Der Weg in die Zukunft mit der 4. industriellen Revolution

Der Weg in die Zukunft mit der 4. industriellen Revolution

Fritz J. Neff

IHK-HWK-Veranstaltung Pforzheim am 24. Oktober 2014

01.11.14 Prof. Fritz J. Neff, Steinbeis TZ Mechatronik

und Nachhaltigkeit, Karlsruhe 2

LMHS seit 1993

SAM1997 – 2007 - 2010

1982-1988

AMIR1997-2000

2000-heute… 1988-heute

!! Die Idee, der Auftrag, die Bedingungen !! Anforderungsliste, Pflichten-, Lastenheft !! Planung !! Simulation !! Beschaffung !! Fertigung !! Kundendienst



Natürliche Umwelt

(Fauna & Flora)

Technologien Menschen



neues Produkt

Methoden- Kompetenz

Multi-!disziplinarität

Intelligente !Funktionen

Ganzheit-!lichkeit

Qualität

Transparenz

-!Team Work -! Project Managem. -! Simulation & CAx-tools!- Qualitätsmanagement -! FMEA….

-!Mechanik -! Electronik -! Informations-! technik

-!Sensoren -! Aktoren -! Prozessoren -! Mikrosystem-! technik -! Ablauffunktionen

Natürliche Umwelt

(Fauna & Flora)


Aktoren Sensoren

Mecha- tronik

Mechanik Elektronik

Informations- technik

Simulation & Modellbildung

Prozess- algorithmen

!! Das Schwerste an einer Idee ist nicht, sie zu haben, sondern zu erkennen, ob sie gut ist.“

!! Deshalb benötigen wir um zu dieser Erkenntnis zu kommen die komplette Prozesskette eines Unternehmens in physisch einfach erreichbarer Nähe



Natürliche Umwelt

(Fauna & Flora)


Prof. Fritz J. Neff, Steinbeis TZ Mechatronik und Nachhaltigkeit, Karlsruhe 6

Mission

Objectives

Goals

Strategy

Structure

Roles

Style

Systems

Resources

StrategicPlanning

StrategicImplementation

Strategic context of organizational planning for the project

VISION

Persönlicher Auftrag Ziele Teilziele Strategie Organisationsstruktur Rollenverhalten Umgangsformen Abteilungen Ressourcen

01.11.14

!! Bekanntes unverzichtbares Prozedere jedoch sehr zeitaufwendig!

!! Wird sich nicht so schnell verdrängen lassen!

!! Industrie 4.0 wird diese Prozesse auch bei KMUs beeinflussen (Digitalisierung)!

!! Wechsel in neue Technologien und Abläufe erfolgt meist durch nachfolgende Generation



!! Schlechte Traceability !! Quasi kein User Management !! Schlechte Versionierung / Baselining !! Nur manuelle Analysen !! Geringe Interoperabilität !! Keine Online-Zusammenarbeit !! Integrierte automatische

Nachverfolgbarkeit !! Schwacher Pers.-Wechsel-Schutz

!! Komplexes Produkt: !! Einarbeitungszeit !! Funktionsumfang !! Verlangt Vollständigkeit !! Bearbeitungszeit

!! Teuer !! Abhängigkeit von Lizenzgeber !! Kompatibilitätsprobleme !! Anpassung auf Prozesslandschaft

Klassisches Lasten- /Pflichtenheft Softwaregestützte Systeme

!! Quasi keine Einarbeitungszeit !! Effiziente Bearbeitung !! Billig !! Kunden-SW-kompatibel !! In jeder Prozesslandschaft einordbar

!! Sehr gute Traceability !! User Management !! Versionierung / Baselining !! Semi-automatisierte Analysen !! Gute Interoperabilität !! Online-Zusammenarbeit !! Höhere Datensicherheit

State-of-the-art, aber nicht KMU-gerecht KMU-gerecht, aber fehleranfällig

Dipl.-Wirt.-Ing. Tobias Pickshaus Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT Aachen, Vortrag beim Mechatronic Dialogue Karlsruhe am 19.05.2014





Ideen "

t

Produkte "

