Die Digitalisierung der industriellen
Wertschöpfung – Chancen und Risiken
Dr. Christoph Zanker
Ulm10. November 2015
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Die Welt verändert sich rasant durch
digitale Technologien
Rom, im April 2005
2
Rom, im März 2013
Quelle
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Cupertino, im Januar 2007
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Von der handwerklichen Fertigung zu
personalisierten Produkten und Services
3
Produktvielfalt
Pro
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1913
1980er
Massen-
produktion
1950er
seit 2000er
Neue Akteure
und Netzwerke
Neue Technologien
Globalisierung/
Regionalisierung
Bild
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Quelle: In Anlehnung an: Koren 2010 und Bauernhansl 2014
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Herausforderung für Unternehmen –
Umgang mit Komplexität
Mobilität
Anwender-
integration
Digitalisierung
Innovations-
zyklen
Globalisierung
Shared
Economy
Sicherheit
Wertschöpfungs-
partner
Wissens-
gesellschaft
Energie
Demo-
graphie
Produkt-
techno-
logie
IT
Produkt-
portfolio
Aufbau-
organi-
sation
Prozesse
Prozess-
technik
Materi-
alien
Standort
Logistik Personal
AZ&Ent-
lohnung
Preis
Produkt-
qualität
Zuverläs-
sigkeit
Mengen-
flexibilität
Varianten-
flexibilität
Liefer-
flexibilität
Funktio-
nalität
Gestaltung und
Umgang mit
Komplexität
Extern induzierte Komplexität Interne Komplexität
Direkte Marktanforderungen
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Mittelbare Anforderungen des Umfelds Interne Gestaltungsfelder
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Die digitale Herausforderung in der
Industrie
Die vier Stufen der industriellen Revolution
5
Industrielle
Revolution 3.5
durch die
grundlegende
Veränderung der
Planungs-,
Steuerungs- und
Handlungs-
paradigmen nach
japanischem Vorbild
1. Industrielle
Revolution
durch die Einführung
mechanischer Produktions-
anlagen mithilfe von
Wasser- und Dampfkraft
2. Industrielle
Revolution
durch die Einführung
arbeitsteiliger
Massenproduktion
mithilfe von
elektrischer Energie
3. Industrielle
Revolution
durch den Einsatz
von Elektronik und IT
zur weiteren
Automatisierung der
Produktion
4. Industrielle
Revolution
auf Basis von Cyber-
Physical Systems
Ende
18. Jhdt.
Beginn
20. Jhdt.
1970er
Jahre.
heute
Erster mechanischer
Webstuhl 1784
Erstes Fließband, Schlacht-
höfe Cincinnati 1870
Erste Speicherprogrammier-
bare Steuerung (SPS);
Modicon 084 1969
Zeit
Mitte 1980er
Jahre.
MIT-Studie Womack/Jones
1984
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Die Grundidee cyber-physikalischer
Systeme
Grundstruktur eines mechatronischen Systems in Anlehnung an VDI 2206, S. 14
6
Grundsystem
Sensor
Informations-
verarbeitung
Aktoren Leistungs-
versorgung Umgebung
Mensch Informations-
verarbeitung
Kommunikations-
system
Mensch-Maschine-
Schnittstelle
Stofffluss
Energiefluss
Informationsfluss
Legende Technischer Fortschritt+
geänderte Logik
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Zwei konvergente Technologiepfade sind
die Treiber für Industrie 4.0
Internet der Dinge
Physische Objekte, Geräte
+ IP-Fähigkeit (IPv6)
+ Vernetzung mit Internet
+ (Ad-hoc) Vernetzung untereinander (M2M)
Drahtlose Kommunikation
Semantische Beschreibung
+ Komplexe Logik zur
Informationsverarbeitung
+ Sensorik, Aktuatorik
+ Integration hochleistungsfähiger
Kleinstcomputer
Internet der Dienste und Daten
Cloud Computing
Smart Applications
Smart Devices
Data Warehouses
Internet
PC
Zentralrechner
Quelle
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issenschaft
1 Nutzer, viele Computer
viele Nutzer , 1 Computer
1 Nutzer , 1 Computer
Cyber-Physische Systeme (CPS)
Eingebettete Systeme
7
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Die »Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg« 3
Verschiedene Sichtweisen auf Industrie 4.0 2
Industrie 4.0 - die Grundidee 1
Agenda
8
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Product Lifecycle
Prozess-orientiertes Verständnis von
Industrie 4.0
Die Sicht der Nutzer der digitalen Technologien
9
Recy-
cling Produktion
Produkt-/
Prozess-
entwicklung
Vertrieb Outbound-
logistik
Nutzung/Betrieb &
Service/Wartung Forschung
Cyber-physikalische Systeme
in Produktion und Logistik
Inbound-
logistik
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Vernetzung innerhalb der Fabrik
Vertikale und horizontale Vernetzung in Cyber-physischen Produktionssystemen
CPS-Werkzeugmaschine
CPS-Werkstückträger
CPS-Handhabungseinrichtung
Planung und Steuerung von Produktionsabläufen
CPS-Produktionsinsel CPS-Produktionsinsel CPS-Produktionsinsel
Simulation von
