18
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart DIGITALISIERUNG & ULTRAEFFIZIENZFABRIK Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl 12. Juli 2017 Quelle: swissleader.ch
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
1
DIGITALISIERUNG & ULTRAEFFIZIENZFABRIK
Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl12. Juli 2017
Quelle: swissleader.ch
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
2
Verlustfrei produzieren in lebenswerter Umgebung
Die Ultraeffizienzfabrik ist ein neuartiger Ansatz, um effizient mit so wenig Material und Energie wie nötig
effektiv zu produzieren.
Material und Energie fließen im Kreislauf und dienen immer wieder als Ausgangspunkt der Produktion.
Die anpassungsfähige, emissionsfreie Fabrik sichert ein ökologisches und soziales Umfeld,
integriert in die urbane Umgebung.
Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen UmfeldEffektivität und Effizienz in der industriellen Wertschöpfung
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
3
Die Entwicklungsstufen der digitalen Transformation
Plattformbasierte Vernetzung und künstliche Intelligenz führen zu autonomen und dezentral agierenden Systemen
MechatronischeSysteme
1950
4 Autonomis ierung
1 Digitalis ierung
2 Virtualis ierung
3 VernetzungCyber-Physische
Systeme
Autonome Systeme
19901980 2000
Digitales Abbild analoger Prozesse (z.B. NC-Technologie, 2-D CAD, MRP/ERP)
Digitale Modellierung von Prozessen (z.B. CAD/CAM, FEM, Digitale Fabrik)
Vernetzung der gesamten Wertschöpfungsprozesse über hochbreitbandige Telekommunikation (z.B. Industrie IoT, Cloud Computing, CPS, 5G)
Kombination von klassischen Technologien und künstlicher Intelligenz liefern autonome, selbstorganisierende Systeme (z.B. Autonome Transportsysteme, autonome Roboter)
Quellen: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/TNC135_72dpi.jpg, cad.de, https://www.linkedin.com/pulse/overview-cyber-physical-systems-future-production-engin-deniz, http://www.ingenieur.de/Logistik-fuer-Unternehmen/2015/Ausgabe-07-08/Fachteil/FTS-Ballett-im-Materialfluss
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
4
Nutzen ohne BesitzenSharing Econony
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
5
Additive ManufacturingInformationsfluss statt Materialtransport
Additive Manufacturing (3D-printing)
3D-Druck auf dem Höhepunkt für Consumer-Anwendungen (Gartner)
Der industrielle Bereich erreicht die optimalen Produktivität erst in 2−5 Jahren.
Neuentwicklungen im Bereich
Materialauswahl und -entwicklung
Geschwindigkeit
zunehmende Präzision
zunehmende mechanische Belast-barkeit der Bauteile
Quellen: Arburg, Fraunhofer IPA
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
6
Potentiale der ZugangsökonomieBeispiel Adidas: 3D-Druck, lokale Produktion und Personalisierung durch Prosumer Konzept
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
7
Das Smart Grid wächst auch in Unternehmen
Unternehmen werden energetische Prosumer
Flexibilität
Effizienz
Transparenz
Qualität
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
8
Vernetzung LeistungMetcalfe:
»Der Nutzen eines Kommunikations-
systems wächst mit dem Quadrat der
Anzahl der Teilnehmer.«
Moore:
»Die Rechnerleistung verdoppelt
sich alle 18 Monate.«
Ökosysteme für Smart Business Modelle
WissenTransparenz Cyber-physische Systeme
Internet der Dinge und Dienste
Real time & at run time
Everything as a Service
Die Basis: Rechenleistung und VernetzungMoore und Metcalfe behalten recht und bestimmen die Möglichkeiten und Wert eines Unternehmens
Bildquellen: wikipedia.de, ibm.com, abcnews.com
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
9
Digitalisierung & UltraeffizienzDigitalisierung als Treiber nachhaltigen Wirtschaftens
IKT ermöglicht eine gesteigerte Transparenz innerhalb der Produktion
Durch Digitalisierung und insbesondere durch IKT rückt der Kunde vermehrt in den Fokus – bei gleichzeitig steigender Ressourceneffizienz
Quelle: http://smarter2030.gesi.org/downloads/Full_report.pdf
3,6
2,7
2,0
2,0
1,8
12,1Globales CO2 Einsparungspotential nach Sektoren bis 2030 [Gt]
Mobilität Produktion Land-wirtschaft
Gebäude Energie Einsparungs-potentiale durch IKT
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
10
Unternehmenspotenziale durch die digitale TransformationExperten erwarten eine Gesamt-Performance-Steigerung von 30–50 % in der Wertschöpfung
Pilotprojekt von Bosch, bei dem der gesamte Versandprozess über das werksinterne Logistikzentrum in einem Industrie 4.0-Projekt neu strukturiert wurde.
