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Die 4. industrielle Revolution: „Cyber Physical Systems“ in der Industrie 20. November 2013
Die 4. industrielle Revolution: „Cyber Physical Systems“ in der Industrie
20. November 2013
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ThyssenKrupp ein Stahl-Unternehmen?
Historic Example - Bessemer Process
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ThyssenKrupp ist heute ein Technologiekonzern
Elevator Technology
Components Technology
Materials Services
Steel Europe
Industrial Solutions
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Engineering – Die Fähigkeit Kompetenzen zu verbinden
Anlagen- technik
Material
Mechanik & Mechatronic
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Industrielle Revolutionen bei ThyssenKrupp: Dampfhammer Fritz (1861)
Kraftmaschinen
1. Industrielle Revolution
Quelle: Historisches Archiv Krupp
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Industrielle Revolutionen bei ThyssenKrupp: Zusammenbau von Grasmähern in der Landmaschinenfabrik (1930er) Taylorismus
2. Industrielle Revolution
Quelle: Historisches Archiv Krupp
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Industrielle Revolutionen bei ThyssenKrupp: Automatische Fertigungsanlage mit drei MaK-Industrierobotern (1989) Automatisierung
3. Industrielle Revolution
Quelle: Historisches Archiv Krupp
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Industrie 4.0: Die nächste industrielle Revolution
Quelle: inpro / ThyssenKrupp
Kollaboration
Industrie 4.0
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Industrie im Umbruch: Welche zusätzlichen Potenziale finden sich in der Wertschöpfungskette?
Quellen: 1: Pfister, Uni Münster, 2008, 2: H. Ford: Mein Leben und Werk, Leipzig 1923 3. Int‘. Federation of Robotics, History of Industrial Robots, 2012
Montagezeit Fahrgestell Ford Model T [min]
Vor und nach Einführung des Fließbandes 2
Erzeugung von Roheisen in England [t]1
Anzahl weltweit verkauften Industrieroboter p.a. 3
? 1780 1870 1961 2012
5.800.000t 100.000t 1 Stk. 160.000 Stk.
7.800
1.800
Ø - Anschaffungskosten in Stundenlöhnen
12:30 h
1914
Industrie 4.0 3. Industrielle Revolution 2. Industrielle Revolution 1. Industrielle Revolution
1:33 h
1913
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Industrie 4.0 - Ziele ThyssenKrupp
• Flexibler auf Kundenwünsche reagieren können • Kosten senken • Qualität erhöhen • Durchsatz erhöhen • Umweltbelastung reduzieren
Es gibt bessere Möglichkeiten der Optimierung!
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Embedded Systems Cyber Physical Systems
Networked embedded systems form the “internet of the things”
Integration of – often autonomous – networked embedded systems with physical systems and processes
Controller – not networked
Network of controllers
Multifunctional, synchronized functions
Process, coordinating functions
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Das “Future Internet” wird unsere Geschäftswelt verändern
“Internet for and by people!”
Internet of
Things
Internet of
Services
Internet of
Content &
Knowledge
Communication Network:
Network Infrastructure & Communication Services
Future Internet
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Das Prinzip
Cloud
Things
Services
Peer-to-Peer Communication
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Cloud Computing “Big Data” Applications for Manufacturing and Service
o Quality management
o Energy management
o Predictive maintenance
o Logistics
o Optimization of production processes
o Product lifecycle management
o Service management
o ...
Mögliche Anwendungen für Industrieunternehmen wie ThyssenKrupp:
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Beispiel: Echtzeitgeregelte Montage und Bearbeitung von Nockenwellen vermeidet Losgrößenfehler und verkürzt die Zykluszeit
Montage Richten Schleifen
Status von letzter Maschine und nach Prozessparameterupdate
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Beispiel: „Smart Tools“ in der Massivumformung erlauben Messungen sehr nahe an der Umformzone
Fließpresstechnik
o Hoher Aufwand in der Werkzeugvorbereitung
o Messungen an den umgeformten Teilen
o Begrenzte Erkennung von Verschleiß und Abweichungstrends
o Instandhaltungs-intervalle kürzer als nötig
Herausforderung: Vom Versuchsfeld in die Volumenproduktion
Smart Tools
o Im Werkzeug verbaute Sensoren zur Erfassung von Umformkräften, Temperatur, etc.
o Closed-Loop Regelung durch Einsatz von Servopressen
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Beispiel: Sichere Mensch-Roboter-Kollaboration in gemeinsamer Arbeitsumgebung ermöglicht höhere Flexibilität und Produktivität
o Trennung Mensch-Roboter o Aufwendige Sicherheitstechnik o Sequenzielle Arbeitsweise o Produktivität ist eingeschränkt
o Schutzbereich 60m3
o 5 Lichtvorhänge o 2 Muting-Steuerungen o 18 m Schutzzaun o 2 Türschutzschalter o vmax = 250mm/s
Roboterzelle heute Mensch-Roboter-Kooperation
o Zusammenarbeit Mensch-Roboter o Neue Sicherheitstechnik o parallele Arbeitsweise o gesteigerte Produktivität
o Schutzbereich um Werker o 1 Weste o 3 Sensoren zur Ortung o vmax = 1500mm/s
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Hürden bei der Einführung Example: Cloud Computing in business applications 1)
Data security related problems
Acceptance in society
Missing standards
Cost to high
Technical problems
Not enough investment through companies
Not enough investment in infrastructure
Missing innovation culture
Not adequate legal environment
Missing experts
Not enough training
Long product life cycle
Not enough public R&D investment
Missing interdisciplinary view
91%
29%
24%
24%
21%
18%
12%
12%
6%
6%
3%
3%
0%
0%
1) Answers of German experts.
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Definition
Begriffliche Darstellung und Vision von „Industrie 4.0“ Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an den zunehmenden Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit aus den Daten en zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitorientierte und selbstorganisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie beispielsweise Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen.
Quelle: Plattform Industrie 4.0 AG 1 - 2013
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Weiterentwicklung
