Industrie 4.0: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0/15/Wie...Industrie 4.0: Produktionsarbeit...
Transcript of Industrie 4.0: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0/15/Wie...Industrie 4.0: Produktionsarbeit...
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F1
Industrie 4.0: Produktionsarbeit
der ZukunftWie Digitalisierung und das Internet der Dinge und Dienste die
Produktion verändern werden
Moritz HämmerleFraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart
Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart
Campus Brugg-Windisch, 25. November 2015
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F2
Fraunhofer-Institut für
Arbeitswirtschaft und
Organisation IAO
Institut für Arbeitswissenschaft und
Technologiemanagement IAT,
Universität StuttgartKooperations-
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
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F3
Industrie 4.0 am Fraunhofer IAO
Studien
Forschung
Umsetzung
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F4
Quellen: BITKOM, EMC, 2012.
2004
1998
1994
1991
www1981
Internet
1438 1878 1896 1926 1938 1947 1969
Datenvolumen [in byte]
MegaGigaTeraPeta
Exa
Zetta
Erster Computer
TransistorBuchdruck
Industrie 4.0
Cloud Computing
Big Data / Datability
Mobile
2006
2007
2014
Datenvolumen 2012: 2,8 Zettabyte2.800.000.000.000.000.000.000 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 57Menge an Sandkörnern
aller Strände dieser Welt
Digitalisierung und VernetzungDas Wachstum der Datenmengen im Zeitverlauf
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F5
Was zeichnet europäische Produktionsländer heute
aus?
1
Produktivität
5
Quellen: IW Köln (Productivity), JD Power (Best Cars), IT-Performance TNS Infratest, patents: heise online, Intelligence PIAAC-Test
Pictures: BMW, Trumpf, Stihl, Festo
1
Beste Autos
3
1
Patente
6
1
Intelligente Mitarbeiter
17
1
Automatisierung
…
Starker Mittelstand
D: 99 % der Unternehmen, 60% der Beschäftigung
Konfigurierte und individualisierte Produkte
Losgröße 1
Komplexe Produkte, Prozesse und
Wertschöpfungsketten
Teure, aber gut qualifizierte und produktive
Arbeitskräfte
Auf allen Hierarchieebenen
Niedrigste ERA-Eingruppierung 2.120,-/Monat
Intelligente Automatisierung
Software treibt Produktinnovation
Erodierende Lieferzeiten – zunehmender Druck in
Richtung höherer Flexibilität
Modulares und felxibles Maschinendesign, Down-Sizing
und Low-Cost-Automation
Starkes Augenmerk auf Kapazitätsflexibilität
Flexibilität der Supply Chain
Hohe Resilienz bei starker Marktvolatilität
Erfolgreiche Bewältigung der Krise 2009/2010
Starke und wachsende Industrie-IT
Die Schweiz ist als Produktionsland erfolgreich durch Innovation und
Produktivität – bei mit den höchsten Arbeitskosten Europas!
1
Export Maschinen
2
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F6
Erster mechanischer
Webstuhl 1784
1. Industrielle Revolution
durch Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser- und Dampfkraft
2. Industrielle Revolution
durch Einführung arbeitsteiliger Massenproduktion mit Hilfe von
elektrischer Energie
Fließband bei Ford,
Anfang 20. Jh.
Erste
Speicher-
program-
mierbare Steuerung
(SPS) »Modicon 084«
1969
3. Industrielle Revolution
durch Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren
Automatisierung der Produktion
4. Industrielle
Revolution
auf der Basis von Cyber-
Physical Systems
Ende 18. Jh. Beginn 20. Jh. Beginn 1970er heute
Gra
d d
er
Ko
mp
lex
itä
t
Quelle: DFKI
»Smart Factory«
Auf dem Weg zur Industrie 4.0
Beschäftigung Bestimmung Mitbestimmung Abstimmung/Kooperation
Ressourcen nach Prognose nach Verbrauch auftragsbezogen
Prozesse starr flexibel adaptiv in Echtzeit
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F7
Einführung in Industrie 4.0Was ist Industrie 4.0?
Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit eingebetteter Hard- und Software (Cyber-Physical
Systems) interagieren mit ihrer Umwelt.
Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie
Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart Building, Smart Health.
Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung der
Industrie das Potenzial einer vierten industriellen Revolution zugetraut.
Unter dem Überbegriff »Industrie 4.0« wird die Digitalisierung der
industriellen Wertschöpfung erwartet.
Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von
Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen.
[in Anlehnung an Plattform Industrie 4.0; DB Research]
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F8
Industrie 4.0 schürt hohe ErwartungenWas verspricht sich Deutschland von Industrie 4.0?
Deutsche Unternehmen
erwarten Effizienz- und
Umsatzsteigerungen und
planen für Industrie 4.0-
Lösungen Investitionen von
40 Mrd. EUR jährlich.
Durchgängig hohe
Erwartungen an
Effizienzsteigerung durch
Industrie 4.0 – in der
eigenen Produktion und
über die gesamte
Wertschöpfungskette.[ingenics, 2014]
[PWC, 2014]
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F9
Ready für Industrie 4.0?
