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Industrie 4 0“-Demonstrator„Industrie 4.0 -Demonstrator Rahmenprogramm Hannover Messe 2016 29.03.2016
Siemens Corporate TechnologyUnrestricted © Siemens AG 2016
Herausforderungen der produzierenden Industrie
Sicherstellung der Verkürzung der
Time-to-MarketSteigerung der
ProduktivitätErhöhung der
Flexibilität
ggeforderten
Qualität
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April 2016Page 2 Corporate Technology
Industrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Organisation der Wertschöpfung entlang des gesamten Lebenszyklus eines Produkts
SalesMarketing
Kunde
Wertschöpfungsprozesse produzierender Unternehmen
ProductDevelopment
Product LineMaintenance
DiscontinuationManagement
Factory andProductionPlanning
ProductionEngineering
RecyclingMaintenanceand Disposal
Planning
Product LinePlanning
ServiceProduction System Lifecycle Management TWP
Product Lifecycle ManagementIPE
ProduktionProduktionssystem
Services SAL
KRWSP2SP2
g
ErectionDisposal
After-SalesServices
Maintenance
g
Production
Operation
Factory
Service
Production SystemLifecycle Management
Service
TWPProduktionssystemEngineering
Produktentwicklung
ProduktionssystemPlanung
AUP
AGP VBSWFF VBSWFF
produzierendes Unternehmen
MaintenanceOperation
ZuliefererBasis GMA 7.21
Lifecycle Management
produkttypbezogen produktionssystembezogen áuftragbezogen servicebezogen
AUPBasis Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0
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Anwendungsszenarien der Plattform Industrie 4.0
„Industrie 4.0“-Demonstrator
Der „Industrie 4.0“-Demonstrator wurde von den 4 Firmen in der Leitung der Plattform Industrie 4.0 erstellt
Aufbau• Fertigungszelle als mechatronisches System mit flexiblemCloud Fertigungszelle als mechatronisches System mit flexiblem
physischen Transportsystem und modularen virtuellen Bearbeitungsstationen
• Engineering-Arbeitsplatz zur Entwicklung der Fertigungszelle• Analyse-Arbeitsplatz zur Visualisierung und Optimierung des
B t i b d F ti llEngineering Analyse
in Kooperation mit
Betriebs der Fertigungszelle• Sammeln der Energieverbräuche über die Wagen des
Transportsystems in der Cloud
Adressiert Nutzen anhand ausgewählter Anwendungsszenarien
EngineeringArbeitsplatz
AnalyseArbeitsplatz
Adressiert Nutzen anhand ausgewählter Anwendungsszenarien• Erhöhung der Flexibilität: Wandlungsfähige Fabrik (WFF)• Steigerung der Produktivität: Value-based Services (VBS)• Verkürzung der Time-to-Market: Smarte Produktentwicklung für
die smarte Produktion (SP2)Mechatronisches System
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( )Mechatronisches System
Erhöhung der Flexibilität:Umbau der Fertigungszelle
Herausforderung• Steigende Volatilität der Märkte sowie steigende Individualisierung
der Produkte führt zu kleineren AuftragsgrößenFolge sind hä figeres Umrüsten der Prod ktion einschließlich des
Nutzen für den Betreiber• Schnelles Reagieren auf sich ändernde Nachfragen im Markt• Effiziente Produktion individueller Produkte
• Folge sind häufigeres Umrüsten der Produktion einschließlich des Umbaus Fertigungszellen
Lösung• Modularer Aufbau der Fertigungszelle aus individuell
austauschbaren Bearbeitungsschritten
• Einfacher und abgesicherter Umbau einer BearbeitungsstationNutzen für den Maschinenhersteller• Anbieten modularer und flexibler Maschinen• Erweiterung des Portfolios um digitale Zwillinge der Maschinen
• Flexibles Transportsystem, das sich intelligent an die Fertigungszelle anpasst
Umbau
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Steigerung der Produktivität:Analyse von Daten in der Cloud
Herausforderung• Wagen-Verschmutzung im laufenden Betrieb schwer erkennbar• Proaktive Reinigung aller Wagen zu festen Zeiten notwendig, die
Folge sind hohe Kosten nd lange Stillstands eiten
Nutzen für den Betreiber• Frühzeitige Fehlererkennung, schnellere Fehlerlokalisierung und
höhere Anlagenverfügbarkeit Einspar ng on Wart ngsa f änden nd Reinig ngsresso rcenFolge sind hohe Kosten und lange Stillstandszeiten
• Bedarf an neuen Garantie- und Leasingmodellen für MaschinenLösung• Betreiber gewährt Zugriff auf Maschinendaten, Maschinen-
hersteller wertet Energieverbräuche und Bewegungsinformationen
