Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Produktionsstrategien im Zeichen der Digitalisierung
Prof. Dr. Siegfried Russwurm, Siemens AG Mitglied des Vorstands und Chief Technology Officer (CTO) Berlin | 23. Juni 2016
siemens.com/innovation Frei verwendbar © Siemens AG 2016
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 2 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
4.0
Morgen auf Basis cyber-physischer Systeme
3.0
1969 durch den Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion
Industrie 4.0 – Die Digitalisierung löst einen Paradigmenwechsel in der produzierenden Industrie aus, den wir schon heute aktiv mitgestalten
2.0
1870 durch Einführung arbeitsteiliger Massenproduktion durch elektrische Energie
1.0
1784 durch Einführung mechanischer Produktionsanlagen mithilfe von Wasser- und Dampfkraft
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 3 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Das Projekt »Industrie 4.0« wurde in die »Plattform Industrie 4.0« überführt – Referenzarchitekturmodell »RAMI 4.0« als konkretes Ergebnis
Das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) ‒ RAMI 4.0 führt die wesentlichen
Elemente von Industrie 4.0 in einem 3D-Schichtenmodell zusammen
‒ Komplexe Zusammenhänge werden in überschaubare Pakete gegliedert
‒ Damit kann Industrie 4.0-Technologie systematisch eingeordnet und weiterentwickelt werden
‒ Anforderungen der Anwenderbranchen (Fertigungsautomatisierung, Ma-schinenbau, Verfahrenstechnik, etc.) können mit RAMI 4.0 in Verbänden und Normungsgremien diskutiert werden
Das Modell schafft ein gemein-sames Verständnis für Anforde-rungen und Standardisierung
Hor
izon
tal
(Tra
nsac
tion
cont
ent)
Communication
Layers Business
Functional
Information
Integration
Asset
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 4 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Produktvielfalt
1955
1980
1913
2000
1850
Globalisierung
Regionalisierung
Personalisierung
Massenproduktion
Kundenindividuelle Massenproduktion
Hand- fertigung
z.B. Auto-
Konfigurator
Steigende Komplexität verändert die Wertschöpfung – Qualität, Produktivität, Geschwindigkeit und Flexibilität bleiben die großen Herausforderungen
Basierend auf: The Global Manufacturing Revolution; Quellen: Ford, beetleworld.net, bmw.de, dw.de
Produkt- volumen
“People can have the Model T in any color − so long as it’s black.”
Henry Ford (1913) Geschwindigkeit
Produktivität
Flexibilität
Qualität
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 5 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Aber die Anforderungen an Qualität, Produktivität, Geschwindigkeit und Flexibilität füllen sich im Zeichen der Digitalisierung mit anderen Inhalten
Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit
Kürzere Innovationszyklen
für immer komplexere Produkte
Geschwindigkeit
Energie- und Ressourceneffizienz als entscheidende
Wettbewerbsfaktoren
Produktivität
Individualisierte Massenfertigung in zunehmend
volatilen Märkten
Flexibilität
Geschlossene Regel-kreise und vollständige Rückverfolgbarkeit von
großer Bedeutung
Qualität
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 6 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Drei Kernelemente von Industrie 4.0 – Digitalisierung und Vernetzung als Erfolgsfaktoren
Verschmelzung virtueller mit realer Welt Integration der gesamten Wert-schöpfungskette mithilfe eines durchgängigen »Digital Enterprise«- Portfolios
Cyber-Physical Systems
Produktionseinheiten mit vollständigem virtuellen Abbild (»digitaler Zwilling«) ermöglichen die Migration zu einer »Plug and Produce«-Integration der Automatisierung
Dynamisches Produktionsnetzwerk
Flexible Wertschöpfungsketten mit in Echtzeit verfügbaren und unterneh-mensübergreifenden Informationen, basierend auf einem leistungsfähigen Manufacturing Operations Management