Wertschöpfungsprozessen
CPS-Produktionslogistik
CPS-Produkt
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Quelle: In Anlehnung an Reinhardt 2014
10
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
»Plug&Work Schnittstelle«
11
Nach dem Prinzip einer USB-
Schnittstelle können mit der „Plug and
Work-Lösung“ einzelne Komponenten
eigenständig Daten austauschen
Informationen werden zur automatischen
Integration in den Produktionsablauf
übertragen
Aufwand zur Inbetriebnahme von
Maschinen konnte um rund 20 Prozent
reduziert werden
Aufwand zur Anbindung von Anlagen
und Steuerungen an ein übergeordnetes
MES-System konnte um 70 Prozent
reduziert werden
Bildquelle: Fraunhofer IOSB
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»Plug&Work Schnittstelle«
12
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»Kollege« Roboter im Montageprozess
Hybrides Montagesysteme mit zaunlosen Leichtbaurobotern
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13
Einsatzfelder
Manuelle Tätigkeiten mit hoher körperlicher Belastung
für den Menschen
Hochgradig repetivite manuelle Tätigkeiten mit hohen
Anforderungen an die Präzision (z. B. Fixierung von
Türdichtungen, Aufbringen von Kleber usw.)
Anforderungen und Ziele
Kollaboration Mensch-
Roboter ohne
Schutzeinrichtung
Reduzierung der
ergonomischen
Belastung
Wirtschaftlicher Einsatz
durch sinkende
Anschaffungs- und
Betriebskosten
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Neue Form der Mensch-Maschine-
Interaktion
Steuerungsschnittstellen
Sehen
Gesten
Sprache
Physische Schnittstellen
Headmounted Displays
Haptische Schnittstellen
Force-feedback
Systeme
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14
Intuitive Systeme unterstützen den Menschen im Prozess
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Produkt-orientiertes Verständnis von
Industrie 4.0
Die Sicht für Hersteller von Investitionsgütern
15
Product Lifecycle
Recy-
cling Produktion
Produkt-/
Prozess-
entwicklung
Vertrieb Outbound-
logistik
Nutzung/Betrieb &
Service/Wartung Forschung
Cyber-physikalische Systeme
in Produktion und Logistik
Internet of Things and Services
Inbound-
logistik
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
»Intelligente Schäferkiste« der Würth
Gruppe
»Intelligentes C-Teile-Management« mit dem iBin©
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16
Echtzeitnahe Bestandsüberwachung
Integrierte Kamera ermöglicht Füllstands-,
Zähl- und Bestellfunktion für Artikel
Drahtlose Vernetzung mit dem
Warenwirtschaftssystem
Passfähig zu bestehendem Regalsystem
Möglichkeiten:
Verbrauchsnahe, individuelle und
punktgenaue Disposition
Vollständige Transparenz über Verbrauchs-
verhalten durch permanente
Bestandsübermittlung
Regelmäßige optische Prüfung durch
Zählfunktion
Automatisierte Bestellauslösung
Vollautomatische Inventur auf Knopfdruck
Möglichkeit zur sofortigen Erfassung von
außerplanmäßigen Bestellungen bei Sonderbedarfen
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Umfassendes Verständnis von
Industrie 4.0
17
Product Lifecycle
Recy-
cling Produktion
Produkt-/
Prozess-
entwicklung
Vertrieb Inbound-
logistik
Outbound-
logistik
Nutzung/Betrieb &
Service/Wartung Forschung
Cyber-physikalische Systeme
in Produktion und Logistik
Internet of Things and Services Umfassender Ansatz
zur wertorientierten
Steigerung des Kundennutzes entlang
des Lebenszyklus eine hybride Leistungsbündel
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Neudefinition der industriellen Grenzen durch
IoT und IoS am Beispiel Landwirtschaft
18
Quelle
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2014
Internet der Dinge und Dienste/Daten (Internet of Services IoS)
Wetter-
daten-
system
Landwirtschafts-
verwaltungssystem
Saat-
gut-
system
Dünge-
system
Waren-
börsen
…
Internet der Dinge (Internet of Things IoT)
Landmaschinen-
system
Mähdrescher
Lade-
wagen
(Zug)
Ballen-
presse
(Zug)
Intelligentes, vernetztes Produkt
Intelligentes Produkt
Produkt
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Der Mensch in Cyber-physischen
Produktionssystemen…
Eine differenzierte Betrachtung ist zwingend erforderlich
19
»Arbeit für das System«
»Arbeit am System«
Geränderte qualifikatorische Anforderungen
Veränderte Instandhaltung
Größere Substitution dispositiver
Aufgaben durch Technik zu erwarten
Geränderte qualifikatorische
Anforderungen an Planer
Andere Planungs- und Steuerungslogiken
»Arbeit im System« Simultane Überwachung von mehreren
Prozessen
Entscheidungsunterstützung durch
moderne IuK-Techniken
Entlastung durch Technikeinsatz
Facharbeiter = Überwacher von Anlagen
und Maschinen
Facharbeiter wird ggf. entwertet
Nachfrage nach
menschlicher
Arbeitskraft?
