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Industrie 4.0 Internet der Dinge in der Produktionswirtschaft

Dr. Bernd Kosch

Technology Office - Europe, Middle East, India and Africa

24. November 2015

Konzept „Industrie 4.0“

Der Begriff “Industrie 4.0” existiert seit der Hannover Messe Industrie

2011, er wurde geprägt durch die Forschungsunion (wissenschaftliches

Beratungsgremium für die deutsche Bundesregierung)

Industrie 4.0 ist die Ausdehnung der Digitalisierung auf das Internet der

Dinge (IoT) in der der Produktionswirtschaft . In Deutschland erzeugt

der Sektor des produzierenden Gewerbes ca. 22% der nationalen

Wertschöpfung – Industrie ist der Kern der deutschen Volkswirtschaft

Industrie 4.0 stellt eine Weiterentwicklung und Integration im IoT der

bislang getrennten IT-Einsatzfelder in Automatisierung (MES, SPS) und

Verwaltung (ERP, SCM) dar (der existierenden „Industrie 3.0“ Konzepte)

Auf der HMI 2015 übernahm die Bundesregierung (BMWi, BMFT) die

Leitung der „Plattform Industrie 4.0“. Die Arbeitsgruppen wurden im

Juni 2015 aktiv. In diesem Sinn ist Industrie 4.0 eine politisch getragene

und gelenkte Initiative.

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Status von Industrie 4.0

Die Umsetzung der Konzepte über “Industrie 4.0” stellt eine schnell

voranschreitende Evolution dar. Die neuen wichtigsten Bereiche sind:

Dezentrale Steuerung der Produktionsprozesse unter Einsatz von cyber-physiical-

systems (CPS) – Erhöhung von Verfügbarkeit, Senkung der Stückkosten

Engere und feiner granulare Integration der Wertschöpfungsketten (horizontale und

vertikale) – Senkung der Stückkosten, „auftragsgesteuerte Produktion“ in der Kette

„Smart Services“: komplementäre Dienstlungen, mit denen die Wertschöpfung

gesteigert wird (Beispiel: bedarfsgesteuerte Wartung, Verlagerung von Risiken in der

Leistungserbringung von Produkten)

Einige Themen sind bereits etabliert und entwickeln sich hauptsächlich

durch den Prozess der weiterhin kontinuierlichen Kostensenkung im

Halbleiterbereich weiter (SoC, Gateways, Sensoren) in neue vertikale

Anwendungsfelder.

Andere Themen, vor allem im Bereich der Smart Services, sind erst in

einer kreativen Entstehungsphase („Proof of Business“ (PoB)).

Mangelnde Transparenz der Marktlage für viele KMU.


Erwartungen an Industrie 4.0

Es existieren mehrere Studien über die Wachstumschancen der

deutschen Volkswirtschaft durch Industrie 4.0 (McKinsey, PWC,

BITKOM/FhG (IAO), Roland Berger, u.a.) sowie eine Zusammenfassung

des BMWI.

In den für Industrie 4.0 besonders wichtigen Branchen Chemie-,

Kraftfahrzeug-, Maschinenbau- und Elektro-Industrie wird für den

Zeitraum 2013-25 eine Steigerung der jährlichen Bruttowertschöpfung

zwischen 25% und 35% erwartet.

Für KMU wird in der allgemeinen Diskussion das Risiko gesehen, von

der Entwicklung abgekoppelt zu werden und Anteile an Hersteller aus

anderen Ländern (insbesondere aus Asien) zu verlieren.