• Einsparung von Wartungsaufwänden und Reinigungsressourcen • Längere Garantiezeiten bei kontinuierlichem Datenzugriff durch
den Maschinenhersteller• Geringere Investitionskosten durch Leasing mit
nutzungsabhängiger Abrechnunghersteller wertet Energieverbräuche und Bewegungsinformationen aller Wagen automatisch aus
• Empfehlung des Maschinenherstellen an Betreiber, die Wagen rechtzeitig zu reinigen
• Maschinenhersteller kann Transportleistung nutzungsabhängig bi t d b h
Nutzen für den Maschinenhersteller• Transparenz über eigene Flotte• Neue Möglichkeiten für Servicegeschäft, neue Garantie und
Geschäftsmodelleanbieten und abrechnen
Cloud Cloud
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Maschinenhersteller
Verkürzung der Time-to-Market:Virtuelle Inbetriebnahme
Herausforderung• Schneller Anlagenhochlauf• Aufdecken unzureichender Abstimmungen im Engineering der
Anlage oft erst ährend der Inbetriebnahme
Nutzen für den Betreiber• Verkürzung der Time-to-Market durch schnellere Inbetriebnahme• Schnellerer Anlagen-Hochlauf durch höhere Qualität der
Engineering Ergebnisse nd früheres Beheben on Fehlern derAnlage oft erst während der Inbetriebnahme• Inbetriebnahme zunehmend gekennzeichnet durch
Fehlerbehebung der Applikations-SoftwareLösung• Kopplung der realen Applikations-Software mit Modell des
Engineering-Ergebnisse und früheres Beheben von Fehlern der Applikations-Software
Nutzen für den Maschinenhersteller• Erweiterung des Portfolios um digitale Zwillinge der Maschinen
und dadurch Reduktion der Kosten für Simulationsmodelle beim Kopplung der realen Applikations Software mit Modell des Fertigungsprozesses
• Nutzung des digitalen Zwillings der Bearbeitungsstationen zur Modellierung des Fertigungsprozesses
Systemintegrator
Inbetriebnahme ProduktionEngineering
Inbetriebnahme ProduktionEngineering
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VirtuelleInbetriebnahme
Wertschöpfungsnetz auf Firmenebeneim Zusammenspeil von Leitmarkt und Leitanbietern
er
zelleSystemintegrator
Hersteller der Bearbeitungsstationen
fertige Produkte LeitmarktLeitanbieter
Bet
reib
er d
Ferti
gung
s z
Lieferant derCl d Pl ttf
Hersteller des Transportsystems
Lieferant Sensoren, etc.
Produzierende Industrie (Leitmarkt)• Betreiber der Fertigungszelle: Produzent des ProduktsProduzierende Industrie (Leitmarkt und Leitanbieter)
Flaschen, Deckel, Sprühköpfe, etc.Cloud-Plattform
Produzierende Industrie (Leitmarkt und Leitanbieter)• Hersteller der Bearbeitungsstationen: Befüllen, Verschließen, Beschriften, etc.• Hersteller des Transportsystems: einschließlich der einzelnen WagenNicht-produzierende Industrie (Leitanbieter)
S t i t t A fb d F ti ll i A hl d T t t di Cl d
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• Systemintegrator: Aufbau der Fertigungszelle sowie Anschluss des Transportsystems an die Cloud• Lieferant Cloud-Plattform einschließlich Services
Wertschöpfungsketten des „Industrie 4.0“-Demonstrators
Wertschöpfungsketten Illustration der Wertschöpfungsketten
Betreiber der Fertigungszelle
• (Simulation der) Fertigung des Produkts
• (Simulation des) Tausch einer Bearbeitungsstation
1
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Lieferant der Cloud-Plattform
• Analyse der Daten in der Cloud*31
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Systemintegrator
• Entwurf der Fertigungszelle
• Entwurf der Bearbeitungsstationen
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Entwurf der Bearbeitungsstationen
* erfolgt in diesem Beispiel nicht durch Lieferant des Transportsystems, andere Geschäftsmodelle aber denkbar
Übergeordnete Einordnung von RAMI 4.0 und der Industrie 4.0-Komponente
DiskursrahmenBegriffs- und Konzeptrahmen
Anwendungerfordert Design-Entscheidung
• Hilft zur Strukturierung
RAMI 4.0Begriffs- und Ordnungsrahmen mit drei Achsen Veranlassung der Entwicklung spezifischer
Standards
• Dient zur Prüfung auf Vollständigkeit
Liefert ImpulseIndustrie 4 0 Komponente
Fokus„Industrie 4.0“-Demonstrator• Liefert Impulse
• Etc.
Modellierung eines ProduktsModellierung einer AnlageModellierung eines KonzeptsI l ti i Lö
Industrie 4.0-KomponenteGegenstand mit Verwaltungsschale
Verwaltungsschale
„ dust e 0 e o st ato
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Implementierung einer LösungEtc.
