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Industrie 4.0 vs Industrie 3.0
- 1. Industrie 4.0 Vorlesung Fakultätfür Ingenieurwissenschaften Institut für Produkt Engineering M.Sc. Jalal Hammari & Prof. Dr.-Ing. Arun Nagarajah
- 2. Page 2 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Praktische Beispiele aus der Automobilindustrie 5 Digital Twin und Digital Thread 4 IOT und AI 3 Grundlage der Industrie 4.0 2 Einführung in Industrie 4.0 1 Agenda
- 3. Page 3 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Praktische Beispiele aus der Automobilindustrie 5 Digital Twin und Digital Thread 4 IOT und AI 3 Grundlage der Industrie 4.0 2 Einführung in Industrie 4.0 1 Agenda
- 4. Page 4 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Industrie 4.0, das Digitale Unternehmen Von Daten zum Mehrwert Digitalisierung Automation Elektrizität, Serienfertigung Wasser und Dampf Industrie 4.0 4. Industrielle Revolution Industrie 3.0 3. Industrielle Revolution Industrie 2.0 2. Industrielle Revolution Industrie 1.0 1. Industrielle Revolution Zeitachse Komplexität und Datenmenge
- 5. Page 5 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Digitalisierung im Privaten vs im Industriellen Bereich Grad der Digitalisierung Zeit Digitalisierung im privaten Leben Digitalisierung in der Industrie … zum Streaming Vom Plattenladen … Vom Taxi … … zum Ride Sharing Die Digitalisierung im täglichen Leben entwickelt sich schneller als im industriellen Bereich. Oft inspiriert die Digitalisierung im privaten Bereich die Digitalisierung in der Industrie. Bilder von Siemens DI SW
- 6. Page 6 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Digitale Transformation Durchgängige horizontale und vertikale Integration des Produktlebenszyklus Digitale Produkte und digitale Prozesse Digitale Zwillingen für das Produkt, die digitale Fabrik und die Produktnutzung Herausforderungen für die Digitalisierung Organizational Change Vernetzte Organisationen, rollenbasierende Arbeitsplätze, “Datenbus” und Applikationsintegration Komplexität und Flexibilität Individuelle Produkte mit mehr Elektronik & Software Innovationen und größerer Varianz
- 7. Page 7 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Praktische Beispiele aus der Automobilindustrie 5 Digital Twin und Digital Thread 4 IOT und AI 3 Grundlage der Industrie 4.0 2 Einführung in Industrie 4.0 1 Agenda
- 8. Page 8 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Level 4 Enterprise Level 2 Operator Level 1 Control Level 3 Management Level 0 Field Grundlage der Industrie 4.0 Industrie 3.0: die Automatisierungspyramide Days < 1 ms PLC, HMI SCADA MES ERP Instrumentation Maschinenebene Anlagenebene Werksebene Enterprise
- 9. Page 9 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Level 4 Enterprise Level 2 Operator Level 1 Control Level 3 Management Level 0 Field Grundlage der Industrie 4.0 Industrie 3.0: die Automatisierungspyramide Days < 1 ms PLC, HMI SCADA MES ERP Instrumentation Automatisierung Direkte Kontrolle Steuern, Regeln Datensammlung, Visualisierung Real Time Analysen Überwachungsfunktion Maschinenebene Betriebsablaufplanung Produktionsplanung Kapazitätsplanung Kosten Ressourcen Planung Statistische Auswertung Anlagenebene Werksebene Enterprise
- 10. Page 10 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Grundlage der Industrie 4.0 Industrie 3.0: die Automatisierungspyramide Level 4 Enterprise Level 2 Operator Level 1 Control Level 3 Management Level 0 Field Days < 1 ms Feld Geräte, Sensoren und Aktoren, I/O… PLC, HMI SCADA MES ERP SAP, Oracle… Simatic IT, OpCenter, Hydra…. SIMATIC WinCC, FactoryStudio… PLC, MC, SIMATIC HMI, WinCC, PanelView, Industrial PC …. Instrumentation Automatisierung Direkte Kontrolle Steuern, Regeln Datensammlung, Visualisierung Real Time Analysen Überwachungsfunktion Maschinenebene Betriebsablaufplanung Produktionsplanung Kapazitätsplanung Kosten Ressourcen Planung Statistische Auswertung Anlagenebene Werksebene Enterprise
- 11. Page 11 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Level 4 Enterprise Level 2 Operator Level 1 Control Level 3 Management Level 0 Field Grundlage der Industrie 4.0 Industrie 3.0: die Automatisierungspyramide Days < 1 ms PLC, HMI SCADA MES ERP Instrumentation Automatisierung Direkte Kontrolle Steuern, Regeln Datensammlung, Visualisierung Real Time Analysen Überwachungsfunktion Maschinenebene Betriebsablaufplanung Produktionsplanung Kapazitätsplanung Kosten Ressourcen Planung Statistische Auswertung Anlagenebene Werksebene Enterprise Vernetzung !!!
