Industrie 4.0: Produktionsarbeit der Zukunft...Industrie 4.0: Produktionsarbeit der Zukunft Wie...

© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart

F1

Industrie 4.0: Produktionsarbeit der Zukunft Wie Digitalisierung und das Internet der Dinge und Dienste die

Produktion verändern werden

4. Südharzer Wirtschaftstreffen in Nordhausen

Moritz Hämmerle, Fraunhofer IAO Stuttgart - 18. November 2014


F2

Fraunhofer-Institut für

Arbeitswirtschaft und

Organisation IAO

Institut für Arbeitswissenschaft und

Technologiemanagement IAT,

Universität Stuttgart Kooperations-

vertrag

Gründung:

IAO 1981

IAT 1991

Institutsleitung:

Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. e.h. mult. Dr.-Ing. h.c. mult.

Hans-Jörg Bullinger (1981 – 2002)

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.

Dieter Spath (2002 – 09/2013)

Prof. Dr.-Ing.

Wilhelm Bauer (seit 10/2013 kommissarisch)

Finanzvolumen und Mitarbeiter (2013):

IAO: 25 Mio. €, 377 Mitarbeiter (inkl. Studenten)

IAT: 8 Mio. €, 133 Mitarbeiter (inkl. Studenten)

Profile des Fraunhofer IAO und IAT, Universität Stuttgart


F3

Produktionsmanagement am Fraunhofer IAO Leistungen und Kompetenzfelder

Produktions- und Auftragsabwicklungsprozesse schlanker gestalten (schnell, flexibel, bestandsarm)

Montage und Materialbereitstellung konzipieren, optimieren und aufeinander abstimmen

Personalflexibilität in der Produktion nutzbar machen

Lang- bis mittelfristige Flächennutzung planen

Schnittstelle zwischen Produktentstehung / Produktion gestalten (prozessual, organisatorisch, räumlich)

Unternehmen in Richtung «Industrie 4.0» begleiten


F4

INHALTE

Die Zukunft wird mobil vernetzt – auch in der Produktion

Ergebnisse der IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie

4.0«

Erste Anwendungsfälle auf dem Weg zur Fabrik 4.0

Industrie 4.0-Leitprojekt KapaflexCy: Flexible Personalkapazitäten in

der Produktion mit Industrie 4.0 steuern


F5

Stahl,

Eisenbahn,

Transport

Internet,

Mobile Kommunik.

Zyklen

Frühe Industrialisierung

1850

Lebens- wissenschaften

Erneuerbare Energien

Dampf- maschine,

Textil- und Bekleidungs- industrie

Innovation

Späte Industrialisierung

Dienstleistungs- gesellschaft

Wissens- gesellschaft

Health Age

E-Technik,

Chemie

Automobil,

Petrochemie

Microchip,

Automati-sierung

1900 1950 2000

»Informations- und Kommunikationstechnologien sind die techno-

logische Basis für unsere Informations- und Wissensgesellschaft.«

Kondratieff-Zyklen: Die langen Wellen der Konjunktur Schlüsselinnovationen initiieren neue Entwicklungsphasen


F6

Das allgegenwärtige Internet …


F7

Quellen: BITKOM, EMC, 2012.

2004

1998

1994

1991

www 1981

Internet

1438 1878 1896 1926 1938 1947 1969

Datenvolumen [in byte]

Mega Giga Tera Peta

Exa

Zetta

Erster Computer

Transistor Buchdruck

Industrie 4.0

Cloud Computing

Big Data / Datability

Mobile

2006

2007

2014

Datenvolumen 2012: 2,8 Zettabyte 2.800.000.000.000.000.000.000 Byte

Prognosen für

Datenvolumen 2015: 12 Zettabyte

Datenvolumen 2020: 40 Zettabyte

die erzeugten Datenmengen steigen

exponentiell mit dem Ausmaß der Vernetzung.

