Schweißtechnik und Schneidtechnik - Ready for Industrie 4.0! (Strategien und Geschäftsmodelle für eine vernetzte Fertigung) Dr. – Ing. Klaus Middeldorf [email protected]
Vortrag: 9. November 2018 Stand: 5. November 2018
www.conversio-changepartner.com
TÜV Nord Systems
Gliederung des Vortrags
Definitionen Industrie 4.0 / Digitale Transformation der Wertschöpfung
Digitalisierungsstrategien / Industrie 4.0 – Strategien für Unternehmen
Basiselement Industrie 4.0: Internet der Dinge / Cloud Computing
Kernelemente Industrie 4.0: Cyber Physische Systeme / Vertikale und Horizontale Vernetzung / Data Analytics / Digital Engineering / Steuerungsfunktionen der Mitarbeiter
Vernetzte schweißtechnische Fertigung / Arbeitsgestaltung / Aus- und Weiterbildung
Industrie 4.0 – Strategie für Unternehmen
Zusammenfassung / Ausblick
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 2
Industrie 4.0 – Definition
„Industrie 4.0 ist die strategische Initiative für die Digitalisierung in der produzierenden Industrie.“
(1.100.000 Google Eintragungen Industrie 4.0 und produzierende Industrie)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 3
(conversio; 2017)
Industrie 4.0 - Begriff
13.11.2018
Marketing Begriff Industrie 4.0 Hannover Messe 2011 …
Google Abfragen Juni 2018 / November 2018
Industrie 4.0 37.110.000 / 53.000.000 Ergebnisse
Industrie 4.0 und Maschinenbau 1.280.000 / 1.520.000 Ergebnisse
Industrie 4.0 und Anlagenbau 399.000 / 409.000 Ergebnisse
Industrie 4.0 und Schweißtechnik 62.000 / 64.300 Ergebnisse
… tausende / hunderte YouTube – Videos …
www.conversio-changepartner.com 4
Industrie 4.0 – Ansatz für die Schweißtechnik
Industrie 4.0 ist kein Produkt, kein Prozess, kein Projekt … sondern ein Impuls an die produzierende (schweißtechnische) Industrie durch die Integration moderner Informations- und Kommunikationstechniken neuartige, intelligente Produktionsanlagen und Produktionssysteme zu entwickeln (Hersteller), mit der Anwender (teilweise / kontinuierlich / …) mit einer digitalen Transformation ihrer Wertschöpfung beginnen können …
13.11.2018 5
(Reinhard, G.; 2017 / conversio; 2017)
Digitale Transformation der Wertschöpfung
Digitale Transformation (der Wertschöpfung) ist die Nutzung der Informations- und Kommunikationstechnik zur Optimierung der Wertschöpfung (nicht nur in der realen Welt) …
(was unter anderem bedeuten kann, mit digitalen Werkzeugen Werte für die Unternehmen und für deren Kunden zu schaffen)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 6
(conversio; 2017)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 7
(nach Jodlbauer, H.; 2018 / FIR; 2015)
Prozess der Wertschöpfung (1)
Führung und Strategie
Mitarbeiter, Ressourcen und Kompetenzen
Umsatzleistung
Operational Excellence
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 8
(Jodlbauer, H.; 2018 / FIR; 2015)
Digitale Transformation der Wertschöpfung (2)
Führung und Strategie
Mitarbeiter, Ressourcen und Kompetenzen
Plus Umsatzleistung
Plus
Operational Excellence
Digitale Transformation der Wertschöpfung
Ein Produkt (Stromquelle, Brenner, Roboter …) bleibt ein Produkt …
Der Käufer eines Produktes (Stromquelle, Brenner, Roboter … ) erwartet aber mehr als nur ein Produkt, sondern die Erfüllung einer Aufgabe …
Zusätzlich erwartet der Käufer (Anwender) eines Produktes, dass er mit den Daten, die er aus dem Einsatz des Produktes (in der realen Welt) gewinnen kann, einen Mehrwert (in der digitalen Welt) generieren und (gegebenenfalls) neue Geschäftsmodelle (sowohl in der realen, als auch in der digitalen Welt) entwickeln kann …
(Jodlbauer, H.; 2018 / conversio; 2017 / Drenth, R.; 2017)
13.11.2018 9
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 10
(ROI; 2018)
Konnektivität: Erfassung, Nutzung von Daten durch Vernetzung von Produkten,
Maschinen, Mitarbeitern, Kunden (Schnittstellen, Architekturen, Datensicherheit!)
Information: Generierung von Information auf Basis der gesammelten Daten (zum
Beispiel in smart cockpits mit digitalen Echtzeit-Informationen, in der Beziehung zu
KPIs, zur Nutzung im digital shop floor management)
Wissen: Analysiertes, kontextualisiertes Wissen aufbauen und teilen (zum Beispiel
zur Unterstützung der Werker, Operatoren, Meister, Aufsichtspersonen)
Prognose: Auf Basis vorrausschauender Mustererkennung (bekanntes Beispiel
predictive maintenance)
Autonomie: Selbstständige Abstimmung der Elemente der Fertigungssysteme /
autonome Systementscheidungen …
Digitale Transformation der Wertschöpfung Systematik (it´s all about data)
Digitale Transformation der Wertschöpfung Daten – Information - Wissen
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 11
(Brecher, C., Königs, M.; 2017 / Jodlbauer, H.; 2018 / Steinhaus, I.; 2016 / WGP; 2016)
Daten Information Wissen
Big Data, Advanced Analytics, Applikationswissen und Zielvorgaben
Vergangenheit verstehen, Ursachen erkennen, Entwicklungen vorhersagen und handeln
Kontext Erfahrung
• Entscheidung
• Anwendung
• Handeln
• Analysieren
• Kategorisieren
• Strukturieren
• Sinngebende Verknüpfung
Digitale Transformation der Wertschöpfung Prognose und Autonomie in der Fertigung
Etappen des Industrie 4.0-Entwicklungspfades
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 12
(Reinhart; 2017)
Glauben wir an Disruption ? The reason why it is so difficult for existing companies to capitalize on disruptiv innovations is that their
processes and their business model that makes them good at the existing business actually make them bad at
competing for disruption. (Clayton Christensen, Boston Consulting / Harvard Business School)
13.11.2018
(conversio; 2017)
www.conversio-changepartner.com 13
Perf
orm
ance
Zeit
Digitalisierungskonzept für Unternehmen
www.conversio-changepartner.com 15
Trendsetter Digitale Experimentierer
Vorreiter Digitale Leader
Anfänger Analoge Skeptiker
Konservative Analoge Visionäre
Dig
ita
le F
äh
igk
eit
en
Transformationsfähigkeiten gering
hoch
hoch
Digitale Fähigkeiten
Digitale Kundenereignisse
Digitale Produkte und
Dienstleistungen
Geschäftsmodelle
Digitale Prozesse und
Organisation
