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Corporate Technology
Durchgängiges Engineering – ein zentrales Merkmal von Industrie 4.0 Konferenz für Durchgängige Anlagenplanung 2013 20. März 2013, Nürnberg
Dr. Ulrich Löwen Siemens AG, Erlangen CT RTC SYE +49 (9131) 7-32948 ulrich.loewen@siemens.com
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Agenda
Was ist Industrie 4.0? Nutzen von Industrie 4.0 Was ist jetzt zu tun?
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Was ist Industrie 4.0?
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Zukunftsprojekte im Bedarfsfeld Kommunikation der Forschungsunion
Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ Der Produktionsstandort Deutschland
soll durch das Zusammenwachsen der technischen Prozesse mit den Geschäftsprozessen durch IKT in ein neus Zeitalter geführt werden
Zukunftsprojekt „Internetbasierte Dienstleistungen für die Wirtschaft“ Durch Nutzung sicherer Cloud-
Infrastrukturen und die Bereitstellung neuer Dienste-Plattformen soll die Grundlage für die Internetökonomie in Deutschland gelegt werden
Es wurden zehn Zukunftsprojekte in den Bedarfsfeldern Klima/Energie, Sicherheit, Mobilität, Gesundheit und Kommunikation entwickelt, mit denen Deutschland einen Spitzenplatz bei der Lösung globaler Herausforderungen einnehmen soll
Quelle: Umsetzungsforum Industrie 4.0, Berlin, 02.10.2012
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Von Industrie 1.0 bis Industrie 4.0
Ende 18. Jahrhundert Beginn 20. Jahrhundert Beginn 70er Jahre des 20. Jahrhunderts
heute
Gra
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plex
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1. Industrielle Revolution durch Einführung mechani-scher Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser- und Dampfkraft
2. Industrielle Revolution durch Einführung arbeits-teiliger Massenproduktion mit Hilfe von elektrischer Energie
3. Industrielle Revolution durch Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Auto-matisierung der Produktion
4. Industrielle Revolution auf der Basis von Cyber-Physischen Systemen
Erster mechanischer Webstuhl 1784
Erstes Fließband Schlachthöfe von Cincinnati 1870
Erste speicherprogram-mierbare Steuerung Modicon 084 1969
Quelle: Umsetzungsforum Industrie 4.0, Berlin, 02.10.2012
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Design-Prinzip von Industrie 4.0 Wertschöpfungsnetzwerk als Ausgangspunkt
Verschiebung der Wissensverteilung im heutigen Wertschöpfungsnetzwerk führt zur Verlagerung von Wertschöpfung Ganzheitlicher Ansatz auf das gesamte Wertschöpfungsnetzwerk erforderlich
Produkt Entwicklung Produktion
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Komponenten
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Automatisierungs- Software
Schlüssel sind die Informationen über technische Systeme Neben der Architektur zukünftiger Produktionssysteme muss auch deren Entwicklung beherrscht werden
Services Produktion
Produktionssystem-Engineering
Produkt Design und -entwicklung
Produktionsystem Planung
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Duale Strategie von Industrie 4.0
Perspektive Leitanbieter: System- und Komponenten-Lieferanten Entwicklung von Cyber Physical
Systems, um Alleinstellungs-merkmale zu erzeugen 1. Ebene: Anlagen- und
Maschinenbau, Systemintegratoren 2. Ebene: Automatisierungs-
Komponenten und -Systeme, Software (z.B. PLM Software)
Perspektive Leitmarkt: produzierende Industrie Anwendung von Cyber Physical
Systems zur Realisierung maximaler Flexibilität
Duale Strategie Verbinden beider Perspektiven durch drei Merkmale Horizontale Integration über
Wertschöpfungsnetzwerke Durchgängiges Engineering über die
gesamte Wertschöpfungskette Vertikale Integration und vernetzte
Produktionsysteme
Leitanbieter Leitmarkt
Quelle: Umsetzungsforum Industrie 4.0, Berlin, 02.10.2012
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Merkmale von Industrie 4.0
Ebene Strategie Wie können die Geschäftsstrategie
eines Unternehmens und neuartige Wertschöpfungsnetze nachhaltig durch CPS unterstützt werden?
Ebene Prozesse Wie können die Geschäftsprozesse
einschließlich der Engineering-Workflows mit CPS durchgängig gestaltet werden?
Ebene System Wie kann das Produktionssystem
unter Nutzung von CPS flexibel rekonfigurierbar und wandlungsfähig gestaltet werden?
