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2017 | Buch

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Handbuch Industrie 4.0 Bd.1

Produktion

herausgegeben von: Birgit Vogel-Heuser, Thomas Bauernhansl, Michael ten Hompel

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Springer Reference Technik

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Mit der Neuauflage des erfolgreichen Werkes wird die Geschichte der vierten industriellen Revolution fortgeschrieben und der Dynamik Rechnung getragen, mit der diese Vision in den vergangenen zwei bis drei Jahren weiterentwickelt und verwirklicht wurde.

Experten aus Wissenschaft und Technik beleuchten verschiedene Facetten der Industrie 4.0 und schaffen gleichermaßen einen Überblick über den Stand der Technik und die Vision selbst. Dies gelingt nicht zuletzt mit einer guten Mischung aus wissenschaftlichen Erkenntnissen, Praxisbeispielen und Übersichtsbeiträgen. Thematisch reicht das Spektrum von Basistechnologien (z. B. cyber-physische Systeme) über Integrations- und Migrationsansätze bis hin zu Geschäftsmodellen und Dienstleistungen. Zudem werden neben der Datensicherheit auch rechtliche Aspekte thematisiert.

Die zweite Auflage wurde bearbeitet und erweitert, erscheint nun in 4 Bänden. Dieser erste Band umfasst die neuen und erneuerten Beiträge zur Industrie 4.0 in der Produktion.

Online ist dieses Nachschlagewerk auch über Springer Reference verfügbar.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Industrie-4.0-Anwendungsszenarien

Frontmatter

Use Case Production

Von CIM über Lean Production zu Industrie 4.0

Zusammenfassung

Die wachsende Innovationsgeschwindigkeit hat den Druck auf die Unternehmen erhöht. Künftig werden reale und virtuelle Welt miteinander verschmelzen und ganzheitlich miteinander vernetzt sein. Wie in der Vergangenheit braucht ein Unternehmen auch in der Zukunft ein stabiles Fundament. Tatsächlich realisierbar sind die Ansätze von Industrie 4.0 nur dann, wenn eine fehler- und störungsfreie Automatisierung in allen Prozessen und dadurch eine hohe Verfügbarkeit erreicht wird. Die Herausforderung, die es dabei zu meistern gilt: Mensch, Technik und IT im Arbeitsprozess intelligent miteinander kombinieren (vergl. Soder 2015).

Johann Soder

Wandlungsfähige Produktionssysteme für den Automobilbau der Zukunft

Zusammenfassung

Es werden nach einer Motivation und einer begrifflichen Einordnung zunächst wandlungsfähige Produktionslösungen der laufenden Produktion vorgesellt, darunter kooperierende Roboter, skalierbare Produktionssysteme und Montagemodule zur Automatisierung in Fließbetrieb. Besonderes Augenmerk wird auf die sensitive Robotik gelegt mit Schilderung der weltweit ersten Serienlösung sowie umfassender Mensch-Roboter-Kooperationslösungen. Schließlich werden die Inhalte der Arena2036 zur ganzheitlichen Abstimmung von Produkt, Wertschöpfungsketten, Betriebsmitteln sowie der notwendigen Organisation vorgestellt.

Dieter Steegmüller, Michael Zürn

Cyber-physische Produktionssysteme (CPPS)

Frontmatter

iBin – Anthropomatik schafft revolutionäre Logistiklösungen

Zusammenfassung

Der Beitrag setzt sich mit dem Paradigmenwechsel im Kontext von Industrie 4.0 auseinander. Im Zeitalter der Informationsvernetzung greifen neue Mechanismen zur Steigerung der Wertschöpfungseffektivität und -effizienz: nicht tiefes Expertenwissen ist der entscheidende Wettbewerbsfaktor, sondern intelligentes Vernetzen vorhandener Informationsbausteine, welches neue Synergieebenen schafft. Am Beispiel des neuartigen Logistiksystems iBin wird dargelegt, wie durch die Vernetzung von Logistikprozessen und die Einbindung von Kontextwissen eine neue Wertschöpfungsebene erreicht wird.

