Digitalisierung und Mittelstand Industrie 4.0 in der ... · Industrie 4.0 –Eine...

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Digitalisierung und MittelstandIndustrie 4.0 in der Fabrik der Zukunft

Dipl.-Ing. Heinz-Georg Pater, Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik Dortmund


Forschen für die Praxis – Die Fraunhofer-Gesellschaft

67 Institute und selbstständige Forschungseinrichtungen

Mehr als 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Forschungsvolumen: 2,1 Milliarden Euro

Rund 70 Prozent erwirtschaftet Fraunhofer aus Aufträgen der Industrie und öffentlich finanzierten Forschungsprojekten

Rund 30 Prozent Grundfinanzierung

Internationale Niederlassungen: Kontakt zu den wichtigsten Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen

»Fraunhofer-Linien«


INHALT DER ZUSAMMENARBEITWas kann Fraunhofer für Kunden tun?

Systeme verbessern

Verbesserte Leistungen

Kosteneffizienz

Produkte entwickeln

Prototypen

Herstellungsverfahren

Kleinserien

Märkte analysieren und zu Innovationen beraten

Beobachtung von technologischen Trends und Marktentwicklungen

Machbarkeitsstudien und Wirtschaftlichkeitsanalysen

Information zu Fördermöglichkeiten

Neue Technologien einbringen

Fraunhofer bewegt sich an der Spitze technologischer Entwicklungen und weiß diese in Produkte /Systeme einzubringen


Daten und Fakten des Fraunhofer IML

Gegründet 1981

270 Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen

250 Doktoranden und studentische Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen

25,5 Mio. € Umsatz, davon 50 Prozent aus der Wirtschaft (2015)

Außenstellen und Projektzentren in Frankfurt am Main, Hamburg, Prien / Chiemsee

Kooperationen mit HSG St. Gallen (Schweiz), Georgia Tech (USA), Lissabon (Portugal), Shanghai (China), Rio de Janeiro (Brasilien),Istanbul (Türkei)


Die 3 Fachbereiche des Fraunhofer IML

MATERIALFLUSSSYSTEME

Informationslogistik und Assistenzsysteme

Intralogistik- und -IT Planung

Automation und eingebettete Systeme

Maschinen und Anlagen Verpackungs- und

Handelslogistik AutoID- + RFID-Systeme,

Software Engineering

UNTERNEHMENSLOGISTIK

Unternehmensplanung

Supply ChainEngineering

Produktionslogistik

Anlagen- und Service-management

Unternehmensentwick -lung International

Einkauf und Finanzen im Supply Chain Management

LOGISTIK, VERKEHR UND UMWELT

Umwelt und Ressourcenlogistik

Verkehrslogistik

Health Care Logistics

Projektzentrum Luftverkehrslogistik

Projektzentrum Verkehr Mobilität und Umwelt

Center für Maritime Logistik und Dienstleistungen


Supply Chain EngineeringMission Statement

Wir

... erforschen in nationalen und internationalen Projekten Prozesskonzepte und IT für logistische Netzwerke der Zukunft.

... unterstützen bei der Auswahl und Einführung von inner- und überbetrieblichen IT-Systemen

… entwickeln mit und für Unternehmen Supply –Chain-und ERP-Konzepte, Prozesse und unterstützende IT-Systeme für logistische Planungs- und Steuerungsaufgaben.

... bieten Ihnen damit innovative und maßgeschneiderte Lösungen, mit denen Sie auch sehr komplexe logistische Netzwerke kosteneffizient beherrschen können.


Industrie 4.0 – Eine Begriffsschärfung

Im Mittelpunkt von Industrie 4.0 steht die

echtzeitfähige, intelligente, horizontale und vertikale Vernetzung

von Menschen, Maschinen, Objekten und IKT-Systemen

zum dynamischen Management von komplexen und individualisierten Systemen

18.Cen.

• Mechanization

19.Cen.

• Electrification

20.Cen.

• Automatization

21.Cen.

• Autonomization


Die 4. industrielle Revolution - Alles wird vernetzt & autonom!

