Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl 26. September 2017

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ZUKUNFT DER PRODUKTION – PLATTFORMBASIERTE WERTSCHÖPFUNG IN BUSINESS ECOSYSTEMEN

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl 26. September 2017

Quelle: swissleader.ch

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Die Entwicklungsstufen der digitalen Transformation

Vom digitalen Abbild zum autonomen System

Mechatronische Systeme

1950

4 Autonomisierung

1 Digitalisierung

2 Virtualisierung

3 Vernetzung

Cyber-Physische Systeme

Autonome Systeme

1990

1980 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 Wert-schöpfungsprozesse über hochbreitbandige Telekommunikation (z.B.

Industrie IoT, Cloud Computing, CPS, 5G)

Kombination von klassischen Technologien und künstlicher Intelligenz liefern autonome, selbst-organisierende Systeme (z.B. Autonome Transportsysteme, autonome Roboter)

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4 Quelle: Nach Jason Parms in »Internet of Things: A Threat or Blessing« (2014)

50 Milliarden IoT Devices im Jahr 2020

Das IoT als Basis der „Zugangsökonomie“

2003 2010 2015 2020*

6.3 Mrd.

0.5 Mrd.

6.8 Mrd.

12.5 Mrd.

7.2 Mrd.

25 Mrd.

7.6 Mrd.

50 Mrd.

IoT Geräte Weltbevölkerung

*Prognose

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Vertikale Integration

Kernelemente der vierten industriellen Revolution

Internet of Everything(Menschen, Dienste, Dinge) Analytik (Big Data/maschinelles Lernen)

Cloudbasierte Plattformen (Privat, Community, Public) Softwaredienst (machine-skills, Apps, Plattformdienste)

Digitaler Schatten (Echtzeitmodell)

Cyber-physisches System Infrastruktur (physisch, digital)

Physische Systeme (handeln, messen, kommunizieren) Menschen (entscheiden, gestalten, kommunizieren) Produktlebenszyklus (wertschöpfend = personalisiert + nachhaltig)

Zusammenarbeit Reflektion Transaktion

Interaktion Preskription Kommunikation

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Horizontale Integration

Von B2B und B2C zu Business to User (B2U)

Back End Fokus Front End

Wertschöpfung

Fokus

Positionierung

Ecosystem

X Prosumer Produktionsnetzwerk

Fabrik

Wertschöpfungssystem

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Content Betriebsmittel

Maschinen

Online Tracking

Echtzeitzugriff auf die Informationen zu jeder Zeit an jedem Ort

Traceability Lückenlose, automatisierte Dokumentation

Transparenz

Integration aller Prozesse

Effizienz

Entscheidungshilfe und Wissenstransfer

Qualität

Tracking, Dokumentation und rechtzeitige Warnung

Analyse

Vorhersagen, Big Data Verarbeitung

»Farmnet 365« − eine Initiative aus dem Landmaschinenbau

Business Ecosystems

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IoT und IIoT Plattformanbieter

Cloudbasierte Plattformen als Backbone von Manufacturing- Ecosystemen

Konsumenten,

Business und IT Industrie, Produktion

GE PREDIX

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Strategische Entwicklung von Geschäftsideen

Ideenfindung auf Nutzenebene

Customer Jobs

Welche funktionalen Aufgaben erledigt der Kunde?

Welche Rolle hat der Kunde gegenüber seinen Kunden?

Welche Benefits erhält mein Kunde?

Beispiele: Usability, Kosteneinsparungen, Produktivitäts-

steigerung

Customer Gains

Bei welchen

Problemen wird dem Kunden geholfen?

Beispiele: Risiken, Zeitverlust, Ärgernisse Customer Pains

Auf welcher

Wertebene kann eine Lösung gefunden werden?

Wie sieht die Idee konkret aus?

Wertebene

Welche

Kernkompetenzen werden für die Lösung benötigt

Müssen diese neu aufgebaut werden?

Kernkompetenzen

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10 Quelle. weaverorb; Ries

Minimal Viable Products als Ansatz für neue Wertangebote

Geschäftsmodell-Innovation

Ein »Minimum Viable Product« (MVP) ist ein gerade eben marktfähiges Produkt…

 …das genug Wert transportiert, dass Käufer bereit sind dafür/dessen Nutzung zu bezahlen

 …das genügend zukünftige Vorteile verspricht um »early adopters«

anzusprechen

 …das ein Feedback der Kunden erlaubt, um die nutzerzentrierte

Weiterentwicklung zu lenken

 Bsp. WhatsApp

realize idea

test

learn MVP

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XaaS-Concept − Everything as a Service

Holistische Serviceorientierung führt zu neuen Wertschöpfungsstrukturen und Ökosystemen

Aufgaben Beispiele

Value as a Service (VaaS)

 Personalisierte Dienste zur Bedürfniserfüllung

(z.B. Mobilität, Gesundheit)