Körperliche
Entlastung?
Flexibilisierung?
Überwachung?
Entwertung?
Anreicherung?
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Veränderte Anforderungen an die
Facharbeit
Evolution der Ausbildungsberufe bei der Volkswagen AG
20
IT-Kompetenz
System-
Kompetenz
Elektriker
Mechaniker
Mechatroniker
Fachinformatiker IT-System-
elektroniker
Elektroniker für
Automatisierungs
technik
IT-System-
Mechatroniker
IT-System-
elektroniker
Produktion
Vor 1990
1990-2014
Seit 2014
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Die »Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg« 3
Verschiedene Sichtweisen auf Industrie 4.0 2
Industrie 4.0 - die Grundidee 1
Agenda
21
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Baden-Württemberg ist eine der weltweit
führenden Industrieregionen
Anteil des Verarbeitenden Gewerbes am BIP im Zeitvergleich (2002-2014)
Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von Weltbank-Daten und Daten des Statistischen Landesamtes BaWü
30,2%
32,6%
32,5%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
22
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Alle Regionen Baden-Württembergs sind
stark industrialisiert
Region
CAGR
(2000-2014)
Nordschwarzwald +3,81%
Schwarzwald Baar-Heuberg +3,58%
Mittlerer Oberrhein +3,34%
Heilbronn-Franken +3,23%
Ostwürttemberg +2,93%
Bodensee-Oberschwaben +2,72%
Baden-Württemberg gesamt +2,36%
Necker-Alb +2,33%
Donau-Iller +2,33%
Stuttgart +1,95%
Südlicher Oberrhein +1,77%
Rhein-Neckar +1,20%
Hochrhein-Bodensee +0,83%
Bodensee-Ober-
schwaben 5,0%
Donau-Iller 4,9%
Heilbronn-Franken 10,4%
Hochrhein-Bodensee
4,3%
Mittlerer Oberrhein
11,8%
Necker-Alb 4,6%
Nordschwarzwald 4,4%
Ostwürttem-berg 4,4%
Rhein-Neckar 7,8%
Schwazwald Baar-
Heuberg 5,0%
Stuttgart 31,1%
Südlicher Oberrhein
6,4%
Verteilung der Umsätze im Verarbeitenden Gewerbe
nach Regionen im Jahr 2014
Jährliche Wachstumsraten der Umsätze im
Verarbeitenden Gewerbe (2000-2014)
Quelle: Eigene Berechnung auf Basis von Daten des Statistischen Landesamtes BaWü
23
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Umsatz 70,76 Mrd. Euro (+4,1%) Anteil am Industrieumsatz 21,6%
in Baden-Württemberg
Anteil am Maschinenbauumsatz 30,7%
in Deutschland
Beschäftigte 304.476 (+1,8%) Anteil an den Industriebeschäftigten 24,7%
in Baden-Württemberg
Exportquote ~62%
Der Maschinenbau ist eine tragende Säule
der Baden-Württembergischen Wirtschaft
Aktuelle Leistungsindikatoren des Baden-Württembergischen Maschinenbaus
Bild
quelle
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Quelle: VDMA Baden-Württemberg
24
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
»Allianz Industrie 4.0 Baden-
Württemberg«
Alle wichtigen Akteure rund um Industrie 4.0 sind an Bord
25
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Alle wichtigen Akteure rund um
Industrie 4.0 sind an Bord
Über 50 Organisationen sind Teil der »Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg«
Ministerium für Finanzen und Wirtschaft
Baden-Württemberg
VDMA
IG Metall
DGB
Industrie- und Handelskammern
Fraunhofer Institute und weitere wirtschaftsnahe
Forschungsinstitute
bwcon Baden-Württemberg Connected
MST BW
Mechatronik BW
Manufuture BW
Automotive BW (als Anwenderorganisation)
PhotonicsBW
Südwestmetall
LVI, ZVEI
Steinbeis Stiftung
Universitäten, Fachhochschulen, DHBW
Logistik-Netzwerk Baden-Württemberg LogBW
Intralogistik-Netzwerk Ba.-Wü.