Nutzung von Daten
Transformationsfähigkeiten
Vision, Ziele, Strategien
Kultur, Leadership, Führung
Governance
Arbeitswelt 4.0
Kernkompetenzen,
Fähigkeiten,
IT – Fähigkeiten
(conversio; 2017 / Universität St. Gallen; 2016 / Schircks, A. D.; 2017)
Digitalisierungsstrategie für die Schweißtechnik
Für die Schweißtechnik wird eine Doppelstrategie vorgeschlagen:
Top – Down (Vision / strategische Ziele)
Bottom – Up
(technische Anwendungen zum Beispiel die Echtzeitkontrolle von Produktion und Qualität, predictive maintenance für Geräte der Schweißtechnik, der Einsatz von Assistenzsystemen, …)
Umsetzung von Industrie 4.0 ermöglicht Kostensenkung und Umsatzsteigerung … und ist kundengetrieben …
(conversio; 2017) 13.11.2018 16
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 18
Internet of Things, Services, Persons, Everything (Kommunikation)
Dezentrale, smarte
Prozesselemente
Cyber physische
(Produktions-) Systeme
(Daten / Funktionen)
Mensch-Maschine
Interaktionen
Vertikale Integration Data Analytics
Digital Engineering
Horizontale Integration
Cloud Computing / Edge Computing / Fog Computing
Ressourcen und Services zur Speicherung, Verarbeitung, Nutzung von Daten
Industrie 4.0 / Basiselemente / Kernelemente / Zusammenarbeit mit dem
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF Reisgen et al / RWTH Aachen
Internet der Dinge, Dienstleistungen, Menschen, Everything …
Vernetzungsmöglichkeit von Dingen (und Dienstleistungen, …) ist faktisch unbegrenzt …
Ein Internet der Dinge (und Dienstleistungen, …) ist realisierbar …
Bereits heute kommunizieren mehr „Dinge“ miteinander als Menschen …
(Internet der Dinge eröffnet schnell neue Möglichkeiten für „Dinge der Schweißtechnik“ …)
(Zäh, M.; 2017 / Zumker, L.; 2018)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 19
Internet der Dinge, Dienstleistungen, Menschen, Everything …
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 20
(conversio; 2017)
Objekte / Dinge
Maschinen CPS
Bauteile smart products
Zahnbürsten
Kaffeemaschinen
Fahrzeuge
…
Technologien / IT -
Infrastruktur
Kunden
Unternehmen
Internet
IP
Internet der Dinge
und Dienste
Dienste
Daten
Internet der Dinge
Cloud Computing
Cloud Computing / cloud basierte Plattformen
Verfügbarkeit und Akzeptanz …
Verteilung von Rechnerleistungen und Rechnerprozessen
Verteilung von Speicherungen von Daten
• Infrastructure as a Service IaaS
• Platform as a service PaaS
• Software as a Service SaaS
• Data as a Service, Analytics as a Service XaaS
13.11.2018 21 www.conversio-changepartner.com
(Krüger, J. u. a.; 2017 / Lechler, A., Schlechtendahl, J.; 2017 / Jodlbauer, H.; 2018 / WGP; 2016 / Drenth, R. u.a.; 2017)
Cloud Computing / cloud basierte Plattformen
„Jede Cloud eines deutschen, zertifizierten Anbieters ist sicherer als die lokale IT eines deutschen Mittelständlers …“ (Dirk Schäfer, DigitalThinx GmbH, Köln; 2018)
Geringer Investitionsbedarf in IT – Infrastruktur (und gute Umsetzung) für einen schnellen Einstieg …
Unbegrenzte Skalierbarkeit bei zunehmendem / abnehmendem Bedarf an IT – Leistungen …
(conversio; 2017)
13.11.2018 22
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 23
Internet of Things, Services, Persons, Everything (Kommunikation)
Dezentrale, smarte
Prozesselemente
Cyber physische
(Produktions-) Systeme
(Daten / Funktionen)
Mensch-Maschine
Interaktionen
Vertikale Integration Data Analytics
Digital Engineering
Horizontale Integration
Cloud Computing / Edge Computing / Fog Computing
Ressourcen und Services zur Speicherung, Verarbeitung, Nutzung von Daten
Industrie 4.0 / Basiselemente / Kernelemente / Zusammenarbeit mit dem
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF Reisgen et al / RWTH Aachen
Pragmatische Umsetzung von Industrie 4.0 in eine vernetzte schweißtechnischen Fertigung
Basiselemente, Kernelemente
Industrie 4.0 – Schweißtechnik (Schweißen und Schneiden 17 / EuroBLECH 18)
Ausgangspunkte sind unter anderem die veröffentlichten Strategien zu Industrie 4.0 in der Schweißtechnik von Unternehmen sowie deren Produkte und Dienstleistungen, zum Beispiel digitalisierte Stromquellen, integrierte Datenmanagementsysteme und Roboteranwendungen in einer vernetzten schweißtechnischen Fertigung …
CLOOS, FRONIUS, EWM, LORCH, KEMPPI, ESAB, VOESTALPINE, LINDE …
FANUC, KUKA, …
(conversio; 2017 / Middeldorf, K.; 2018)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 25
Industrie 4.0 – Schweißtechnik (Schweißen und Schneiden 17 / EuroBLECH 18)
13.11.2018
Elemente des Arbeitsschutzes als smarte Komponenten in einer schweißtechnischen Fertigung / „connected safety“
3M, KEMPER, RoboVent, TEKA, …
Vernetzter Arbeitsschutz beim Schweißen: Industrie 4.0 – B2B – Portal; Kemper 2017
Bringing Air Quality Controls into Industry 4.0; RoboVent 2018
(conversio; 2017 / Middeldorf, K.; 2018)
www.conversio-changepartner.com 26
Industrie 4.0 – Schweißtechnik (Fachmesse Schweißen und Schneiden 2017)
13.11.2018
Mensch-Maschine-Interaktion / Schweißtrainersysteme
FRONIUS, WELDPLUS, SLV Halle …
Übergang von der Nutzung der VWTS in der Ausbildung zur Nutzung der VWTS in der schweißtechnischen Fertigung: EWM Award „Physics of Welding“ 2017 für Augmented Reality Assistenzsystem beim Schweißen – Bewegungs- und Prozessparameter beim Schweißen können über eine augmented reality Umgebung zwischen Anwendern weltweit in Echtzeit ausgetauscht werden …
(Alexander Atzberger, Universität der Bundeswehr München)
(conversio; 2017 / welding and cutting today, 26. September 2017 / Middeldorf, K.; 2018)
(conversio; 2017)
www.conversio-changepartner.com 27
Industrie 4.0 – Schweißtechnik / Literatur
13.11.2018
Veröffentlichungen (Auswahl) …
Jüttner, S. und andere; 2016 (WGF – Studie: Industrie 4.0 – Bedeutung für die Fügetechnik)
Schnick, M., Bergmann, J. P.; 2016 (KJELLBERG Finsterwalde, TU Ilmenau … zur Forschungsroadmap Industrie 4.0)
Göppert, J.; 2016 / 2017 (LORCH Schweißtechnik)
Löffler, K., Hengesbach, S.; 2016 (TRUMPF Lasertechnik)
(Purrio, M.; 2016; Promotionsvortrag ISF RWTH Aachen; Digitalisierung in der Schweißtechnik – Ist das schon Industrie 4.0?)
