Individualisierung, Digitalisierung, Industrie 4.0 sowie die jüngsten Technologiesprünge verändern Märkte grundlegend.
Produkte werden intelligenter, Prozesse komplexer, IT-zieht in alle Bereiche von Unternehmen ein. Geschäftsmodelle ganzer Branchen ändern sich schlagartig.
Viele Unternehmen stecken schon derzeit in der Komplexitätsfalle und dies während ein Sturm aufzieht. Heute sind lediglich seine ersten Ausläufer und der erste Druck, der folgenden Veränderungen zu spüren.
Dort wo die Veränderung gegenwärtig spürbar sind, wird dies von aufmerksamen Personen bemerkt. Diese werden jedoch oft nicht gehört, die Dramatik der Veränderung nicht gesehen und Probleme kleingeredet!
Wenn der Sturm kommt, wird sich zeigen welche Unternehmen vorbereitet sind. Es gibt einfache Maßnahmen sich vorzubereiten.
Licht ins Dunkle – Warum PLM für Industrie 4.0 so wichtig ist
1. Licht ins Dunkle –
Warum PLM für Industrie 4.0
so wichtig ist
Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
07.06.2016
PLM-Connection, Seeheim
2. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Vorstellung des Referenten
Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Professor für
Produktionsmanagement, Virtuelle Fabrik und PLM
Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft
Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik
joerg.fischer@hs-karlsruhe.de
Steinbeis - Transferzentrum: Rechnereinsatz
im Maschinenbau
joerg.fischer@stw.de
4. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Industrie 4.0:
Zukünftige Herausforderungen in der Industrie
4
In der Industrie findet eine Revolution in Zeitlupe
statt, die die virtuelle und reale Welt zunehmend
integriert
Zukünftig ist zu erwarten, dass das Internet der
Dinge, Daten und Dienste in die Fabrik einziehen
wird
Aufgrund der weitreichenden Konsequenzen für die
Wertschöpfung, die Geschäftsmodelle sowie den
nachgelagerten Dienstleistungen, spricht man von
einer vierten industriellen Revolution
Quelle: http://www.welt.de/ (04.08.12)
5. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Hightech-Strategie der deutschen Regierung
Das Schlagwort Industrie 4.0 wurde 2011 definiert
Quelle: http://www.bild.de/digital/ 2015 in combination with DFKI (2011)
1800 1900 2010 heute
Warum 4.0? …, weil es das Doppelte von 2.0 ist,
also viel moderner, besser, schneller und toller
Industrie 4.0:
auf Basis von
cyberphysische
Systeme
(CPS)
Industrie 1.0:
Einführung
mechanischer
Produktionsanlagen
mithilfe von Wasser-
und Dampfkraft
Erster mechanischer
Webstuhl, 1784
Industrie 2.0:
durch Einführung
arbeitsteiliger
Massenproduktion
mithilfe von
elektrischer Energie
Erstes Fließband,
Schlachthöfe von
Cincinnati, 1870
Industrie 3.0:
durch den Einsatz von
Elektronik und IT zur
weiteren
Automatisierung der
Produktion
Erste SPS
Modicon084, 1969
Komplexität
6. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Cyber-Physische-Produktionssysteme…
…besitzen alle Informationen in Form eines "Digitalen Zwillings"
6
Das digitale Modell ist immer aktuell und wird über den gesamten
Lebenszyklus erweitert
ServicesProduktions-
ausführung
Produktions-
planung
Produktdesign Produktions-
Engineering
• Software / Informatik
• Mechanik
• Elektrik, Elektronik
• Automatisierung, HMI
• Safety, Security
• Maintenance
Cyber-Physisches System (CPS)
Physische
Produktionseinrichtung Digitaler Zwilling
• Ortsangabe,
Identität
• Zustand
• SW-Version
• Schnittstellen
• …
Enthält alle Informationen über…
+
Quelle: Eberle, Siemens 2013
9. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Wie die Produktion in der Fabrik der Zukunft im Kontext von
Industrie 4.0 diskutiert wird
9
Digitaler
Zwilling
MES-System SimulationPLM
Informationsplattform
ERP …
Fahrerloses
Transportsystem (FTS)
ruft zum Entladen
Bearbeitungs-
zentrum
Fertigungsauftrag
Materialfluss
Informationsfluss
CPPS kommunizieren
Verschleiß?
