Gebäude neu nutzen-Unterwegs in die vierte industrielle Revolution
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Gebäude neu nutzen– Unterwegs in die vierte industrielle Revolution Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart 2. BEOS Forum »Weiter Denken«, Berlin, 26. September 2014 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 1
Digitalisierung und Vernetzung
Das Wachstum der Datenmengen im Zeitverlauf
Industrie 4.0
Datenvolumen [in byte] Cloud Computing
Datenvolumen 2012: 2,8 Zettabyte Big Data / Datability
2.800.000.000.000.000.000.000 Byte Mobile
Prognosen für 2014
Datenvolumen 2015: 12 Zettabyte 2007
Zetta Datenvolumen 2020: 40 Zettabyte
die erzeugten Datenmengen steigen
2006
exponentiell mit dem Ausmaß der Vernetzung.
Datenmengen verdoppeln sich alle 2 Jahre
2004
Zum Vergleich: Menge an Sandkörnern
40 Zettabytes ≙ x 57 aller Strände dieser Welt
1998
Exa 1994
Erster Computer 1991
Transistor 1981
Buchdruck www
Peta
Tera
Giga Internet
Mega
1438 1878 1896 1926 1938 1947 1969 Quellen: BITKOM, EMC, 2012.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 2
Megatrend DIGITALISIERUNG
erreicht auch die Produktion und die industrielle Wertschöpfung
Starkes Wachstum vernetzter Geräte: 2003: 0,5 Mrd.
2020: 50 Mrd. vernetzte Geräte.
Das Potenzial des mobilen Internets und des
Internets der Dinge wird auf weltweit jährlich bis
zu 17 Billionen Dollar geschätzt.
Ein Großteil der Forschungs- und
Entwicklungsausgaben wird in der Industrie
getätigt: 2012: 57,5 Mrd. EUR; 86,5 Prozent Anteil
der Gesamtwirtschaft.
Neue Arbeits-, Lebens- und Wohnformen sowie
partizipativer Prozesse erreichen auch die Industrie.
Einsatz von Mobilgeräten, Apps, Social Media und
Cloud-Lösungen auf dem industriellen Shopfloor
noch so gut wie unbekannt.
Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ermöglicht den
Ausbau der heutigen Stärke des Wirtschaftsstandorts Deutschland.
Quellen: Cisco 2013, McKinsey Global Institute 2013, Bildquellen: FAZ, Richardson, Fraunhofer IAO
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 3
Industrie 4.0
Chance für den Industriestandort Deutschland
Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige,
intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen
und Objekten zum Management von Systemen.
Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet
Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie Smart
Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart
Building, Smart Health
Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit
eingebetteter Hard- und Software (re-)agieren mit
ihrer Umwelt
Nach Mechanisierung, Industrialisierung und
Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung
der Industrie das Potenzial einer vierten industrielle
Revolution
Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ermöglicht den
Ausbau der heutigen Stärke des Wirtschaftsstandorts Deutschland.
Quellen: DB Research 2014, Forschungsunion 2013, Bildquellen: Siemens, VW
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 4
Praxisbeispiel: Entwickler-Kits für das Internet der Dinge © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 5
Erste Anwendungsfälle auf dem Weg zur Fabrik 4.0
Social Machines
CLAAS TRUMPF
Mobilgeräte in der Produktion
Kooperative Leichtbau-Robotik
Smart Factories und intelligente Objekte
Predictive Maintenance
FRAUNHOFER IAO
Smart Data Analytics ITIZZIMO + X
Unternehmens-App Stores
Ganzheitliche Ansätze: »4.0-Enterprises«
DFKI KUKA
SCHNAITHMANN SIEMENS WÜRTH
Die Technologien sind größtenteils vorhanden –jetzt gilt es, diese wirt-
schaftlich umzusetzen und tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln.
Quellen: DB Research 2014, Forschungsunion 2013, Bildquellen: Siemens, VW
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 6
Erwartetes Potenzial von Industrie 4.0 Ziel ist die Produktion von kundenindividuellen Lösungen in Losgröße 1 zu Kosten der Massenproduktion. Reduzierung von Komplexitätskosten als wesentlicher Mehrwert (Kommunikation, Koordination, Interaktion) Für die Kernbranchen wird eine jährliche BIP- Steigerung von bis zu 1,7 Prozent erwartet Wahrung der Rolle Deutschlands als Ausrüster der Welt © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 7
Auswirkungen auf die Produktionsarbeit
Am Thema »Arbeit« scheiden sich die Geister
Indus triebes chäftigte in Deuts chland
(destatis, DB Research, 2014)
Erfahrung eines realen
Risiko von bis zu 45
Beschäftigungswachstums
Prozent Arbeitsplatzabbau
über die nächsten 20 Jahre
Vs. trotz oder wegen
Technologieinnovationen
Die Auswirkungen auf die Beschäftigung sind noch nicht (quantifiziert)
absehbar – »alte« Jobs sind bedroht ; »neue« Jobs werden entstehen.