www.conversio-changepartner.com 28
Industrie 4.0 – Schweißtechnik / Literatur
13.11.2018
Veröffentlichungen (Auswahl) …
Posch, G. und andere; 2017 (FRONIUS International White Paper: Industrie 4.0 in der Schweißtechnik)
Pitzer, J. P.; 2017 (CARL CLOOS Schweißtechnik)…
Middeldorf, K.; 2018 (conversio …)
Reisgen, U., Middeldorf, K. und andere; 2018 (ISF RWTH Aachen …)
Ivanov, B.; 2018 (EWM)
… … …
www.conversio-changepartner.com 29
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 30
Kontaktrohr
Schmelzbad
Schutzgasdüse
U
I
Schutzgasversorgung
Energiequelle
(volldigitalisiert)
Werkstück
Lichtbogen
Multisensor
Kühlung
Drahtvorschubeinheit
Absaugungsanlage
Connected Safety
Smart CPS
Smart CPS
Smart CPS
Schweißbrenner
Smart CPS
Smart CPS
Dezentrale, smarte Prozesselemente / CPS (beim MSG – Schweißprozess)
Schweißdaten-
erfassungssyteme:
Cloos Qineo Data
Manager
Fronius Weldcube
EWM X Net
Lorch Q-Sys / Data
Kemppi WeldEye
ESAB Weldcloud /
Flowcloud / cloud
services
Linde Avanto
… …
Zusammenarbeit mit dem Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF
Reisgen et al / RWTH Aachen
CPS Cyber Physische Systeme
Automatisierte schweißtechnische Fertigung / vernetzte schweißtechnische Fertigung
Der bisherige Regelkreis einer automatisierten schweißtechnischen Fertigung ist bekannt … (unter anderem Reisgen, U., Stein, L.; 2016)
Eine vernetzte (autonome) schweißtechnische Fertigung ist nicht einfach die Fortführung der Automatisierung …
Änderungen ergeben sich dadurch, dass im Schweißprozess smarte Bauteile, smarte Schweißbrenner, … smarte Laserstrahl - Bearbeitungsköpfe …, smarte Stromquellen, … smarte Roboter, smarte Messeinrichtungen (smarte Sensoren, smarte Aktoren) wirken (und zwar dezentral!) …
… solche dezentralen, smarten Prozesselemente wirken als CPS / cyber physische Systeme …
(Conversio, 2017)
13.11.2018 31
Automatisierung / Vernetzung (KPMG; 2016)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 32
Ko
mp
lexitä
t
Technologien
Mechanische Baugruppen Mechanische Baugruppen Mechanische Baugruppen Mechanische Baugruppen
Elektronik Elektronik
Steuerungen
Elektronik
Informationstechnik
Kommunikationstechnik
Informationstechnik
interagiert mit physischen
Prozessen
Mechanisierung Elektronisierung Automatisierung
Cyber-physische
Systeme (CPS)
Mechanische
Systeme Mechatronische
Systeme Automatisierte
Systeme
Cyber-physische
Systeme CPS
Dezentrale, smarte Prozesselemente / CPS Aufbau von Cyber Physischen Systemen
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 33
Grafik © Platform Industrie 4.0 und ZVEI, Modell Verwaltungsschale ©ZVEI SG Modelle und Standards,
Piktogramm © Anna Salari, designed by freepik
Verwaltungs- Schale
Gegenstand
z.B. Maschine
I4.0 Kommunkation
Geschäftsprozesse
Funktionen
Daten
Kommunikation
Digitalisierung
RAMI 4.0
Dig
itale
Welt
Physische Dinge
Real
Verwaltungsschale ist der digitale
Anteil
Verwaltungsschale gibt jedem
Gegenstand:
eigene Identität
Selbstbeschreibung
Intelligenz
Kommunikationsmöglichkeit
Industrie 4.0 beim Metallschutzgasschweißen | DVS Congress | 17.09.2018
S. Mann | K. Middeldorf | R. Sharma | K. Willms | G. Buchholz
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Reisgen | Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik
Fußzeile anpassen
(maximal 3 Zeile!!!):
Zum Anpassen der
Fußzeile unter Karteireiter
Ansicht > auf
Folienmaster klicken.
Links in der Übersicht auf
die oberste Folie scrollen
und dort in die Fußzeile
klicken. So wird der Text
automatisch auf allen
Seiten angepasst.
34
Eigenschaften
• Prozesse durch Aktorik beeinflussen
• Daten durch Sensorik erfassen
• Verbunden durch digitale Netzwerk und Mensch-
Maschine Schnittstellen
Dezentrale, smart Prozesselemente / CPS / Aufbau von cyber physischen Systemen
CPS Schalenmodell
Software
Elektronik
Embedded System
Sensorik
Digitale
Netzwerk Schnittstelle
Mensch-
Maschine Schnittstelle
Aktorik
Dezentrale, smarte Prozesselemente / CPS Aufbau von cyber physischen Systemen
CPS sind existierende mechatronische Systeme (Stromquellen, Schweißbrenner, Sensoren, Aktoren, …) die ergänzt werden durch
• „dezentrale Intelligenz“
und durch
• „globale Kommunikationsmöglichkeit“.
Das heißt: diese CPS sind beliebig verkoppelbar und jederzeit wieder entkoppelbar … (und entfalten ihre Wirkung im Zusammenwirken mit anderen CPS … in Form von CPPS / cyber physischen Produktionssystemen)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 35
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 36
Kontaktrohr
Schmelzbad
Schutzgasdüse
U
I
Schutzgasversorgung
Energiequelle
(volldigitalisiert)
Werkstück
Lichtbogen
Multisensor
Kühlung
Drahtvorschubeinheit
Absaugungsanlage
Connected Safety
Smart CPS
Smart CPS
Smart CPS
Schweißbrenner
Smart CPS
Smart CPS
Dezentrale, smarte Prozesselemente / CPS (beim MSG – Schweißprozess)
Schweißdaten-
erfassungssyteme:
Cloos Qineo Data
Manager
Fronius Weldcube
EWM X Net
Lorch Q-Sys / Data
Kemppi WeldEye
ESAB Weldcloud /
Flowcloud / cloud
services
Linde Avanto
… …
Zusammenarbeit mit dem Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF
Reisgen et al / RWTH Aachen
CPS Cyber Physische Systeme
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 37
Internet of Things, Services, Persons, Everything (Kommunikation)
Dezentrale, smarte
Prozesselemente
Cyber physische
(Produktions-) Systeme
(Daten / Funktionen)
Mensch-Maschine
Interaktionen
Vertikale Integration Data Analytics
Digital Engineering
Horizontale Integration
Cloud Computing / Edge Computing / Fog Computing
Ressourcen und Services zur Speicherung, Verarbeitung, Nutzung von Daten
Industrie 4.0 / Basiselemente / Kernelemente / Zusammenarbeit mit dem
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF Reisgen et al / RWTH Aachen
Vertikale und horizontale Integration (conversio; 2017)
13.11.2018 38
Vertikale
Integration
(Technologie)
Horizontale Integration (Geschäftsmodell)
Vernetzte Fertigung: optimale Verteilung der Funktionalitäten
Bauteile, Sensoren und Aktoren, Maschinen, Systeme, Roboter …
werden smart, sie besitzen eine dezentrale Intelligenz, werden dezentral gesteuert und können untereinander und mit der Umwelt und mit dem Menschen kommunizieren (agieren somit als cyber physische Systeme) …
… die dadurch generierten Daten ermöglichen neue Erkenntnisse (Data Analytics) und die Rückführung der Daten auf die verschiedenen Handlungsebenen der Fertigung ermöglicht eine neue Verteilung von Funktionalitäten (vertikale Integration).
