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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 [email protected]

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03/2013 © Siemens AG, Corporate Technology Löwen, CT RTC SYE Durchgängiges Engineering – ein zentrales Merkmal von Industrie 4.0

Agenda

Was ist Industrie 4.0? Nutzen von Industrie 4.0 Was ist jetzt zu tun?


Was ist Industrie 4.0?


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


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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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



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


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



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?


definiert Ziele

definiert Regeln

setzt um

ermöglicht


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


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


Nutzen von Industrie 4.0


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


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


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


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


Was ist jetzt zu tun?


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

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Sy

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Perspektiven

SPES Meta-Modell

Verbundprojekt SPES 2020_XTCore, BMBF Förderkennzeichen 01IS12005R


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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