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Gebäude neu nutzen– Unterwegs in die vierte industrielle Revolution
Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart
2. BEOS Forum »Weiter Denken«, Berlin, 26. September 2014
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Quellen: BITKOM, EMC, 2012.
2004
1998
1994
1991
www 1981
Internet
1438 1878 1896 1926 1938 1947 1969
Datenvolumen [in byte]
Mega Giga Tera Peta
Exa
Zetta
Erster Computer Transistor
Buchdruck
Industrie 4.0 Cloud Computing Big Data / Datability Mobile
2006
2007
2014
Datenvolumen 2012: 2,8 Zettabyte 2.800.000.000.000.000.000.000 Byte
Prognosen für Datenvolumen 2015: 12 Zettabyte Datenvolumen 2020: 40 Zettabyte
die erzeugten Datenmengen steigen exponentiell mit dem Ausmaß der Vernetzung.
Datenmengen verdoppeln sich alle 2 Jahre
Zum Vergleich: 40 Zettabytes ≙ x 57
Menge an Sandkörnern aller Strände dieser Welt
Digitalisierung und Vernetzung Das Wachstum der Datenmengen im Zeitverlauf
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Megatrend DIGITALISIERUNG erreicht auch die Produktion und die industrielle Wertschöpfung
Starkes Wachstum vernetzter Geräte: 2003: 0,5 Mrd. 2020: 50 Mrd. vernetzte Geräte.
Das Potenzial des mobilen Internets und des Internets der Dinge wird auf weltweit jährlich bis zu 17 Billionen Dollar geschätzt.
Ein Großteil der Forschungs- und Entwicklungsausgaben wird in der Industrie getätigt: 2012: 57,5 Mrd. EUR; 86,5 Prozent Anteil der Gesamtwirtschaft.
Neue Arbeits-, Lebens- und Wohnformen sowie partizipativer Prozesse erreichen auch die Industrie.
Einsatz von Mobilgeräten, Apps, Social Media und Cloud-Lösungen auf dem industriellen Shopfloor noch so gut wie unbekannt.
Quellen: Cisco 2013, McKinsey Global Institute 2013, Bildquellen: FAZ, Richardson, Fraunhofer IAO
Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ermöglicht den Ausbau der heutigen Stärke des Wirtschaftsstandorts Deutschland.
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Industrie 4.0 Chance für den Industriestandort Deutschland
Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen.
Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart Building, Smart Health
Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit eingebetteter Hard- und Software (re-)agieren mit ihrer Umwelt
Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung der Industrie das Potenzial einer vierten industrielle Revolution
Quellen: DB Research 2014, Forschungsunion 2013, Bildquellen: Siemens, VW
Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ermöglicht den Ausbau der heutigen Stärke des Wirtschaftsstandorts Deutschland.
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Praxisbeispiel: Entwickler-Kits für das Internet der Dinge
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Erste Anwendungsfälle auf dem Weg zur Fabrik 4.0
Social Machines
Mobilgeräte in der Produktion
Kooperative Leichtbau-Robotik
Smart Factories und intelligente Objekte
Predictive Maintenance
Smart Data Analytics
Unternehmens-App Stores
Ganzheitliche Ansätze: »4.0-Enterprises«
Quellen: DB Research 2014, Forschungsunion 2013, Bildquellen: Siemens, VW
Die Technologien sind größtenteils vorhanden –jetzt gilt es, diese wirt-schaftlich umzusetzen und tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln.
CLAAS TRUMPF
FRAUNHOFER IAO ITIZZIMO + X
KUKA WÜRTH
DFKI SIEMENS SCHNAITHMANN
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Erwartetes Potenzial von Industrie 4.0
Ziel ist die Produktion von kundenindividuellen Lösungen in Losgröße 1 zu Kosten der Massenproduktion.
Reduzierung von Komplexitätskosten als wesentlicher Mehrwert (Kommunikation, Koordination, Interaktion)
Für die Kernbranchen wird eine jährliche BIP-Steigerung von bis zu 1,7 Prozent erwartet
Wahrung der Rolle Deutschlands als Ausrüster der Welt
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Bildquellen: Technology Review, Economist 1/2014
Industriebeschäftigte in Deutschland
(destatis, DB Research, 2014)
Die Auswirkungen auf die Beschäftigung sind noch nicht (quantifiziert) absehbar – »alte« Jobs sind bedroht ; »neue« Jobs werden entstehen.