(Bauernhansl, T.; 2017 / WGP; 2016 / conversio; 2016 / Drenth, R.; 2017)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 39
Vernetzte Fertigung: optimale Verteilung der Wertschöpfungsbeiträge
Bauteile, Sensoren und Aktoren, Maschinen, Systeme, Roboter …
werden smart, sie besitzen eine dezentrale Intelligenz, werden dezentral gesteuert und können untereinander und mit der Umwelt und mit dem Menschen kommunizieren (agieren somit als cyber physische Systeme) …
… die dadurch generierten Daten ermöglichen durch eine horizontale Integration neue Geschäftsmodelle mit einer neuen Verteilung von Wertschöpfungsbeiträgen.
(Conversio; 2017 / Wildemann, H.; 2017 / Gausemeier, J., Wiesecke, J.; 2017 / Kaufmann, T., Forstner, L.; 2017 / FIR; 2015)
13.11.2018 40
Vertikale und horizontale Integration: Einsparpotentiale und Entwicklungspotentiale 1
13.11.2018 41
Kosten Effekte Potenziale
Bestandskosten Reduzierung Sicherheitsbestände
Ausgleich unterschiedlicher Bestellperioden
Optimierung der supply chain
30 bis 40%
Fertigungskosten Verbesserung Gesamtanlageneffektivität
Prozessregelkreise
Verbesserung Personalflexibilität
10 bis 30%
Logistikkosten Erhöhung Automatisierungsgrad 10 bis 30%
(Fraunhofer IPA ergänzt durch Fraunhofer IPT, in WGP; 2016) / (Schneider, R.; 2017)
Vertikale und horizontale Integration: Einsparpotentiale und Entwicklungspotentiale 2
13.11.2018 42
Kosten Effekte Potenziale
Komplexitätskosten Erweiterung Leistungsspannen
Reduktion trouble shooting
Prosumer Model
60 bis 70%
“Qualitätskosten” Everything as a Service (XaaS)
Echtzeitnahe Qualitätsregelkreise
10 bis 20%
Instandhaltungskosten Optimierung Lagerbestände Ersatzteile
Zustandsorientierte Wartung
Dynamische Priorisierungen
20 bis 30%
(Fraunhofer IPA ergänzt durch Fraunhofer IPT, in WGP; 2016) / (Schneider, R.; 2017)
Vertikale und horizontale Integration (conversio; 2017)
13.11.2018 43
Vertikale
Integration
(Technologie)
Horizontale Integration (Geschäftsmodell)
Vertikale Integration klassische Automatisierungspyramide
13.11.2018 44
Schematischer Aufbau der Automatisierungspyramide mit Systemkomponenten
(oberhalb des eigentlichen Produktionsprozesses, das zu fertigende Bauteil spielt eine passive Rolle)
(Gorecky, D. und andere; 2017)
Vertikale Integration dezentrale, smarte Prozesselemente / CPS
13.11.2018 45
Digitales Produktgedächtnis
Das zu fertigende Bauteil wird zu einem smarten Bauteil, welches mittels eines digitalen Produktgedächtnisses seinen Produktionsprozess aktiv beeinflussen und bestenfalls vollkommen autonom steuern kann
(Gorecky, D. und andere; 2017)
Vertikale Integration Auflösung der Automatisierungspyramide
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 46
(Gorecky, D. u.a.; 2017) / (Kleinemeier, M.; 2017) / (Berger, C. u.a.; 2016)
Automatisierungspyramide
im Kontext von Industrie 4.0
/ Wirkung von dezentralen,
smarten Prozesselementen /
CPS / Übertragung von
Funktionen in eine Cloud
Industrie 4.0 beim Metallschutzgasschweißen | DVS Congress | 17.09.2018
S. Mann | K. Middeldorf | R. Sharma | K. Willms | G. Buchholz
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Reisgen | Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik
Fußzeile anpassen
(maximal 3 Zeile!!!):
Zum Anpassen der
Fußzeile unter Karteireiter
Ansicht > auf
Folienmaster klicken.
Links in der Übersicht auf
die oberste Folie scrollen
und dort in die Fußzeile
klicken. So wird der Text
automatisch auf allen
Seiten angepasst.
47
Stromquelle
Drahtkoffer Steuereinheit
Schweiß-
brenner
Roboter/
Schweißer Werkstück
Vertikale Integration / schweißtechnische Fertigung
… … …
Field Level
Control Level
Planning Level
Management Level
Production Processes
PLC
MES
ERP
… … …
ERP MES
PLC
Auflösung der Automatisierungspyramide
Stromquelle
Drahtkoffer Steuereinheit
Schweiß-
brenner
Roboter/
Schweißer Werkstück
Bild zuschneiden
unter:
- Format
- Zuschneiden
- Zuschneidewerkze
ug horizontal bis
zur ersten oder
zweiten Linie
ziehen
Vernetzte, digitalisierte, schweißtechnische Fertigung – Industrie 4.0 beim Metallschutzgasschweißen
U. Reisgen*, K. Middeldorf**, R. Sharma*, K. Willms*, G. Buchholz*** und S. Mann* *Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF), RWTH Aachen
**conversio change management ug
***FEF Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft Fügetechnik GmbH
Industrie 4.0 beim Metallschutzgasschweißen | DVS Congress | 17.09.2018
S. Mann | K. Middeldorf | R. Sharma | K. Willms | G. Buchholz
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Reisgen | Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik
Fußzeile anpassen
(maximal 3 Zeile!!!):
Zum Anpassen der
Fußzeile unter Karteireiter
Ansicht > auf
Folienmaster klicken.
Links in der Übersicht auf
die oberste Folie scrollen
und dort in die Fußzeile
klicken. So wird der Text
automatisch auf allen
Seiten angepasst.
49
Anwendung von Industrie 4.0 – Autonomiefähiges Schweißfertigungssystem
Applikationsanforderung
Aktueller
Prozesszustand Schweißparameter
Pro
du
ktq
ua
litä
t
Prozessrand-
bedingungen
Prozessraum
Variation der
Prozessrandbedingungen
Sensoren Roboter/ Stromquelle
Schweißprozess
Schweißexpertenwissen
Industrie 4.0 | Maritime Technik | 26. April 2018
Klaus Middeldorf | Konrad Willms
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Reisgen | Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik
Fußzeile anpassen
(maximal 3 Zeile!!!):
Zum Anpassen der
Fußzeile unter Karteireiter
Ansicht > auf
Folienmaster klicken.
Links in der Übersicht auf
die oberste Folie scrollen
und dort in die Fußzeile
klicken. So wird der Text
automatisch auf allen
Seiten angepasst.