Kleine Länder Europas haben teilweise ähnliche Befürchtungen für ihre

gesamte Volkswirtschaft. In Japan bestehen Befürchtungen im Hinblick

auf die Verschlechterung der Wettbewerbsposition gegenüber China


Initiativen in Industrie und Politik

Deutschland

Plattform Industrie 4.0: gegründet im April 2013 und anfangs getragen von BITKOM,

VDMA und ZVEI

Ab März 2015 unter Leitung der Ministerien für Wirtschaft und für Forschung

(Gabriel, Wanka), staatliche Förderung, Verwaltung durch VDI TZ und IFOK GmbH

2 Arbeitskreise bei BITKOM: Industrie 4.0 Interoperabilität, Industrie 4.0 Markt und

Strategie (mit UAG über Segmentierung)

Japan

Staatliches Forschungsförderungsprogramm SIP (Strategic Innovation Promotion

Program), METI nennt deutsche Industrie 4.0 Initiative als Vorbild, hat ähnliche

Beweggründe

Architektur-Initiative IVI (Industriel Value Chain initiative), gegründet im Juni 2015

USA / International

Industrial Internet Consortium (IIC), Industrie-Konsortium mit rein privatwirtschaft-

lichen Interessen, gegründet durch GE, Intel, IBM, Cisco, AT&T im März 2014

Viele Mitglieder auch aus Europa (hauptsächlich Deutschland) und Asien

(hauptsächlich Japan)


Plattform Industrie 4.0

Kooperation aus Wirtschaft und

Wissenschaft, Bundesregierung

Wirtschaft vertreten durch

Verbände, Gewerkschaften und

eingeladene Firmen in fünf AG:

1. Referenzarchitektur und Standards

2. Innovationsbedarf und Forschung

3. Sicherheit vernetzter Systeme

4. Rechtliche Rahmenbedingungen

5. Berufe und Ausbildung

Ziele der Plattform: Führende Rolle der deutschen Wirt-

schaft im Einsatz des Internet der

Dinge in der Produktionswirtschaft

Beratung der Bundesregierung

Unterstützung des KMU-Sektors in

der praktischen Umsetzung

FUJITSU ist sowohl Mitglied der AG3 der

Plattform Industrie 4.0 als auch Gründungs-

mitglied der japanischen IVI (undustrial value

chain initiative) und Vorstandsmitglied des IIC

(industrial internet consortium)


Referenz-Architektur-Modell Industrie 4.0

Industrie 4.0 Anwendungs-Szenarien

Die Hauptaufgabe der AG 2 in der Plattform Industrie 4.0 besteht bislang in der Beschreibung der wichtigsten Anwendungs-Szenarien.

Dies sind Abstraktionen konkreter Use-Cases auf Geschäfts- und Betriebs-Modelle

Diese 7 (8) Szenarien dienen als Grundlage der Diskussion über Standardisierungs-

Bedarf (AG 1) und Sicherheitsanforderungen (AG 3):

1. Auftragsgesteuerte Produktion

2. Value-based Services

3. Operator Support

4. Transparenz und Wandlungsfähigkeit ausgelieferter Produkte

5. Wandlungsfähige Fabrik

6. Adaptive Logistik

7. Smart Engineering

8. (Nachhaltigkeit durch Upcycling)

Für jedes Anwendungs-Szenario existiert ein kurzer „One-pager” (2 bis 3 Seiten Text) und eine detaillierte Beschreibung. Alle Dokumente werden in deutscher Sprache erstellt.

Alle Publikationen der Plattform Industrie 4.0 sind verfügbar auf: http://www.plattform-i40.de/I40/Navigation/DE/Home/home.html


Industrie 4.0 Use-Cases (1)

Um den tatsächlichen aktuellen Stand der Umsetzung zu verdeutlichen, hat die Plattform Industrie 4.0 zum Nationalen IT-Gipfel 2015 über 200 Use-Cases gesammelt und in einem einheitlichen Format beschrieben.

Diese Sammlung von Anwendungsfällen, die heute in Deutschland bereits in Betrieb sind, soll verdeutlichen, dass die Umsetzung schon weit fortgeschritten ist und schnell voranschreitet.

