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Industrie 4 0“-Demonstrator„Industrie 4.0 -Demonstrator Rahmenprogramm Hannover Messe 2016 29.03.2016

Siemens Corporate TechnologyUnrestricted © Siemens AG 2016

Herausforderungen der produzierenden Industrie

Sicherstellung der Verkürzung der

Time-to-MarketSteigerung der

ProduktivitätErhöhung der

Flexibilität

ggeforderten

Qualität

Unrestricted © Siemens AG 2016

April 2016 Corporate Technology

Industrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Organisation der Wertschöpfung entlang des gesamten Lebenszyklus eines Produkts

SalesMarketing

Kunde

Wertschöpfungsprozesse produzierender Unternehmen

ProductDevelopment

Product LineMaintenance

DiscontinuationManagement

Factory andProductionPlanning

ProductionEngineering

RecyclingMaintenanceand Disposal

Planning

Product LinePlanning

ServiceProduction System Lifecycle Management TWP

Product Lifecycle ManagementIPE

ProduktionProduktionssystem

Services SAL

KRWSP2SP2

g

ErectionDisposal

After-SalesServices

Maintenance

g

Production

Operation

Factory

Service

Production SystemLifecycle Management

Service

TWPProduktionssystemEngineering

Produktentwicklung

ProduktionssystemPlanung

AUP

AGP VBSWFF VBSWFF

produzierendes Unternehmen

MaintenanceOperation

ZuliefererBasis GMA 7.21

Lifecycle Management

produkttypbezogen produktionssystembezogen áuftragbezogen servicebezogen

AUPBasis Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0



Anwendungsszenarien der Plattform Industrie 4.0

„Industrie 4.0“-Demonstrator

Der „Industrie 4.0“-Demonstrator wurde von den 4 Firmen in der Leitung der Plattform Industrie 4.0 erstellt

Aufbau• Fertigungszelle als mechatronisches System mit flexiblemCloud Fertigungszelle als mechatronisches System mit flexiblem

physischen Transportsystem und modularen virtuellen Bearbeitungsstationen

• Engineering-Arbeitsplatz zur Entwicklung der Fertigungszelle• Analyse-Arbeitsplatz zur Visualisierung und Optimierung des

B t i b d F ti llEngineering Analyse

in Kooperation mit

Betriebs der Fertigungszelle• Sammeln der Energieverbräuche über die Wagen des

Transportsystems in der Cloud

Adressiert Nutzen anhand ausgewählter Anwendungsszenarien

EngineeringArbeitsplatz

AnalyseArbeitsplatz

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



( )Mechatronisches System

Erhöhung der Flexibilität:Umbau der Fertigungszelle

Herausforderung• Steigende Volatilität der Märkte sowie steigende Individualisierung

der Produkte führt zu kleineren AuftragsgrößenFolge sind hä figeres Umrüsten der Prod ktion einschließlich des

Nutzen für den Betreiber• Schnelles Reagieren auf sich ändernde Nachfragen im Markt• Effiziente Produktion individueller Produkte

• Folge sind häufigeres Umrüsten der Produktion einschließlich des Umbaus Fertigungszellen

Lösung• Modularer Aufbau der Fertigungszelle aus individuell

austauschbaren Bearbeitungsschritten

• Einfacher und abgesicherter Umbau einer BearbeitungsstationNutzen für den Maschinenhersteller• Anbieten modularer und flexibler Maschinen• Erweiterung des Portfolios um digitale Zwillinge der Maschinen

• Flexibles Transportsystem, das sich intelligent an die Fertigungszelle anpasst

Umbau



Steigerung der Produktivität:Analyse von Daten in der Cloud

Herausforderung• Wagen-Verschmutzung im laufenden Betrieb schwer erkennbar• Proaktive Reinigung aller Wagen zu festen Zeiten notwendig, die

Folge sind hohe Kosten nd lange Stillstands eiten

Nutzen für den Betreiber• Frühzeitige Fehlererkennung, schnellere Fehlerlokalisierung und

höhere Anlagenverfügbarkeit Einspar ng on Wart ngsa f änden nd Reinig ngsresso rcenFolge sind hohe Kosten und lange Stillstandszeiten

