Bauernhansl / ten Hompel / Vogel-Heuser Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik

Anwendung · Technologien · Migration
2014
ISBN: 978-3-658-04682-8
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 639 Seiten, eBook

Führende Wissenschaftler und Technologen beantworten in dem neuen Standardwerk zum Thema Industrie 4.0 die Fragestellungen: Was genau ist Industrie 4.0? Wie wird sie Produktion, Automatisierung und Logistik verändern? Was sind die Erfolgsfaktoren bei der Einführung? Welche Technologien werden das Rennen machen und wie sieht die IT der Zukunft aus?Ausgehend von ersten Anwendungen diskutieren die Autoren die wichtigsten Fragen aus Sicht der Wirtschaft und stellen einen Fahrplan für eine erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0 vor. Ein zentraler Bestandteil des Werkes und Voraussetzung für jede Investition ist die detaillierte Beschreibung der Herausforderungen und Anforderungen an die IT anhand anschaulicher Praxisbeispiele. Die Themen reichen dabei von Basistechnologien über die vertikale und horizontale Integration bis hin zu cyber-physischen Systemen und zur Mensch-Maschine-Interaktion. Aber auch Aspekte der Datensicherheit werden behandelt. Abgerundet wird der 360-Grad-Rundumblick zum Thema Industrie 4.0. durch einen Ausblick auf die Zukunft. Ein Standardwerk zu Industrie 4.0, das in keinem Unternehmen fehlen darf.

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl leitet das Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) der Universität Stuttgart, das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart sowie das Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart. Prof. Bauernhansl ist wissenschaftlicher Beirat der nationalen Plattform Industrie 4.0.Prof. Dr. Michael ten Hompel ist geschäftsführender Leiter des Fraunhofer-Institutes für Materialfluss und Logistik und Ordinarius der TU Dortmund. Zuvor gründete er das Software-Unternehmen GamBit, das er bis zum Jahr 2000 führte. Er gilt als einer der Väter des Internet der Dinge, ist Mitglied der 'Logistik Hall of Fame' und wissenschaftlicher Beirat der nationalen Plattform Industrie 4.0.Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser leitet den Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme der TU München. Sie verfügt über langjährige Industrie- und Hochschulerfahrung im Bereich der System- und Softwareentwicklung verteilter, intelligenter, eingebetteter Systeme für Industrie 4.0.

Zielgruppe

Professional/practitioner

Autoren/Hrsg.