Im Arbeitskreis „Markt und Strategie Industrie 4.0“ des BITKOM hat sich im Sommer 2015 eine Projektgruppe gebildet, die das Ziel verfolgt, den aktuellen Markt nach Anwender-Branchen zu segmentieren und zu gewichten,

die realen Anwendungen in einer geeigneten Taxonomie nach Häufigkeit zu erfassen, den jeweiligen Gehalt an IKT-Produkten und –Dienstleistungen zu identifizieren.

Das abstrakte Phänomen „Industrie 4.0“ soll auf diese Weise aus dem Blickwinkel der deutschen IKT-Wirtschaft konkretisiert werden. Es soll geklärt werden, wo Industrie 4.0 heute stattfindet und woraus Industrie 4.0 heute konkret besteht.

Die Veröffentlichungen der Plattform sollen dazu als Grundlage einer statistischen Analyse dienen. BITKOM wird die Ergebnisse im Dezember 2015 veröffentlichen.


IT-Gipfel Berlin 2015 (1)

10.30 - 11.15 Uhr: Forum I - Zwischen klassischer Produktion und neuen

Diensten - unsere Wirtschaft innovativ digitalisieren

Plattformen Industrie 4.0 und Innovative Digitalisierung der Wirtschaft

Teilnehmer

Sigmar Gabriel, Bundesminister für Wirtschaft und Energie

Prof. Dr. Johanna Wanka, Bundesministerin für Bildung und Forschung

Jörg Hofmann, Erster Vorsitzender IG Metall

Stephanie Renda, Geschäftsführerin match2blue GmbH

Gisbert Rühl, Vorstandsvorsitzender Klöckner & Co SE

Prof. Dr. Siegfried Russwurm, Mitglied des Vorstands SIEMENS AG

11.45 - 12.15 Uhr: Forum II - Digitale Netze und Mobilität - machen wir

Deutschland zum Leitanbieter und Leitmarkt

Teilnehmer

Alexander Dobrindt, Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur

Dr. Rüdiger Grube, Vorstandsvorsitzender Deutsche Bahn AG

Timotheus Höttges, Vorstandsvorsitzender Deutsche Telekom AG

Maxim Nohroudi, CEO und Co-Founder von ally

Dr. Hermann Rodler, Geschäftsführer Deutschland & Global Head of Public Safety,

Nokia Networks



12.15 - 12.35 Uhr: Forum III - Staat 4.0 - Digital_Souverän_Innovativ

12.35 - 13.00 Uhr: Forum IV - Geteilte Verantwortung von Gesellschaft

und Wirtschaft - für mehr gemeinsame IT-Sicherheit

Teilnehmer

Dr. Thomas de Maizière, Bundesminister des Innern

Mathias Müller von Blumencron, Chefredakteur für Digitale Medien bei der

Frankfurter Allgemeinen Zeitung

Frank Rieger, Chaos Computer Club

Dr. Walter Schlebusch, Vorsitzender der Geschäftsführung Giesecke & Devrient

14.45 - 15.30 Uhr: Keynotes

Dr. Angela Merkel, Bundeskanzlerin

Thorsten Dirks, Präsident Bitkom e. V.



15.30 - 16.00 Uhr: Forum V - Digitale Arbeit gestalten: von der Telearbeit

zum Mobile Office

Teilnehmer

Andrea Nahles, Bundesministerin für Arbeit und Soziales

Dr. Reinhard Göhner, Hauptgeschäftsführer der Bundesvereinigung der Deutschen

Arbeitgeberverbände

Jörg Hofmann, Erster Vorsitzender IG Metall

Dr. Josephine Hofmann, Leiterin Competence Center Business Performance

Management, Fraunhofer IAO

Dr. Christian P. Illek, Vorstand Personal Deutsche Telekom AG

Alfred Löckle, Vorsitzender des Gesamtbetriebsrats sowie des Konzernbetriebsrats

der Robert Bosch GmbH



16.00 - 17.00 Uhr: Forum VI - Digitaler Wandel und kreative Inhalte -

Chancen und Herausforderungen

Teilnehmer

Ulrich Kelber, Parlamentarischer Staatssekretär beim Bundesminister der Justiz und