Risiko von bis zu 45 Prozent Arbeitsplatzabbau über die nächsten 20 Jahre
Erfahrung eines realen Beschäftigungswachstums
trotz oder wegen Technologieinnovationen
Vs.
Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Am Thema »Arbeit« scheiden sich die Geister
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Wachsende Weltbevölkerung
Alterung der Gesellschaften
Schrumpfende Bevölkerungen
Anwachsende Migrationsströme
Selbstbestimmtes Leben bis in hohe Alter
Gute geistige und körperliche Fitness
Zweiter Aufbruch in der Rentenphase
Female Shift – Frauen auf dem Vormarsch
Generation Y mit neuen Vorstellungen einer flexiblen und selbstbestimmten Lebens- und Arbeitsweise
Megatrend Demografischer Wandel Nicht nur die Arbeit, sondern auch die Menschen ändern sich.
Die Unterschiede zwischen den Lebenswelten von junger und mittlerer Generation sind im Vergleich zu früher…
Basis: Bundesrepublik Deutschland, Bevölkerung ab 14 Jahre, in Prozent, Nicht dargestellt: Unentschieden, keine Angabe Quelle: Jacobs Krönung-Studie, Institut für Demoskopie Allensbach, 2013
Es entsteht eine hohe Diversity in der Gesellschaft: Junge und Alte, Frauen und Männer, unterschiedliche Kulturen, Religionen und Lebensanschauungen.
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»Die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind.«
[Bernhard Diegner, ZVEI aus IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0«]
© James Thew
Auswirkungen auf die Gebäudenutzung
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Nutzungszyklen von Infrastruktur verkürzen sich weiter. Der wachsende IT-Anteil verschärft das Dilemma der Investitionszyklen.
Nutzungs-/ Lebenszyklus Gebäude
Produkte/ Technologien
Prozesse/ Akteure
2020 2025 2030 heute
IT/ Software
Sanierung/ Umnutzung
Neubau
Umnutzung/ Rückbau und
Recycling
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Konsequenz #1: Gebäude werden integrierter Steigerung der Prozesseffizienz durch das Gebäude
Gebäude, Produktionsequipment und Produktionsprozesse werden sensitiver; die Anzahl der eingesetzten Sensoren wird zunehmen
Vernetzung des Gebäudes mit Produktionsprozessen nimmt zu (bspw. Nutzung, Speicherung und Bereitstellung von Prozesswärme)
Prozessdatenauswertung ermöglicht echtzeitnahe Anpassung der Gebäudeautomatisierung auf notwendige Prozessparameter (Licht, Lärm, Raumluftqualität)
Verkürzung von Rüst- und Anfahrzeiten und bessere Prozessqualität durch Abstimmung von Gebäude und (Fertigungs-)anlagen
Die Vernetzung der Produktion wird nicht am Fabriktor aufhören. Intelligente Gebäude und Prozessintegration werden wichtiger.
Bildquellen: Wittenstein, Fraunhofer IAO, Fraunhofer IWU
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Konsequenz #2: Bandbreite wird Standortfaktor Schnelles Internet wird (mindestens) so wichtig wie klassische Infrastruktur
Die Vernetzung der Produktion erhöht das Datenvolumen und löst erhöhte Anforderungen an die Bandbreite und Geschwindigkeit der Datenübertragung aus.
Datenschutz- und Datensicherheitslösungen werden zusätzliche Bandbreite benötigen und die Nachfrage verstärken.
Verfügbare Infrastruktur zur standortinternen Datenübertragung wird vorhanden sein und funktionieren.
Kabelgebundene und kabellose Bandbreite ab Werktor wird zukünftig auch in der Industrie zum begrenzenden Faktor – gerade im ländlichen Raum.
Standortfragen werden neu zu klären sein.
Neben der Anbindung an Verkehrsträger und Erschließung der Fläche
wird die digitale Infrastruktur massiv an Bedeutung gewinnen.