Quelle: Umsetzungsforum Industrie 4.0, Berlin, 02.10.2012
definiert Ziele
definiert Regeln
setzt um
ermöglicht
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Kunden müssen heute aus fest vorgegebenen Produktspektrum wählen und können gewünschte Einzelfunktionen nicht frei kombinieren
Adressierung eines größeren Marktes Erhöhung der Kundenzufriedenheit Reduzierung der internen operativen Kosten
Beispiel: Durchgängigkeit des Engineerings über die gesamte Wertschöpfungskette
Historisch gewachsene IT Systeme mit umfangreichen Schnittstellen
Durchgängige Werkzeugkette Produkt und Produktion immer
aufeinander abgestimmt
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Trend: Deeper meshing of the digital world with the world of machines
Addressing the same trends, but different technical focus
Example GE: Industrial Internet – Pushing the Boundaries of Minds and Machines
Industrial Internet Data Loop Key Elements Intelligent machines: Connect
machines with advanced sensors and software applications Advanced analytics: Physics-
based analytics and predictive algorithms People at work: Connecting
people at work or on the move Industries: Aviation, power, healthcare, rail, oil&gas
Source: http://www.ge.com/mindsandmachines
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Nutzen von Industrie 4.0
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Flexibilität als wesentlicher Kern von Industrie 4.0
Flexibilität, welche die digitale Welt prinzipiell bietet, wird in die reale Welt der Produktion gebracht Möglichkeiten der Umsetzung Flexibilität durch intelligente Produkte
Flexibilität durch effektive und effiziente Umkonfiguration von
Produktionsmitteln Flexibilität durch agile Engineering-Prozesse
Produzierende Industrie kann so eigene Wertschöpfung auf sich ändernde Marktanforderungen flexibel anpassen, um im dynamischen Marktumfeld schnell, termintreu, fehlerfrei und zu Marktpreisen zu produzieren
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Beispiel: Vision – Flexibilität durch intelligente Produkte
Wie muss man einen mehrstufigen Weg zur Vision gestalten?
2012: www.myhammer.de manueller Internet-Marktplatz
für Handwerksdienstleistungen
2030(?): www.production-cps.de automatisierter Internet-Marktplatz
für Produktions-Dienstleistungen
Quelle: Forschungsfragen in „Produktionsautomatisierung der Zukunft“, acatech 04/2012
Ausschreibung eines Gewerkes durch Kunden
künftige Automatisierungstechnik realisiert die CPS-Fähigkeiten
Ausschreibung eines Produk -tionsauftrages durch Kunden
myhammer.de
Handwerker 1
Handwerker 2
Handwerker 3 Handwerker
4
Handwerker n
Produktion CPS
Montage CPS Lackier
CPS
Drehteile CPS Fertigungs-
straße CPS
Frästeile CPS
Dreh- maschine
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Beispiel: Flexibilität durch effektive und effiziente Umkonfiguration von Produktionsmitteln
Koordiniertes Ab- und Anschalten von Anlagenteilen im Karosseriebau ist entscheidender Hebel für Energieeffizienz Verringerter Energieverbrauch um 90 Prozent in Pausenzeiten
Anlagen und Anlagenteile laufen heute auch in Pausen, Leer-schichten und an Wochenenden weiter
Beispiele für Maßnahmen Stillsetzen bzw. Stand-by-Modus von
Robotern in produktions-freien Zeiten Einsatz drehzahlgeregelter Motoren
anstelle ungesteuerter Motoren in Absauganlagen
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Ganzheitliches Anlagen-Management und reduzierte Daten-Komplexität durch integrierte Sicht auf gesamten Anlagen-Lebenszyklus In Abhängigkeit von Phase und Grad der Integration Zeiteinsparungen bis zu 50% erreichbar
Beispiel: Flexibilität durch agile Engineering-Prozesse
Potentiale einer Verkürzung durch Werkzeugunterstützung bei sequenzieller Abwicklung weitgehend abgeschöpft
Integriertes Engineering mit COMOS und SIMATIC PCS 7 Verkürzung der Time-to-Market Reduktion der Projektkosten Erhöhung der Planungsqualität
Design
Engineering
Commissioning
Operations
Maintenance
Design
Engineering
Commissioning
Operations
Maintenance
Time
savings
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Was ist jetzt zu tun?
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Forschungsprojekt SPES_XT Fallstudie Entsalzungsanlage
Projektziele von SPES_XT Durchgängige methodische und
werkzeugtechnische Integration von Modellierungs- und Analysetechniken für eingebettete Systeme
Rollen von Siemens Anlagenbauer und Systemintegrator
prozesstechnischer Anlagen Anbieter von Engineering-
Werkzeugen und Automatisierungs-Systemen
Beiträge von Siemens Evaluierung an einem ausgeführten
Projekt (Entsalzungsanlage) Nutzung der Engineering-Werkzeug
Kette COMOS und SIMATIC PCS 7
Requirements Functional Logical Technical
Engineering-Werkzeugkette
Team- center
SE COMOS SIMATIC
PCS 7
Anlagenbau
SIMATIC Geräte
Aspen
Simulations-Werkzeuge
PLC-SIM WIN AC
CoSMOS Mathlab
Modellica
virtuell real
Syst
em
Con
text
Sy
stem
und
er
Dev
elop
men
t
Software under
Developm
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ontext
Simit
Abst
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Perspektiven
SPES Meta-Modell
Verbundprojekt SPES 2020_XTCore, BMBF Förderkennzeichen 01IS12005R
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Nutzenstiftender Einsatz von IKT im Produktionsumfeld
Interdisziplinäre Zusammenarbeit aller Fachdisziplinen im Sinne eines Systems Engineering Gegenseitiges Verstehen der Positionen und Herangehensweisen Modellierung im Zusammenspiel zwischen der realen und digitalen
Welt Integrierende Betrachtung von Strategie, Prozessen und Systemen Sicherstellen des Werterhalts der installierten Basis Herausarbeiten geeigneter Migrationspfade Verlagerung zu Anpass-Entwicklung (Delta-Engineering) zu Lasten
von reinen Neuentwicklungen Herausarbeiten des Nutzens für produzierende Unternehmen und
Endkunden Aufzeigen geeigneter Argumentationsketten und Wege für die
unterschiedlichen Branchen der Produktion bzw. die verschiedenen produzierten Produkte
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