Bildquellen: Technology Review, Economist 1/2014
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 8
Megatrend Demografischer Wandel
Nicht nur die Arbeit, sondern auch die Menschen ändern sich.
Wachsende Weltbevölkerung Die Unterschiede zwischen den Lebenswelten von junger und mittlerer
Generation sind im Vergleich zu früher…
Alterung der Gesellschaften
Schrumpfende Bevölkerungen
Anwachsende Migrationsströme
Selbstbestimmtes Leben bis in hohe Alter
Basis: Bundesrepublik Deutschland, Bevölkerung ab 14 Jahre, in Prozent, Nicht dargestellt: Unentschieden, keine Angabe
Quelle: Jacobs Krönung-Studie, Institut für Demoskopie Allensbach, 2013
Gute geistige und körperliche Fitness
Zweiter Aufbruch in der Rentenphase
Female Shift – Frauen auf dem Vormarsch
Generation Y mit neuen Vorstellungen
einer flexiblen und selbstbestimmten
Lebens- und Arbeitsweise
Es entsteht eine hohe Diversity in der Gesellschaft: Junge und Alte, Frauen und
Männer, unterschiedliche Kulturen, Religionen und Lebensanschauungen.
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 9
Auswirkungen auf die Gebäudenutzung
»Die Fabrik der Zukunft ist genauso
menschenleer wie heutige Büros papierlos sind.«
[Bernhard Diegner, ZVEI aus IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0«]
© James Thew
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 10Nutzungszyklen von Infrastruktur verkürzen sich weiter.
Der wachsende IT-Anteil verschärft das Dilemma der Investitionszyklen.
heute 2020 2025 2030
Sanierung/
Umnutzung
Nutzungs -/ Umnutzung/
Lebens zy klus Rückbau und
Gebäude Neubau Recycling
Prozes s e/
Akteure
Produkte/
Technologien
IT/
S oftw are
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 11Konsequenz #1: Gebäude werden integrierter
Steigerung der Prozesseffizienz durch das Gebäude
Gebäude, Produktionsequipment und
Produktionsprozesse werden sensitiver; die Anzahl
der eingesetzten Sensoren wird zunehmen
Vernetzung des Gebäudes mit Produktionsprozessen
nimmt zu (bspw. Nutzung, Speicherung und
Bereitstellung von Prozesswärme)
Prozessdatenauswertung ermöglicht echtzeitnahe
Anpassung der Gebäudeautomatisierung auf
notwendige Prozessparameter (Licht, Lärm,
Raumluftqualität)
Verkürzung von Rüst- und Anfahrzeiten und bessere
Prozessqualität durch Abstimmung von Gebäude und
(Fertigungs-)anlagen
Die Vernetzung der Produktion wird nicht am Fabriktor aufhören.
Intelligente Gebäude und Prozessintegration werden wichtiger.
Bildquellen: Wittenstein, Fraunhofer IAO, Fraunhofer IWU
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 12Konsequenz #2: Bandbreite wird Standortfaktor
Schnelles Internet wird (mindestens) so wichtig wie klassische Infrastruktur
Die Vernetzung der Produktion erhöht das
Datenvolumen und löst erhöhte Anforderungen an die
Bandbreite und Geschwindigkeit der
Datenübertragung aus.
Datenschutz- und Datensicherheitslösungen werden
zusätzliche Bandbreite benötigen und die Nachfrage
verstärken.
Die größten Gefahren :
Verfügbare Infrastruktur zur standortinternen gestern und heute
Datenübertragung wird vorhanden sein und
funktionieren.
Kabelgebundene und kabellose Bandbreite ab
Werktor wird zukünftig auch in der Industrie zum
begrenzenden Faktor – gerade im ländlichen Raum.
Standortfragen werden neu zu klären sein.
