Industrie 4.0 -Demonstrator - Rahmenprogramm Hannover Messe 2016 29.03.2016 - sf-eu.net
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„Industrie
Industrie 4.0
4 0“-Demonstrator
-Demonstrator
Rahmenprogramm Hannover Messe 2016
29.03.2016
Unrestricted © Siemens AG 2016 Siemens Corporate Technology
Herausforderungen der produzierenden Industrie
Sicherstellung
g der
geforderten Steigerung der Verkürzung der Erhöhung der
Qualität Produktivität Time-to-Market Flexibilität
Unrestricted © Siemens AG 2016
Page 2 April 2016 Corporate TechnologyIndustrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Organisation der Wertschöpfung
entlang des gesamten Lebenszyklus eines Produkts
Wertschöpfungsprozesse produzierender Unternehmen
Kunde
Marketing Sales
Product IPE
ProductDevelopment
Lifecycle Product Line
Management SP2 Product Line Discontinuation
Planning Maintenance
KRW Management
Services
Produktion
Factory and
Production
Production System Lifecycle Management
Planning
g
Production
Engineering
Maintenance
and Disposal
Planning
g
SAL Service
Recycling
TWP
Produktionssystem
After-Sales
Engineering
Services
Produktionssystem
Planung WFF AGP
Production VBS
Produktentwicklung
Disposal
Production System
Erection Factory
Service
Lifecycle Management AUP
Operation Maintenance
Basis Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Basis GMA 7.21 produzierendes Unternehmen
Zulieferer
produkttypbezogen produktionssystembezogen áuftragbezogen servicebezogen
Anwendungsszenarien der Plattform Industrie 4.0
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Page 3 April 2016 Corporate Technology„Industrie 4.0“-Demonstrator
Der „Industrie 4.0“-Demonstrator wurde von den 4 Firmen in der Leitung der Plattform Industrie 4.0 erstellt
Aufbau
Cloud • Fertigungszelle als mechatronisches System mit flexiblem
physischen Transportsystem und modularen virtuellen
in Kooperation mit
Bearbeitungsstationen
• Engineering-Arbeitsplatz zur Entwicklung der Fertigungszelle
• Analyse-Arbeitsplatz zur Visualisierung und Optimierung des
Engineering Analyse B t i b der
Betriebs d F ti ll
Fertigungszelle
Arbeitsplatz Arbeitsplatz
• Sammeln der Energieverbräuche über die Wagen des
Transportsystems in der Cloud
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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Page 4 April 2016 Corporate TechnologyErhöhung der Flexibilität:
Umbau der Fertigungszelle
Herausforderung Nutzen für den Betreiber
• Steigende Volatilität der Märkte sowie steigende Individualisierung • Schnelles Reagieren auf sich ändernde Nachfragen im Markt
der Produkte führt zu kleineren Auftragsgrößen • Effiziente Produktion individueller Produkte
• Folge sind hä
häufigeres
figeres Umrüsten der Prod
Produktion
ktion einschließlich des • Einfacher und abgesicherter Umbau einer Bearbeitungsstation
Umbaus Fertigungszellen
Nutzen für den Maschinenhersteller
Lösung
• Anbieten modularer und flexibler Maschinen
• Modularer Aufbau der Fertigungszelle aus individuell
austauschbaren Bearbeitungsschritten • Erweiterung des Portfolios um digitale Zwillinge der Maschinen
• Flexibles Transportsystem, das sich intelligent an die
Fertigungszelle anpasst
Umbau
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Page 5 April 2016 Corporate TechnologySteigerung der Produktivität:
Analyse von Daten in der Cloud
Herausforderung Nutzen für den Betreiber
• Wagen-Verschmutzung im laufenden Betrieb schwer erkennbar • Frühzeitige Fehlererkennung, schnellere Fehlerlokalisierung und
• Proaktive Reinigung aller Wagen zu festen Zeiten notwendig, die höhere Anlagenverfügbarkeit
Folge sind hohe Kosten undnd lange Stillstandszeiten
Stillstands eiten • Einsparung
Einspar ng von
on Wart
Wartungsaufwänden
ngsa f änden und
nd Reinig
Reinigungsressourcen
ngsresso rcen
• Bedarf an neuen Garantie- und Leasingmodellen für Maschinen • Längere Garantiezeiten bei kontinuierlichem Datenzugriff durch
Lösung den Maschinenhersteller