Werkzeug bestellen
Fertigmeldung
an MES
automatischer Abgleich
virtuell vs. real
autonomer Roboter
analysiert Fabrik
handelt aus &
bedient
autonomer
Roboter
10. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Beispiel: IPO.Eye
Ein autonomer Roboter der das Werk analysiert
10
Modell und Realität differieren
nur um 2 mm über
eine Scandistanz von 15 m
11. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Schöne neue "Industrie 4.0" Welt
11
Anlagen und Werkzeuge lassen sich innerhalb kürzester Zeit an
wechselnde Produkt- oder Produktionswünsche anpassen
Geräte kommunizieren selbständig
Maschinen entscheiden autonom
Cyber Physical Systems (CPS) steuern - drahtlose
Produktionseinheiten, die sich laufend selbst optimieren
Eine Aussage aus der Wirtschaftswoche
• Experten rechnen mit Produktivitätssprüngen von
50 Prozent
Quelle: http://www.maschinenmarkt.vogel.de
12. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Schöne neue "Industrie 4.0" Welt
http://www.faz.net/, 2015
Daten treiben die neue Welt
der Industrie 4.0. […]
Aus der Bündelung und Auswertung
dieser Daten werden neue
Geschäftsideen entstehen […].
Die Nase vorn hat der, der als Erster
aus den Daten etwas macht […]
13. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Schöne neue "Industrie 4.0" Welt
13
http://www.wandtattoo4all.de
Haben Sie das Gefühl ähnliches schon gehört zu haben?
autonome Arbeitsgruppen und flexible Fertigungsinseln
selbstorganisierende Agentensysteme
Selbststeuerung mit Schwarmintelligenz
Computer Integrated Manufacturing (CIM)
Ist Industrie 4.0 doch nur heiße Luft - und alter Wein in neuen Schläuchen?
Teilweise bestimmt,
aber es gibt einiges, auf das wir achten müssen !
15. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
…von gestern über heute nach morgen
15
Quelle: Sony.com, Apple.com
und heute
Es war einmal….
16. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
…von gestern über heute nach morgen
16
Quelle: Samsung
Quelle: Kodak
Erinnern Sie sich an Kodak?
17. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Beispiel: Thermondo
~ 5% des Umsatzes von Viessmann kommt heute von Thermondo
18. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
…von gestern über heute nach morgen
18
http://www.faz.net
19. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
…von gestern über heute nach morgen
Quelle: Apple.com
19
neue Produkte
und neue Dienstleistungen
verändern Märkte grundlegend
Unterhaltungsindustrie
Fotoindustrie
Handelsgewerbe & Kaufhäuser
und in der Zukunft ?
Lebensmittel
Fahrzeuge
Smarte Produkte
Smart Fabrik
Smarte Automatisierungs-
technik
Wir rüsten die
Fabriken der Welt aus
In Zukunft werden wir das nur tun können, wenn wir die
Fabrik der Zukunft erfinden!
23. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Industrie 4.0:
Schicksalsfrage der deutschen Industrie
23
http://www.manager-magazin.de/
Interview with Joe Kaeser
CEO of Siemens AG in 2015
Industrie 4.0 ist die
Schicksalsfrage der deutschen
Industrie, die sie aber global
beantworten muss
Industrie 4.0 ist eine Revolution,
die die 2020er-Jahre bestimmen
wird. Sie wird ganze
Geschäftsmodelle und die
Industrie weltweit verändern
24. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Aus: "Ich gehe keine faulen Kompromisse ein",
Interview mit Joe Kaeser im Spiegel 32/2013
[…] bei der Industrieautomatisierung
werden wir […] eine Transformation
sehen von einer Hardwaregetriebenen
Automatisierung hin zu
vorgelagerten Software-
Simulationen.
Es darf uns nicht passieren, dass wir
dort den Anschluss verlieren, wie
einst in der
Telefonvermittlungstechnik, wo wir
das Internet sträflich unterschätzten.
Wenn einem das als Marktführer und
mit den Wurzeln unseres Hauses
passiert, tut dies besonders weh.
25. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Wie einst in der Telefonvermittlungstechnik?
Anno 2005 bei Siemens
25
Im Bereich Kommunikation (Umsatzanteil von
18%) muss Kleinfeld hart durchgreifen.
Siemens kämpft […] mit den Hinterlassenschaften
der herkömmlichen Telefontechnik.
Seit Mitte der 80er gehörte Siemens zu den großen
Spielern im Markt der Nebenstellenanlagen.