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 7 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Drei Kernelemente von Industrie 4.0 – Digitalisierung und Vernetzung als Erfolgsfaktoren
Kommunikation von »Smart Data«
Verschmelzung virtueller mit realer Welt
Cyber-Physical Systems
Dynamisches Produktionsnetzwerk
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 8 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Drei Kernelemente von Industrie 4.0 – Digitalisierung und Vernetzung als Erfolgsfaktoren
Verschmelzung virtueller mit realer Welt
Cyber-Physical Systems
Dynamisches Produktionsnetzwerk
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 9 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Eisenmann – Simulation von Tauchlackieranlagen für die Automobilindustrie
Digitale Konstruktion und Simulation einer Tauchlackieranlage ‒ Konstruktion mit PLM-Software NX und
Anlagensimulation mit Tecnomatix
‒ Teamcenter als zentraler Datenbackbone
‒ Komplexe Dynamik durch verschiedene Bewegungsachsen (Fahr-, Hub- und Drehbewegung), und Berücksichtigung der »Badverschleppung«
‒ Verschiedene Karosserietypen, Tauchkurven und Taktzeiten
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 10 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 11 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Drei Kernelemente von Industrie 4.0 – Digitalisierung und Vernetzung als Erfolgsfaktoren
Verschmelzung virtueller mit realer Welt
Cyber-Physical Systems
Dynamisches Produktionsnetzwerk
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 12 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Digitalisierung bietet große Chancen – Kommunikation von Produkt und Produktion für flexible Organisation und Aussteuerung der Fertigung
Showcase von VW und Siemens: Automatisierte Türmontage beim Golf 7 zeigt die nächsten Schritte auf dem Weg zur Industrie 4.0 ‒ Stark erweiterte Semantik in der
Machine-to-Machine-Kommunikation
‒ Regelwerk und Architektur für dynamische Topologien
‒ Integration cyber-physischer Systeme in den bestehenden Produktionsprozess
Systematische Verknüpfung von Daten, innovativer Industriesoftware und leistungsstarker Produktionshardware
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 13 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 14 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Maßgeschneiderte Produktdefinition in MES Nachbildung eines cyber-physischen Produktionsmoduls
Autonome, selbst-organisierende Produktionssysteme – Forschungsdemonstrator für kooperative Montage
Plug & Automate Hinzufügen und Entfernen von Modulen ohne manuelle Konfiguration auf Anlagenebene
Stückzahl: 50 Bauteile: 3
Stückzahl: 1 Bauteile: 3
Stückzahl: 30 Bauteile: 4
Werkstücke steuern ihre eigene Produktion und Montage
Supply Transport
Print Supply
Transport Store
Buffer Transport
Mill Drill
Print Supply
Assemble Transport
Assemble Transport
Mill Drill Assemble Transport
Assemble Transport
Plug Plug
Plug
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 15 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Nachbildung eines cyber-physischen Produktionsmoduls
Autonome, selbst-organisierende Produktionssysteme – Forschungsdemonstrator für kooperative Montage
Flexible Re-Konfiguration der Produktion
Schnelle Reaktion auf sich ändernde Produktionsanfragen – bis zu Losgröße 1
Synchronisierung von virtueller und realer Welt
Supply Transport
Print Supply
Transport Store
Buffer Transport
Mill Drill
Print Supply
Assemble Transport
Assemble Transport
Mill Drill Assemble Transport
Plug Plug
Plug
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 16 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Drei Kernelemente von Industrie 4.0 – Digitalisierung und Vernetzung als Erfolgsfaktoren
Verschmelzung virtueller mit realer Welt
Cyber-Physical Systems
Dynamisches Produktionsnetzwerk
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 17 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Heute: Elektronikwerk Amberg – Spezifische Produkte und Varianten leiten variable, aber vordefinierte Abläufe ein
