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Logistik 4.0: Herausforderungen für Industrie und Logistikdienstleister
Regensburg, 21. Juli 2016
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Fördervereinigung Güterverkehrslogistik Regensburg e.V.
Logistik 4.0: Herausforderungen für Industrie und Logistikdienstleister
Dr.-Ing. Roland Fischer Fraunhofer Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS in Nürnberg
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Inhaltsübersicht
1. Fraunhofer IIS und Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS: Eine kurze Vorstellung
2. Trends in der Logistik: Zur besonderen Bedeutung von Digitalisierung
3. Digitale Transformation: Eine Betrachtung aus der Anwendungsperspektive .....
4. ... es entstehen neue datengetriebene Lösungen bei den Unternehmen die neue Geschäftsmodelle erfordern
5. Die Herausforderungen für die Logistik auf Basis einer laufenden Umfrage
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Das Fraunhofer IIS entwickelt neue Technologien und Problemlösungen für Menschen und Unternehmen
Gegründet 1985 Mitarbeiter: ca. 1200
Budget: ca. 120 Mio. € Standorte in Erlangen, Nürnberg, Fürth, Dresden, Ilmenau,
Würzburg, Bamberg, Deggendorf, Coburg, Waischenfeld
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Medizintechnik
Audio und Multimedia
Bildsysteme
Kommunikation
IC-Design und Entwurfsautomatisierung Sensorsysteme
Zerstörungsfreie Prüfung
Lokalisierung
Versorgungsketten
(Fraunhofer Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS)
Energiemanagement
Sicherheitstechnik
Das Fraunhofer IIS arbeitet anwendungsorientiert in unterschiedlichen Bereichen der Wirtschaft Geschäftsfelder im Überblick
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Optimierung: u.a. Gestaltung
logistischer Netze mit Hilfe mathematischer
Verfahren
Märkte: Qualitative und
quantitative Analyse von (Logistik-) Märkten
Prozesse: Qualitatives und
quantitatives Benchmarking insb. logistischer Prozesse
Services: Engineering
und Design von Services und
Service-Systemen
Technologien: Konzeption und
Realisierung CPS-basierter
Informationsdienste
Geschäftsmodelle: Unterstützung von
Unternehmen bei der digitalen Transformation
Fraunhofer SCS konzentriert sich auf innovative Services für Logistik und Supply Chain Management Aktivitäten im Bereich Versorgungsketten
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Inhaltsübersicht
1. Fraunhofer IIS und Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS: Eine kurze Vorstellung
2. Trends in der Logistik: Zur besonderen Bedeutung von Digitalisierung
3. Digitale Transformation: Eine Betrachtung aus der Anwendungsperspektive .....
4. ... es entstehen neue datengetriebene Lösungen bei den Unternehmen die neue Geschäftsmodelle erfordern
5. Die Herausforderungen für die Logistik auf Basis einer laufenden Umfrage
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Zukunftsbild: Beispiele für relevante Entwicklungen und Trends aus Sicht des Fraunhofer SCS
Digitalis ierung
Robotik Wissensgesellschaft
Diversifizierung
Autonomes Fahren
Servitization
3D-Druck
Nachhaltigkeit
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Inhaltsübersicht
1. Fraunhofer IIS und Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS: Eine kurze Vorstellung
2. Trends in der Logistik: Zur besonderen Bedeutung von Digitalisierung
3. Digitale Transformation: Eine Betrachtung aus der Anwendungsperspektive .....
4. ... es entstehen neue datengetriebene Lösungen bei den Unternehmen die neue Geschäftsmodelle erfordern
5. Die Herausforderungen für die Logistik auf Basis einer laufenden Umfrage
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CPS als Basis für Digitalisierung und Industrie 4.0 Cyber-Physische Systeme CPS
1. Indust r iel le Revolut ion durch Einführung mechanischer Produkt ionsanlagen mit Hilfe von Wasser- und Dampfkraf t
2. Indust r iel le Revolut ion durch Einführung arbeitsteiliger Massenprodukt ion mit Hilfe von elekt rischer Energie
3. Indust r iel le Revolut ion durch Einsatz von Elekt ronik und IT zur weiteren Automat isierung der Produkt ion
4. Indust r iel le Revolut ion auf der Basis von Cyber -physischen Systemen
Zune
hmen
de K
ompl
exit
ät
Ende 18. Jhdt .
Beginn 20. Jhdt .
Beginn 70er Jahre 20. Jhdt .