MENSCHENplanen, steuern, vernetzen…

BEHÄLTERsagen was zu entnehmen ist.

CONTAINER organisieren ihre Ladung – vieleContainer das logistische Netz.

LKWfahren Güter u. Waren autonom.

FAHRZEUGE und STAPLERorganisieren sich im Schwarm.

REGALEordern selber ihren Nachschub.


Die 4. industrielle Revolution - Flexible Integration des Menschen


Die 4. industrielle Revolution - Die Notwendigkeit des Wandels der Organisation

Klassische Automatisierungspyramide

Hierarchisch organisiert

Deterministisch

Systemanpassung durch Customizing

Applikationsspezifische Lösung

Flexibel und wandelbar

Nicht deterministisch

Hochgradig dezentralisiert

Multi-Agenten-Steuerung

Cloud-basiert

Situationsspezifische Lösung

Transformationdes Managements

MigrationCyber-physischer Systeme

ERPStrategie

LeitebenePlanung

Operative EbeneSteuerung


Projektkonsortium

Die Schlüssel zum erfolgreichen Management der Abläufe und Risiken in komplexen Produktions- und Logistiknetzwerken liegen in der Informationserfassung und -filterung sowie der Informationsaufbereitung und Visualisierung von Wissen.

Die 4. industrielle Revolution - Informationen sind das zentrale Thema


MESManufacturing Execution System

ERP und Industrie 4.0

Heutige ERP-Systeme sind noch nicht Industrie 4.0 geeignet Systeme müssen dezentraler und flexibler werden

Digitale Basis für Industrie 4.0 sind ERP und MES

MES und ERP Systeme werden noch stärker integriert ERP-Systeme erhalten neben der planenden Rolle auch ausführende und steuernde Funktionen

CPSCyber Physical Systems

ERP

Internet

der DingeIndustrie 4.0 Arbeitsplätze

In der Produktion

MDE-Geräte

Maschinen

Produktion


Industrie 4.0: Prozesse & IT :Ein denkbarer Rahmen

Digitale Schatten enthalten alle relevanten

Informationen über das physikalische Objekt

Hohe Transparenz des Ist-Zustandes durch Business

Intelligence Ansätze und vertikal sowie horizontal

integrierte IT-Unterstützung

What-if Analysen mittels Logistischer

Assistenzsysteme

Ableitung von neuen Vorgaben für CPS

ERP Systeme leisten die nachgelagerte

“Buchführung”


Industrie 4.0 – Chancen für den Mittelstand

Reduktion der Produktionskosten

Effizientere Logistik durch Informationstransparenz

Effizientere Fertigung durch optimalen Ressourceneinsatz

Effizienterer Materialeinsatz und damit Reduktion von Beständen

Vereinfachtes Management der Komplexität im Bereich der Planung

Senkung von Instandhaltungskosten

Erschließung von Umsatzpotentialen

Transparenz der Kundenschnittstelle

Schnellere Belieferung der Märkte

Flexibilisierung der Produktion

Erweiterung des Produkt- und Serviceangebotes


Industrie 4.0 - Zukunfts-Aufgaben für den Mittelstand

Industrie 4.0 als Basis für "Blick in die Zukunft" zur Optimierung von Produktionsreihenfolge, Dynamische Reaktion und Störungen . . .

ERP als Service aus der Cloud (zentrales Bindeglied!) und zur Vernetzung mit mobilen Apps, Devices, Maschinen . . .

Mobile und vernetzte Devices zur dezentralen Bereitstellung aller Daten und der Steuerungslogik

Verarbeitung großer Datenmengen zur Analyse in "Echtzeit" (Produkt- und Kundendaten ,Maschinendaten, Sensoren, RFID)

Usability, z.B. in der Produktion durch Reduktion auf das Wesentliche / die Ausnahmen bzw. adaptive Oberflächen ( Anwenderspezifisch . . .)