Quellen: Roland Berger 2015
Indikatoren:
production process
sophistication
degree of
automation
workforce readiness
innovation intensity
high value added
industry openness
innovation network
Internet
sophistication
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F10
Duale Strategie Industrie 4.0Was hat sich Deutschland vorgenommen?
Ziel: Steigerung der Prozesseffizienz durch Umsetzung
von IoT-Anwendungsfällen
Ziel: Realisierung neuer Marktchancen durch
innovative Geschäftsmodelle
Treiber: Internet of Things (CPS) Treiber: Internet of Services
Momentan liegt der Schwerpunkt im Bereich Prozesseffizienz – der Wettbewerb um
innovative Geschäftsmodelle beginnt gerade.
Deutschland als Leitmarkt Deutschland als Leitanbieter
MES
Steuerungs-
technik
Mobile Robotik
Mobilgeräte
Automatisierung
Embeddeds
Reifegrade digitaler
Geschäftsmodelle [Accenture, 2014]
[Bildquellen: itizzimo, DFKI, Kuka, kiva, DHL, Uber, GE]
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F11
Die Arbeit ändert sich – geht uns aber nicht aus!In der Einschätzung scheiden sich die Geister
Quelle: Wirtschaftswoche nach einer BCG-Studie von 2015
Arbeitsplatzabbau innerhalb von 20
Jahren nach Berufsgruppen
Quellen: Frey, Osborne: The Future of Employment, 2013
Risiko von bis zu 45
Prozent Arbeitsplatzabbau
über die nächsten 20 Jahre
Arbeitsplatzaufbau durch neue
Technologien und Märkte
Überkompensation: Es
entstehen 390.000 mehr
neue Arbeitsplätze als alte
Arbeitsplätze abgebaut
werden
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F12
IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft«
Mitarbeiter müssen für kurzfristigere, weniger planbare Arbeitstätigkeiten on-
the-job qualifiziert werden.
Automatisierung wird für immer kleinere Serien möglich – dennoch bleibt
menschliche Arbeit weiter wichtiger Bestandteil der Produktion.
Flexibilität muss in Zukunft zielgerichtet und systematisch organisiert
werden – „Pauschal-Flexibilität“ wird nicht mehr ausreichen.
Dezentrale Steuerungsmechanismen werden zunehmen; vollständige
Autonomie dezentraler, sich selbst steuernder Objekte wird es auf
absehbare Zeit nicht geben.
Industrie 4.0 heißt mehr als CPS-Vernetzung. Die Zukunft umfasst
intelligente Datenaufnahme, -speicherung und -verteilung von Objekten und
Menschen.
Aufgaben der traditionellen Produktions- und Wissensarbeit werden weiter
zusammenwachsen. Produktionsarbeiter werden vermehrt Aufgaben für die
Produktentwicklung übernehmen.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
„Ich denke, die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind“.
(Dr. Diegner, ZVEI)
(Foto: Arburg, Schaeffler KG, Deutz)
www.produktionsarbeit.de
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F13
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 und Innovator
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.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F14
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
WÜRTHDFKI
SIEMENSSCHNAITHMANN
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F15
Arbeit ändert sich: Arbeitsplatz 4.0Digital vernetzter Arbeitsplatz in der Montage bei Bosch
Virtuelles Abbild
in Planung
Quelle: Bosch
Gewinner ROI
Industrie 4.0
Award 2014
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F16
Arbeit ändert sich: Arbeitsmittel 4.0Logistikaufgaben und Störungsbehebung mit Datenbrille (Itizzimo)
Quelle: Itizzimo
Gewinner Dt.
Innovations-
preis 2014
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F17
Arbeit ändert sich: Arbeitsabläufe 4.0
Vernetzte Lasermaschinen
Steuerung der Anlagen mit
weltweitem Zugriff
Austausch von Prozessdaten
zwischen Maschinen
Sammeln von Daten über
Unternehmensgrenzen hinweg
Bilder: Trumpf
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F18
Arbeit ändert sich: Arbeitsorganisation 4.0Systematische 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
Gewinner ROI
Industrie 4.0
Award 2014
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F19
Dimension: QualifikationHandlungskompetenzen und Fachwissen gleichermaßen gefordert
Quellen: Ingenics/Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 – Eine Revolution der Arbeitsgestaltung; 2014
Die Einführung von Industrie 4.0
erfordert vom
Produktionsmitarbeiter folgende
Kompetenzen:
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F20
Innovationsnetzwerk Produktionsarbeit 4.0
SEB
S
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
F21
Kontakt
Dipl.-Ing. Moritz Hämmerle
Leiter Competence Team Production Excellence
Fraunhofer IAO
0711 / 970-2248
www.production-excellence.iao.fraunhofer.de
www.kapazitaetsflexibilitaet.de
blog.iao.fraunhofer.de