50
Anwendung von Industrie 4.0 – Vertikale Integration des Schweißfertigungssystems
vorgelagerter
Prozess
Prozessebene
Planungsebene
Prozess-
informationen
Produktions-
qualität/-stabilität Produktions-
optimierung
Subsequent
Process nachgelagerter
Prozess
Prozess-
optimierung
Informationsverarbeitung
Analyse und Auswertung von Prozessinformationen zur Generierung von Bewertungskriterien (Schweißnahtqualität, Prozessstabilität)
Fernwartung/-diagnose
Anlagenbediener
Prozess-
Status
Störungs-
behebung
MES
ERP
Industrie 4.0 beim Metallschutzgasschweißen | DVS Congress | 17.09.2018
S. Mann | K. Middeldorf | R. Sharma | K. Willms | G. Buchholz
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Reisgen | Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik
Fußzeile anpassen
(maximal 3 Zeile!!!):
Zum Anpassen der
Fußzeile unter Karteireiter
Ansicht > auf
Folienmaster klicken.
Links in der Übersicht auf
die oberste Folie scrollen
und dort in die Fußzeile
klicken. So wird der Text
automatisch auf allen
Seiten angepasst.
51
Anwendung von Industrie 4.0 – Vernetzte Produktgüte in der schweißtechnischen Fertigung
Produktgüte
Prozesszustand Historie | Prädiktion
Modellbildung - Statistik - Empirie
Komponenten Prozessdaten Randbedingungen
Teilfunktion
Funktionsfähigkeit
Prozessgrößen
Wirtschaftlichkeit
Prozessklassifikation
Transient
Stationär
Drahtrolle Stahldraht, 1,2mm
X Betriebsstunden
Schweißspannung X Kurzschlüsse,
X Lichtbogenzeit,
Impulslichtbogen
Werkstück Werkstoff
Schweißposition
Qu
ell
e
Eig
en
sc
ha
ft
Beis
pie
l
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 52
Kontaktrohr
Schmelzbad
Schutzgasdüse
U
I
Schutzgasversorgung
Energiequelle
(volldigitalisiert)
Werkstück
Lichtbogen
Multisensor
Kühlung
Drahtvorschubeinheit
Absaugungsanlage
Connected Safety
Smart CPS
Smart CPS
Smart CPS
Schweißbrenner
Smart CPS
Smart CPS
Dezentrale, smarte Prozesselemente / CPS (beim MSG – Schweißprozess)
Schweißdaten-
erfassungssyteme:
Cloos Qineo Data
Manager
Fronius Weldcube
EWM X Net
Lorch Q-Sys / Data
Kemppi WeldEye
ESAB Weldcloud /
Flowcloud / cloud
services
Linde Avanto
… …
Zusammenarbeit mit dem Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF
Reisgen et al / RWTH Aachen
CPS Cyber Physische Systeme
Vertikale und horizontale Integration (conversio; 2017)
13.11.2018 53
Vertikale
Integration
(Technologie)
Horizontale Integration (Geschäftsmodell)
Horizontale Integration / Vernetzung entlang der Wertschöpfungskette
13.11.2018 54
(Schuh, G. und andere; 2017 / Kaufmann, Th., Forstner, L.; 2016)
Horizontale Integration / Vernetzung entlang der Wertschöpfungskette im Anlagenbau / Beispiel
13.11.2018 55 www.conversio-changepartner.com
Beschaffung Anlagenbau
Rohstoffe
Werkstoffe
Bauteile
….
Konstruktion
…
Vorfertigung
smarte Fabrik
Bauplanung
…
Betrieb
smarte
Dienstleistungen
Smarte Logistikketten
Horizontale Integration / Vernetzung / Wertschöpfungskette / Geschäftsmodelle
Grundelemente und Kernelemente Industrie 4.0 / vernetzte Fertigung / Geschäftsmodelle
Montage
smarte
Baustelle
Anlagenbetrieb
Horizontale Integration / Beschaffung
Neue Verteilung der Wertschöpfungsbeiträge / Beschaffung
• Nutzung von Einkaufsplattformen
• Optimierung von Fertigungs- und Lieferfenster
• Übergreifende Qualitätssicherung
• …
(Vergleiche unter anderem Kemppi Future Welding System: a holistic approach to the entire welding ecosystem; 2017)
(Conversio; 2017 / Wildemann, H.; 2017 / Gausemeier, J., Wiesecke, J.; 2017 / Kaufmann, T., Forstner, L.; 2017 / FIR; 2015)
13.11.2018 56 www.conversio-changepartner.com
Horizontale Integration / Anlagenbetrieb
Neue Verteilung der Wertschöpfungsbeiträge / Anlagenbetrieb
• Betreibermodelle
• Zustandsüberwachung / Betriebsdatenüberwachung / …
• Prozessanalytik …
• Instandhaltung / Wartung (predictive) / …
• Bauliche Veränderungen (Anweisungen, Dokumentationen, …)
• …
(Vergleiche unter anderem Kemppi Future Welding System: a holistic approach to the entire welding ecosystem; 2017)
(Conversio; 2017 / Wildemann, H.; 2017 / Gausemeier, J., Wiesecke, J.; 2017 / Kaufmann, T., Forstner, L.; 2017 / FIR; 2015)
13.11.2018 57 www.conversio-changepartner.com
Horizontale Integration / weitere Partner (1)
• Technisch – Wissenschaftliche Einrichtungen (FDBR, DVS, …)
• Prüforganisationen (TÜV, …)
• Zertifizierungsorganisationen (TÜV, …)
• …
• Bildungseinrichtungen (SLV, …)
• …
(Vergleiche unter anderem Kemppi Future Welding System: a holistic approach to the entire welding ecosystem; 2017)
(Conversio; 2017 / Wildemann, H.; 2017 / Gausemeier, J., Wiesecke, J.; 2017 / Kaufmann, T., Forstner, L.; 2017 / FIR; 2015)
13.11.2018 58 www.conversio-changepartner.com
Horizontale Integration / weitere Partner (2)
Durchgängige Verfügbarkeit von Regelwerken und Normen …
• Werkstoffinformationen …
• Fertigungsinformationen …
• Prüfinformationen …
• Abnahmeinformationen…
• Bauteilinformationen …
• Betriebsinformationen …
(Vergleiche unter anderem Kemppi Future Welding System: a holistic approach to the entire welding ecosystem; 2017)
(Conversio; 2017 / Wildemann, H.; 2017 / Gausemeier, J., Wiesecke, J.; 2017 / Kaufmann, T., Forstner, L.; 2017 / FIR; 2015)
13.11.2018 59 www.conversio-changepartner.com
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 60
Internet of Things, Services, Persons, Everything (Kommunikation)
Dezentrale, smarte
Prozesselemente
Cyber physische
(Produktions-) Systeme
(Daten / Funktionen)
Mensch-Maschine
Interaktionen
Vertikale Integration Data Analytics
Digital Engineering
Horizontale Integration
Cloud Computing / Edge Computing / Fog Computing
Ressourcen und Services zur Speicherung, Verarbeitung, Nutzung von Daten
Industrie 4.0 / Basiselemente / Kernelemente / Zusammenarbeit mit dem
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF Reisgen et al / RWTH Aachen
Digital Engineering
Durchgängiges digital Engineering bedeutet die digitale Abbildung eines kompletten physischen Produktes oder eines kompletten Fertigungsprozesses – in Form eines digitalen Schattens oder eines digitalen Zwillings
(Dombrowski, U. u.a.; 2017 / Schuh, G. u.a.; 2017 / WGP; 2016 / Siepmann, D.; 2016)
13.11.2018 61
Digital Engineering
Der digitale Schatten ist die Sammlung von Daten entlang aller wertschöpfenden Prozesse, er ist das hinreichend genaue Abbild des Fertigungsprozesses mit dem Zweck, eine echtzeitfähige Auswertungsbasis der relevanten Daten zu schaffen („Flugschreiber / Fertigungsschreiber“).