Ausgewählte Industrie 4.0-Komponenten des „Industrie 4.0“-Demonstrators und ihre Verwaltungsschalen
Reale Fertigungszelle und ihre Bestandteile Struktur der Fertigungszelle in der Informationswelt
Fertigungszelle
Befüllstation
Verschließstation
BeschriftenBeschriften
Transportsystem
…Wagen 1
Wagen18
Antrieb Flexband
Antrieb 1
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Antrieb 15…
Auswahl von Gegenständen im Kontext des „Industrie 4.0“-Demonstrators
Keine Industrie 4.0-KomponentenPhysisch, ohne Verwaltungsschale
Industrie 4.0-Komponentenals Entität über ihren Lebensweg verwaltete Gegenstände
• Rohmaterial (Flaschen, Sprühköpfe, Deckel): anonym bekannt, da man z.B. „weiß“, dass ein Deckel richtig aufgesetzt wurde
• Etikett: individuell bekannt (wird aber nicht separat als Entität verwaltet, sondern nur in Verbindung mit dem hergestellten
Physisch, „externe“ Verwaltungsschale• Flüssigkeitscharge• fertige Produkte
C i ( i ht i l ti t i t l i h i t)Produkt, i.e. Flasche, Inhalt der Flasche, Deckel, Etikett, etc.) • Carrier (nicht implementiert, nur intern logisch nummeriert)Physisch, „interne“ Verwaltungsschale• Gesamte Fertigungszelle (nicht implementiert, da nur virtuell)• Bearbeitungsstationen (nicht implementiert, da nur virtuell)• TransportsystemVirtuell (Typ*)• Modularitätsmodell Bearbeitungsstation• Analysealgorithmus Carrier
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Virtuell (Instanz)• Energie- und Bewegungsdaten der Carrier* Gegenstände der physischen Welt sind immer Instanzen
Beispiel Wagen des „Industrie 4.0“-DemonstratorsVerortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain
Hersteller des Transportsystems Systemintegrator
I tTEntwicklung Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung
I t TEntwicklung Nutzung/WartungProduktion Nutzung/Wartung
Lifecycle & Value ChainHierachy-Levels
z.B. Entwicklungsunterlagen z.B. Bestellung, Basis fürProgrammierung
InstanzTyp Instanz Typ
des Transportsystems
z.B. Analysealgorithmus
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Instanz
Betreiber der Fertigungszelle Lieferant der Cloud-PlattformInstanz
Produktion Nutzung/WartungTyp
Entwicklung Nutzung/WartungProduktion Nutzung/Wartung
Beispiel Transportsystem des „Industrie 4.0“-DemonstratorsVerortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain
Hersteller des Transportsystems Systemintegrator
I tTEntwicklung Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung
I t TEntwicklung Nutzung/WartungProduktion Nutzung/Wartung
Lifecycle & Value ChainHierachy-Levels
z.B. Entwicklungsunterlagen, Konfigurierbarkeit im Sinne
z.B. Bestellung,Programmierung
InstanzTyp Instanz Typ
bestellbarer Varianten des Transportsystems
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Betreiber der FertigungszelleInstanz
Produktion Nutzung/Wartung
Beispiel virtuelle Bearbeitungsstation des „Industrie 4.0“-DemonstratorsVerortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain
Hersteller der (virtuellen) Bearbeitungsstation Systemintegrator
I tTEntwicklung Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung
I t TEntwicklung Nutzung/WartungProduktion Nutzung/Wartung
Lifecycle & Value ChainHierachy-Levels
z.B. generisches Modell der Bearbeitungsstation
z.B. Modularitätsmodell,Modell der Bearbeitungsstation
InstanzTyp Instanz Typ
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Beispiel Fertigungszelle des „Industrie 4.0“-DemonstratorsVerortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain
Systemintegrator
I t TEntwicklung Nutzung/WartungProduktion Nutzung/Wartung
Lifecycle & Value ChainHierachy-Levels
z.B. Modularisierung,Programmierung
Instanz Typ
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Betreiber der FertigungszelleInstanz
Produktion Nutzung/Wartung
Zusammenfassung
Scope von Industrie 4.0• Adressiert neue Stufe der Organisation der Wertschöpfung im Umfeld der produzierenden Industrie• Betrifft nicht nur das Wertschöpfungsnetz Produktion & Logistik, sondern auch die Wertschöpfungsnetze Design & Engineering und
Service
Nutzen für die produzierende Industrie• Produzierende Industrie ist geprägt durch unterschiedlichste Geschäftsstrategien und sich daraus ableitenden vielschichtigen
Herausforderungen• Nutzen-Diskussionen müssen anhand konkreter Anwendungsfälle geführt werden
U t ll i I d t i 4 0 K tUmsetzung allgemeiner Industrie 4.0-Konzepte• Anwendung generischer Konzepte (wie beispielsweise die Industrie 4.0-Komponente) erfordert bewusste Design-Entscheidungen im
Hinblick auf das intendierte Ziel• Modularisierung ist auch bei Industrie 4.0 ein zentrales Architekturprinzip, muss aber durch den Anwendungsfall getrieben sein
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Ulrich LöwenSenior Principal Key Expert EngineerCT RDA CES
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