-10 %Milkruns
+10 %Produkt-
iv ität
-30 %Lager-abbau
Abschätzung der Nutzenpotenziale
Quelle: IPA/Bauernhansl, Bosch
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
11
Die Entwicklungsstufen der biologischen Transformation
Das Gemachte wird dem Geborenen immer ähnlicher und verschmilzt zur biorganischen Systemen
BiokopierteSysteme
1950
4 Biorganik
1 Biotechnik
2 Bionik
3 BiosystemikBioadaptierte
systeme
19901980 2000
Nutzung bio-chemischer Prozesse, z.B. Fermentierung, Lackierung, Gärung
Inspiration durch biologische Prinzipien, z.B. Lotus-Effekt, Haifischhaut, Elefantenrüssel
Adaption biologischer Lösungen, z.B. Fraktale Fabrik,genetische Algorithmen,kybernetische Systeme, Kreislaufwirtschaft
Verschmelzen von Technik und Biologie, z.B. Bio-Sensoren, Exo-Skelette, selbstheilende Oberflächen
Biointegriertesysteme
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
12
Biologische TransformationSystematische Anwendung des Wissens über natürliche Prozesse bzw. die Natur zum Zweck der Optimierung der industriellen Wertschöpfung
Systematische Imitation natürlicher Prozesse(z.B. künstliche Photosynthese zur Bindung von CO2 und Erzeugung von Energie oder der Nutzung von Schwarmalgorithmen zur Steuerung von Transportsystemen),
Systematische Nutzung von Synergiepotentialen zwischen der industriellen Wertschöpfung und der Natur (z.B. Implementierung natürlicher Filtermechanismen zur Schließung von Wertschöpfungskreisläufen, die Nutzung von Mikroorganismen zur Rückgewinnung von seltenen Erden aus Magneten)
Systematische Applikation der Natur als Produktionssystem an sich durch Einsatz Gentechnik(z.B. Erzeugung gentechnisch veränderter Produkte mit Hilfe der CRISPR/Cas-Methode)
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
13
Imitation von natürlichen LernprozessenBeispiel Goolge – Unüberwachtes Lernen im Roboterschwarm
Quelle: i.ytimg.com/vi/H4V6NZLNu-c/hqdefault.jpg
Hand-Auge-Koordination bei Robotern (Google)
14 Roboter lernten simultan in ~800.000 Greifversuchen unterschiedliche Objekte aus einer Kiste zu greifen, verwendet wird je eine monokulare Kamera
Mehrere Roboter tauschen ihre Erfahrung aus
Auch unbekannte Objekte werden gegriffen. Abweichungen in Kamerapositionen werden ausgeglichen durch die Robustheit der Algorithmen
Nächster Schritt: Lernen im virtuellen Raum
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
14
Synergien zwischen Mensch und TechnikBeispiel: Exoskelett– Mensch und Technik verschmelzen zu einem hoch integrierten Arbeitssystem
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
15
Synergien zwischen Mensch und TechnikBeispiel Bioleching: Gewinnung von Schwermetallen durch chemische Umwandlung von unlöslichen Erzmineralen zu wasserlöslichen Salzen durch Mikroorganismen
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
16
Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen UmfeldGanzheitlicher Ansatz zur nachhaltigen Produktion
Dig
ita
le T
ran
sfo
rma
tio
n
Bio
log
isch
e T
ran
sfo
rma
tio
n
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
17
»Wenn der Wind des Wandels weht, bauen die einen Mauern,
die anderen Windmühlen.«
(chinesisches Sprichwort)
© Fraunhofer IPA, IFF Universität Stuttgart
18
DIGITALISIERUNG & ULTRAEFFIZIENZFABRIK
Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl12. Juli 2017
Quelle: swissleader.ch