für Verbraucherschutz

Prof. Monika Grütters, Staatsministerin für Kultur und Medien

Brigitte Zypries, Parlamentarische Staatssekretärin beim Bundesminister für

Wirtschaft und Energie

Cornelia Yzer, Senatorin für Wirtschaft, Technologie und Forschung Berlin

Jürgen Doetz, Bevollmächtigter des Verbands Privater Rundfunk und Telemedien e.

V. für die Deutsche Content Allianz (DCA) / Koordinator der DCA

Hanns-Peter Frentz, Leiter der Bildagentur bpk der Stiftung Preußischer Kulturbesitz

Wolfgang Schuldzinski, Vorstand Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen


Industrie 4.0 Use-Cases (2)

Veröffentlichung der Plattform Industrie 4.0 vom 19.11.2015

Liste von (aktuell) 203 konkreten Use-Cases mit Beschreibungen und Adressen

Liste von 25 Test- und Kompetenzzentren mit Beschreibungen und Adressen

„Landkarte“ zur Auffindung von Industrie 4.0 Kontakten in lokaler Nähe


Industrie 4.0 Aktivitäten von FUJITSU

Monozukuri-Division in Japan

Entwicklung und Bereitstellung von „Monozukuri“-Lösungen und –Technologien, ca.

350 Mitarbeiter, Unterstützung des internationalen Technologietransfers

FUJITSU Laboratories in Japan und Europa

Entwicklung von Basistechnologien (Security (e.g. PUF), Machine Learning, Predictive

Analytics, u.a.)

Monozukuri Support Center bei FLE (FUJITSU Laboratories Europe, Hayes , UK)

Technology Office FUJITSU Region EMEA Industry 4.0 Center: Interdisziplinäres, internationales Team aus ca 20 technischen

Spezialisten

Koordination der Positionierung des Portfolios (HW, SW, Dienstleistungen) im Hinblick

auf den Einsatz in Industrie 4.0 Projekten

Vertretung in Gremien und Organisationen Plattform Industrie 4.0: Dr. Bernd Kosch, München, Deutschland

IIC Steering Committee: Jacques Durand, Sunnyvale, USA

IVI: Tomohiko Maeda, Tokyo, Japan


Industrie 4.0 Technik von FUJITSU (1)

FUJITSU Engineering Cloud

Cloud-Plattform für industrielle Entwicklung (mechanisches, elektrisches und elek-

tronisches CAD mit FUJITSU und/oder 3rd-party Software, Simulationslösungen (HPC))

Im Einsatz in Japan seit 2012, teilweise sehr große Projekte (e.g. Mitsubishi)

Test- und Pilotbetrieb in Europa durch FLE (aus Hayes bei London)

FUJITSU IoT Infrastruktur Plattform Produkte

IoT Gateways: Intel Architektur (Quark, Atom), WindRiver embedded Linux, McAfee

Security Suite

GlobeRanger RFID- und IoT-Plattform (.net, Windows)

Big Data Analytics Plttform und Tools (FUJITSU Hadoop Implementierung mit FUJITSU

File-System, Symphoware Analytics Development Tools)

RUN_MY_PROCESS Workflow Management Cloud-service

FUJITSU Security Technologien und Dienstleistungen Infrastruktur- und RZ-bezogene Sicherheitstechniken von FTS

PalmSecure: Biometrische Authentifizierung und darauf basierende Sicherheitslösungen

Technologien der FUJITSU Laboratories: PUF, homomorphe Verschlüsselung,

biometrische Feature-Extraktion

Ca. 300 auf Security spezialisierte Berater in Service-Practises der Region EMEIA


Industrie 4.0 Technik von FUJITSU (2)