Datenmengen verdoppeln sich alle 2 Jahre

Zum Vergleich:

40 Zettabytes ≙ x 57 Menge an Sandkörnern

aller Strände dieser Welt

Digitalisierung und Vernetzung Das Wachstum der Datenmengen im Zeitverlauf


F8

Bedeutung der Produktion für Deutschland

Industrielle Produktion ist bis heute

der zentrale Treiber für

Wertschöpfung und Beschäftigung

Kein anderes Industrieland hat

einen vergleichbaren hohen Anteil,

der direkt und indirekt von der

Produktion abhängigen

Arbeitsplätze

Nur ein starker Produktions-

standort sichert nachhaltig

Arbeitsplätze in Deutschland

Beschäftigte

in Produktion

Direkt

von Prod-

uktion ab-

hängige

Beschäft-

igte

Quelle: * Statistisches Bundesamt, Stand 01/2010

** Statistisches Bundesamt, Stand 01/2010

7,7 Mio

7,1 Mio

Beschäftigte gesamt

in Deutschland (2008)*

Rest

Branchenstruktur in Deutschland (2008)**

8%5%

4%

Chemische Erzeugnisse

Kunststoffwaren

Elektrische Ausrüstung

Nahrungsmittel

Metallerzeugnisse

Automobilbau

Maschinenbau

Umsatz

100 %

35%

5%

8%

6%

21%

13%

Beschäftigte

100 %

34%

6%

7%

Sonstige

7%

10%

14%

17%

Induzierte

Beschäftigung

40,3

Mio.

Quelle: OECD, Inst. d. deutschen Wirtschaft, Köln

Produktion ist der zentrale Treiber für Wertschöpfung und Beschäftigung:

Kein anderes Industrieland hat einen vergleichbar hohen Anteil an direkt und indirekt

von der Produktion abhängigen Arbeitsplätze.


F9

Industrie 4.0 – Ziele und Vision

Smartphones &

Tablets

RFID Chips

Sensoren & Aktoren

Eingebettete Steuerungen

Echtzeit-Informationsaustausch durch neue Technologien

Datenbrillen (z.B. Google Glass)

Mechanisierung

Industrialisierung

Automatisierung

Informa-

tisierung?

Die „vierte industrielle

Revolution“ wird

angekündigt

Ziele von Industrie 4.0

Individuelle Serienproduktion

Kürzere Durchlaufzeiten Verbesserte Produktivität

Durchgängige

Informationen

Weniger Medienbrüche

Hohe Reaktionsfähigkeit

Hohe Produktionsflexibilität

Bessere Planqualität durch echtzeitnahe Daten

IPv6

Data Analytics &

Smart Data

Cloud Computing

Technologien für Industrie 4.0


F10

Industrie 4.0 Strategie für Deutschland Umsetzungsempfehlungen: Initiative aus Politik – Wirtschaft – Forschung

Duale Strategie aus Leitmarkt und

Leitanbieterschaft

Drei wesentliche Stoßrichtungen:

Horizontale Integration über

Wertschöpfungsnetzwerke

Durchgängigkeit des Engineering über die

gesamte Wertschöpfungskette

Vertikale Integration und vernetzte

Produktionssysteme


F11

Fraunhofer IPA: Abschätzung von Industrie 4.0 Potenzialen

Chemische

Industrie:

+30%

Automobil

Industrie:

+20%

Maschinen und

Anlagenbau

+30%

Elektrische

Ausrüstung

+30%

Land- und

Forstwirtschaft

+15%

Potential von Industrie 4.0

IuK-Technik

+15%

Studie Fraunhofer IAO: Studie zu den volkswirtschaftlichen Potenzialen von Industrie 4.0

Industrie 4.0 - Nutzenerwartungen Große Potentiale über verschiedene Funktionen und Branchen


F12

Industriebeschäftigte in Deutschland (destatis, DB Research, 2014)

Die Auswirkungen auf die Beschäftigung sind noch nicht (quantifiziert)

absehbar – »alte« Jobs sind bedroht ; »neue« Jobs werden entstehen.

Risiko von bis zu 45

Prozent Arbeitsplatzabbau

über die nächsten 20 Jahre

Erfahrung eines realen

Beschäftigungswachstum

s trotz oder wegen

Technologieinnovationen vs.

Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Am Thema »Arbeit« scheiden sich die Geister

Bildquellen: Technology Review, Economist 1/2014


F13

IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft« Methodik der Studie

www.produktionsarbeit.de

Erwartungen an Produktionsarbeit aufzeigen

Verständnis, Erwartung und Hintergrund von »Industrie 4.0«

verstehen

Industrie 4.0 in den Kontext heutiger Erwartungen an die

Produktionsarbeit einordnen


F14

Wie wichtig wird der Produktionsstandort Deutschland in fünf

Jahren für Ihr Unternehmen?

Ergebnisse Produktion in Deutschland

(sehr) wichtig 90,7%

Welchen Stellenwert nimmt die schnelle Reaktion auf

Kundenanforderungen in fünf Jahren in Ihrem Unternehmen

ein?

(sehr) wichtig 97,6%

„Wenn es uns nicht gelingt, Wertschöpfung hier im Land zu halten, dann sehe ich auf lange Sicht schwarz. Produktion muss hier in Europa und hier in Deutschland bleiben. Diese Art der Wertschöpfung ist die Basis für den Wohlstand, den wir heute haben.“

(Prof. Post , FESTO AG)

„Wenn es uns nicht gelingt, Wertschöpfung hier im Land zu halten, dann sehe ich auf lange Sicht schwarz. Produktion muss hier in Europa und hier in Deutschland bleiben. Diese Art der Wertschöpfung ist die Basis für den Wohlstand, den wir heute haben.“

(Prof. Post , FESTO AG)


F15

Ergebnisse Automatisierung

Automatisierung wird für immer kleinere Serien möglich – dennoch bleibt menschliche Arbeit

weiter wichtiger Bestandteil der Produktion.

Automatisierung wird für immer kleinere Serien möglich – dennoch bleibt menschliche Arbeit

weiter wichtiger Bestandteil der Produktion.

(sehr) wichtig

teils/teils

(sehr) unwichtig

96,9%

2,8%

0,6%

Wie wichtig wird menschliche Arbeit (Planung, Steuerung, Ausführung, Überwachung) in fünf

Jahren in der Produktion sein?

„Ich denke, die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind“.

(Dr. Diegner, ZVEI)

„Ich denke, die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind“.

(Dr. Diegner, ZVEI)

(Foto: Deutz)


F16

ja

teils/teils

nein

16,3%

24,8%

58,9%

Können die meisten Ereignisse in der Produktion durch

technische Systeme ohne menschliches Zutun erkannt werden?

»Heute wird nicht mehr so streng von einem deterministischen Modell ausgegangen und es werden implizit auch schon spezielle Abläufe mit Störungen vorgesehen. So kann mit unvorhersehbaren Ereignissen umgegangen werden. […] Die Fabrik soll computerintegriert dirigiert werden, sie soll aber auch in ihrem Autonomiegrad so ausgeprägt sein, dass sie mit unvorhergesehenen Ereignissen umgehen kann.«

»Heute wird nicht mehr so streng von einem deterministischen Modell ausgegangen und es werden implizit auch schon spezielle Abläufe mit Störungen vorgesehen. So kann mit unvorhersehbaren Ereignissen umgegangen werden. […] Die Fabrik soll computerintegriert dirigiert werden, sie soll aber auch in ihrem Autonomiegrad so ausgeprägt sein, dass sie mit unvorhergesehenen Ereignissen umgehen kann.«

Dezentrale Steuerungsmechanismen werden zunehmen; vollständige Autonomie dezentraler,

sich selbst steuernder Objekte wird es auf absehbare Zeit nicht geben.

Dezentrale Steuerungsmechanismen werden zunehmen; vollständige Autonomie dezentraler,

sich selbst steuernder Objekte wird es auf absehbare Zeit nicht geben.

nein 16,8%

teils/teils 26,5%

ja 56,7%

Ein Großteil der Ereignisse ist wiederkehrend und kann mit

typischen Lösungen behoben werden?

Ergebnisse automatische Steuerung


F17

Ergebnisse Flexibilität

Wie wichtig ist der flexible Einsatz Ihrer Produktionsmitarbeiter heute und

in fünf Jahren??