• Betreiber gewährt Zugriff auf Maschinendaten, Maschinen- • Geringere Investitionskosten durch Leasing mit
hersteller wertet Energieverbräuche und Bewegungsinformationen nutzungsabhängiger Abrechnung
aller Wagen automatisch aus Nutzen für den Maschinenhersteller
• Empfehlung des Maschinenherstellen an Betreiber, die Wagen • Transparenz über eigene Flotte
rechtzeitig zu reinigen • Neue Möglichkeiten für Servicegeschäft, neue Garantie und
• Maschinenhersteller kann Transportleistung nutzungsabhängig Geschäftsmodelle
anbieten
bi t undd abrechnen
b h
Cloud Cloud
Maschinenhersteller
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Page 6 April 2016 Corporate TechnologyVerkürzung der Time-to-Market:
Virtuelle Inbetriebnahme
Herausforderung Nutzen für den Betreiber
• Schneller Anlagenhochlauf • Verkürzung der Time-to-Market durch schnellere Inbetriebnahme
• Aufdecken unzureichender Abstimmungen im Engineering der • Schnellerer Anlagen-Hochlauf durch höhere Qualität der
Anlage oft erst während
ährend der Inbetriebnahme Engineering Ergebnisse und
Engineering-Ergebnisse nd früheres Beheben von
on Fehlern der
• Inbetriebnahme zunehmend gekennzeichnet durch Applikations-Software
Fehlerbehebung der Applikations-Software Nutzen für den Maschinenhersteller
Lösung • Erweiterung des Portfolios um digitale Zwillinge der Maschinen
• Kopplung der realen Applikations-Software
Applikations Software mit Modell des und dadurch Reduktion der Kosten für Simulationsmodelle beim
Fertigungsprozesses Systemintegrator
• Nutzung des digitalen Zwillings der Bearbeitungsstationen zur
Modellierung des Fertigungsprozesses
Engineering Inbetriebnahme Produktion
Engineering Inbetriebnahme Produktion
Virtuelle
Inbetriebnahme
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Page 7 April 2016 Corporate TechnologyWertschöpfungsnetz auf Firmenebene
im Zusammenspeil von Leitmarkt und Leitanbietern
Hersteller der fertige Produkte Leitmarkt
Bearbeitungsstationen Leitanbieter
Systemintegrator
Fertigungszzelle
Betreiber der
Lieferant Hersteller des
Sensoren, etc. Transportsystems
Lieferant der
Cl d Pl ttf
Cloud-Plattform
Flaschen, Deckel, Sprühköpfe, etc.
Produzierende Industrie (Leitmarkt)
• Betreiber der Fertigungszelle: Produzent des Produkts
Produzierende Industrie (Leitmarkt und Leitanbieter)
• Hersteller der Bearbeitungsstationen: Befüllen, Verschließen, Beschriften, etc.
• Hersteller des Transportsystems: einschließlich der einzelnen Wagen
Nicht-produzierende Industrie (Leitanbieter)
• S t i t
Systemintegrator:
t Aufbau
A fb der
d Fertigungszelle
F ti ll sowie
i Anschluss
A hl des
d Transportsystems
T t t an die
di Cloud
Cl d
• Lieferant Cloud-Plattform einschließlich Services
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Page 8 April 2016 Corporate TechnologyWertschöpfungsketten des „Industrie 4.0“-Demonstrators
Wertschöpfungsketten Illustration der Wertschöpfungsketten
Betreiber der Fertigungszelle
•1 (Simulation der) Fertigung des Produkts
•2 (Simulation des) Tausch einer Bearbeitungsstation
4 5 2 3
Lieferant der Cloud-Plattform
1
•3 Analyse der Daten in der Cloud*
Systemintegrator
•4 Entwurf der Fertigungszelle
•5 Entwurf der Bearbeitungsstationen
* erfolgt in diesem Beispiel nicht durch Lieferant des Transportsystems, andere Geschäftsmodelle aber denkbar
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Page 9 April 2016 Corporate TechnologyÜbergeordnete Einordnung von
RAMI 4.0 und der Industrie 4.0-Komponente
Diskursrahmen Anwendung
Begriffs- und Konzeptrahmen erfordert Design-Entscheidung
RAMI 4.0
Begriffs- und Ordnungsrahmen mit drei Achsen • Hilft zur Strukturierung Veranlassung der Entwicklung spezifischer
Standards
• Dient zur Prüfung auf
Vollständigkeit
Fokus
Industrie 4
4.0-Komponente
0 Komponente • Liefert Impulse
„Industrie
„ dust e 4.0“-Demonstrator
0 e o st ato
Gegenstand mit Verwaltungsschale Modellierung eines Produkts
Modellierung einer Anlage
Verwaltungsschale • Etc.
Modellierung eines Konzepts
I l
Implementierung
ti einer
i Lö
Lösung
Etc.