 Logistic as a Service (Amazon)

 Mobility as a Service (Daimler)

 Assembly as a Service (Foxconn) Modules as a

Service (MaaS)

 Offene Hard- und Softwaremodule zur

Komposition personalisierter Dienste

 Ara modules (Google)

 Apps (Runtastic)

 Autos (Local Motors)

Plattform as a Service

(PaaS)

 Life Cycle Umgebung &

Kommunikation zum

wirtschaftlichen Bereitstellen der Soft- und Hardwaremodule

 App Store (Apple)

 Produktions-Plattform (emachineshop)

 Virtual Fort Knox (FhG)

 Home Applications (First built) Infrastructure

as a Service (IaaS)

 Infrastrukturlandschaft als Basis für Plattformen und zur

Bereitstellung von Modulen

 Cloud Infrastructure (IBM)

 Mobile Communication (Telekom)

 Netze (ENBW)

Everything as a Service (XaaS)

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Seit Anfang 2015 sind anhand eines CAD- Files eines zu transportierenden Teils passende Greifer bei Schunk bestellbar.

 Reduzierung der Bestellzeit und

Sicherstellen von hohem Nutzen für den Kunden durch Integration des Kunden in den Entwicklungsprozess

 Kommunikation erfolgt über eine Online- Plattform

 Fertigung mit 3D-Druck wird vom Partnerunternehmen Materialise übernommen

Quelle. Schunk GmbH; Materialise

Fallbeispiel Schunk eGRIP

Geschäftsmodell-Innovation

Schunk Konstruktion

Plattform

Materialise Produktion Kunde

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Beispiel Trumpf: Der Kunde wird zum Prosumenten bei der Herstellung von Stanzwerkzeugen

Mass Personalization durch radikale Rationalisierung von Ineffizienzen im gesamten Wertschöpfungssystem

 Der Kunde konfiguriert und plant individuelles Stanzwerkzeug auf einer Plattform und lastet den Auftrag selbständig ein (Prosument).

 Auftragsinformationen (inkl. NC-Programme) werden automatisiert erzeugt und zum Shopfloor transferiert (CAD/CAM/Digitaler Zwilling).

 Werkstück steuert die Herstellung

(Autonome Produktion/ Digitaler Schatten).

 Mitarbeiter kooperieren mit Robotern und Maschinen (Mensch als Dirigent der Wertschöpfung).

Produktivität: +120 % Flächenbedarf: -35 %

Liefertreue: +140 % Lieferzeit: 4h statt 4 Tage

Reklamationsquote: -80 %

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Vernetzung Leistung

Metcalfe:

»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

Wissen Transparenz

Cyber-physische Systeme

 Internet der Dinge und Dienste

 Real time & at run time

 Everything as a Service

Die Basis: Rechenleistung und Vernetzung

Moore und Metcalfe behalten recht und bestimmen die Möglichkeiten und Wert eines Unternehmens

Bildquellen: wikipedia.de, ibm.com, abcnews.com

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Überschrift Kapitel Smart Factory −

Konzept und Potenziale

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An der Schwelle zur 4. Industriellen Revolution

Steigende Komplexität führt zu neuen Wertschöpfungssystemen

In Anlehnung an: The Global Manufacturing Revolution; Quellen: Ford, beetleworld.net, bmw.de, dw.de

Produktvolumen pro Variante

Produktvielfalt 1850

1913 1955

1980

2000 Massenproduktion

z.B. Smartphone für Afrika

z.B. 3D-Druck z.B. BMW online car configurator z.B. VW Käfer

»People can have the Model T in any colour so long as it‘s black.«

Henry Ford (1913)

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Fünf Handlungsfelder für die Wertschöpfungsmodelle der Zukunft

 Optimale Verteilung der Wertschöpfung im Ecosystem

 Optimale Verteilung und Adaption der Funktionalitäten in der cyber- physischen System Architektur

 Massendatenbasierte Prognose von Zukünften

 Herstellung von personalisierter Hardware

 Verschwendungsfreie und personalisierte

Mensch-Maschine-Interaktion

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18

ARENA2036 – Stuttgart Research Campus

Active Research Environment for the Next Generation of Automobiles

PPP

15 Jahre

Forschungsfabrik als Integrationsplattform

HDM dazu

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Prozess- modul Prozess-

modul

Prozess- modul Prozess-

modul

Prozess- modul Prozess-

modul

Prozess- modul Prozess-

modul

Prozess- modul Prozess-

modul

Prozess- modul Prozess-

modul Prozess-

modul Prozess-

modul

Prozess- modul Prozess-

modul

Prozess- modul Prozess-

modul

Prozess- modul Prozess-

modul Varianten

Montageintegrierte Fertigungsprozesse

Kontextbasierte Planung und Steu- erung, unterstützt durch Apps

Lernende und selbst konfigurierende Simulationsmodelle

Big Data basierte Mustererkennung zur Optimierung

Mensch-Roboter Kooperation

Autonome Transport- systeme und smarte Ladungsträger

Steuerung aus der Cloud /Plug and Produce

Augmented Ope-rator als Dirigent der

Wertschöpfung 1

1 3 2

3 2

Automobilproduktion morgen – Entkopplung von Band und Takt durch flexibel vernetzbare und skalierbare