Heute
Quelle: In Anlehnung an Schlick, Jochen; Stephan, Peter; Zühlke, Det lef : Produkt ion
2020 – Auf dem W eg zur 4. industriellen Revolut ion. In: IM – Fachzeitschrif t für
Informat ion Management und Consult ing 27 (2012), Ausgabe 3, S. 26-33.
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Arbeitsdefinition und Funktionen eines CPS Cyber-Physische Systeme CPS
„Objekt“
Lebenszyklus des Cyber-Physischen
Systems
„Start“
„Ende“
„Mikro- elektronik“
Definition: „Bei 'Cyber-Physical Systems' handelt es sich um miteinander vernetzte, eingebettete Systeme, welche mittels Sensorik die physische Welt erfassen, steuernd bzw. regulierend auf diese einwirken und die daraus gewonnenen Daten in die virtuelle Welt integrieren.“
Funktionen
Identifikation
Sensorische Datenerfassung
Bestimmung der Position
Datenverarbeitung und Steuerung
Kommunikation und Vernetzung
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Cyber-physische Systeme können ihren wirklichen Nutzen nur im Anwendungskontext entfalten CPS-basierte Lösungen
„Objekt“
Lebenszyklus des Cyber-Physischen
Systems
„Start“
„Ende“
„Mikro- elektronik“
Bedarfe entlang des
Lebenszyklus
Anwender
Bedarfs- und
problemspezifische Lösungen auf Basis von
Cyber-Physischen Systemen Lösungs-anbieter
Lösungsraum für das Internet der Dinge – Industrie
4.0 kann verstanden werden als eine branchen-
spezifische Ausprägung des
sogenannten “Internet of
Things”
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Die „smarte Maschine“ von Kaeser Kompressoren Beispiele aus der Praxis Maschinen mit Internetanschluss melden
Leistungsdaten an den Hersteller
Funktionen der „smarten Maschine“:
Identifikation der Maschine auf
globaler Ebene
Digitale Aufnahme von Nutzungsdaten
direkt beim Kunden
Vernetzung und Kommunikation auf
globaler Ebene
Weiterleitung der Nutzungsdaten an
den Kundendienst des Herstellers
Aufrüstung von „dummen“ Maschinen mit
Rechner und Kommunikations-Gateway
Quelle: Kaeser Kompressoren
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Der „smarte Schrauber“ von Fraunhofer Beispiele aus der Praxis Sensorik macht Schrauber-Bewegungen in
der Produktion nachvollziehbar
Funktionen des „smarten Schraubers“:
Ortung über Magnetfeld- und
Beschleunigungssensoren
Abgleich mit Bewegungsmodellen für
bestimmte Aktivitäten
Vergleich von Ist-Prozessen mit
vorgegebenen Sollprozessen
Hinweise auf Fehlbedienungen direkt
an den Werker
Verknüpfung eines Standardprodukts mit
komplexer Sensorik
Quelle: Fraunhofer IIS
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DB Schenker verwandelt Mehrwegbehälter in CPS und verleiht Behälterflüssen mehr Transparenz Beispiele aus der Praxis
Eingebettete Mikroelektronik
in klassischen Transportboxen
Funktionen der „Secure Box“:
Identifikation und
Lokalisierung der Box
Sensorische Überwachung
des Innenraums
Monitoring & Fernsteuerung
des Schließmechanismus
Routenüberwachung
Neue Services im Bereich der
Warensicherung und der
Qualitätsdokumentation
Quelle: DB Schenker
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Der „intelligente Behälter“ von Würth Beispiele aus der Praxis Eingebetteter „Sensorknoten“ zur
Überwachung von Behälterfüllständen
Funktionen des „iBin“:
Erfassung von Bildern des Behälter-
inneren mit integrierter Kamera
Ermittlung des Füllstandes und
Abgleich mit Sollinformationen
Generierung eines Events bei
Unterschreiten einer Mindestmenge
Vernetzung und Kommunikation mit
der Umgebung
Kombination von Standardbehältern mit
miniaturisierter Mikroelektronik
Quelle: Würth
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Kommunikationslösungen für Logistik Drahtloses Pick-by-Local-Light mit s-net®: flexible, wartungsarme Kommissioniersysteme Drahtloses Pick-by-Light, das durch ad-hoc-
Vernetzung eine flexible Anpassung an neue Gegebenheiten ermöglicht
Energieeffieziente Kommunikationsprotokolle gewährleisten ein wartungsarmes System (reduzierter Aufwand für Batteriewechsel)
Erhöhung der Kommissionierleistung durch Lokalisierungskomponente
Verbindung zum Warehouse-Management-Systeme durch Integrations- & Anwendungsplattform IAP und Integration innovativer Zusatzfunktionen wie die Ortung der Kommissionierer innerhalb des Lagers
Qu
elle: Fr
au
nh
ofe
r IIS
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Zunehmende Leistung bei immer kleineren Baugrößen Trends und Entwicklungen im Bereich CPS Zunehmende Miniaturisierung
Einfachere Integration von Mikroelektronik in Produkte
Steigender Funktionsumfang Von Identifikation über Sensorik, Ortung, Datenverarbeitung bis hin zu Kommunikation und Vernetzung
Schnelles Generieren großer Mengen heterogener Daten Einsatz neuer Datenbanktechnologien
Dezentralisierung von Datenverarbeitungsaufgaben Verlagerung von Softwareanwendungen bis auf die Produktebene
Zunehmend flächiger Einsatz der Technologie Neue Architekturen im Bereich der informationstechnischen Systeme von Unternehmen und Wertschöpfungsketten