Franz-Josef Hoffmann

Steuerung aus der Cloud

Zusammenfassung

Im Kontext von Industrie 4.0 stellen die Steuerungssysteme und deren Vernetzung mit Aktoren und Sensoren in Maschinen und Produktionssystemen eine der wichtigsten Basistechnologien dar. Insbesondere durch die Verschmelzung von Informationstechnologien und Steuerungsaufgaben sind neuartige Steuerungsarchitekturen möglich und sinnvoll. Mit den bestehenden starren Steuerungsarchitekturen und -Systemen lassen sich innovative Konfigurations-, Planungs- und Optimierungsalgorithmen nicht umsetzen. Aus diesem Grund wird im Folgenden eine zukunftsfähige Steuerungsarchitektur näher erläutert.

Armin Lechler, Jan Schlechtendahl

Cyberphysische Systeme für die prädiktive Instandhaltung

Zusammenfassung

Durch die Entwicklungen der vergangenen Jahre hin zu technisch komplexeren Maschinen und Anlagen steigt die Bedeutung der Instandhaltung als wesentlichem Schlüssel zur Sicherung der Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen. Wesentliche Ansatzpunkte zur Verbesserung sind hier die Verfügbarkeit von Informationen, voraussagende Instandhaltungsstrategien und eine verbesserte Informationsbereitstellung. Diese können auf technischer Ebene durch spezialisierte Cyberphysische Systeme realisiert werden. In diesem Beitrag wird ein Überblick über die wesentlichen Bausteine, aus smarten Komponenten, smarten Planungssystemen und smarten Benutzerschnittstellen gegeben, die für eine erfolgreiche Umsetzung notwendig sind.

Dominik Lucke, Marcus Defranceski, Thomas Adolf

Vertikale und horizontale Integration der Wertschöpfungskette

Frontmatter

Horizontale Integration der Wertschöpfungskette in der Halbleiterindustrie

Zusammenfassung

Die Mikroelektronik ist die Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0. Sie ermöglicht es, durch immer kleinere und leistungsfähigere Produkte die Effizienz, die Sicherheit und die Energieeffizienz von Anlagen und Geräten zu steigern. Halbleiter, sprich Mikrocontroller und Leistungsbauelemente sind das Gehirn und die Muskeln intelligenter Systeme. Die Intelligenz der Systeme entsteht in einer intelligenten Fabrik aus der Verbindung von Elektronik, Mechanik und übergreifenden Systemansätzen. Dazu kommen die enormen Fortschritte in der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT), die es ermöglichen, zunehmend eingebettete Systeme miteinander zu vernetzen.

Thomas Kaufmann, Lisa Forstner

Sozio-technische Systeme in der Industrie 4.0

Frontmatter

Safety in der Industrie 4.0

Herausforderungen und Lösungsansätze

Zusammenfassung

In der Industrie 4.0 kommen modulare und adaptive Systeme zum Einsatz. Daraus ergeben sich zahlreiche Herausforderungen für den Nachweis der Betriebssicherheit (Safety). Dieses Kapitel zeigt die wesentlichen Herausforderungen an das Safety-Engineering auf und erläutert mögliche Lösungskonzepte. Dazu gibt das Kapitel einen Überblick zu modularen Sicherheitsnachweisverfahren, welche die flexible und sichere Komposition von Anlagen unterstützen. Zudem werden Ansätze zur Laufzeitzertifizierung vorgestellt, welche es ermöglichen, Anlagen zur Laufzeit sicher dynamisch zu rekonfigurieren.