Der digitale Zwilling überführt den realen Fertigungsprozess in die virtuelle Welt und liefert darauf aufbauend durch ein Prozessmodell und durch Simulation ein möglichst identisches Abbild der Realität.
(Dombrowski, U. u.a.; 2017 / Schuh, G. u.a.; 2017 / WGP; 2016 / Siepmann, D.; 2016)
13.11.2018 62
Industrie 4.0 beim Metallschutzgasschweißen | DVS Congress | 17.09.2018
S. Mann | K. Middeldorf | R. Sharma | K. Willms | G. Buchholz
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Reisgen | Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik
Fußzeile anpassen
(maximal 3 Zeile!!!):
Zum Anpassen der
Fußzeile unter Karteireiter
Ansicht > auf
Folienmaster klicken.
Links in der Übersicht auf
die oberste Folie scrollen
und dort in die Fußzeile
klicken. So wird der Text
automatisch auf allen
Seiten angepasst.
63
Digital Engineering – Digitaler Schatten / Zwilling Hybrid
CAD-Data
Weld Quality
Design
Process Simulation
SimWeld®
Model
Berechnungszeit
Draht-Tropfen-Lichtbogen- Modell
Wärmefluss
Modell ~10%
F(t)
~75%
~15%
Schmelzbad-Schweißnaht
Modell
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 64
Internet of Things, Services, Persons, Everything (Kommunikation)
Dezentrale, smarte
Prozesselemente
Cyber physische
(Produktions-) Systeme
(Daten / Funktionen)
Mensch-Maschine
Interaktionen
Vertikale Integration Data Analytics
Digital Engineering
Horizontale Integration
Cloud Computing / Edge Computing / Fog Computing
Ressourcen und Services zur Speicherung, Verarbeitung, Nutzung von Daten
Industrie 4.0 / Basiselemente / Kernelemente / Zusammenarbeit mit dem
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF Reisgen et al / RWTH Aachen
Data Analytics: Daten – Information - Wissen
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 65
(Brecher, C., Königs, M.; 2017 / Jodlbauer, H.; 2018 / Steinhaus, I.; 2016 / WGP; 2016)
Daten Information Wissen
Big Data, Advanced Analytics, Applikationswissen und Zielvorgaben
Vergangenheit verstehen, Ursachen erkennen, Entwicklungen vorhersagen und handeln
Kontext Erfahrung
• Entscheidung
• Anwendung
• Handeln
• Analysieren
• Kategorisieren
• Strukturieren
• Sinngebende Verknüpfung
Data Analytics / Digital Engineering
… Data Analytics: das Erkennen von Mustern, Zusammenhängen und Abhängigkeiten aus den gewonnenen Daten (unter Nutzung geeigneter Auswertealgorithmen) …
… Digital Engineering: der Aufbau eines digitalen Modells der Realität auf der Basis der gewonnenen Daten und die kontinuierliche Anreicherung des Modells durch Echtzeit – Informationen …
(Brecher, C., Königs, M.; 2017 / Jodlbauer, H.; 2018 / Steinhaus, I.; 2016 / WGP; 2016 / conversio; 2018)
13.11.2018 66 www.conversio-changepartner.com
Data Analytics / Digital Engineering aus „data lakes“ Erkenntnisse gewinnen, Daten sind schön, wichtig ist, was man daraus macht ...
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 67
(Graef, N.; 2016 / WGP; 2016 / Siepmann, D.; 2016 / Conversio, 2017)
Realer Prozess in Funktion Datenmanagement Systeme
Virtueller Prozess
Virtuelle Fabrik
Retrofit / Retooling
Ecosystem …
Simulationssysteme
Digitale Schatten
Digitale Zwillinge
CPS Funktionen
Intelligenz / Kommunikation
Unstrukturierte Daten …
Präsentation der Daten
……
mobile devices …
Handling der Daten
……
Beschreibung,
Bewertung, Nutzung
Mustererkennung …
Auswahl der geeigneten Datenquellen für vernetzte Fertigung …
Auswahl der geeigneten Auswertungstools …
Nutzung der Ergebnisse …
Data Analytics / Digital Engineering
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 68
(Manyika, J. C. et al.; 2011 in Jodlbauer, H.; 2018 / Schneider, R.; 2017 / Steinhaus, I.; 2016)
Bereich Einsparung Verbesserung
Forschung und Entwicklung 20-50% weniger
Entwicklungskosten
20-50% kürzere
Entwicklungszeit
Supply Chain Management 3-7 % weniger Working
Capital
bis zu 3 % höhere
Gewinnmarge, Verbesserung
Lieferservice
Produktion 10-50 % geringere
Fertigungs- und
Montagekosten
bis zu 10 % höhere
Ausbringung
After Sales-Service 10-40 % geringere
Servicekosten
bis zu 7 % höhere Umsätze
Potentiale in der produzierenden Industrie
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 69
Internet of Things, Services, Persons, Everything (Kommunikation)
Dezentrale, smarte
Prozesselemente
Cyber physische
(Produktions-) Systeme
(Daten / Funktionen)
Mensch-Maschine
Interaktionen
Vertikale Integration Data Analytics
Digital Engineering
Horizontale Integration
Cloud Computing / Edge Computing / Fog Computing
Ressourcen und Services zur Speicherung, Verarbeitung, Nutzung von Daten
Industrie 4.0 / Basiselemente / Kernelemente / Zusammenarbeit mit dem
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF Reisgen et al / RWTH Aachen
Steuerung und Gestaltung durch Mitarbeiter
Aufgaben und Verantwortung der Mitarbeiter in einer vernetzten Fertigung – Steuerung und Gestaltung durch Mitarbeiter sind Kernelemente von Industrie 4.0!
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 70
Steuerung und Gestaltung durch Mitarbeiter
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 71
Industrie 4.0 muss aktiv gestaltet werden! Entscheidungen sind nötig!