Technologien der Industrie 4.0 Beispiele:

Augmented Reality

Intelligente Behälter

Digitale Dokumentation

3D-Druck von Ersatzteilen


Technologien der Industrie 4.0 Beispiele:

ConditionMonitoring

Fernwartung

Mobile Devices

Global standardisierte Daten und Software

Cloud


Die 4. industrielle Revolution – Evolution statt Revolution

Datenerfassung & -verarbeitung

•Grundlage für Industrie 4.0

•Systeme einführen und Nutzen

Assistenzsysteme

•Einfacher, mobiler, immer verfügbar

Dezentralisierung & Serviceorientierung

•Umdenken

•neue Geschäftsfelder erschließen

Vernetzung & Integration

•Vertrauen schaffen

•Zusammenarbeit stärken

•Innovationen generieren

Selbstorganisation & Autonomie

•Zukunftsthema

•Forschung und Entwicklung vorantreiben

Quelle: BMWi „Erschließung der Potenziale der Anwendung von Industrie 4.0 im Mittelstand“

ForschungUmsetzung


Schwerpunkteder Forschung und Entwicklung

Durchgängiges Produktionssystem nach CPS-Prinzip für Kleinserien

Zellulares Materialfluss- und Warenbereitstellungskonzept

Autonome, interagierende, intelligente Sensorik für CPS und Produktion

Schlanke und Smarte Planung für eine selbstgesteuerte Produktion

Selbststeuernde Produktion für skalierbare und wirtschaftliche Kleinserienfertigung statt konventioneller Produktionssteuerung (PPS)


Informationsverdichtung und

unternehmensübergreifende

zielgruppenspezifische

Visualisierung

Durchgängiges

Informationsmodell und -

plattform für das gesamte

Logistiknetzwerk

Vorausschau und Prognose

zukünftiger Systemzustände zum

proaktiven Management des

Logistiknetzwerks

Anwendungsorientierte Betrachtung unternehmensübergreifender Szenarien

Engpassmanagement Behältermanagement

Ziele des Forschungsprojekts :Viloma


Forschungsprojekt :Digitalisierung des Prozess-/Technikbereichs

Dezentralisierung/Selbststeuerung Wandlungsfähigkeit des Werkstatt-Bereichs

Echtzeiterfassung und bedarfsgerechte Bearbeitung von Informationen durch situative Kapazitätsplanungen mit Echtzeitdaten im Werkstattbereich

Just-In-Time durch höhere Integration der Zulieferer, Dienstleister und Kunden durch automatisierte Ermittlung von z.B. Logistik zeiten (über RFID) und Austausch mit ERP

Effiziente Auftragsbearbeitung durch adaptive Informationsbereitstellung (IT-basierte Mitarbeiterführung: Arbeitsvorgänge, Material, Werkzeuge etc.)

Prozesssicherheit


Konte

xt

Legende: Blau – Güterfluss; orange - Informationsfluss

BMBF-ForschungsprojektIndustrial Data Space verknüpft Plattformen und die Dinge

Wetter

Innerbetriebliche

Sicht

Fabrik/Warehouse

Supply-Chain-Sicht

Planungs- und

Steuerungssicht

LDLMarktplatzbetreiber

Öffentliche

KontextdatenVerkehr

Ausfü

hru

ngsebene

Ste

ueru

ngsebene

IoT Cloud IDS Broker

IDS

IDS

IDS

IDS

IDS

IDS

IDS

IDS


Potenzialanalyse für Industrie 4.0Ziele

Identifikation von Potenzial und Nutzen relevanter Industrie 4.0 Lösungen

Entwicklung einer Industrie 4.0 Vision für Ihr Unternehmen

Factory 4.0

Supply Chain 4.0

Ableiten der nächsten Schritte hin zur Industrie 4.0


Potenzialanalyse für Industrie 4.0Vorgehen

Definition

der Ziele

Analyse von

Anforderungen

Assistance Systems, Visualization (AR, VR, MR) and IT to support

Human

Hardware Development

Toolset for smart Actuators 18Development of

sensors 1

Methods to develop decentralized components for facility automation

Early error detection in embedded systems

1Development of self service terminals

Internet TechnologyDecentralized maschine

control (Cloud)