Eindeutig programmierte Varianten; menschliche Intelligenz zur Flexibilität ‒ Automatisierte Systeme führen sorgfältig entwickelte
Handlungsabläufe aus (Varianten sind möglich)
Einbindung der Lieferanten ‒ Vernetzung vom Design bis zum fertigen
Produkt für noch höhere Flexibilität/Qualität ‒ Durchgängige digitale Prozessinformationskette
vom Lieferanten zum Werk ‒ Dazu muss jedes Material, jedes Produkt,
jede Maschine identifizierbar sein
Smart Data und Closed Loops ‒ Analyse von 50 Millionen Prozessdaten pro Tag ‒ Auswertung vor, während, nach der Produktion ‒ Kaskadierte Feedbackschleifen bis hin zur
Echtzeitsteuerung von Maschinen und Prozessen ‒ Hochkomplexe Ursache-Wirkung-Beziehungen
Qualität von 99,9988%
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 18 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Morgen – Autonome Systeme stellen sich ohne Einschreiten des Menschen auf variable Abläufe ein
Implementierung und Ausführung komplexer Aufgabenspezifikationen durch autonome Maschinen; ohne detaillierte Programmierung ‒ Autonome Systeme verfügen über ein eindeutiges
Schema/Verständnis ihrer Funktion ‒ Dynamische Anpassung der Abläufe –
abgestimmt auf veränderte Rahmenbedingungen und Produktionsvolumina
‒ Verständnis menschlicher Bewegungen und Reaktionen ‒ Lernprozesse zur Eigenoptimierung
der Arbeitsvorgänge
Menschen und autonome Maschinen werden eng zusammenarbeiten
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 19 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Digitalisierung bietet große Chancen – Ganzheitlicher Blick auf die Wertschöpfungskette erschließt neue Möglichkeiten
Integration aller Schritte des Produkt-entwicklungs- und Produktionsprozesses durch Industriesoftware steigert Produktivität und Effizienz
Produkt- design NX
Produktions- planung Tecnomatix
Produktions- engineering TIA Portal
Produktions- ausführung SIMATIC IT
Services Plant Data Services
Teamcenter
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 20 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Additive Fertigung: Verbindung der realen mit der virtuellen Welt – Auch bei neuen Produktionsverfahren ist der ganzheitliche Ansatz zielführend
Produktdesign
Produktionsplanung
Produktionsengineering Produktionsausführung
Services
Virtuell
Real
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 21 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Automatisierung von AM-Maschinen und Prozessen
Siemens ist das einzige Unternehmen weltweit, das Additive Fertigung (AM) entlang der gesamten Wertschöpfungskette bedient
Design-Software mit spezifischen AM-Funktionen
Entwicklung hoch-leistungsfähiger AM-Materialien
Einsatz von AM in der eigenen Fertigung
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 22 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Software-Tools und Hardware-Komponenten ermöglichen die Industrialisierung von Additiver Fertigung
‒ Thermische und strukturelle Analyse ‒ Schichtbasierte Wärme- und
Festigkeitsberechnung ‒ Laserleistungsregelung ‒ Topologie-Optimierung
‒ Designregeln und Bedingungen ‒ Design von Leichtbaustrukturen
(Gitter/Waben) ‒ Stützstrukturen ‒ Multimaterial-Untertstützung
‒ Additive Mehrachsen-Lösung ‒ Multilaser-Lösung ‒ Modell-Slicing ‒ Schichtmuster ‒ Teileorientierung im Bauraum
Datenmanagement und Linienintegration
Siemens-Produktionssoftware und MES-Systeme
Analyse (CAE) Design (CAD) Fertigung (CAM)
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 23 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Gemeinsames Forschungsprojekt »BladeMaker« – Simulation und industrialisierte Fertigung statt Rotorblattmanufaktur
Demozentrum für industrialisierte Rotorblattfertigung ‒ Rotorblätter machen bis zu 20 Prozent der
Gesamtkosten einer Windenergieanlage aus ‒ Umstellung einer manufakturartigen auf eine industrielle