Bauernhansl, Thomas

Vogel-Heuser, Birgit

ten Hompel, Michael

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Teil 1: Einführung;11
3.1;Die Vierte Industrielle Revolution – Der Weg in ein wertschaffendes Produktionsparadigma;15
3.1.1;1 Warum der industrielle Wettbewerb zunimmt und die Welt der Produktion komplex wird;15
3.1.1.1;1.1 Industrielle Revolutionen der letzten 260 Jahre;15
3.1.1.2;1.2 Beitrag der Industrie zum Erfolg von Volkswirtschaften;18
3.1.1.3;1.3 Die Nachfrageseite des Wachstums;20
3.1.1.4;1.4 Die Angebotsseite des Wachstums;21
3.1.1.5;1.5 Die Wende der Produktionsfaktoren;21
3.1.2;2 Wie Komplexität von der Fraktalen zur Smarten Fabrik führt;24
3.1.2.1;2.1 Komplexitätsfelder im Wertschöpfungsnetz;25
3.1.2.2;2.2 CPS als Basis der Smarten Fabrik;25
3.1.2.3;2.3 Warum wird das Konzept der Smart Factory Erfolg haben?;27
3.1.3;3 Wie cyber-physische Systeme die Planung und den Betrieb von Fabriken verändern;28
3.1.3.1;3.1 Planung;29
3.1.3.2;3.2 Wertschöpfungsstrukturen;31
3.1.3.3;3.3 Umsetzungsbeispiele;32
3.1.3.4;3.4 Multi-modale Mensch-Maschine-Schnittstelle;34
3.1.4;4 Warum Echtzeitnähe und XaaS der Schlüssel für das neue Produktions-Paradigma sind;35
3.1.4.1;4.1 Die vier Lebenszyklen der Produktion;35
3.1.4.2;4.2 Von der Automatisierungspyramide zum service-orientierten Netz;36
3.1.4.3;4.3 Virtual Fort Knox;37
3.1.4.4;4.4 Zwischenfazit;40
3.1.5;5 Wie die marktgetriebene Migration in die Vierte Industrielle Revolution erfolgreich sein kann;40
3.1.5.1;5.1 Abschätzung der Kostenpotenziale;41
3.1.5.2;5.2 Wie sollten Unternehmen vorgehen?;42
3.1.6;6 Fazit;43
3.1.7;7 Literatur;44
3.2;Herausforderungen und Anforderungen aus Sicht der IT und der Automatisierungstechnik;46
3.2.1;1 Einführung;46
3.2.2;2 Was ermöglichen CPS für Industrie 4.0?;46
3.2.3;3 Was müssen CPS für Industrie 4.0 können?;48
3.2.3.1;3.1 Architekturmodelle (Referenzarchitektur);49
3.2.3.2;3.2 Kommunikation und Datendurchgängigkeit;50
3.2.3.3;3.3 Intelligente Produkte und adaptive intelligente Produktionseinheiten;51
3.2.3.4;3.4 Informationsaggregation und -aufbereitung für den Menschen;54
3.2.4;4 Literatur;56
4;Teil 2: Anwendungsszenarien;58
4.1;Industrie 4.0 in der praktischen Anwendung;65
4.1.1;1 Das Internet der Dinge in der industriellen Produktion;65
4.1.1.1;1.1 Sichtweisen des Internet der Dinge;65
4.1.2;2 Technologieparadigmen zur Verringerung der Medienbrüche in der Fabrik;67
4.1.2.1;2.1 Das intelligente Produkt;68
4.1.2.2;2.2 Die intelligente Maschine;69
4.1.2.3;2.3 Der assistierte Bediener;70
4.1.3;3 Anwendungsbeispiele;71
4.1.3.1;3.1 Öffentlich geförderte Forschungsprojekte;71
4.1.3.2;3.2 Anwendungsfall Intralogistik;71
4.1.3.3;3.3 Produktionsplanung und Eskalationsmanagement;76
4.1.3.4;3.4 Verteilte Anlagensteuerung in der SmartFactoryKL;80
4.1.4;4 Bewertung und Ausblick;84
4.1.4.1;4.1 Kerninnovation bei Industrie 4.0 spezifischer Produktionsoptimierung;84
4.1.4.2;4.2 Zentrale Rolle des Menschen;86
4.1.4.3;4.3 Notwendigkeit von Infrastruktur;87
4.1.4.4;4.4 Stufen der Fabrikprozessoptimierung durch Informationsverfügbarkeit;89
4.1.5;5 Zusammenfassung;90
4.1.6;6 Literatur;91
4.2;Use Case Production: Von CIM über Lean Production zu Industrie 4.0;93
4.2.1;1 Einleitung;93
4.2.2;2 Computer Integrated Manufacturing (CIM);93
4.2.3;3 Lean Production;95
4.2.3.1;3.1 Beseitigung der Grundverschwendung in der Produktion;95
4.2.3.2;3.2 Perfekte fließende Prozesse, standardisierte Arbeitsabläufe;96
4.2.3.3;3.3 Definition und Einführung des SEW–Wertschöpfungssystems;98