FUJITSU RFID Technologie und Anwendungen

Schreib-/lese-Geräte für unterschiedliche Tag-Technologie

RFID-Tags • FRAM Tags, bis zu 64 kB Kapazität pro Tag

• Geeignet für schwierige Umweltverhältnisse (z.b. waschbare Tags, resistent gegen elektromagnetische

Einflüsse, Verbindung mit Metall)

• Im Einsatz in sehr großen Projekten (z.B. bei Airbus)

GlobeRanger Software und Lösungen für RFID-basierte Materialwirtschaft in diversen

vertikalen Segmenten

FUJITSU Fabrik-Virtualisierung und Automationstechnik

Automatische Erzeugung von Bilderkennungsalgorithmen (u.a. für Roboter) • Machine Learning mit Technologien für „Kreuzung“ und „Mutation“ von Algorithmen für die Erkennung ähnlicher

Muster

• Verkürzung der Lernzeiten, hohe Präzision des endgültigen Erkennungsverfahrens, schnelle Anpassung an

bislang nicht erkannte Varianten von Komponenten im Produktionsprozess

FUJITSU Batterie Technologien (FDK) Thin Film Type Cell Battery (0,5 mm)

Spezielle Batterien für Industrieanwendungen


Einige Thesen zur Umsetzung

1. Bestandsaufnahme und Potentialanalyse

Es gibt in vielen Fällen bereits Prozess-Implementationen, die Eigenschaften von

Industrie 4.0 Konzepten besitzen und mit geringem Aufwand auf moderne Methoden

hochgerüstet werden können. Wenn keine konzeptionellen Veränderungen sinnvoll

sind, dann sind dies die „low-hanging frruits“

Industrie 4.0 bedeutet in vielen Fällen die Senkung von Komplexität in den Bereichen,

deren Effizienz mit LEAN-Ansätzen nicht mehr gesteigert werden kann.

Assistenzsysteme sind evolutionär einsetzbar und mit überschaubarem Aufwand und

Risiko einzuführen. Vermeintlich perfekte „Endlösungen“ können leicht scheitern.

2. Vergleich mit ähnlich strukturierten / positionierten Herstellern

Kann schwierig sein, da es sich bei Prozess-Know-How um werthaltige IP handelt

3. Erstellung einer mittel- und langfristigen Roadmap

Typische Industrie 4.0 Infrastruktur-Komponenten (Sensoren, Gateways, Sicherheits-

systeme (z.B. PUF)) unterliegen teilweise einem substantiellen technischen Fortschritt

und werden in manchen Bereichen schnell durch verbesserte Technologien obsolet

Industrie 4.0 Implementationen werden in absehbarer Zeit nicht „fertig“ sondern sind

Gegenstand langfristiger Evolution. Langfristige Entwicklungsmöglichkeiten müssen

berücksichtigt bzw. geplant werden.


Backup

Industrie 4.0: Praktische Beispiele (1)

Intelligente Montage (IIC Testbed „Tracking and Tracing“, Bosch):

Sensorgestützte Kontrolle der Verschraubung von Fenstern in Flugzeu-

gen. Mit sensorgestützten Handschraubern werden Montageposition,

Lage im Objekt (Flugzeug), Umdrehungszahl und Anzugsdrehmoment

erfasst und im Konstruktionsplan eingetragen. Unabhängig von der

Sorgfalt des Personals entsteht ein exakter Bericht über alle

Verschraubungen – Qualitätssicherung und Dokumentation auf

höchstem Niveau zu niedrigen Kosten

Integration vertikaler Wertschöpfungskette (Mitsubishi Verkehrsflugzeug,

Entwicklung in der FUJITSU Engineering Cloud): CAD- und Simulations-

systeme (mechanisch, elektrisch, elektronisch) werden in einer Cloud für

alle Konsortialpartner integriert vorgehalten – Verbesserungen in der

Verfügbarkeit, Sicherheit, den Kosten (beispielsweise Lizenznutzung),

sowie dem Datenaustausch zwischen Systemkomponenten und

Konsortialpartnern.