Peter Liggesmeyer, Mario Trapp

Weiterbildung und Kompetenzentwicklung für die Industrie 4.0

Zusammenfassung

Dieser Beitrag widmet sich der Frage nach Kompetenzbedarfen aufgrund der Einführung von Industrie 4.0. Da sich Industrie 4.0 noch in der Entwicklung befindet und der Verbreitungsgrad eher noch gering ist, werden hier Tendenzaussagen über Kompetenzanforderungen im Kontext von zwei polar entgegengesetzten Szenarien getroffen. Die tatsächlichen Kompetenzbedarfe dürften davon abhängen, welche zwischen diesen Extremszenarien liegenden Entwicklungsoptionen die Unternehmen wählen. Ausgewählte Anwendungsfälle können dazu dienen, solche Optionen zu beschreiben und in Verbindung mit den Szenarien Aussagen über Kompetenzanforderungen auf der mittleren und oberen Qualifikationsebene zu treffen. Komplettiert wird der Beitrag durch eine Übersicht zur Verfügung stehender Verfahren zur Ermittlung von Kompetenzanforderungen sowie Anforderungen an Weiterbildung im Kontext von Industrie 4.0.

Wilhelm Bauer, Bernd Dworschak, Helmut Zaiser

Verkürzte Entscheidungsfindung in der Produktion

Erweiterte Remote-Unterstützung mit Hilfe mobiler Endgeräte

Zusammenfassung

Technologischer Fortschritt hilft die Effizienz von Produktionssystemen stetig zu steigern. Auch der Mensch inmitten dieser Systeme ist darauf angewiesen neue Technologien zur Unterstützung seiner täglichen Arbeit zu erhalten. Damit Mitarbeiter gezielt und schnell die Hilfe anderer hinzuziehen können, wird ein Video- und Audio-Livestream zwischen Smartphones aufgebaut. Über diesen können spezifische Situationen diskutiert werden ohne dass alle Personen anwesend sein müssen, wobei grafische Interaktionsmöglichkeiten aller Teilnehmer die Kommunikation wesentlich vereinfachen. Augmented Reality wird genutzt, um die daraus gewonnenen Informationen nachhaltig zur Verfügung zu stellen.

Marcus Defranceski

Der Mensch in der Industrie – Innovative Unterstützung durch Augmented Reality

Zusammenfassung

Durch die fortschreitende Technisierung und Automatisierung industrieller Prozesse im Zuge der vierten industriellen Revolution stellt sich immer häufiger die Frage, was der Mensch in der Fabrik von Morgen für eine Rolle spielt. Damit er nicht als Fremdkörper, sondern als steuernder sowie als überwachender Akteur in diese modernen Prozesse eingebunden wird, bedarf es innovativer und adaptiver Benutzerschnittstellen. Augmented Reality (AR) erlaubt es, dem Benutzer Informationen situationsabhängig dort anzuzeigen, wo sie benötigt werden: Direkt im Blickfeld und auf dem betreffenden Objekt. Innerhalb des Forschungsprojektes SmARPro wird ein System entwickelt, das Informationen kontext- und rollenbasiert aufbereitet und über Augmented Reality dem Benutzer zur Verfügung stellt.

Jana Jost, Thomas Kirks, Benedikt Mättig, Alexander Sinsel, Thies Uwe Trapp

Plattformen für Industrie 4.0 und IT-Sicherheit

Frontmatter

Sichere Industrie-4.0-Plattformen auf Basis von Community-Clouds

Zusammenfassung

Der Beitrag beschreibt die Konzeption und prototypische Realisierung einer föderativen und zugleich hochsicheren IKT-Plattform für die Kooperation in horizontalen Wertschöpfungsnetzwerken, die im Rahmen der Forschungsinitiative Virtual Fort Knox erstellt wurden. Beschrieben werden die technischen Aspekte der IKT-Infrastruktur, Konzepte und Lösungen für die Sicherheit sowie die sozio-emotionalen Einflussfaktoren, insbesondere die Rolle von Vertrauen und Akzeptanz beim Aufbau und Betrieb solcher kooperativen Plattformen. Abschließend wird auf neue Geschäftsmodelle und deren Bewertung eingegangen.