4.2.3.4;3.4 Ausbau zur Wertschöpfungs- und Prozessorientierung;103
4.2.3.5;3.5 Prozess- und wertstromorientierte Unternehmensgestaltung;104
4.2.4;4 Industrie 4.0;104
4.2.5;5 Zusammenfassung;109
4.2.6;6 Literatur;110
4.3;Wandlungsfähige Produktionssysteme für den Automobilbau der Zukunft;111
4.3.1;1 Motivation wandlungsfähige Produktionssysteme;111
4.3.2;2 Flexibilität versus Wandlungsfähigkeit;111
4.3.3;3 Innovative Automatisierungslösungen in der Mercedes Benz-Produktion;113
4.3.3.1;3.1 Neuartiges Anlagen- und Montagekonzept zur Hinterachsmontage der C-Klasse durch kooperierende Roboterteams;113
4.3.3.2;3.2 Montage Zylinderkopf Diesel-Vierzylinder;116
4.3.3.3;3.3 Objektgekoppeltes Mechanisierungs-System (OGMS);117
4.3.4;4 Wandlungsfähigkeit durch sensitive Robotik;118
4.3.4.1;4.1 Potenziale Leichtbauroboter und Sensitivität;118
4.3.4.2;4.2 Weltweit erste Serienproduktion mit sensitivem Roboter: Mercedes-Benz Hinterachsgetriebemontage;120
4.3.4.3;4.3 Robot Farming: von sensitiver Automatisierung zur umfassenden Mensch-Roboter-Kooperation;121
4.3.5;5 Forschungsfabrik ARENA2036 Wandlungsfähigkeit durch integrierte Produkt- und Produktionsgestaltung für die nächste Generation von (Leichtbau-)Automobilen;122
4.3.5.1;5.1 Motivation;122
4.3.5.2;5.2 Forschungscampus ARENA2036 – Partner, Ziele;123
4.3.5.3;5.3 Forschungsinhalte;124
4.3.6;6 Literatur;127
4.4;Use Case Industrie 4.0-Fertigung im Siemens Elektronikwerk Amberg;128
4.4.1;1 Das Elektronikwerk Amberg (EWA);128
4.4.1.1;1.1 Vision und Strategie;129
4.4.1.2;1.2 Lösungsansätze aus Industrie 4.0 für unsere Herausforderungen;129
4.4.1.3;1.3 Der Mensch ist das Maß aller Dinge (Protagoras);131
4.4.1.4;1.4 Quality first;133
4.4.2;2 Produktionsautomatisierung;134
4.4.2.1;2.1 Der Startpunkt der Automatisierung;134
4.4.2.2;2.2 Die vertikale Integration;135
4.4.2.3;2.3 Die durchgehende Codierung und Identifizierung;137
4.4.2.4;2.4 Autonomiebewegung beim Produkt;138
4.4.2.5;2.5 Losgröße 1 ist bei Industrie 4.0 enthalten;139
4.4.3;3 Mensch-Maschine-Interaktion;141
4.4.3.1;3.1 Alle Maschinen online mit EWA-Kommunikationsstandard Comesco;141
4.4.3.2;3.2 Augmented Reality, Suchen und Zuordnen ist Vergangenheit;143
4.4.4;4 Der automatisierte Informationsfluss am Arbeitsplatz in der Produktion;145
4.4.5;5 DataMining;147
4.4.5.1;5.1 Automatisierte Auswertung der laufenden Prozessdaten, das Watchdog-Prinzip;147
4.4.5.2;5.2 Mit der Maus in die Tiefe, das Drill-Down-Prinzip;148
4.4.5.3;5.3 Lückenlose Auswertung aller Prozessparameter, das Prinzip Objektidentifikation;149
4.4.6;6 Lessons Learned, wir machen weiter;149
4.5;Agentenbasierte dynamische Rekonfiguration von vernetzten intelligenten Produktionsanlagen – Evolution statt Revolution;152
4.5.1;1 Szenarien und daraus resultierende Herausforderungen;154
4.5.1.1;1.1 Produktion: Auftragserteilung und -verteilung;154
4.5.1.2;1.2 Sicherung der Produktqualität;156
4.5.1.3;1.3 Prozessoptimierung;157
4.5.1.4;1.4 Diagnose;157
4.5.1.5;1.5 Rekonfiguration;158
4.5.2;2 Aufbau des Demonstrators und prinzipieller Ablauf;159
4.5.3;3 Agentenbasierter Kopplungsansatz der Modellfabriken;161
4.5.4;4 Literatur;164
4.6;Enabling Industrie 4.0 – Chancen und Nutzen für die Prozessindustrie;166
4.6.1;1 Einleitung;166
4.6.2;2 Gründe für Industrie 4.0 in der Prozessindustrie;166
4.6.3;3 Anwendungsszenario „Datenaggregation in der Verfahrenstechnik“;169
4.6.4;4 Sicht der Gerätehersteller;169
4.6.5;5 Technologien und Lösungsansätze;172
4.6.5.1;5.1 Vernetzungsarchitekturen und Austauschformate;173
4.6.5.2;5.2 Data Mining für gerätespezifische und prozessübergreifende Diagnose;175