Kreativitätstechniken Simultaneous Engineering

Lean Innovation

Markt-Orientierte Innovation

Erfahrung, Checklisten, Nutzwertanalysen, Investitionsrechnung,!Portfolio-Analysen, …, !Einbindung von Senior-Experten mindestens in der ersten Phase und Im After-Sales-Service

Prof. Dr. T. Abele, !TIM Consulting

Prof. Fritz J. Neff, Steinbeis TZ Mechatronik und Nachhaltigkeit, Karlsruhe 10 01.11.14

!! Dezentralisierung!von der fraktalen Produktionseinrichtung zum cyber-physikalischen Produktions System

CYBER-PHYSICAL SYSTEM

Embedded systems als Teil von Maschinen,

Gebäuden, Transport Systemen und seiner

Infrastrukture, Produktionsanlagen,

Medizinische Prozesse, Logistik Prozesse,

Management Prozesse, Koordinierungs Prozesse

Internet-services

01.11.14 Prof. Fritz J. Neff, Steinbeis TZ Mechatronik und Nachhaltigkeit, Karlsruhe 11

!! In 1 Jahr verbrauchen wir so viel Fossile Energie wie die Welt in 1.000.000 Jahren entwickelte

!! Wir zerstören die Basis unseres Lebens, die Umwelt!

!! 2025 ca. 50% des globalen Verbrauchs liegt in ! Entwicklungsländern

!! 2025 ca. 2/3 aller Menschen leben in Zonen mit ! Wassermangel

!! 2050 das durchschnittliche Lebensalter wird um >10 ! Jahre ansteigen

!! 2050 ca. 65% aller Menschen leben in Ballungsgebieten !! 2050 der Energieverbrauch wird sich bis dahin !

verdoppeln BP Statistical Review of World Energy 2011

01.11.14 Prof. Fritz J. Neff, Steinbeis TZ Mechatronik und

Nachhaltigkeit, Karlsruhe 12

Wie können wir alle Menschen mit Nahrung, Wasser, Energie und Medizin (-technik) versorgen?

!! Energie Revolution Sonne–Wind-Wasser !

!! Material Revolution Weiterverwendung und Recycling,! Verbundwerkstoffe!

!! Revolution in menschlicher Zusammenarbeit! neue Arbeitsmodelle, neue ! Ausbildungsmethoden, neue ! Arbeitsplätze (jobs), Stressminimierung

!! Kapital Revolution Änderung der Werte und der ! ökonomischen Modelle, überdenken ! der Grundlagen der sozialen ! Marktwirtschaft!

!! Revolution durch digitale Produktions-Systeme ! zuerst Massenproduktion dann ! Kleinserien, Sondermaschinenbau?



Natürliche Umwelt

(Fauna & Flora)


design sales

R&D

Enterprise B !community mit Kundendaten,

Lieferantendaten, Produktdaten, Werbung,…

Bench-marking

Logistic enter-prise

Enterprise A !community mit Kalkulation,

Kundendaten, Lieferantendaten,

Produktdaten, Werbung,….

Hybride-Cloud-Technologies

Autonome Systeme in smarten Fabriken

Urbanes Leben

Internet-

service

Private Clouds

Public Clouds

Community Clouds





H

C

B

E D

I

A

G

F

2014 Jedes KMU hat seine eigene Produktion und seine eigene Logistik

H

C

B

E D

I

A

G

F

2050 Optimale gemeinsame Produktionsanlage für alle beteiligten Unternehmen der Gruppe A-I

Fabrik

Datentransfer

Gruppen- wolke

Output der Produkte

Global

market



Quelle: Fraunhofer IML, Prof. Dr. Michael ten Hompel

50 autonome shuttles organisieren sich selbst im Produktionsablauf



Smart Product = intelligentes Produkt: !! Qualität !! Time-to-market !! Logistik (intern, extern)

Smart Production Facility: !! Nachhaltigkeit in der

Wertschöpfungskette !! Wartbarkeit !! Anpassbarkeit an andere Produkte !! Zuverlässigkeit !! Einfache Programmierung !! Flexibilität !! Höherer Output mit weniger

Mitarbeitern in der Fertigung

Smart machines = kommunizierende Maschinen (= Schwarmelemente): !! Autonome Entscheidungen !! In Kommunikation mit Nachbarn !! Verbund mit Logistik (intern, extern)!