… ein ausschließliches Automatisierungsszenario ist möglich (Autonomie der Fertigung, …)
… ein aktives Expertenszenario ist möglich (Mitarbeiter einbeziehen, Schnittstellen Mensch - Maschinen öffnen, Assistenzsysteme installieren, Arbeitswelt 4.0 aufbauen, …)
Digital Leadership (der Schweißfachingenieure) stellt die Frage, welche Anteile Automatisierung / Experteneinsatz in einer schweißtechnischen, vernetzten Fertigung haben sollen … (und welche Erfahrungen aus einer vernetzten Fertigung auf die manuelle schweißtechnische Fertigung übertragen werden soll) …
(Petry, T.; 2016 / Jäger, W., Körner, P.; 2016 / Schomburg, F. u.a.; 2016 / Kühmayers, F.; 2015 / Niederhaus, E., Fuchs, H.; 2016 /
Schircks, A.D.; 2017 / conversio; 2017)
Steuerung und Gestaltung durch Mitarbeiter
Automatisierungsszenario …
Expertenszenario …
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 72
(Vernim, S., Reinhart, G., Bengler, K.; 2017)
Automatisierungsszenario
Kontrolle und Steuerung der Fertigung durch Technik …
Cyber physikalische Systeme lenken den Mitarbeiter (Mitarbeiter vornehmlich ausführend tätig) …
Hochqualifizierte Fachkräfte für Installation, Modifikation und Wartung von cyber physikalischen Systemen …
…
(Bauer, W. u.a.; Fraunhofer IAO; 2017)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 73
Expertenszenario
Mitarbeiter lenken die cyber physischen Systeme …
Cyber physikalische Systeme unterstützen Entscheidungen …
Weiterhin dominante Rolle der Werker (verstärkt informatorische, organisatorische und mechatronische Inhalte)
…
(Bauer, W. u.a.; Fraunhofer IAO; 2017)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 74
Veränderungen in der Fertigung
Die Datenfülle und die Informationsdichte nehmen auf allen Funktions- und Qualifikationsstufen zu …
Daten können in Echtzeit als handlungsgenerierende Information an Mitarbeiter und Maschinen geschickt werden …
(conversio; 2017)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 75
Veränderungen in der schweißtechnische Fertigung
Wie verändern sich in einer vernetzten schweißtechnischen Fertigung die Aufgaben und die Arbeit der Fachkräfte auf den verschiedenen Funktions- und Qualifikationsstufen?
Werker / Schweißer
Meister
Produktionsnahe Führungskräfte / Schweißaufsichtspersonen
(conversio; 2017)
13.11.2018 76
Veränderungen in der schweißtechnischen Fertigung
Konstrukteure
Produktionsplaner
Schweißaufsichtspersonal
On the shopfloor:
Schweißer
Maschinenbediener
Roboterführer
Interaktionen mit Automatisierungselementen / Robotern / Assistenzsystemen
13.11.2018 77
In der Instandhaltung und Wartung
Schweißgüteprüfpersonal
Werkstoffprüfer
Im Qualitätsmanagement
Leiter WPK …
Auditoren …
(conversio; 2017)
Aus- und Weiterbildung der Mitarbeiter
Vernetzt arbeiten, vernetzt lernen!
Weiterbildung muss da anknüpfen, wo die wirklichen Herausforderungen liegen … und muss die Grundlagen dafür legen, dass die Lernenden ihr (neues) Wissen auch in neuen Situationen, in anderen Kulturen und in veränderten Kontexten anwenden können …
Lebensbegleitendes Lernen ist keine Drohung, lebensbegleitendes Lernen ist eine positive Vision!
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 78
(conversio, 2016)
Digitalisierungskonzept für Unternehmen
www.conversio-changepartner.com 80
Trendsetter Digitale Experimentierer
Vorreiter Digitale Leader
Anfänger Analoge Skeptiker
Konservative Analoge Visionäre
Dig
ita
le F
äh
igk
eit
en
Transformationsfähigkeiten gering
hoch
hoch
Digitale Fähigkeiten
Digitale Kundenereignisse
Digitale Produkte und
Dienstleistungen
Geschäftsmodelle
Digitale Prozesse und
Organisation
Nutzung von Daten
Transformationsfähigkeiten
Vision, Ziele, Strategien
Kultur, Leadership, Führung
Governance
Arbeitswelt 4.0
Kernkompetenzen,
Fähigkeiten,
IT – Fähigkeiten
(conversio; 2017 / Universität St. Gallen; 2016 / Schircks, A. D.; 2017)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 81
Internet of Things, Services, Persons, Everything (Kommunikation)
Dezentrale, smarte
Prozesselemente
Cyber physische
(Produktions-) Systeme
(Daten / Funktionen)
Mensch-Maschine
Interaktionen
Vertikale Integration Data Analytics
Digital Engineering
Horizontale Integration
Cloud Computing / Edge Computing / Fog Computing
Ressourcen und Services zur Speicherung, Verarbeitung, Nutzung von Daten
Industrie 4.0 / Basiselemente / Kernelemente / Zusammenarbeit mit dem
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF Reisgen et al / RWTH Aachen
Strategie Industrie 4.0 „Vertikale Integration“
www.conversio-changepartner.com 82
Prozess- /
Produktoptimierung
Nutzung / Ausbau
Potentiale
Aufbruch zu neuen
Ufern Business as usual
Dig
itale
Fä
hig
ke
iten
/ I
nd
us
trie
4.0
Transformationsfähigkeiten / Industrie 4.0 gering
hoch
hoch
Digitale Fähigkeiten
Vertikale Integration
Data Analytics
Digitale Engineering
Cyber physische Systeme
Cyber physische
Produktionssysteme
Neue Geschäftsmodelle …
Transformationsfähigkeiten /
Technik
Wettbewerbssituation
Kundensituation
Unternehmenssituation
Geschäftsmodell
Arbeitswelt 4.0
(conversio, 2017); (capgemini, 2013); (Kühmayer, 2016); (Crummenerl, 2016); (Merz, 2016); (Bauer, 2017)
Strategie Industrie 4.0 „Horizontale Integration“
www.conversio-changepartner.com 83
Prozess- /
Produktoptimierung
Nutzung / Ausbau
Potentiale
Aufbruch zu neuen
Ufern Business as usual
Dig
itale
Fä
hig
ke
iten
/ I
nd
us
trie
4.0
Transformationsfähigkeiten / Industrie 4.0 gering
hoch
hoch
Digitale Fähigkeiten
Horizontale Integration
Nutzung von Plattformen
Einbindung von internen und
externen Partnern in die
Wertschöpfungskette
Hybride Produkte / zusätzliche
Produkte
Neue Geschäftsmodelle …
Transformationsfähigkeiten /
Geschäftsmodell
Wettbewerbssituation
Kundensituation
Unternehmenssituation
Geschäftsmodell
Arbeitswelt 4.0
(conversio, 2017); (capgemini, 2013); (Kühmayer, 2016); (Crummenerl, 2016); (Merz, 2016); (Bauer, 2017)
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 85
(nach Jodlbauer, H.; 2018 / FIR; 2015)
Prozess der Wertschöpfung (1)
Führung und Strategie
Mitarbeiter, Ressourcen und Kompetenzen
Umsatzleistung
Operational Excellence
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 86