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Inhaltsübersicht
1. Fraunhofer IIS und Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS: Eine kurze Vorstellung
2. Trends in der Logistik: Zur besonderen Bedeutung von Digitalisierung
3. Digitale Transformation: Eine Betrachtung aus der Anwendungsperspektive .....
4. ... es entstehen neue datengetriebene Lösungen bei den Unternehmen die neue Geschäftsmodelle erfordern
5. Die Herausforderungen für die Logistik auf Basis einer laufenden Umfrage
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Eine neue Infrastruktur für neue datengetriebene Lösungen bzw. neue Informationsdienste zeichnet sich ab Die notwendigen Basistechnologien ....
Ein- und zwei- dimensionaler
Barcode
RFID Technologie
Multi- funktionale
eingebettete Systeme Cyber-
physische Systeme
Intelligente Kleidung
mit ES Smart Phones
und Pads Laptops und
Ultrabooks
Desktop Computer
Data Warehouses
Softwarepakete mit integrierten Datenstrukturen
Big Data Analytics
?
Mainframe Computer
Cloud Computing Application
Service Providing
Software für Personal Computer
Physische Produkte zur
Befriedigung von Bedürfnissen
Hybride Produkte –
physische und digitale Anteile
Digitale Produkte
Wählscheiben- telefon
SMS/e-mail
Digitale soziale Netze
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Von der wettbewerbs-verändernden Wirkung smarter Produkte Literaturhinweis
Smarte Produkte und CPS-basierte
Lösungen verändern
Werteversprechen, Kanäle zum
Kunden, die erforderlichen
Ressourcen, Kooperation und
Schlüsselpartnerschaften, Ertrags-
und Kostenstrukturen sowie den
Wettbewerb!
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Etablierte Geschäftsmodelle müssen grundlegend überdacht werden Veränderung des Geschäftsmodells als Folge
Quelle: Osterwalder und Pigneur
Daten gewinnen zunehmend an
Wert für das Unternehmen
Grundlegend veränderte
Value Proposition
Weitere Veränderungen innerhalb
des Geschäftsmodells, z.B.:
... im Bereich der
Revenue Streams
(„Betreibermodelle“)
... im Bereich der
Kernkompetenzen („Service System Engineering“, „Digitalisierung“)
... im Zusammenhang mit Schlüsselpartnerschaften (Denken in „Business
Ecosystems“, „Open Innovation“-Konzepte) etc.
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Für die digitale Transformation des Unternehmens müssen die unterschiedlichsten Rolle besetzt werden Ökosystemmodell im Überblick ... Dienstleistungs-
nehmeroder„User“
AppPla orm
Hardware-Pla orm
BetreibervonAnwendungs-pla ormen
EntwicklervonSo ware
anwendungen
Zer fizierungs-organisa on
HerstellerHuman-IoT-Interface
Marke ng-organisa on
Finanz-intermediär
Hardware-Pla orm
Middleware-Pla orm
Database
Datenbank-betreiber
Middleware-anbieter
AnbietervonHardware-pla ormen
Eingebe etesSystem
Product
Produkt-hersteller
AnbietervonTelekommunika ons-
infrastruktur
Anbietersicherer
Informa ons-dienste
Herstellereingebe eter
Systeme
Datenbank-anbieter
Lösungs-anbieter
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Inhaltsübersicht
1. Fraunhofer IIS und Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS: Eine kurze Vorstellung
2. Trends in der Logistik: Zur besonderen Bedeutung von Digitalisierung
3. Digitale Transformation: Eine Betrachtung aus der Anwendungsperspektive ....
4. ... es entstehen neue datengetriebene Lösungen bei den Unternehmen die neue Geschäftsmodelle erfordern
5. Daraus ergeben sich neue Herausforderungen für die Logistik …
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Digitalisierungsgrad im Branchenvergleich Digital Process Index
Quelle: d.VELOP
Große Potenziale im Bereich Logistik unterstellt, es fehlt an echten, adaptierbaren Umsetzungen!
