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Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013

Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger

Effektive Produktionsprozesse mit IT – auf dem Weg zu Industrie 4.0

Industrie 4.0

Zukunftspotentiale für die Produktion

Präsentation IHK Berlin29. August 2013Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger



Was bedeutet Industrie 4.0?

Informationstechnik bringt Industrie 4.0

Neue Potentiale für die Produktion

Werkstattsteuerung mit cyber-physischen Systemen

Cloudbasierte Steuerungen

Ausblick – was bringt Industrie 4.0?

Übersicht



Neue Potentiale für die ProduktionEvolution und Revolution in der Produktion

1784Mechanisierung

1870Arbeitsteilung und Massen-produktion

1969Mikroprozessor in der Produktion

Cyber-physische Systeme



Barcode

RFID Transponder

eGrains

Heute: Produktidentifikation

Morgen: Produktgedächtnis

Übermorgen: Produktintelligenz

lesbare Informationsträger

Identifikation von Produkten, Werkstücken

Lesen und Schreiben von Informationen

Traceability und Dokumentation in Produktion

Informationsverarbeitung in Funksensorknoten

Werkstücke bringen Bearbeitungsinformation mit

Objekte kommunizieren, kooperieren, entscheiden

Dezentrale Intelligenz durch Agenten

Flexibilität durch produktgetriebene Fertigung

Informationstechnik bringt Industrie 4.0Produkte werden intelligent

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K



Informationstechnik bringt Industrie 4.0Vision: Produktion mit verteilter Intelligenz

Intelligente Fertigungseinrichtungen, Komponenten, Werkstücke,

Dezentrale, kooperative Steuerung und Organisation,

Adaption an Veränderungen im Produktionsumfeld.

Beteiligte Komponenten

sind mit lokaler Intelligenz ausgestattet,

kommunizieren aktiv miteinander,

bewältigen in Kooperation eigenverantwortlich Aufgaben.

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raun

hofe

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K



Vernetzte Maschinen und Werkstücke

Information an Bord

Lager für Rohteile

Arbeitsfortschritt am Werkstück visualisiert

Funkknoten für

Maschinen

Werkzeuge

Werkstücke

Sensoren

Informationstechnik bringt Industrie 4.0Werkstücke steuern ihren Weg durch die Fertigung

Selbstorganisierende Produktion

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rIP

K



Cyber-Physische Produktionsunterstützung

für dieWerkstattfertigung

Ind 4.0

Kooperierende Produktionsmittel

InteroperabilitätIntelligenz

DezentralePlanung und Steuerung

DynamisierungAdaptivität

OP110HartrehenSchleifen

OP130WaschenIn Körben

OP140Prüfen

OP110Harträumen

OP120Powerhonen

OP130Waschen

in Körben

OP140Prüfen

Zahnräder Gangräder

OP110Hartdrehen &

Schleifen

OP120Schleifen

OP130Waschen

in Körben

OP140Prüfen

Stirnräder

Werkereinbindung

Gestaltung Produktionsarbeit

Neue Potentiale für die ProduktionIWEPRO - Intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion



Neue Potentiale für die ProduktionIWEPRO - Intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion



Neue Potentiale für die Produktion – cloudbasierte SteuerungenAusgangssituation – hierarchische Steuerungsarchitektur

Klassische Steuerungsstruktur der

Fabrik

Hochflexibel vernetzte Steuerung der der Fabrik mit

Cloud-Mechanismen

VRC – Virtual Robot Controller MES – Manufacturing Execution SystemSPS – Speicherprogrammierbare Steuerung CNC – Computerized Numerical ControlVNC – Virtual Numerical Control ERP – Enterprise Resource Planning SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition



Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenGemeinsamer Ressourcenpool

VRC – Virtual Robot Controller MES – Manufacturing Execution SystemSPS – Speicherprogrammierbare Steuerung ERP – Enterprise Resource PlanningVNC – Virtual Numerical Control



Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenFreie Kapazitäten hochflexibel nutzen

Innovation Virtualisierung streng

hardwaregebundener echtzeitfähiger Steuerungsaufgaben

Flexible Bereitstellung von Steuerungen

Cloud-basierte Datenhaltung der Algorithmen und Prozessparameter

Technische Herausforderungen Echtzeitfähigkeit

(Steuerungstakt, Jitter)

SicherheitVRC – Virtual Robot Controller MES – Manufacturing Execution SystemSPS – Speicherprogrammierbare Steuerung IF – Interface VNC – Virtual Numerical Control



Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenModularisierung und Zentralisierung

Programm

Interpreter

Interpolator

Koordinatentransformation

Feininterpolator

Lageregelung

Geschwindigkeitsregelung

Stromregelung



Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenMehrwertdienste / APPs / Module

VRC – Virtual Robot Controller MES – Manufacturing Execution SystemVNC – Virtual Numerical Control IF – Interface



Umsetzung der Cloud-Merkmale in pICASSOMerkmal NIST Definition pICASSO

On-demand SelfService

Die Bereitstellung der Ressourcen (z.B. Rechenleistung, Datenspeicher) läuft automatisch ab