(sehr) wichtig 94,1% „Flexibilität war für die Firmen immer ein Thema. Es kommt heute hinzu, dass die Mitarbeiter Flexibilität fordern. Arbeitszeit und Lebenszeit sind heute wesentlich stärker verquickt als früher. Volatile Märkte und ein starres System, was die Arbeitszeit betrifft – das passt nicht zusammen.“

(Hr. Glatz, VDMA)

„Flexibilität war für die Firmen immer ein Thema. Es kommt heute hinzu, dass die Mitarbeiter Flexibilität fordern. Arbeitszeit und Lebenszeit sind heute wesentlich stärker verquickt als früher. Volatile Märkte und ein starres System, was die Arbeitszeit betrifft – das passt nicht zusammen.“

(Hr. Glatz, VDMA)

Flexibilität bleibt weiter Schlüsselfaktor für Produktionsarbeit in Deutschland – in Zukunft noch

kurzfristiger als heute.

Flexibilität bleibt weiter Schlüsselfaktor für Produktionsarbeit in Deutschland – in Zukunft noch

kurzfristiger als heute.

96,8%

heute in 5 Jahren

27%

von Monat

zu Monat

56% 56%

von Woche

zu Woche

47%

von Tag

zu Tag

15%

innerhalb

eines Tages

11%

60% 60% 44% 44%

41% 41%

So viele Unternehmen…

…haben heute starke Schwankungen im personalseitigen Kapazitätsbedarf.

…sehen zukünftig verstärkt

kurzfristigere Schwankungen.


F18

Industrie 4.0 – Menschen flexibilisieren Prozesse ….

Der Mensch als Sensor

Sensorische Lücken bestehen in der Produktion auch zukünftig.

Der Mensch ist der einzige „universelle“ Sensor.

Nur Menschen erfassen neue Ausnahmesituationen.

Der Mensch als Entscheider

Standardentscheidungen übernehmen zukünftig intelligente Assistenten und

entlasten die Mitarbeiter von Routineentscheidungen.

Ausnahmesituationen erfordern Umfeldinformationen und Erfahrung.

Nur Menschen erfassen und bewältigen unplanbare Ausnahmesituationen.

Der Mensch als Akteur

Automatisierung wird zukünftig auch für kleinere Stückzahlen wirtschaftlich.

Produktdiversifikation und Kundenindividualität lassen die Stückzahlen je

Produktionsvariante und den Produktlebenszyklus weiter sinken.

Nur Menschen können sich hochflexibel auf kleinste Stückzahlen und neue

Prozesse einstellen

… werden aber zunehmend flexibel arbeiten.


F19

Erste Anwendungsfälle auf dem Weg zur Fabrik 4.0

Mechanisierung Industrialisierung Automatisierung Industrie 4.0

Die Technologien sind vorhanden – entscheidend wird sein:

Diese wirtschaftlich einzusetzen und

Tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln

Beispiele:

Social Machines

Mobilgeräte

Handling-Assistenten

Smart Factories und intelligente Objekte

Predictive Maintenance

Smart Data (e.g. Smart Data Innovation Lab)

Unternehmens-App Stores

Ganzheitliche Ansätze: “4.0-enterprises” (Bosch, Wittenstein)

CLAAS TRUMPF

FRAUNHOFER IAO ITIZZIMO + X

KUKA BOSCH

WÜRTH DFKI

SIEMENS SCHNAITHMANN


F20

Beispiel: Gesunde und demografiefeste Arbeitsplätze Flexible Logistik in der Montage bei SEW Eurodrive


F21

Beispiel: Vernetztes Arbeiten Logistikaufgaben und Störungsbehebung mit Datenbrille (Itizzimo)


F22

Automatisches Regeln der Erntegeschwindigkeit Z.B.: angepasst an Ertrag, Treffpunkt zum Überladen des Erntegutes

Vorausschauende Planung Durch Verwendung von Daten in Echtzeit

Schonung des Feldbodens Durch bessere Koordination

der Landmaschinen

Minimieren des Kraftstoffverbrauchs

Durch genaue Prognose und Ansteuerung zum „Rendezvous“

Beispiel: Vernetzte Erntemaschinen (Claas, Telekom)