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Transportlogistik 4.0 Fraunhofer Erhebung
Fraunhofer SCS hat die wichtigsten Technologien und Anwendungen rund um die Digitalisierung identifiziert
Aktuell wird der Umsetzungsgrad im Bereich überbetrieblicher Transport erhoben
Das Gedankengut von Industrie 4.0 soll so in die Logistik überführt und Handlungsfelder aufgedeckt werden
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Transportlogistik 4.0 Herausforderungen 1
Notwendigkeit des kettenübergreifenden Process Alignments
Einbindung der Vielzahl an Beteiligten ohne direkte Vertragsverhältnisse
Mitunter schnell wechselnde Beteiligte (langfristige Verträge insb. im Bereich Sourcing eher die Seltenheit)
Frage nach dem auslösendem Element zum Einsatz digitaler Lösungen, z.B.:METRO‘s Forderung alle WE-Paletten mit RFID zu kennzeichnen
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Transportlogistik 4.0 Herausforderungen 2
Fehlende Wirtschaftlichkeits- und Effizienzberechnungen digitaler Lösungen
Auswirkungen auf ROI für Unternehmen nicht klar berechenbar
Individuelle Use-Case-Betrachtung notwendig, z.B.: Kosten-Nutzen-Betrachtung Barcode vs. Intelligenter Identifikationssysteme (bspw. RFID)
Keine Branchenstandards bzgl. einzusetzender Technik
Inhouse-Lösungen von großen Playern
Vielzahl an IT- / Technik-Dienstleistern mit entsprechenden Angeboten
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Transportlogistik 4.0 Herausforderungen 3
Datenschutz / Datensicherheit
Bedenken über Datenweitergabe an Dritte
Oftmals fehlt eine zentrale, neutrale Instanz als Datendrehscheibe
Einheitliche, international geltende Regeln sind erforderlich
Awareness und Datenkultur
Datenqualität bei vielen Partnern noch nicht ausreichend vorhanden
Datenanalysequalitäten in Unternehmen noch nicht zufriedenstellend
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Transportlogistik 4.0 Herausforderungen 4
Beschwerliche Integration von Innovationen
Systematischer Überblick über Innovationen fehlt
Fehlende Experten in den Unternehmen zur Umsetzungsbegleitung
Fehlende Budgets für F&E bzw. Pilotisierungen
Sorge vor Abhängigkeiten von IT-Dienstleistern
Deutscher Mittelstand i.d.R. Nachzügler in Innovationen
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Fraunhofer IIS und SCS treiben das Thema Digitalisierte Produktion und Logistik im Rahmen des ZD.B Digitalisierte Produktion in Bayern Leitprojektantrag wurde
im Frühjahr 2015 gestellt
Start der Förderung war
am 01.04.2015 für 5 Jahre
Schwerpunkte:
Umsetzung von
Leitanwendungen
Schließen möglicher
technischer Lücken
Demonstration von
Lösungen in der smarten
Testfabrik
Verkürzung von Time-to-Market-Zyklen für die Anwendung moderner
IuK-Technologie in Produktion und Logistik
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Zusammenfassung
Digitalisierung als Zukunftstrend identifiziert
Industrie und Logistik 4.0 basieren auf Cyber-Physischen Systemen die durch zunehmende Miniaturisierung, steigenden Funktionsumfang und flächige Vernetzung ermöglicht werden
es entstehen neue Infrastrukturen für datengetriebene Lösungen und Informationsdienste die vielfach größere Datenmengen erzeugen
auf Basis der Datendienste entstehen neue Prozesse und auch neue Geschäftsmodelle
etablierte Geschäftsmodelle müssen überdacht werden und neue Rollenmodelle müssen entstehen dürfen
die entstehenden Herausforderungen für die Wirtschaft (v.a. dem Mittelstand) müssen angenommen und adressiert werden
die Bayerische Staatsregierung hat dies erkannt und mit dem Zentrum für die Digitalisierung Bayern ZD.B die Grundlage gelegt
© Fraunhofer IIS, 2015 Seite 33
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Dr.-Ing Roland Fischer Geschäftsführer Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS Email: roland.fischer@scs.fraunhofer.de www.iis.fraunhofer.de / www.scs.fraunhofer.de
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!