- Instanziierung neuer Steuerungskerne

Broad Network Access

Die Services sind über einheitliche Schnittstellen im gesamten Netz verfügbar

- Mehrwertdienste- Zusätzliche

FunktionsmoduleResourcePooling

Die Ressourcen liegen in einem Pool vor, aus dem sich viele Anwender bedienen können

- App-Konzept- Zentrale Datenhaltung

Rapid Elasticity Die Services können schnell und flexibel zur Verfügung gestellt werden, in manchen Fällen automatisch

- Skalierbare Rechenleistung über Prozessorkerne

MeasuredServices

Die Ressourcennutzung kann gemessen, überwacht und entsprechend bemessen den Anwendern zur Verfügung gestellt werden

- MaßgeschneiderteBereitstellung von Steuerungsfunktionen und -leistung

Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenNutzung von Cloudmechanismen für Maschinen und Robotersteuerungen



Umsetzung der Cloud-Merkmale in pICASSOMerkmal NIST Definition pICASSO

Software as a Service

Nutzung von Software auf der Basis einer transparenten Bereitstellung von Ressourcen und Diensten

- Nutzung ausgewählter Steuerungsfunktionen und –software als Dienst

Platform as a Service

Bereitstellung von Infrastruktur zur Ausführung kundenspezifischer Anwendungen

- Virtualisierung von Teilen einer Steuerung in der Cloud

Infrastructureas a Service

Bereitstellung von Infrastruktur zurAuslagerung kompletter IT-Systeme

- Mehrwertdienste in der Cloud

Private Cloud Unternehmenseigene und nur von diesem Unternehmen selbst genutzte Cloud-Umgebung

- Nutzung von Cloud-Technologien zunächst nur im unternehmenseigenen Netz

Community Cloud

Cloud-Infrastruktur nur für einen speziellen Nutzerkreis zugänglich und nutzbar

- Angestrebte sichereUmgebung zur Verbindung von Steuerungen und Mehrwertdiensten

Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenNutzung von Cloudmechanismen für Maschinen und Robotersteuerungen



Beherrschung von Echtzeitanforderungen.

Sicherheit cloudbasierter Steuerungen.

Vereinheitlichung von Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Steuerungssystemen, um die Potentiale der Cloud-Struktur optimal nutzen zu können.

Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenHerausforderungen



Stärkere Hardwareunabhängigkeit der Steuerungen. Daraus resultiert eine höhere Investitionssicherheit und eine längere Nutzbarkeit von Steuerungssoftware.

Flexible Verteilung von Rechenleistungen an rechenintensive Prozesse wie z.B. komplexe Geometrieberechnungen (z.B. 5-Achsen-Interpolation) oder Sensordatenverarbeitung (z.B. für die In-Prozess-Qualitätskontrolle).

Vereinfachte Anbindung von Mehrwertdiensten( wie z.B. Simulation, Prozessmodellierung, Visualisierung, Mensch-Maschine-Schnittstelle, Programmierung).

Vereinfachte Integration produktionsbezogener Apps, beispielsweise zur Datenvisualisierung über mobile Plattformen (Tablets, Smartphones) in der Fabrik.

Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenVorteile



Höhere Sicherheit der gesamten Fabriksteuerung in Private Cloud als bei dezentralen Steuerungen. Möglichkeit zur Integration von Alt-Steuerungen, deren Betriebssysteme nicht mehr mit Sicherheits-Updates versorgt werden (‚Legacy-Systeme‘), in die Cloud.

Vereinfachtes Upgrade und Retrofit alter Maschinen mit moderner Steuerungsfunktionalität über die Cloud.

Vereinfachte Verkettung von Maschinen und Anlagen durch Kommunikation über gemeinsame Cloud-Speicherbereiche an Stelle heterogener Kommunikationsstrukturen.

Höhere Energieeffizienz durch Virtualisierung von Steuerungen. Reduktion von Stand-by-Verbräuchen durch flexible Nutzung der Rechenleistung durch unterschiedliche Steuerungsprozesse.

Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenVorteile



Expertenzitate aus Studie des Fraunhofer IAO Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0

» Der Unterschied zwischen der dritten und der vierten

industriellen Revolution liegt darin, dass wir in der dritten eine starre

oder flexible Automatisierung mit den bisherigen Möglichkeiten

hatten und wir nun eine intelligente und wandlungsfähige

Automatisierung erreichen wollen.«

AusblickWas bringt Industrie 4.0?

»Industrie 4.0 adressiert nicht ausschließlichdie Massenproduktion, sondern vor allem die Flexibilisierung der Produktion. Dieintelligente Fabrik der Zukunft ist hochflexibel, hochproduktiv und ressourcenschonend. Dadurch wird die Individualisierung (Losgröße 1)zu den ökonomischen Konditioneneines Massenherstellers Realität.«

»Der Trend den wir sehen, ist dieAbkehr von der Massenproduktionzur Individualproduktion bis hin zur

Mikroproduktion. Wir haben hier immermehr autonome Systeme, die in der Lage

sind, auch sehr kleine Losgrößen zu produzieren.«



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

www.effiziente-fabriken.de

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