• Bedarf an neuen Garantie- und Leasingmodellen für MaschinenLösung• Betreiber gewährt Zugriff auf Maschinendaten, Maschinen-

hersteller wertet Energieverbräuche und Bewegungsinformationen

• Einsparung von Wartungsaufwänden und Reinigungsressourcen • Längere Garantiezeiten bei kontinuierlichem Datenzugriff durch

den Maschinenhersteller• Geringere Investitionskosten durch Leasing mit

nutzungsabhängiger Abrechnunghersteller wertet Energieverbräuche und Bewegungsinformationen aller Wagen automatisch aus

• Empfehlung des Maschinenherstellen an Betreiber, die Wagen rechtzeitig zu reinigen

• Maschinenhersteller kann Transportleistung nutzungsabhängig bi t d b h

Nutzen für den Maschinenhersteller• Transparenz über eigene Flotte• Neue Möglichkeiten für Servicegeschäft, neue Garantie und

Geschäftsmodelleanbieten und abrechnen

Cloud Cloud



Maschinenhersteller

Verkürzung der Time-to-Market:Virtuelle Inbetriebnahme

Herausforderung• Schneller Anlagenhochlauf• Aufdecken unzureichender Abstimmungen im Engineering der

Anlage oft erst ährend der Inbetriebnahme

Nutzen für den Betreiber• Verkürzung der Time-to-Market durch schnellere Inbetriebnahme• Schnellerer Anlagen-Hochlauf durch höhere Qualität der

Engineering Ergebnisse nd früheres Beheben on Fehlern derAnlage oft erst während der Inbetriebnahme• Inbetriebnahme zunehmend gekennzeichnet durch

Fehlerbehebung der Applikations-SoftwareLösung• Kopplung der realen Applikations-Software mit Modell des

Engineering-Ergebnisse und früheres Beheben von Fehlern der Applikations-Software

Nutzen für den Maschinenhersteller• Erweiterung des Portfolios um digitale Zwillinge der Maschinen

und dadurch Reduktion der Kosten für Simulationsmodelle beim Kopplung der realen Applikations Software mit Modell des Fertigungsprozesses

• Nutzung des digitalen Zwillings der Bearbeitungsstationen zur Modellierung des Fertigungsprozesses

Systemintegrator

Inbetriebnahme ProduktionEngineering

Inbetriebnahme ProduktionEngineering



VirtuelleInbetriebnahme

Wertschöpfungsnetz auf Firmenebeneim Zusammenspeil von Leitmarkt und Leitanbietern

er

zelleSystemintegrator

Hersteller der Bearbeitungsstationen

fertige Produkte LeitmarktLeitanbieter

Bet

reib

er d

Ferti

gung

s z

Lieferant derCl d Pl ttf

Hersteller des Transportsystems

Lieferant Sensoren, etc.

Produzierende Industrie (Leitmarkt)• Betreiber der Fertigungszelle: Produzent des ProduktsProduzierende Industrie (Leitmarkt und Leitanbieter)

Flaschen, Deckel, Sprühköpfe, etc.Cloud-Plattform

Produzierende Industrie (Leitmarkt und Leitanbieter)• Hersteller der Bearbeitungsstationen: Befüllen, Verschließen, Beschriften, etc.• Hersteller des Transportsystems: einschließlich der einzelnen WagenNicht-produzierende Industrie (Leitanbieter)

S t i t t A fb d F ti ll i A hl d T t t di Cl d



• Systemintegrator: Aufbau der Fertigungszelle sowie Anschluss des Transportsystems an die Cloud• Lieferant Cloud-Plattform einschließlich Services

Wertschöpfungsketten des „Industrie 4.0“-Demonstrators

Wertschöpfungsketten Illustration der Wertschöpfungsketten

Betreiber der Fertigungszelle

• (Simulation der) Fertigung des Produkts

• (Simulation des) Tausch einer Bearbeitungsstation

1

22 34 5

Lieferant der Cloud-Plattform

• Analyse der Daten in der Cloud*31

2 34 5

Systemintegrator

• Entwurf der Fertigungszelle

• Entwurf der Bearbeitungsstationen

4

5



Entwurf der Bearbeitungsstationen

* erfolgt in diesem Beispiel nicht durch Lieferant des Transportsystems, andere Geschäftsmodelle aber denkbar

Übergeordnete Einordnung von RAMI 4.0 und der Industrie 4.0-Komponente

DiskursrahmenBegriffs- und Konzeptrahmen

Anwendungerfordert Design-Entscheidung

• Hilft zur Strukturierung

RAMI 4.0Begriffs- und Ordnungsrahmen mit drei Achsen Veranlassung der Entwicklung spezifischer

Standards

• Dient zur Prüfung auf Vollständigkeit

Liefert ImpulseIndustrie 4 0 Komponente

Fokus„Industrie 4.0“-Demonstrator• Liefert Impulse

• Etc.