4.6.6;6 Literatur;178
4.7;Konzepte und Anwendungsfälle für die intelligente Fabrik;179
4.7.1;1 Eine Referenzarchitektur für die intelligente Fabrik;179
4.7.2;2 Die Lemgoer Modellfabrik als Umsetzungsplattform von Industrie 4.0;183
4.7.3;3 Diagnose als Anwendungsszenario;186
4.7.4;4 Optimierung als Anwendungsszenario;191
4.7.5;5 Plug & Produce als Anwendungsszenario;193
4.7.6;6 Literatur;195
5;Teil 3: Basistechnologien;197
5.1;iBin – Anthropomatik schafft revolutionäre Logistik-Lösungen;213
5.1.1;1 Motivation;213
5.1.2;2 Systembeschreibung iBin;217
5.1.3;3 Ausblick;220
5.1.4;4 Literatur;226
5.2;Vom fahrerlosen Transportsystem zur intelligenten mobilen Automatisierungsplattform;227
5.2.1;1 Einleitung;227
5.2.2;2 Heutige fahrerlose Transportsystem;227
5.2.2.1;2.1 Einsatzszenarien von fahrerlosen Transportsystemen;227
5.2.2.2;2.2 Modellvielfalt und Systemintegration;228
5.2.2.3;2.3 Navigationstechnologien;229
5.2.3;3 Herausforderungen für FTS im Kontext von Industrie 4.0;230
5.2.3.1;3.1 Neue Anwendungsszenarien für mobile Systeme;230
5.2.3.2;3.2 Hoher Installations- und Integrationsaufwand von mobilen Systemen;231
5.2.3.3;3.3 Bedarf an standardisierten Systemen;232
5.2.3.4;3.4 Intelligente Fahrzeuge vs. intelligente Systeme;233
5.2.4;4 Aktuelle Entwicklungen zu mobilen Automatisierungsplattformen;233
5.2.4.1;4.1 ROS als Softwareplattform;233
5.2.4.2;4.2 Standardisierte Entwicklungsplattformen;234
5.2.4.3;4.3 Flexible Navigationssysteme;235
5.2.4.4;4.4 Mobile Produktionsassistenten;237
5.2.5;5 Mobilität als neues Potenzial von Automatisierungssystemen;237
5.2.5.1;5.1 Vom Transportsystem zur mobilen Applikationsplattform;237
5.2.5.2;5.2 Ausblick;238
5.2.6;6 Literatur;238
5.3;Steuerung aus der Cloud;240
5.3.1;1 Einleitung;240
5.3.2;2 Defizite bisheriger Steuerungssysteme;240
5.3.3;3 Cloudbasierte Steuerungssysteme;243
5.3.4;4 Kommunikation zwischen cloudbasierter Steuerung und Maschine;247
5.3.5;5 Strategien zur Kompensation von Herausforderungen im Kommunikationskanal;249
5.3.6;6 Literatur;252
5.4;High-Performance Automation verbindet IT und Produktion;253
5.4.1;1 Einordnung;253
5.4.2;2 Anforderungen an die zukünftige Produktion;253
5.4.3;3 Anforderungen an zukünftige Automatisierungstechnik;254
5.4.4;4 Notwendige Voraussetzungen für Industrie 4.0;255
5.4.5;5 High Performance Automation;256
5.4.5.1;5.1 Rechenleistung;257
5.4.5.2;5.2 Prozesskommunikation;259
5.4.5.3;5.3 Eine neue Klasse der Automatisierungstechnologie;263
5.4.6;6 Kommunikation – die Welt trifft sich auf dem PC;266
5.4.7;7 Ontologie und Taxonomie für Fertigungsschritte und Ab-läufe als notwendige Elemente für Industrie 4.0;269
5.4.8;8 Vielfältige Standards in Industrie 4.0-Umgebungen;275
5.4.9;9 Zusammenfassung;276
5.4.10;10 Literatur;278
5.5;Steigerung der Kollaborationsproduktivität durch cyber-physische Systeme;280
5.5.1;1 Einleitung;280
5.5.2;2 Herausforderungen in der Produktionssteuerung;280
5.5.3;3 Kollaborationsproduktivität in cyber-physischen Systemen;283
5.5.4;4 Ansätze zu Industrie 4.0 im Management;284
5.5.4.1;4.1 Hochauflösende Daten aus der Produktion nutzen;286
5.5.4.2;4.2 Cloudbasierte und echtzeitfähige Simulation der Abläufe in der Produktion;287
5.5.4.3;4.3 Interaktive Visualisierungen in der Produktion;289
5.5.4.4;4.4 Schnelle Umsetzung durch Transparenz und Kommunikation;290
5.5.5;5 Anwendungsszenarien;292
5.5.5.1;5.1 Hochauflösende Daten aus der Produktion nutzen;292
5.5.5.2;5.2 Mensch-Maschine-Interaktion;295
5.5.6;6 Zusammenfassung;297
5.5.7;7 Literatur;297