Industrie 4.0: Praktische Beispiele (2)

Vermittlungs-Dienstleistung für Sicherheits- und Trust-Services in der

EDI-basierten Bestellabwicklung für KMU (Anwendungsbeispiel von

FUJITSU für die Plattform Industrie 4.0): Siegel, Zeitstempel u.ä.

Methoden für die Nichtabstreitbarkeit von Geschäften/Verträgen als

Dienstleistung von Dritten (beispielsweise Bundesdruckerei), Methode

ist verträglich mit den neuen eIDAS EU-Gesetzen. Es entsteht für KMU

eine breit angelegte Möglichkeit zur Teilnahme an EDI-Prozessen, die

über die Einbindung in die Systeme der großen OEMs hinausgeht,

Integration der ERP-basierten Bestellverfahren von KMUs untereinander

Bedarfsgesteuerte Wartung, Leistungszusage an Endkunden von

Windturbinen (heute bei allen großen Herstellern im Einsatz): Auf der

Basis von Sensordaten über Vibration/Schwingungen und Temperatur

wird der Verschleiß von Lagern und Getrieben prognostiziert. Optimierte

Wartungseinsätze nach Zustand und lokaler Wettervorhersage in

Verträgen mit Ertragsgarantie durch den Turbinenhersteller (bis zu 97%

des theoretisch möglichen Energie-Ertrags)


Struktur der Deutschen Industrie

Nach den Daten des Statistischen Bundesamts zur volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung hatte das produzierende Gewerbe im Jahr 2014 einen Anteil von 31% an der Bruttowertschöpfung Deutschlands.

Der Anteil des verarbeitenden Gewerbes, also der um Baugewerbe, Bergbau, sowie Ver- und Entsorgung reduzierte Anteil betrug 22%. Hier werden die wesentlichen Effizienzsteigerungen durch Industrie 4.0 erwartet. Der Bereich gliedert sich seinerseits in folgende Segmente:

1. Fahrzeugbau (CL) 20%

2. Maschinenbau (CK) 16%

3. DV-, Elektronik-, Optik-Erzeugnisse und elektrische Ausrüstung (CI+CJ) 13%

4. Metallerzeugung und Bearbeitung, Metallerzeugnisse (CH) 13%

5. Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse (CE+CF) 11%

6. Gummi-, Kunststoff-, Glaswaren und Keramik (CG,) 7%

7. Nahrungsmittel und Getränke, Tabakverarbeitung (CA) 7%

8. Möbel und sonstige Waren, Reparatur und Installation von Maschinen (CM) 7%

9. Sonstiges verarbeitendes Gewerbe 6%

Die Sektoren der Land- und Forstwirtschaft und der Fischerei sind in der Systematik dieser Statistik nicht Teil des produzierenden Gewerbes. Sie trugen ca. 1% zur deutschen Bruttowertschöpfung des Jahres 2014 bei.


Industrie 4.0 Use-Cases Vorschlag zur Taxonomie (zur Diskussion am 30.11. in BITOM PG)

1. Integration horizontaler und vertikaler Wertschöpfungsketten

1. In der Fertigungstechnik 1. In der lokalen Fertigung (Werk)

2. Im Konzern

3. In der „connected world“

2. In der Geschäftsabwicklung 1. Elektronische Zahlungsabwicklung mit Trust-Services

2. Automatisierungstechnik (auf Werksebene)

1. Steuerung und Prozessintegration für Produktionslinien („auftragsgesteuerte

Fertigung“)

2. Dezentrale Steuerung der Fertigung mit CPS

3. (Predictive) Analytics 1. Smart Services in der Wartung selbst erzeugter Produkte

2. Qualitätskontrolle

3. Werkserhaltung / Wartung des eigenen Anlagenbestands

4. Sonstige


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