Prozessmodule im Produktionsraum

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Beispiel SEW Eurodrive – Flexible Vernetzung von schlanken Wertschöpfungszellen

Mitarbeiter als Dirigent der Wertschöpfung

Quelle: SEW Eurodrive

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Verknüpfung der Drehmaschine mit Cloud-Service

 Cloud Plug sendet Sensordaten an Sense&Act System

 Bei Erreichen/Unterschreiten

eines Schwellwerts wird eine Aktion ausgelöst

 z.B. Maschinenampel oder Email an Techniker

Cloud Plug – CPS Retrofitting

Anwendungsfall

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Alle Objekte in der Fabrik werden smart

iBin − Intelligente Behälter bestellen ihre Befüllung autonom

Quelle: Fraunhofer IML, Prof. Dr. Michael ten Hompel

Mit einer integrierten Kamera

und im Zusammenspiel mit seiner Cloud zählt der iBin die Teile, die in ihm liegen.

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Alle Objekte in der Fabrik werden weitestgehend mobil

Beispiel: Audi R8 – frei navigierendes FTS (navigation as a service)

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Alle Entitäten der Fabrik haben einen

»Digitalen Schatten«

Beispiel: Motion Capturing zur Rückführung der realen Abläufe

in die Planungsmodelle

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Smarte Optimierung der Produktivität

Beispiel: Automatisierte Erkennung von Abhängigkeiten zwischen Prozessen und Ableiten von Verbesserungspotenzialen

Durch

 »Minimalinvasive« Prozessbeobachtung mit Kameras ohne aufwendige

Systemintegration

 Merkmalsbasierte Konfiguration und

Wiedererkennung von Zuständen in den Videos mittels adaptiver Auswertealgorithmen

Vorteile

 Echtzeitnahe Prozessanalyse mit direkter Zuordnung von Verlustursachen

 Ermittlung und quantitative Bewertung von Potenzialen zur Prozessoptimierung

 Ständige Transparenz durch Bereitstellung der Störungen und Anlagenzustände

für Bediener und Planer

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Unternehmenspotenziale durch Industrie 4.0

Experten 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-

ivität

-30 % Lager- abbau

Abschätzung der Nutzenpotenziale

Quelle: IPA/Bauernhansl, Bosch

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Stimmen zur Änderung in der Beschäftigung durch Industrie 4.0

Quelle: oxfordmartin.ox.ac.uk/downloads/academic/The_Future_of_Employment.pdf, ing-diba.de/pdf/ueber-uns/presse/publikationen/ing-diba-economic-research-die-roboter-

47 % der heutigen US- Jobs in Gefahr (Frey, Osborne), 51 % der dt.

Jobs (Bowles)

18,3 Mio Arbeitsplätze sind bedroht

Bis 2025 entstehen in D netto 350.000 Jobs

Bis 2025 gehen in D netto 60.000 Jobs verloren 12 % der

deutschen und 9 % der US- Jobs in Gefahr

Bis 2020 5 Mio weniger Jobs durch Industrie

[Frey, Osborne, 2013;

Bowles 2014]

[ING DiBa, 2015] [BCG, 2015] [ZEW, 2015] [IAB, 2015] [WEF, 2016]

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Industrie 4.0 wird das Produktivitätswachstum beschleunigen

Die Produktivität der deutschen Wirtschaft wird bis 2025 um fast zwölf Prozent steigen

Quelle: Statistisches Bundesamt, Fraunhofer IAO, IAB, DZ BANK AG.

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Eric Emerson Schmidt (* 27. April 1955 ) seit April 2011 Executive Chairman (davor Chief Executive Officer) von Google und gehört seit 2009 zum Beraterteam des

»Die umfassende Vernetzung führt uns in eine höchst personalisierte,

höchst interaktive und sehr,

sehr interessante Welt. «

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 Hervorgegangen aus dem erfolgreichen Werk

»Industrie 4.0 in Produktion,

Automatisierung und Logistik« Detaillierte Einführung in Industrie 4.0

 Zahlreiche Beispiele aus der Praxis

 Anschauliche Beschreibung der Basistechnologien

 12 neue Kapitel, über 800 Seiten

ISBN 978-3-662-45278-3

Erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0

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ZUKUNFT DER PRODUKTION – PLATTFORMBASIERTE WERTSCHÖPFUNG IN BUSINESS ECOSYSTEMEN

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl

26. September 2017

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