Produktion bietet erhebliche Kostensenkungspotenziale ‒ Prozessanpassung bei Rotorblattdesign, Werkstoffen
und Fertigungsverfahren ‒ Gemeinsames Projekt von Fraunhofer, Siemens,
BASF, Henkel, Hexion, EMG, u.a. ‒ Vielversprechende Fertigungsverfahren werden am
Computer simuliert (NX, FiberSim) und sollen direkt in die Fertigung übertragen werden
‒ Teilautomatisierte Produktion von bis zu 20 Meter langen Rotorblatthälften durch 6-Achs-Portalroboter mit integrierter CNC-Steuerung (Sinumerik)
Ziel des Projekts ist es, die Produktionskosten um mehr als 10 Prozent zu senken Quelle: Fraunhofer IWES
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 24 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Gemeinsames Forschungsprojekt »BladeMaker« – Simulation und industrialisierte Fertigung statt Rotorblattmanufaktur
Demozentrum für industrialisierte Rotorblattfertigung ‒ Rotorblätter machen bis zu 20 Prozent der
Gesamtkosten einer Windenergieanlage aus ‒ Umstellung einer manufakturartigen auf eine industrielle
Produktion bietet erhebliche Kostensenkungspotenziale ‒ Prozessanpassung bei Rotorblattdesign, Werkstoffen
und Fertigungsverfahren ‒ Gemeinsames Projekt von Fraunhofer, Siemens,
BASF, Henkel, Hexion, EMG, u.a. ‒ Vielversprechende Fertigungsverfahren werden am
Computer simuliert (NX, FiberSim) und sollen direkt in die Fertigung übertragen werden
‒ Teilautomatisierte Produktion von bis zu 20 Meter langen Rotorblatthälften durch 6-Achs-Portalroboter mit integrierter CNC-Steuerung (Sinumerik)
Ziel des Projekts ist es, die Produktionskosten um mehr als 10 Prozent zu senken Quelle: Fraunhofer IWES
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 25 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Gemeinsames Forschungsprojekt »BladeMaker« – Simulation und industrialisierte Fertigung statt Rotorblattmanufaktur
Demozentrum für industrialisierte Rotorblattfertigung ‒ Rotorblätter machen bis zu 20 Prozent der
Gesamtkosten einer Windenergieanlage aus ‒ Umstellung einer manufakturartigen auf eine industrielle
Produktion bietet erhebliche Kostensenkungspotenziale ‒ Prozessanpassung bei Rotorblattdesign, Werkstoffen
und Fertigungsverfahren ‒ Gemeinsames Projekt von Fraunhofer, Siemens,
BASF, Henkel, Hexion, EMG, u.a. ‒ Vielversprechende Fertigungsverfahren werden am
Computer simuliert (NX, FiberSim) und sollen direkt in die Fertigung übertragen werden
‒ Teilautomatisierte Produktion von bis zu 20 Meter langen Rotorblatthälften durch 6-Achs-Portalroboter mit integrierter CNC-Steuerung (Numerik)
Ziel des Projekts ist es, die Produktionskosten um mehr als 10 Prozent zu senken Quelle: Fraunhofer IWES
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 26 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
CAD/CAM Design und NC-Programmierung
Offlineprüfung und Feldeinsatz Beispiel: Prüfstand
Kundenanforderung, Material und Umfeld
Fertigungssysteme der Zukunft – Hierarchisches System von Kontroll- und Regelschleifen
Geschlossene, geregelte Prozesse innerhalb einzelner Prozessschritte
Hauptprozess
Beispiel: Mechan. Bearbeitung Beispiel: Schweißen Beispiel: Wärmebehandlung
Hauptprozess Hauptprozess
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 27 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Fertigungssysteme der Zukunft – Hierarchisches System von Kontroll- und Regelschleifen
Verwendung von Daten aus einzelnen Prozessschritten zur Regelung vorhergehender oder nachfolgender Prozessschritte
Hauptprozess Hauptprozess Hauptprozess
Beispiel: Mechan. Bearbeitung Beispiel: Schweißen Beispiel: Wärmebehandlung
CAD/CAM Design und NC-Programmierung
Offlineprüfung und Feldeinsatz Beispiel: Prüfstand
Kundenanforderung, Material und Umfeld
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 28 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Fertigungssysteme der Zukunft – Hierarchisches System von Kontroll- und Regelschleifen