Der Einzug der Internettechnologie in die
Telefonwelt (rund 80 % billiger) läutet das Ende der
klassischen Nebenstellenanlage und des damit
verbundenen Wartungsgeschäfts ein.
http://www.zdnet.de/
Quelle: Siemens
26. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
TIA
Totally
Integrated
Automation
PLM
Product
Lifecycle
Management
Design und virtuelle
Produktion
Reale Produktion
Produktions-
planung
Produktions-
Engineering
Produktions-
ausführung
Produkt-
design
Computer-aided
motion software
(2012)
CAD design
software
Production
of composite
materials (2011)
Product
cost
management
(2012)
MES software
Life science
industries (2009)
Industrial
quality
and production
management
(2012)
Ethernet
communication
products
and network solutions
(2012)
CAE software
for simulating
and testing
of mechatronic
systems (2012)
(2007)
MES software
Pharmaceutical and biotech
industries (2011)
Software for production
management (2001)
Software for production planning
and scheduling (2013)
Integrated plant
management (2008)
PLM software integration (2013)
Was Siemens tut, um sich vorzubereiten
>8.000.000.000 € = 8•109 € Investition in Akquisitionen seit 2007
28. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Ein Sturm zieht auf…
28
Wir werden schlagartige, dramatische
Veränderungen erleben
Technologiesprünge
neue Denkweisen
Veränderung von Geschäftsmodellen
Wir müssen heute die Entscheidungen für die
Zukunft treffen
und dürfen morgen nicht vergessen
29. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Ein Sturm zieht auf…
und wir müssen ihm begegnen
Vom Markt her denken
(Lebenszyklusgedanke)
Reaktions-
geschwindigkeit
smarte, individuelle Produkte,
ganzheitliche Dienstleistungen,
neue Geschäftsmodelle
Wandlungs-
fähigkeit
Markt
Unternehmen
Information
30. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Die Daten der Industrie werden
zum Milliardengeschäft
http://www.faz.net/, 2015
Daten treiben die neue Welt
der Industrie 4.0. […]
Aus der Bündelung und Auswertung
dieser Daten werden neue
Geschäftsideen entstehen […].
Die Nase vorn hat der, der als Erster
aus den Daten etwas macht […]
32. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Beispiel: Eine neu Geschäftsidee
Kennen Sie GoButler?
32
GoButler kümmert sich per SMS kostenlos um Deine alltäglichen Wünsche.
33. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
GoButler und die Bedeutung
der Transformation von Informationen
33
niedrig
hoch
Konkretisierung
desAnliegens
Umsetzbarkeit
Kaufbarkeit
niedrig hoch
Produkt/
Dienstleistung
Etwas Besonderes
für meine Liebe
Ein Essen mit
Kunden
Ich brauche
einen Facharzt
Die Transformation von Information wird zukünftig ein Schlüssel sein!
34. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Beispiel GoButler:
Information als Schlüssel
34
Informations-
transformation
34
Anliegen Produkt/
Dienstleistung
Information ist wertvoll! - Sammeln, Speichern und Vorhalten der Information dürfen wir nicht als
lästige Aufgabe sehen
Informations-
basis
35. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Transformation von Information
bedeutet im Lebenszyklus zu denken
35
Eigentlich machen wir das schon immer!
Ein Produkt an den Markt zu bringen,
bedeutet die Transformation vom
"groben Wunsch" zum fertigen Produkt
für den Kunden vorzudenken.
36. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Lassen Sie uns eine Frage stellen
36
Machen wir es gut?
Gab es im Unternehmen Projekte, in denen das Umgehen mit
(Produkt)Informationen über den Lebenszyklus diskutiert und
gestaltet wurde?
Können wir Mehrwert, Zweck und notwendige Granularität aller
Informationen, die wir im Lebenszyklus aufbauen benennen?
Kennen wir den Zeitpunkt, wann welche Information notwendig
ist?
Können wir die vollständige Information zum notwendigen
Zeitpunkt liefern?
Können wir die erzeugten Informationen jederzeit wiederfinden
und wiederverwenden?
37. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Neu denken
von der Technik her vs. vom Markt her denken
37
Wir denken oft von der Technik her
"Wir hatten einmal einen sehr innovativen Roboter mit einem
einzigartigen technologischen Konzept.
Wir konnten ihn aber nicht verkaufen, weil wir das Problem nicht
gefunden haben, das er löst."