Die größten Gefahren : gestern und heute
Bildquellen: salzkotten.de, gulas.sk
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Konsequenz #3: Gebäude werden smarter Der Verfall der Sensorpreise ermöglicht neue Anwendungen
In vielen Bereichen wird das Bedienverhältnis (Mitarbeiter pro Maschine) sinken.
Neue Formen der Nutzerinteraktion wie schwarmintelligente Gebäudeautomation (Licht-Auren, Aktivitätenbasierte Gebäudesteuerung) gewinnen an Bedeutung
Funkvernetzte Ad Hoc-Sensornetzwerke ermöglichen nutzerzentrierte Anwendungen für unterschiedliche Szenarien (Normalbetrieb, Condition Monitoring, Wartung, Remote-Steuerung).
Kabellose Lösungen ermöglichen es mit autarker Energieversorgungseinheit, mehr Messdaten an den einzelnen Sensoren zu erfassen und gleichzeitig den Installationsaufwand zu reduzieren.
Bildquellen: Enocean.inc, Fraunhofer IZM, Venco Campus
Intelligenz im Gebäude wird zunehmen. Wie bei Bürogebäuden wird die Komplettautomation vermutlich vom Nutzer abgelehnt.
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Konsequenz #4: Gebäude werden flexibler Anpassungsfähigkeit der Gebäude wird zunehmen.
Wandlungsfähigkeit von Anlagen, Organisationen und Prozessen gewinnt als Produktionsparadigma weiter an Bedeutung
Kurzfristige Flexibilität der Unternehmensprozesse erfordert flexible Flächennutzung und Umnutzungen (bspw. Fertigung, Montage, Logistik)
Kürzere Innovationszyklen und Variantenanstieg fördern Integration von Produktentstehung und Produktion
Wissensarbeit und Produktionsarbeit wachsen zusammen; manufakturnahe Hybridbereiche für Prozessanläufe und -qualifizierungen entstehen
Verkürzte Vergabeentscheidungen forcieren kurzfristigere Investitionsdenke
Langfristiges Commitment für gleichbleibende Flächennutzungen wird es zukünftig nicht mehr geben. Gebäude müssen nutzungsflexibel werden.
Bildquellen: Fraunhofer IAO, ZKM Karlsruhe manpower
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Aber vielleicht kommt ja alles ganz anders… 3-D-Druck als die (vielleicht) nächste disruptive Technologie
Bildquellen: makerspace.org.uk, klonblog.de, Chip
Die Potenziale additiver Fertigungstechnologien zur flächendeckenden Substitution von Produktionsprozessen sind heute noch nicht bekannt.
Additive Fertigungstechnologien (3-D-Druck) verschiedener Werkstoffe ermöglichen durchgängige Produktindividualisierung
Für die meisten Anwendungen ist die Technologie (noch) zu teuer, zu langsam und zu ungenau
Um den (Plastik)-3-D-Druck entsteht und wächst bereits eine eigene Infrastruktur mit Entwicklungsplattformen, Ideenbörsen und Fabriken (Makerspaces, FabLabs)
Durchbruch der Technologien hätte eine radikal veränderte führende Produktionsorganisation zur Folge: kleinteilige Manufakturen in Kundennähe, 3-D-Copyshops
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Wie kann man sich vorbereiten? Ein paar Thesen zum Abschluss
1. Die Zeit der langer starrer Investitionszyklen und riesiger Industriekomplexe ist (in Europa) vorbei.
2. Flexibilität und Funktionsvarianz werden zum marktrelevanten Unterscheidungsmerkmal für Industriegebäude.
3. Die aktive Einbindung des Gebäudes durch Sensorik und Aktorik (Visualisierungsmöglichkeiten, Multifunktionshüllen) ermöglicht produktivere Wertschöpfungsprozesse.
4. Urbane Produktion ermöglicht die Funktionsdurchmischung von Wohnen, Leben und Arbeiten und bietet somit eine Antwort auf zunehmend flexiblere Lebensentwürfe der Mitarbeiter
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Dr.-Ing. Sebastian Schlund
Leiter Competence Center Produktionsmanagement
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