Johannes Diemer

Einführungsszenarien zur Industrie-4.0-Fertigung

Frontmatter

SPS-Automatisierung mit den Technologien der IT-Welt verbinden

Zusammenfassung

Mit der Vernetzung von Produktionstechnologien und IT-Welt in der Industrie 4.0 steigt die Bedeutung von Software für den Maschinenbau. Am Beispiel der Lösung Open Core Engineering (OCE) von Bosch Rexroth, werden die Möglichkeiten aufgezeigt, die sich aus der Verschmelzung von SPS-Automatisierung mit den Technologien der IT-Welt ergeben.

Durch OCE, bestehend aus Softwaretools, Funktionspaketen und offenen Standards sowie der Schnittstelle Open Core Interface, können modular aufgebaute Produktionslösungen starre Produktionsketten ersetzen und die Effizienz für die Fertigung kleinster Stückzahlen steigern.

Thomas Bürger, Karl Tragl

Von der Automatisierungspyramide zu Unternehmenssteuerungs-Netzwerken

Zusammenfassung

Das Konzept von Industrie 4.0 verspricht hierarchielose Kommunikationsstrukturen, in denen das zu fertigende Produkt selbst die Produktion steuert. Die starre Struktur der Automatisierungspyramide wird als Folge Platz schaffen für flexible, dezentral organisierte Unternehmenssteuerungsnetzwerke. Wie schaffen Fertigungsunternehmen den entscheidenden Schritt von einer „nur“ automatisierten Produktion hin zur „Smart Factory“ – also zu einer intelligenten, selbstorganisierten Produktion? Der Beitrag geht auf die entscheidenden Prozesse ein und zeigt die zu erfüllenden (informations-) technologischen Voraussetzungen.

Michael Kleinemeier

Migration zur Industrie- 4.0-Fertigung

Zusammenfassung

Nur selten hat man die Gelegenheit neue Fertigungskonzepte und Ideen in die Planungsüberlegungen für eine neue Fabrik einfließen zu lassen. Meistens gilt es, diese neuen Ideen in bestehende Fertigungsumgebungen zu integrieren. Das gilt auch für die Einführung von Digitalisierungslösungen in die Produktion, wie es bei der Einführung von Industrie 4.0 der Fall ist. Der vorliegende Beitrag gibt einen methodischen Überblick, wie Konzepte, die hinter Industrie 4.0 stehen, systematisch und Schritt für Schritt in laufenden Produktionsumgebungen eingeführt werden können. Dabei wird ein 7-Stufen-Modell für die Einführung von Industrie 4.0 vorgestellt, in dessen Mittelpunkt die Erarbeitung von firmenspezifischen Anwendungsfällen, sogenannten Use Cases, steht.

Andreas Bildstein, Joachim Seidelmann

Digitalisierung der Wertschöpfung

Frontmatter

Geschäftsmodell-Innovationen

Profitabler wirtschaften mit hohem Vernetzungsgrad

Zusammenfassung

Unternehmen mit innovativen Geschäftsmodellen sind mittelfristig im Schnitt sechs Prozent profitabler, als diejenigen, die sich auf Produkt- und Prozessinnovationen beschränken. Eine stärkere Geschäftsmodellorientierung bietet im Rahmen von Industrie 4.0 für Unternehmen enorme Potenziale. Das hier skizzierte Vorgehen zur Entwicklung branchenspezifischer Geschäftsmodellszenarien kann unmittelbar für die systematische Entwicklung von Geschäftsmodell-Innovationen übernommen werden. Über Plattformen und Ökosysteme erschließt sich das volle Potenzial der digitalisierten und vernetzten Wertschöpfung.

Anja Schatz, Thomas Bauernhansl

Backmatter

Titel: Handbuch Industrie 4.0 Bd.1
herausgegeben von: Birgit Vogel-Heuser
Thomas Bauernhansl
Michael ten Hompel
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-45279-0
Print ISBN: 978-3-662-45278-3
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-45279-0

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