erzeugen gemeinsam Innovation

• ZHAW Plattform Industrie 4.0– Alle Bausteine aus einer Hand

© IDP / School of Engineering 21

Veranstaltungshinweis

© IDP / School of Engineering 22

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Weitere Informationen: • christoph.heitz@zhaw.ch

© IDP / School of Engineering 23