Hochqualifizierte Mitarbeiter: !! Mechatronik Ingenieure !! Detailkenntnisse der Maschinen !! Einsetzbar für wechselnde Aufgaben !! Zuverlässigkeit !! Weiterqualifizierbarkeit

Natürliche Umwelt

(Fauna & Flora)


Schnittstellen für hybride Montage Systeme: #! Interaction-Interfaces

#! Visual #! Gestig #! Sprache

#! Physische Schnittstellen #! Haptik #! Head-Mounted Displays #! Force-Feedback Systems

google.com/+projectglass

Prof. Bauernhansl, Fraunhofer IPA, Uni Stuttgart, 2013





Sarah Cockburn-Price!EUnited Robotics

ALDEBARAN - NAO-EU4M, HS-Karlsruhe

Honda Exoskelett Kawasaki-power suit3



!! Zunahme globaler Kooperationen unter Industrie 4.0 durch Nutzung der clouds:!- für höhere Produktivität!- Für vermehrten Wissensaustausch!- für bessere Infrastruktur (Energie-Verteilung, Logostik, IT)!- für bessere Verständigung und Kommunikation zwischen den ! Kulturen!- Versorgung aller Menschen mit frischem Wasser, Nahrung und ! Medikamenten!- Entwicklung regional abhängiger Entwicklungsraten und ! angepasster Technologien

!! Arbeiten in cyber-physical-platforms (Verknüpfung aller Nutzer) !! Arbeiten im Internet der Dinge (smart factories, smart homes, !

smart grid,…)

Man sollte nicht vergessen, dass Menschen auch die !

Kommunikation und Gesellschaft anderer Menschen

Brauchen!

Ziel: BRD soll weltweiter Technologieführer werden ! 6 große Zukunftsaufgaben: 1.! Innovative Lösungen für die digitale Wirtschaft

und Gesellschaft 2.! Nachhaltiges Wirtschaften 3.! Innovative Arbeitswelt 4.! Gesundes Leben 5.! Intelligente Mobilität 6.! Zivile Sicherheit



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(Fauna & Flora)




!! Schrittweise zur SW-gestützten Anforderungsliste/Pflichten-/Lastenheft

!! Nischenprodukte !! Produktportfolio optimieren auch durch

Kooperationen !! Entwicklung teilautomatisierter

Handarbeitsplätze für sicheres und schonendes Arbeiten

!! Entwicklung unternehmensspezifischer Arbeitsmodelle (Pensum erledigen, Termine einhalten, faires Miteinander, mehr Freiräume)



Prof. Michael Wörz, Februar 2007

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Anspruchsgruppen:!Kunden – Mitarbeiter – Lieferanten – Teilhaber – Kreditgeber – !Versicherungen – Behörden – Öffentlichkeit Brauchen NUTZEN im: 1. ! Ökonomischen Bereich 2. ! Ökologischen Bereich 3. ! Sozialen Bereich

!! Industrie 4.0 = CPS wird kommen!

!! Industrie 4.0 als Projekt unternehmensspezifisch definieren !

!! KMUs müssen sich schrittweise anpassen!

!! Jeder Entwicklungsschritt muß Nutzen bringen!

!! Über Projekt-Struktur-Plan und !Unternehmens-Entwicklungs-Plan ergeben sich die notwendigen Schritte in die digitale Zukunft



!! Nächster Kongress!12. Mai 2015 in IHK Karlsruhe !

!! Leitthema: !„Das mechatronische Gebäude“!!mit Vorträgen zu: !

!! Energie und Klimatisierung !! Gesundheit und !

tägliches Leben (auch AAL) !! Gebäudelogistik !! Sicherheit!

!! Workshop: !

ZIEL INDUSTRIE 4.0



Prof. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Fritz J. Neff Steinbeis Transferzentrum Mechatronik und Nachhaltigkeit

Diakonissenstrasse 18 76199 Karlsruhe [email protected] 0721 9890230

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Technologien

t

Menschen

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