Zitat: Gerold Schäfer – Vertriebsleiter Schunk
Vom Markt her im Produktlebenszyklus denken
Markt
Produkt
Leistung
ServicesProduktion
Produkt-
entwicklung
Produkt-
definition
Produktions-
planung
Informationstransformation
38. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Die informationserzeugenden Prozesse die mit
Industrie 4.0 in den Fokus rücken
38
Quelle: ARC & Fraunhofer IPA, zitiert nach Normungsroadmap Industrie 4.0
Industrie 4.0 bedeutet, in Informationstransformationen über Lebenszyklen zu denken
40. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Wie Informationen gespeichert werden
40
Fokus morgen
Fokus heute
Formalisierungsgrad
Automatisierbarkeit
Informations-
modelle
Tabellen-
kalkulation
Gedanken-
modell
Dokument
E-Dokument
vernetzte
Informations-
modelle
Zukünftig werden wir viel mehr Informationen in vernetzten Modellen ablegen müssen,
um eine automatisierte Nutzung dieser ermöglichen zu können.
horizontale Integration
41. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Zu viel ?
Vereinfacht sprechen wir nun vom "Digitalen Zwilling"
41
Was ist der Zweck des "digitalen Zwilling"?
Dokumentation, Vergleich von Planungsalternativen, Virtuelle Inbetriebnahme, Zustandsüberwachung, Prognose
von Ressourcenbedarfen, Archivierung von früheren Zuständen,…
Bildquelle: Siemens 2011
Digitales Modell Reale Fabrik
digitaler Zwilling
reales Objekt
42. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Können wir wirklich vom Digitalen Zwilling sprechen?
4242
Redundanzen und Widersprüche zwischen Informations- und Simulationsmodellen von Produkt
und Produktion sind nicht nur unvermeidlich, sondern oft notwendig und auch gewollt. (Prof. Völker)
Digitaler Zwilling Digitaler Mehrling
43. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Und das erleben wir schon heute
Die IT-Tool Explosion in Produktentstehung und Produktion
43
Gestern Heute Morgen
44. Warum PLM für Industrie 4.0
so wichtig ist
Modelle brauchen einen Träger
45. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Vom Charakter der informationserzeugenden Prozesse
45
Begleitprozesse
(Marketing, Vertrieb,
Personalwesen, Finanzen)
technologische
Prozesse für
Produkte und
Produktion
kaufmännische
Prozesse für
Logistik und
Materialwirtschaft
46. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Vom Charakter der informationserzeugenden Prozesse
46
Begleitprozesse
(Marketing, Vertrieb,
Personalwesen, Finanzen)
technologische
Prozesse für
Produkte und
Produktion
kaufmännische
Prozesse für
Logistik und
Materialwirtschaft
formal
strikt
sequenziell Prozesscharakter
kreativ
innovativ
flexibel
kooperativ
47. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Die informationserzeugenden Prozesse die
mit Industrie 4.0 in den Fokus rücken
47Mit Industrie 4.0 gewinnen die technologischen Prozesse an Dominanz
technologische Prozesse
kaufmännische Prozesse
48. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Die informationserzeugenden Prozesse die
mit Industrie 4.0 in den Fokus rücken
48
technologische Prozesse
kaufmännische Prozesse
Digitale Mehrlinge entstehen an unterschiedlichen Orten zu
unterschiedlichen Zeitpunkten im Lebenszyklus
49. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Daraus ergeben sich 2x zentrale Fragen
49
1. Wo und wie speichern wir die Informationen bzw.
digitalen Mehrlinge so, dass wir sie jederzeit
bereitstellen, bündeln und auswerten können?
2. Wie organisieren und gestalten wir den
Informationsfluss, der diese erzeugt und nutzt?
50. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Wie es aussieht, wenn wir vorgehen wie bisher
50
51. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Was uns oft empfohlen wird
51
technologisches Inseldenken die Denkweise des Kaufmanns
52. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Können wir uns die "Denkweise des Kaufmanns"
zukünftig noch leisten
52
Wer schnell und flexibel sein muss, fährt
nicht mit dem LKW, sonst kommt er zu spät
≠
Der im Mittelstand häufig forcierte Ansatz, den technologischen Prozess als Anhängsel des kaufmännischen
zu verstehen, führt zwangsläufig zur Behinderung von Innovation.
53. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Modelle brauchen einen Träger
53
…der innovative Prozess braucht
Flexibilität und Freiheit!
Der Träger muss diese Flexibilität
ermöglichen.
Die zentralen zukünftigen Themen benötigen PLM als Fundament.
55. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Der Weg hin zu Industrie 4.0
… verändert den Blickpunkt
55
PDM-System
IT (Plattformen und
Applikationen)
Lösung für das
Management von CAD
Digitalisierung der
gesamten
Wertschöpfungskette
Fokus bisher:
lokale Lösung
Fokus zukünftig:
horizontale & vertikale
Integration
Was ein Unternehmen
braucht
Was ein Unternehmen
kaufen kann
GAP
56. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Der Weg hin zu Industrie 4.0
zu beginnen, ist oft wie im Nebel wandern.
56
Oje,
was jetzt?
Das Management gab mir
die Aufgabe Industrie 4.0
mit PLM und MES
zu realisieren.
57. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Der Weg hin zu Industrie 4.0
….bald kommen "sehr erfahrene" Business Consultants, um zu helfen.
57
??
58. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Mit einer neuen Sicht ist eigentlich alles ganz einfach
58
Lösungs-
design
technisch
organisatorische
Gestaltung
methodisch
IT (Plattformen und
Applikationen)
Digitalisierung der
gesamten
Wertschöpfungskette
Die Rollen in der Beratung werden sich verändern
59. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Das Kleiderschrankbeispiel
59
Es war einmal ein Paar, dass sich einen
gemeinsamen Kleiderschrank kaufte…
Dem Kauf eines Schrankes liegt ein Ordnungsproblem zugrunde.
Der Schrank löst das Ordnungsproblem nicht!
60. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Analyse des Ist-Zustands und der Handlungsfelder
60
Das Anziehen dauert
morgens zu lange
Oft passen die
gewählten Einzelteile
nicht zusammen
Durch die unpassenden
Einzelteile entstehen
berufliche Nachteile
Teile knittern
keine klare
Ordnungsstruktur
61. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Analyse des Ist-Zustands und der Handlungsfelder
61
befüllungs-
zentrischer
Denkansatz
62. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Das Ordnungsproblem erfordert zur Lösung einen
anderen Denkansatz
62
entnahmezentrischer Denkansatz: "Der Anzug als Komponente"
63. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Ein veränderter Denkansatz
63
befüllungs-
zentrischer
Denkansatz
entnahme-
zentrischer
Denkansatz
Der Denkansatz hat Auswirkungen auf Semantik und Arbeitsverteilung
64. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Auswirkungen von Lebenszykluseffekten müssen analysiert
werden
64
entnahmezentrischer Denkansatz: "Der Anzug als Komponente"
Schuhe:
Schumacher
Hemd:
Weiße Wäsche
Anzug:
Wäscherei
Strümpfe:
Buntwäsche
65. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Lifecycle-Map des zeitlichen Verlaufs
6565
Komponente Komponente (Schrank)
Komponente (Sandbox)
Schuhe (Schumacher)
Hemd (Weiße Wäsche)
Anzug (Wäscherei)
Strümpfe (Buntwäsche)
Anzug getragen
Da die Rückläufe nicht zeitgleich erfolgen, ist eine "Sandbox" notwendig.
Der Denkansatz beeinflusst die Technologie.
t
66. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Das gleiche Bild übertragen auf Unternehmen…
6666
Lösungs-
design
technisch
organisatorische
Gestaltung
methodisch
Festzulegen wie mit dem Inhalt der Schränke gearbeitet wird, ist
die Aufgabe dessen, der die Schränke nutzt.
67. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
…warum nicht weitermachen wie bisher?
67
Wenn wir jetzt nicht die richtigen Schritte einleiten, werden wir zukünftig viel mehr
"Berliner Flughäfen" erleben.
69. Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Fazit
…nochmal in Kürze
Ein Sturm zieht auf…
wir werden neu denken müssen
die geeignete Transformation von Informationen wird zukünftig
ein Schlüssel sein
Mit Industrie 4.0 wird der technologische Prozess dominant
damit rückt PLM und MES in den Fokus
diese sind geeignet, die technologische Information zu tragen und
zur Verfügung zu stellen
Der Fluss der Informationen muss gestaltet werden
wenn Information zum Schlüssel wird, dann muss das Entstehen
und die Transformation der Information gestaltet werden
das ist eine der wichtigsten Aufgaben der Fachbereiche von
Unternehmen und kein IT-Thema!
71. Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer
Hochschule Karlsruhe - Technik und
Wirtschaft
Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik
Steinbeis - Transferzentrum:
Rechnereinsatz im Maschinenbau
joerg.fischer@stw.de