F23

Gefördert vom BMBF

Laufzeit 15. September 2012 bis 14. September 2015

10 Partner aus Forschung und Industrie

BEISPIEL: PRODUKTIONSSTEUERUNG

INDUSTRIE 4.0-LEITPROJEKT …

http://www.sap.com/index.epx

http://www.t-h.de/fileadmin/inhalt/Trebing_und_Himstedt/downloads/Logos/TH_Logos.zip

http://www.kaba.de/

http://www.beru.com/

http://www.flughafen-stuttgart.de/sys/index.php?lang=0

http://www.bruker.com/home_.html?&no_cache=1&L=1

http://www.introbest.de/


F24

Flexibler Personaleinsatz heute

Steuerung heute

Mündliche Kommunikation

Probleme

Aufwand für mündliche Kommunikation

Langsame Reaktion

Intransparente Verteilung

lukrativer Zusatzschichten

Unattraktiver Schichten

Keine langfristige Strategie

Flexibilitätskorridor wird nicht genutzt

Ziele flexibler Personaleinsatz

Kurzfristig: Variables Kapazitätsangebot für eine

schlanke Produktion im Takt

Langfristig: „Volatilitätsvorsorge“ durch

systematische Nutzung

Befragung des IAO in 2013 von 661 Unternehmen

www.produktionsarbeit.de

http://www.produktionsarbeit.de/


F25

Industrie 4.0 – Idee „Schicht-Doodle“

Doodle Webservice:

Personengruppen stimmen

über Termine ab

KapaflexCy „SchichtDoodle“:

Mitarbeitergruppen koordinieren

ihre kurzfristigen Arbeitseinsätze

eigenverantwortlich im Einklang

von Beruf, Freizeit und Familie


F26

Industrie 4.0 – Anwendungsfall „Schicht-Doodle“ Systematische Steuerung der Personalflexibilität in der Produktion

Kundenauftrag: 50

Getriebe bis Montag

Ich kann diesen

Samstag arbeiten.

Samstag geht leider

nicht.

Zusatzschicht am

Samstag durchführen

Einsatzanfrage auf

Smartphone

„Meistercockpit“ für Einsatzanfragen


F27

Wer kann? Erforderliche

Kompetenzen

Wer darf? Rechtliche, tarifliche

Randbedingungen

Wer soll? Tendenz und Stand

Flexikonto

Wer möchte? Persönliche

Präferenzen

0 - ++

Prioritäten berechnen

Beziehungsregeln

auswerten

Ausschluss nicht

qualifizierter

Mitarbeiter

Industrie 4.0-Leitprojekt KapaflexCy Prioritätsregeln für den Einsatz der richtigen Mitarbeiter

Auf Einhaltung der

Vorgaben hinweisen


F28

Passen unsere Flexibilitätsinstrumente zur Volatilität? Beispiel Konjunkturkrise 2008

2008: 44 Mrd €

Ausbezahlte

Überstunden Flexikonten +

-

2009:

6 Mrd.

€

Kurz-

arbeit


F29

Passen unsere Flexibilitätsinstrumente zur Volatilität? Besser mit strategisch dimensionierter Personalflexibilität!

XXL-Flexikonten

800h + je Mitarbeiter

-

-


F30

Kapazitätsflexibilität richtig

dimensioniert ?

Besser

mit Industrie 4.0

und Fraunhofer-IAO !

Bildquelle: http://1.bp.blogspot.com/-U0CbyODDXas/UatWlDH9aVI/AAAAAAAAByQ/aF0dudAq1j8/s1600/pakistan+08.03.jpg


F31

Benchmark Personalflexibilität

Erste Schritte in Richtung Industrie 4.0 Wirtschaftliche Anwendungsfälle entwickeln - Personalflexibilität gestalten

Benchmark Personalflexibilität

Wie unterstützen Sie

Ihre Shopfloor-

Führungskräfte bei der

systematischen

Steuerung der Personal-

Flexibilität?

Wie flexibel sind Sie

in der Produktion

heute? Welche

Potentiale sollten

Sie für die Zukunft

heben?

Benchmark: Personalflexibilität

KapaflexCy: Flexibilität

zielgerichtet steuern

Innovationsnetzwerk

»Produktionsarbeit 4.0«


F32

Kontakt

Dipl.-Ing. Moritz Hämmerle

Competence Center Produktionsmanagement

Fraunhofer IAO

[email protected]

0711 / 970-2248

www.produktionsmanagement.iao.fraunhofer.de

www.kapazitaetsflexibilitaet.de

blog.iao.fraunhofer.de

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