Modellierung eines ProduktsModellierung einer AnlageModellierung eines KonzeptsI l ti i Lö

Industrie 4.0-KomponenteGegenstand mit Verwaltungsschale

Verwaltungsschale

„ dust e 0 e o st ato



Implementierung einer LösungEtc.

Ausgewählte 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

BeschriftenBeschriften

Transportsystem

…Wagen 1

Wagen18

Antrieb Flexband

Antrieb 1



Antrieb 15…

Auswahl von Gegenständen im Kontext des „Industrie 4.0“-Demonstrators

Keine Industrie 4.0-KomponentenPhysisch, ohne Verwaltungsschale

Industrie 4.0-Komponentenals Entität über ihren Lebensweg verwaltete Gegenstände

• Rohmaterial (Flaschen, Sprühköpfe, Deckel): anonym bekannt, da man z.B. „weiß“, dass ein Deckel richtig aufgesetzt wurde

• Etikett: individuell bekannt (wird aber nicht separat als Entität verwaltet, sondern nur in Verbindung mit dem hergestellten

Physisch, „externe“ Verwaltungsschale• Flüssigkeitscharge• fertige Produkte

C i ( i ht i l ti t i t l i h i t)Produkt, i.e. Flasche, Inhalt der Flasche, Deckel, Etikett, etc.) • Carrier (nicht implementiert, nur intern logisch nummeriert)Physisch, „interne“ Verwaltungsschale• Gesamte Fertigungszelle (nicht implementiert, da nur virtuell)• Bearbeitungsstationen (nicht implementiert, da nur virtuell)• TransportsystemVirtuell (Typ*)• Modularitätsmodell Bearbeitungsstation• Analysealgorithmus Carrier



Virtuell (Instanz)• Energie- und Bewegungsdaten der Carrier* Gegenstände der physischen Welt sind immer Instanzen

Beispiel Wagen des „Industrie 4.0“-DemonstratorsVerortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain

Hersteller des Transportsystems Systemintegrator

I tTEntwicklung Nutzung/Wartung Produktion Nutzung/Wartung

I t TEntwicklung Nutzung/WartungProduktion Nutzung/Wartung

Lifecycle & Value ChainHierachy-Levels

z.B. Entwicklungsunterlagen z.B. Bestellung, Basis fürProgrammierung

InstanzTyp Instanz Typ

des Transportsystems

z.B. Analysealgorithmus



Instanz

Betreiber der Fertigungszelle Lieferant der Cloud-PlattformInstanz

Produktion Nutzung/WartungTyp

Entwicklung Nutzung/WartungProduktion Nutzung/Wartung

Beispiel Transportsystem des „Industrie 4.0“-DemonstratorsVerortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain

Hersteller des Transportsystems Systemintegrator




z.B. Entwicklungsunterlagen, Konfigurierbarkeit im Sinne

z.B. Bestellung,Programmierung


bestellbarer Varianten des Transportsystems



Betreiber der FertigungszelleInstanz

Produktion Nutzung/Wartung

Beispiel virtuelle Bearbeitungsstation des „Industrie 4.0“-DemonstratorsVerortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain

Hersteller der (virtuellen) Bearbeitungsstation Systemintegrator




z.B. generisches Modell der Bearbeitungsstation

z.B. Modularitätsmodell,Modell der Bearbeitungsstation




Beispiel Fertigungszelle des „Industrie 4.0“-DemonstratorsVerortung in RAMI 4.0-Achsen Hierarchy-Levels und Lifecycle & Value-Chain

Systemintegrator



z.B. Modularisierung,Programmierung

Instanz Typ



Betreiber der FertigungszelleInstanz

Produktion Nutzung/Wartung

Zusammenfassung

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 t ll i I d t i 4 0 K tUmsetzung allgemeiner Industrie 4.0-Konzepte• 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



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Ulrich LöwenSenior Principal Key Expert EngineerCT RDA CES

Günther-Scharowsky-Str. 191058 Erlangen, Deutschland

Phone: +49 (9131) 7-32948 Mobile: +49 (173) 9770999

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