Decentralized maschine control

Energy Efficiency

Energy Management

1Decentralized Energy supply

1Manufacturing process controlled TGA

ChangeabilityIT methods for multi functional factories

Changeable logistics

1

Machine Interaction

13Human-Machine-Interaction

Machine-Machine-Interaction

2Factory planning for cyber

physical systems

Object and environment detection

2

Simulation

Produktionsbegleitende Simulation

Simulation autonomer Technologien

1Simulation in der

Fabrikplanung

Interfaces

Interface standards

1

Autonomous Systems

Self organizing (transport systems)

Self configuration (maschines)

7Self organizing (PPS)

Self diagnostics

Intercompany Cooperation

Intercompany optimization

Programming Tools

2

Self optimized processes

2

Interactive Visualization

2

4

Intelligente Objects

8

6

1

4

1

Programming tools for embedded systems

Track & Trace

3

7

2

Staff training oncerning intelligent systems

2

2

5

8

Factory Planning

5

7Further processing of maschine and process data

10Assistance

Systems

Interface security 4

3

7

1

13

Interface development

Knowledge plattform for development of inteligent technical systems

Plug and Play functinality for smart factories

Entwicklung der

Industrie 4.0 Lösungen

Aufwand-Nutzen

Analyse

Nutzen

Au

fwa

nd

Supply Chain 4.0

Factory 4.0

Ableiten der

Zielvisionen


CM – Collaborative Container Management

LSPM – Logistics Service Provider Monitoring

BP – Bottleneck Prevention

OFA – Optimized Forecast Accuracy

EPP – Efficient Procurement Processes

SCRM – Supply Chain Risk Management

PS – Process Standardization

SSC – Shadowed Supply Chain

1) ERP = Enterprise Resource Planning

2) WMS = Warehouse Management System

3) MES = Manufacturing Execution System

4) LAS = Logistic Assistance System

Potenzialanalyse für Industrie 4.0Supply Chain 4.0


Potenzialanalyse für Industrie 4.0Factory 4.0

Automated

Guided Vehicles

Automated

Truck Loading

and Unloading

I4.0-Shooter

Scalable Goods-

To-Person

Solutions

(like Shuttle

AS/RS for KLT)

Pick-By-Vision

Mobile Robots

(Cobotics)

Predictive Maintenance

Automated

Guided Vehicles


Kompetenzzemtrum für Industrie 4.0

Digitalisierung und Vernetzung im Sinne der Industrie 4.0

OstWestfalenLippe

Metropole Ruhr

Rheinland

• Intelligente Automatisierung

• Intelligente technische

Systeme

• Intelligente Logistik

• Intelligente Wert-

schöpfungsnetzwerke

• Intelligente

Produktionstechnologien

Industrie 4.0 – Schritt für Schritt

Befähigung zur Beantwortung der Kernfragen

Qualifizieren UmsetzenDemonstrierenInformieren4.0

Was genau ist Industrie

4.0? Wie kann mein

Unternehmen davon

profitieren?

Digitalisierung live und in Farbe

– gibt es das überhaupt? Wie

bekomme ich den Beweis?

Welche Kompetenzen

brauche ich für die

Digitalisierung? Wie kann ich

diese aufbauen?

Ist mein Unternehmen schon reif

für die Digitalisierung? Was sind

meine nächsten Schritte?

Wie kann ich die

Digitalisierung in meinem

Unternehmen umsetzen?

Wie finde ich den richtigen

Partner dafür?

Konzipieren

Fraunhofer IML – Supply Chain Engineering

Ihre Ansprechpartner

LeitungHerr Dipl.-Ing. Marco Motta

Tel.: +49 (0) 2 31 / 97 43-1 33

E-Mail: [email protected]

Fraunhofer-Institut für Materialfluss

und Logistik (IML)

Joseph-von-Fraunhofer-Str. 2-4

44227 Dortmund

Enterprise Resource Planning

Herr Dipl.-Ing. Heinz- Georg Pater

Tel.:+49 (0)231 9743-110

E-Mail :[email protected]

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