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Page 10 April 2016 Corporate TechnologyAusgewählte 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
Beschriften
Transportsystem
Wagen 1
…
Wagen18
Antrieb Flexband
Antrieb 1
…
Antrieb 15
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Page 11 April 2016 Corporate TechnologyAuswahl von Gegenständen im Kontext des „Industrie 4.0“-Demonstrators
Keine Industrie 4.0-Komponenten Industrie 4.0-Komponenten
Physisch, ohne Verwaltungsschale als Entität über ihren Lebensweg verwaltete Gegenstände
• Rohmaterial (Flaschen, Sprühköpfe, Deckel): anonym bekannt, Physisch, „externe“ Verwaltungsschale
da man z.B. „weiß“, dass ein Deckel richtig aufgesetzt wurde • Flüssigkeitscharge
• Etikett: individuell bekannt (wird aber nicht separat als Entität • fertige Produkte
verwaltet, sondern nur in Verbindung mit dem hergestellten
Produkt, i.e. Flasche, Inhalt der Flasche, Deckel, Etikett, etc.) • Carrier
C i (nicht
( i ht iimplementiert,
l ti t nur iintern
t llogisch
i h nummeriert)
i t)
Physisch, „interne“ Verwaltungsschale
• Gesamte Fertigungszelle (nicht implementiert, da nur virtuell)
• Bearbeitungsstationen (nicht implementiert, da nur virtuell)
• Transportsystem
Virtuell (Typ*)
• Modularitätsmodell Bearbeitungsstation
• Analysealgorithmus Carrier
Virtuell (Instanz)
* Gegenstände
• Energie- und Bewegungsdaten der Carrier
der physischen Welt sind immer Instanzen
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Page 12 April 2016 Corporate TechnologyBeispiel Wagen des „Industrie 4.0“-Demonstrators
Verortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain
Hierachy-Levels Lifecycle & Value Chain
Hersteller des Transportsystems Systemintegrator
Entwicklung Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung Entwicklung Nutzung/Wartung
T
Typ I t
Instanz I t
Instanz T
Typ
z.B. Entwicklungsunterlagen z.B. Bestellung, Basis für
Programmierung
des Transportsystems
z.B. Analysealgorithmus
Produktion Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung Entwicklung Nutzung/Wartung
Instanz Instanz Typ
Betreiber der Fertigungszelle Lieferant der Cloud-Plattform
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Page 13 April 2016 Corporate TechnologyBeispiel Transportsystem des „Industrie 4.0“-Demonstrators
Verortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain
Hierachy-Levels Lifecycle & Value Chain
Hersteller des Transportsystems Systemintegrator
Entwicklung Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung Entwicklung Nutzung/Wartung
T
Typ I t
Instanz I t
Instanz T
Typ
z.B. Entwicklungsunterlagen, z.B. Bestellung,
Konfigurierbarkeit im Sinne Programmierung
bestellbarer Varianten des Transportsystems
Produktion Nutzung/Wartung
Instanz
Betreiber der Fertigungszelle
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Page 14 April 2016 Corporate TechnologyBeispiel virtuelle Bearbeitungsstation des „Industrie 4.0“-Demonstrators
Verortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain
Hierachy-Levels Lifecycle & Value Chain
Hersteller der (virtuellen) Bearbeitungsstation Systemintegrator
Entwicklung Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung Entwicklung Nutzung/Wartung
T
Typ I t
Instanz I t
Instanz T
Typ
z.B. generisches Modell der z.B. Modularitätsmodell,
Bearbeitungsstation Modell der Bearbeitungsstation
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Page 15 April 2016 Corporate TechnologyBeispiel Fertigungszelle des „Industrie 4.0“-Demonstrators
Verortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain
Hierachy-Levels Lifecycle & Value Chain
Systemintegrator
Produktion Nutzung/Wartung Entwicklung Nutzung/Wartung
I t
Instanz T
Typ
z.B. Modularisierung,
Programmierung
Produktion Nutzung/Wartung
Instanz
Betreiber der Fertigungszelle
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Page 16 April 2016 Corporate TechnologyZusammenfassung
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
Umsetzung
t allgemeiner
ll i Industrie
I d t i 4.0-Konzepte
40K t
• 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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Page 17 April 2016 Corporate TechnologyVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Ulrich Löwen
Senior Principal Key Expert Engineer
CT RDA CES
Günther-Scharowsky-Str. 1
91058 Erlangen, Deutschland
Phone: +49 (9131) 7-32948
Mobile: +49 (173) 9770999
E-mail:
ulrich.loewen@siemens.com
Internet
siemens.com/corporate-technology
Intranet
intranet.ct.siemens.com
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