Verwendung von Daten der einzelnen Prozessschritte zur Optimierung der gesamten Fertigungskette
Datenanalyse und -verwaltungsplattform
Hauptprozess Hauptprozess Hauptprozess
Beispiel: Mechan. Bearbeitung Beispiel: Schweißen Beispiel: Wärmebehandlung
CAD/CAM Design und NC-Programmierung
Offlineprüfung und Feldeinsatz Beispiel: Prüfstand
Kundenanforderung, Material und Umfeld
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 29 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Fertigungssysteme der Zukunft – Hierarchisches System von Kontroll- und Regelschleifen
Ubiquitäres Erfassen und Auswerten von Daten zur kontinuierlichen Verbesserung von Fertigung und Produkt
Hauptprozess Hauptprozess Hauptprozess
Beispiel: Mechan. Bearbeitung Beispiel: Schweißen Beispiel: Wärmebehandlung
CAD/CAM Design und NC-Programmierung
Offlineprüfung und Feldeinsatz Beispiel: Prüfstand
Kundenanforderung, Material und Umfeld
Datenanalyse und -verwaltungsplattform
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 30 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Fertigungssysteme der Zukunft – Hierarchisches System von Kontroll- und Regelschleifen
Smart Data Digitaler Zwilling Main process
e. g.: machining e. g.: welding e. g.: heat treatment
Main process Main process
Hauptprozess Hauptprozess Hauptprozess
Beispiel: Mechan. Bearbeitung Beispiel: Schweißen Beispiel: Wärmebehandlung
CAD/CAM Design und NC-Programmierung
Offlineprüfung und Feldeinsatz Beispiel: Prüfstand
Kundenanforderung, Material und Umfeld
Datenanalyse und -verwaltungsplattform
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 31 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Differenzierte Datenanalyse für verbesserte Effektivität und Effizienz – Ausgangspunkt für neue Geschäftsmodelle
Kunde
Siemens
Sichere Daten-verbindung
Daten-Kombinationen und sichere Speicherung
Datenanalyse und Simulation
Sichere Daten-
verbindung
Visualisie- rung und
Empfehlungen
Beratung und Unterstützung bei der Implementation
Mehrwert für unsere Kunden – Höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit, niedrigere Kosten in der Wartung und über den Lebenszyklus
Mehrwert für Siemens – Wertsteigerung des Angebots, hohes Niveau des Kunden-
service, dadurch Wachstum bei Umsatz und Profitabilität
Predictive Analytics in vier Schritten
Nutzen
Komplexität
Predictive
Diagnostic
Prescriptive
Descriptive
Was ist passiert?
Warum ist es passiert?
Was wird passieren?
Wie ist einzugreifen?
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 32 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Geschäftsmodelle vom Kunden aus gedacht – Mechanische Antriebsleistung statt Motoren und Antriebe
Kunde zahlt OPEX statt CAPEX ‒ Leistungs- und
Verfügbarkeitsgarantie ‒ Instandhaltung durch Siemens ‒ Langfristig kalkulierbare, zuverlässige
Finanzierung
Garantierte Leistung und Verfügbar-keit; Siemens kalkuliert Drehmoment, Kilowatt und Umweltfaktoren
Monitoring preisbeeinflussender Faktoren: Condition Monitoring System
Monatliche Rate für Verfügbarkeit und Nutzung des Antriebssystems statt Einmalzahlung
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 33 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Arbeitswelt der Zukunft – Beherrscht von der Flexibilität und den Anforderungen der Industrie 4.0
‒ Höhere Anforderungen an Vernetzung und Zusammenarbeit
‒ Interdisziplinäre übergreifende Zusammenarbeit in (virtuellen) Teams
‒ Flexibles Zusammenspiel zwischen Menschen, Maschinen und Unternehmen
‒ Mehr Flexibilität und neue Kompetenzen der Mitarbeiter
‒ Trend zu höherem Qualifikations-niveau der Mitarbeiter setzt sich fort Cyber-Physical
Systems
Produktdesign und Produktions- engineering
Dynamisches Produktionsnetzwerk
Frei verwendbar © Siemens AG 2016
23.06.2016 Seite 34 Prof. Dr. Siegfried Russwurm
Werner von Siemens hätte es damals Erfinder-geist genannt. Wir nennen es heute »Ingenuity for life«.
siemens.com