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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
Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
Prof. 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
Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
Prof. 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?
Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger
Neue Potentiale für die ProduktionEvolution und Revolution in der Produktion
1784Mechanisierung
1870Arbeitsteilung und Massen-produktion
1969Mikroprozessor in der Produktion
Cyber-physische Systeme
Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
Prof. 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?
Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger
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
© F
raun
hofe
rIP
K
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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
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Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger
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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Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
Prof. 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?
Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger
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
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Neue Potentiale für die ProduktionIWEPRO - Intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion
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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
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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
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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
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Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenModularisierung und Zentralisierung
Programm
Interpreter
Interpolator
Koordinatentransformation
Feininterpolator
Lageregelung
Geschwindigkeitsregelung
Stromregelung
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Neue Potentiale für die Produktion - cloudbasierte SteuerungenMehrwertdienste / APPs / Module
VRC – Virtual Robot Controller MES – Manufacturing Execution SystemVNC – Virtual Numerical Control IF – Interface
Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
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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
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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
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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
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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
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Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger
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
Industrie 4.0 - Zukunftspotentiale für die ProduktionIHK Berlin, 29.08.2013
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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?
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Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger
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.«