Neben der Anbindung an Verkehrsträger und Erschließung der Fläche
wird die digitale Infrastruktur massiv an Bedeutung gewinnen.
Bildquellen: salzkotten.de, gulas.sk
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 13Konsequenz #3: Gebäude werden smarter
Der Verfall der Sensorpreise ermöglicht neue Anwendungen
In vielen Bereichen wird das Bedienverhältnis
(Mitarbeiter pro Maschine) sinken.
Neue Formen der Nutzerinteraktion wie
schwarmintelligente Gebäudeautomation (Licht-
Auren, Aktivitätenbasierte Gebäudesteuerung)
gewinnen an Bedeutung
Funkvernetzte Ad Hoc-Sensornetzwerke ermöglichen
nutzerzentrierte Anwendungen für unterschiedliche
Szenarien (Normalbetrieb, Condition Monitoring,
Wartung, Remote-Steuerung).
Kabellose Lösungen ermöglichen es mit autarker
Energieversorgungseinheit, mehr Messdaten an den
einzelnen Sensoren zu erfassen und gleichzeitig den
Installationsaufwand zu reduzieren.
Intelligenz im Gebäude wird zunehmen. Wie bei Bürogebäuden wird die
Komplettautomation vermutlich vom Nutzer abgelehnt.
Bildquellen: Enocean.inc, Fraunhofer IZM, Venco Campus
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 14Konsequenz #4: Gebäude werden flexibler Anpassungsfähigkeit der Gebäude wird zunehmen. Wandlungsfähigkeit von Anlagen, Organisationen und Prozessen gewinnt als Produktionsparadigma weiter an Bedeutung Kurzfristige Flexibilität der Unternehmensprozesse erfordert flexible Flächennutzung und Umnutzungen (bspw. Fertigung, Montage, Logistik) Kürzere Innovationszyklen und Variantenanstieg fördern Integration von Produktentstehung und Produktion Wissensarbeit und Produktionsarbeit wachsen zusammen; manufakturnahe Hybridbereiche für Prozessanläufe und -qualifizierungen entstehen Verkürzte Vergabeentscheidungen forcieren kurzfristigere Investitionsdenke Langfristiges Commitment für gleichbleibende Flächennutzungen wird es zukünftig nicht mehr geben. Gebäude müssen nutzungsflexibel werden. Bildquellen: Fraunhofer IAO, ZKM Karlsruhe manpower © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 15
Aber vielleicht kommt ja alles ganz anders…
3-D-Druck als die (vielleicht) nächste disruptive Technologie
Additive Fertigungstechnologien (3-D-Druck)
verschiedener Werkstoffe ermöglichen durchgängige
Produktindividualisierung
Für die meisten Anwendungen ist die Technologie
(noch) zu teuer, zu langsam und zu ungenau
Um den (Plastik)-3-D-Druck entsteht und wächst
bereits eine eigene Infrastruktur mit
Entwicklungsplattformen, Ideenbörsen und Fabriken
(Makerspaces, FabLabs)
Durchbruch der Technologien hätte eine radikal
veränderte führende Produktionsorganisation zur
Folge: kleinteilige Manufakturen in Kundennähe, 3-
D-Copyshops
Die Potenziale additiver Fertigungstechnologien zur flächendeckenden
Substitution von Produktionsprozessen sind heute noch nicht bekannt.
Bildquellen: makerspace.org.uk, klonblog.de, Chip
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 16Wie kann man sich vorbereiten? Ein paar Thesen zum Abschluss 1. Die Zeit der langer starrer Investitionszyklen und riesiger Industriekomplexe ist (in Europa) vorbei. 2. Flexibilität und Funktionsvarianz werden zum marktrelevanten Unterscheidungsmerkmal für Industriegebäude. 3. Die aktive Einbindung des Gebäudes durch Sensorik und Aktorik (Visualisierungsmöglichkeiten, Multifunktionshüllen) ermöglicht produktivere Wertschöpfungsprozesse. 4. Urbane Produktion ermöglicht die Funktionsdurchmischung von Wohnen, Leben und Arbeiten und bietet somit eine Antwort auf zunehmend flexiblere Lebensentwürfe der Mitarbeiter © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart Seite 17
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Dr.-Ing. Sebastian Schlund
Leiter Competence Center
Produktionsmanagement
Fraunhofer IAO
sebastian.schlund@iao.fraunhofer.de
0711 / 970-2065
blog.iao.fraunhofer.de
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