- 12. Page 12 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Cloud IoT Industrie 4.0 Intelligente Produktion, Produkte und Prozesse Level 4 Enterprise Level 2 Operator Level 1 Control Level 3 Management Level 0 Field < 1 ms Vertikale Integration Horizontale Integration < 1 ms * Industrie 4.0 ist fokussiert auf die Produktion Tags, protocolls BigData, AI (ML, DL) Topics, Unified, Standardisierung Zentral Mechatronik Dezentral System Engineering Cyber-physische Systeme Model Based System Engineering Engineering im Wandel Produktion im Wandel AfterSales im Wandel Prozesse Colsed Architectur Digital Thread Intelligente Prozesse Open Architectur Entscheidungen basiedend auf alte Daten Entscheidungen basiedend auf Echtzeit Daten Modelle Digital Twin, virtuelle Produkte simulation Self Aware Systems/Decision (ML/DL) System Simulation Echtzeit Vernetzung Passive Systeme
- 13. Page 13 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Cloud IoT Industrie 4.0 Intelligente Produktion, Produkte und Prozesse Level 4 Enterprise Level 2 Operator Level 1 Control Level 3 Management Level 0 Field < 1 ms Vertikale Integration Horizontale Integration < 1 ms * Industrie 4.0 ist fokussiert auf die Produktion BigData, AI (ML, DL) Echtzeit Vernetzung
- 14. Page 14 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Praktische Beispiele aus der Automobilindustrie 5 Digital Twin und Digital Thread 4 IOT und AI 3 Grundlage der Industrie 4.0 2 Einführung in Industrie 4.0 1 Agenda
- 15. Page 15 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Cloud IoT IoT als Grundlage der Datenbereitstellung in Echtzeit < 1 ms < 1 ms BigData, AI (ML, DL) Echtzeit Vernetzung Level 0 Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Applikation 1 … n Gerät 1 …n Maschine 1 … n Werk 1…n
- 16. Page 16 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 High Level IoT Architecture Cloud/Server: IoT Anwendungsplattform Maschine A Maschine B Gerät IT Infrastruktur & Architektur Applikationen und Visualisierung Edge Device Client Feld Ebene Client Client Applikation Client Business Entscheidung Daten Analyse Daten Erzeugung Daten Bereitstellung Entscheidungsvorlage Unternehmens-Entscheidung
- 17. Page 17 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Artificial Intelligence Schritte eines AI Projektes Understand the Process and the Use Cases Explore the Data Prepare the Data Modeling Cloud IoT Evaluation Deployment Data 1 2 3 4 5 6 Device Application Human ~ 80% of Work ~ 20% of Work
- 18. Page 18 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Schritt 4: Modeling Modeling 4 Source: https://scikit-learn.org
- 19. Page 19 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Praktische Beispiele aus der Automobilindustrie 5 Digital Twin und Digital Thread 4 IOT und AI 3 Grundlage der Industrie 4.0 2 Einführung in Industrie 4.0 1 Agenda
- 20. Page 20 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Digital Twin vs Digital Thread ▪ Digital Twin: ist die digitale Repräsentanz des Produktes inkl. aller Komponenten und die damit zusammenhängenden Informationen entlang des Produkt- Lebenszyklus von der Produktentwicklung bis hin zum Service. Es gibt unterschiedliche Repräsentationen des Digital Twin entsprechend des benötigten Zustandes z.B. As-Designed, As-Built und As- Maintained. ▪ Digital Thread: stellt die Relationen zwischen den einzelnen digitalen Komponenten und damit zusammenhängende Informationen dar. Z.B. um im Fall einer Änderung alle betroffenen Produkteile und Dokumente zu identifizieren und entsprechend zu ändern.
- 21. Page 21 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Daten und Informationen entstehen während des Produktentstehungsprozesses Automotive Tier High Level PEP Phase 1 Project Acquisition and Baselining Phase 3 Industrialization Preparation Phase 4 Industrialization and Production Validation Phase 5 Production Execution and Assembly Phase 6 Service Execution Phase 2 Concept and Prototyping Virtual Product High Level Business Process Product Maturity Level Decision for Project OEM Confirmation and Order SOP EOP EOP Physical Product
- 22. Page 22 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Digital Twin als digitale Repräsentanz des Produktes Drei Haupt-Produktzustände • Anforderung • Mechanik • Elektrik, Elektronik • Software • Varianten/Konfigurationen • Schnittstellen • …. Digitales Produkt Digitale Produktion Digitale Performance • Produktionsplatz • Planung • Fertigung • Montage • Automatisierung • ….. • Wie gewartet • Wie ausgeliefert • Monitoring • Predictive • … Enthält alle Informationen über… Bild Quelle: Vibracoustic AG Digitales System
- 23. Page 23 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Digital Product Digital Production Digital Performance
- 24. Page 24 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Praktische Beispiele aus Automotive 5 Digital Twin und Digital Thread 4 IOT und AI 3 Grundlage der Industrie 4.0 2 Einführung in Industrie 4.0 1 Agenda
- 25. Page 25 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Pune Example How do we extend the range of our trucks to fend off competitive challenges?
- 26. Page 26 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Leveraging digitalization across integrated domains for rapid-response innovation.
- 27. Page 27 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Analyze impact of modifying the size of the fuel tank.
- 28. Page 28 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Modify design of tank brackets, straps and fuel line. Find components affected by change to fuel tank. Re-use similar tank strap designs from existing vendor. Simulate new design’s ability to withstand loads. Digital Product
- 29. Page 29 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Rest of Pune Story Assess impact of heavier tank on worker safety. Quickly design production layout of new assembly line. Add sensors for new lift assist and related PLC. Provide workers instructions for new tank assembly. Digital Product Digital Production
- 30. Page 30 M.Sc.Jalal Hammari, Wintersemester2020/21 Vorlesung Industrie 4.0 Capture gas tank vibration data of new trucks on road Manage and optimize efficiency of real production. Close the loop, modifying design for future models. Leverage IoT data to analyze severity of vibration. Digital Product Digital Production Real Production Real Product I M P R O V E M E N T I N S I G H T