(Jodlbauer, H.; 2018 / FIR; 2015)
Digitale Transformation der Wertschöpfung (2)
Führung und Strategie
Mitarbeiter, Ressourcen und Kompetenzen
Plus Umsatzleistung
Plus
Operational Excellence
13.11.2018 www.conversio-changepartner.com 87
Internet of Things, Services, Persons, Everything (Kommunikation)
Dezentrale, smarte
Prozesselemente
Cyber physische
(Produktions-) Systeme
(Daten / Funktionen)
Mensch-Maschine
Interaktionen
Vertikale Integration Data Analytics
Digital Engineering
Horizontale Integration
Cloud Computing / Edge Computing / Fog Computing
Ressourcen und Services zur Speicherung, Verarbeitung, Nutzung von Daten
Industrie 4.0 / Basiselemente / Kernelemente / Zusammenarbeit mit dem
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik ISF Reisgen et al / RWTH Aachen
Zusammenfassung / Ein Blick voraus (1)
Industrie 4.0 bedeutet vernetzte schweißtechnische und schneidtechnische Fertigung unter Nutzung des Internet der Dinge und von Cloud computing und cloudbasierten Plattformen (Basiselemente) …
Zur Umsetzung von Industrie 4.0 benötigen Anwender der Schweißtechnik / Schneidtechnik eine überzeugende Digitalisierungsstrategie, parallel besteht die Möglichkeit, Kernelemente von Industrie 4.0 schnell und nutzbringend einzusetzen …
Smarte digitalisierte Stromquellen, smarte Elemente des Arbeitsschutzes und smarte Datenmanagementsysteme sind in der Anwendung (diese bilden den Kern für die weitere Umsetzung von Industrie 4.0 auf dem Weg zu einer vernetzten Fertigung) (Fachmesse Schweißen und Schneiden 2017 / Fachmesse Cutting World 2018 / Middeldorf, K.; 2018)
13.11.2018 88 www.conversio-changepartner.com
Zusammenfassung / Ein Blick voraus (2)
Zur pragmatischen Umsetzung einer vernetzten Fertigung im Sinne von Industrie 4.0 können die folgenden fünf Kernelemente verwendet werden:
Cyber physische Systeme / cyber physische Produktionssysteme
Vertikale und Horizontale Integration
Data Analytics
Digital Engineering
Steuerungsfunktion der Mitarbeiter
… unter Berücksichtigung von geeigneten Schnittstellen und von überzeugenden Maßnahmen der Datensicherheit und von Cyber Security …
13.11.2018 89 www.conversio-changepartner.com
Zusammenfassung / Ein Blick voraus (3)
Wer entwickelt digitalisierte Stromquellen zu cyber physischen Stromquellen weiter?
Wer entwickelt Schweißbrenner / Schneidbrenner zu cyber physischen Brennern?
Wer entwickelt Bauteile zu cyber physischen Bauteilen, und wer nutzt die Kommunikation zwischen cyber physischen Bauteilen und cyber physischen Schweißbrennern / Schneidbrennern, um eine vernetzte (autonome) schweißtechnische / schneidtechnische Fertigung aufzubauen?
Autonomiefähige, CPS - gestützte MSG – Schweißprozesse sind in der Entwicklung …
…
13.11.2018 90 www.conversio-changepartner.com
Zusammenfassung / Ein Blick voraus (4)
Auch die schweißtechnische / schneidtechnische Fertigung wird stärker durch Integration geprägt sein: durch eine vertikale und eine horizontale Integration können sowohl Funktionalitäten als auch Wertschöpfungsbeiträge anders als bisher gestaltet werden …
… condition monitoring und predictive maintenance sind gute Beispiele für neue Funktionalitäten …
… möglicherweise ist die in Zukunft entscheidende Fähigkeit eines Schweißbetriebes / Schneidbetriebes, horizontale Wertschöpfungsnetzwerke zu managen, bei denen (alle) Wertschöpfungspartner der Unternehmen (auch Bildungs-, Prüfungs- und Zertifizierungseinrichtungen) aktiv einbezogen werden …
13.11.2018 91 www.conversio-changepartner.com
Zusammenfassung / Ein Blick voraus (5)
Wer erweitert Datenmanagementsysteme um die Verarbeitung von nicht strukturierten Daten aus dem Ecosystem?
Wer verknüpft Data Analytics mit Digital Engineering?
…
…
13.11.2018 92 www.conversio-changepartner.com
Zusammenfassung / Ein Blick voraus (6)
Auch in einer vernetzten Fertigung bleiben die Mitarbeiter auf den verschiedenen Funktions- und Qualifikationsstufen handlungsbestimmend …
Unterschiedliche Assistenzsysteme kommen dabei zum Einsatz …
Erkenntnisse, Anwendungen und Erfahrungen in einer automatisierten / vernetzten Fertigung müssen kontinuierlich auf manuelle (Fertigungs-) Prozesse übertragen werden – dies gilt besonders für die Schweißtechnik …
…
…
13.11.2018 93 www.conversio-changepartner.com
Zusammenfassung / Ein Blick voraus (7)
Aus dem Einsatz der Basiselemente und der Kernelemente von Industrie 4.0 lassen sich in einer vernetzten Fertigung wirtschaftliche Effekte erreichen: sowohl was die Einsparung von Ressourcen als auch was die Entwicklung von Ressourcen und von neuen Geschäftsmodellen angeht …
…
…
13.11.2018 94 www.conversio-changepartner.com
Kontaktdaten
Strategieentwicklung, Digitalisierungsstrategien, Geschäftsmodellinnovationen
Umsetzung von Industrie 4.0 in Unternehmen
Dr. – Ing. Klaus Middeldorf
conversio change management ug
+ 49 171 71 00 325
13.11.2018 95 www.conversio-changepartner.com
Exkurs: Sicherheitsrisiken
… abstrahiert die wichtigsten Bedrohungen und Angriffs-möglichkeiten in Industrie 4.0 –Systemen … die Bedeutung von Datenqualität und Datensicherheit nimmt mit zunehmender Automatisierung und Vernetzung zu … aber: mehr Automatisierung und mehr Vernetzung kann mehr Datensicherheit bedeuten, wenn elaborierte und redundante Systeme verwendet werden …
(Eckert, R.; 2017 / Friederichs, N.; 2018)
13.11.2018 96
13.11.2018 97 www.conversio-changepartner.com
Exkurs: Sicherheitsrisiken
IT-System
Hacktivisten
Hacking inspiriert durch Ideologie
Motivation:
neue Loyalitäten – dynamisch,
unvorhersehbar
Auswirkungen:
öffentliche Wirkung, Reputationsverluste
Insider
Absichtlich oder unabsichtlich?
Motivation:
Unzufriedenheit, Neid, finanzieller Vorteil
Auswirkungen:
Betriebsstörungen,
Informationsdiebstahl,
Reputationsverluste
Organisiertes Verbrechen
Global, schwierig aufzuspüren und zu
belangen
Motivation:
finanzieller Vorteil
Auswirkungen:
Informationsdiebstahl
Nachrichtendienste
Spionage oder Sabotage?
Motivation:
politischer Vorteil, wirtschaftlicher
Vorteil, militärischer Vorteil
Auswirkungen:
Betriebsstörungen, Zerstörungen,
Informationsdiebstahl,
Reputationsverluste
Quelle: KPMG; 2016
Top Related