Virtual Dimension Center VDC, regionale Cluster
(Cyberforum Karlsruhe…)
wvib
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BWHT
VDI, VDI/VDE IT,
evtl. WfGs
Landesagenturen e-mobil, Leichtbau BW…
weitere…
26
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Die Ziele der »Allianz Industrie 4.0
Baden-Württemberg«
1
2
3
4
Wir werden Baden-Württemberg als Leitanbieter für Industrie 4.0
etablieren.
Wir werden den kleinen und mittleren Unternehmen Orientierung für
eigene Wege zur Industrie 4.0 geben.
Wir werden die Vernetzung der beteiligten Branchen und
Technologiefelder stärken.
Wir werden die Beschäftigten und die nachwachsende Generation
auf ein sich veränderndes Aufgabenspektrum vorbereiten.
27
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Die Ziele der »Allianz Industrie 4.0
Baden-Württemberg«
5
6
7
Wir werden Innovationsprozesse verstärken.
Wir werden uns um den Schutz des Know-hows und die Sicherheit
und Vertraulichkeit von Daten kümmern.
Wir werden die Sichtbarkeit des Landes als Zentrum für Industrie 4.0-
Angebote erhöhen.
28
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Die Umsetzung erster Maßnahmen hat
begonnen…
… und ein umfassendes Maßnahmenprogramm ist in der Planung
Qualifizieren
Lernfabriken 4.0 an
Berufsschulen
Praxisprojekte Hochschule -
Wirtschaft
Zusammenführen
»Projekt Matching Plattform«
für Unternehmen
Themenspezifische
Erfahrungsaustausche
Angebote der Allianz
Industrie 4.0 Baden-
Württemberg
für mittelständische
Unternehmen
Informieren
IHK-Roadshows
Kongresse und Tagungen
Weitere regionale
Veranstaltungsformate
Internationale Sichtbarkeit
Messeauftritte im In- und
Ausland
Vor-Ort-Besuche im Ausland
…
Demonstrieren
Firmenbesuche
(»Good Practices«)
Wettbewerb »100 Orte für
Industrie 4.0«
Transparenz schaffen
Übersichten zu
Veranstaltungen in BW
Übersicht zu laufenden
Forschungsprojekten in BW
29
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Gesucht: innovative und anfassbare Lösungen
für die Digitalisierung der industriellen
Wertschöpfung in Baden-Württemberg in den
Bereichen:
Produkte (bspw. Komponenten, Maschinen und
Anlagen)
Produktions- und Organisationsprozesse
Software und Vernetzungslösungen
Leistungsangebote und Geschäftsmodell
Bewerbungsstichtage: 7.10.2015; 31.12.2015;
31.03.2016; 30.06.2016, ...
Auswahl durch Expertenjury
Auszeichnung und öffentliche Information durch
das Land Baden-Württemberg
Die ersten 13 Orte für Industrie 4.0 wurden am
10. November ausgezeichnet
Kampagne »100 Orte für Industrie 4.0 in
Baden-Württemberg«
Industrie 4.0 ist kein Science Fiction, sondern vielfach die gelebte Realität
30
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Auszeichnung der ersten Orten am
10. November 2015
31
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Ihr Ansprechpartner
Dr. Christoph Zanker
Tel.: 0711 22801-19
Koordinierungsstelle
»Allianz Industrie 4.0
Baden-Württemberg«
VDMA Baden-Württemberg
Kronenstraße 3
70173 Stuttgart
32
http://www.i40-bw.de
Ulm10. November 2015 © Allianz Industrie 4.0 Baden-WürttembergVDMA Baden-Württemberg
Die gegenseitige Befruchtung von
Technologie-Angebot und -Nachfrage…
… als notwendige Bedingung für den Erfolg einer Technologie
33
Text
Text
Technology Push
Customer Demand
Leitmarkt (Nutzer der Technologien)
Leitanbieterschaft für neue Technologien
Bild
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, U
niv
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