5.6;Adaptive Logistiksysteme als Wegbereiter der Industrie 4.0;299
5.6.1;1 Auf dem Weg zur adaptiven Logistik;299
5.6.2;2 Innovative Technologien für die Logistik von Morgen;300
5.6.2.1;2.1 Wandelbare Logistiksysteme nutzen Technologien des Internets der Dinge und Dienste;301
5.6.2.2;2.2 Umsetzung cyber-physikalischer Materialflusssysteme;305
5.6.3;3 Der Mensch als Akteur in cyber-physikalischen Logistiksystemen;311
5.6.3.1;3.1 Cyber-physikalische Logistiksysteme erfordern den „Logistiker 4.0“;311
5.6.3.2;3.2 Menschorientierte cyber-physikalische Logistiksysteme in der Praxis;314
5.6.4;4 Logistik für die Industrie 4.0 Mensch und Maschine im smarten Zusammenspiel;323
5.6.5;5 Literatur;323
5.7;Standardisierte horizontale und vertikale Kommunikation: Status und Ausblick;326
5.7.1;1 Einleitung;326
5.7.2;2 Ausgangssituation;327
5.7.3;3 Mission der OPC Foundation: Interoperabilität;328
5.7.4;4 Transport, Sicherheit, Robustheit;328
5.7.5;5 Kommunikations-Stack und Skalierbarkeit;329
5.7.6;6 Einbindung von Informationsmodellen;330
5.7.6.1;6.1 PLCopen: Mapping der IEC61131-3 in den UA-Namensraum;331
5.7.6.2;6.2 PLCopen: OPC-UA-Client-Funktionalität in der SPS;332
5.7.6.3;6.3 UMCM-Profil des MES-Herstellers;334
5.7.6.4;6.4 BACnet / IEC61850 / IEC61400-25;334
5.7.7;7 Verbreitung und Anwendungen;335
5.7.8;8 Anwendung: Vertikal – von der Produktion bis in das SAP;335
5.7.9;9 Anwendung: Horizontal – M2M zwischen Geräten der Wasserwirtschaft;336
5.7.10;10 Anwendung: Energie-Monitoring und Big Data;338
5.7.11;11 Status – Ausblick;339
5.7.12;12 Abkürzungsverzeichnis;342
5.8;Industrie 4.0 – Chancen und Herausforderungen für einen Global Player;343
5.8.1;1 Zusammenfassung;343
5.8.2;2 Die Wiedergeburt der Industrie;343
5.8.2.1;2.1 Die Siemens-Version der Vision von Industrie 4.0;347
5.8.2.2;2.2 Die Digital Enterprise Platform;350
5.8.3;3 Kundenbeispiele;353
5.8.4;4 Die Siemens-Roadmap;356
5.8.5;5 Literatur;358
5.9;Die horizontale Integration der Wertschöpfungskette in der Halbleiterindustrie – Chancen und Herausforderungen;359
5.9.1;1 Eigenschaften von Wertschöpfungsnetzwerken in der Halbleiterindustrie;359
5.9.2;2 Realisierung eines integrierten Wertschöpfungsnetzwerks;362
5.9.3;3 Chancen und Herausforderungen der horizontalen Integration;364
5.9.4;4 Zusammenfassung und Ausblick;367
5.9.5;5 Literatur;367
5.10;Sichere Industrie 4.0-Plattformen auf Basis von Community-Clouds;368
5.10.1;1 Industrie 4.0: Vom Konzept zur Infrastruktur;368
5.10.2;2 Virtual Fort Knox – Baden-Württembergs Industrie-4.0-Plattform für die Kooperation im Maschinen- und Anlagenbau;370
5.10.3;3 Technische Kernelemente;371
5.10.3.1;3.1 Referenzarchitektur;373
5.10.3.2;3.2 Prototypische Umsetzung der Referenzarchitektur;375
5.10.3.3;3.3 Der Manufacturing Service Bus;377
5.10.3.4;3.4 IT-Sicherheitstechnologie;380
5.10.4;4 Vertrauen und Akzeptanz: Das Vertrauensmodell des VFK;381
5.10.4.1;4.1 Subjektive Wahrnehmungen als Kernelement einer technischen Plattform;381
5.10.4.2;4.2 Umsetzung;383
5.10.4.3;4.3 Sicherheitsarchitektur;384
5.10.4.4;4.4 VFK-Sicherheitsorganisation;387
5.10.4.5;4.5 Erhaltung von Vertrauen und Akzeptanz;388
5.10.5;5 Geschäftsmodelle für eine digitale Industrie-Infrastruktur;389
5.10.5.1;5.1 Bewertung und Überarbeitung der Geschäftsmodellvarianten;392
5.10.5.2;5.2 Bewertung des VFK-Geschäftsmodells;393
5.10.6;6 Ausblick;394
5.10.7;7 Literatur;394
5.11;IT-Sicherheit und Cloud Computing;396
5.11.1;1 Einleitung;396
5.11.1.1;1.1 Eingebettete, vernetzte Komponenten;396
5.11.1.2;1.2 Big Data und Cloud-Computing;398
5.11.1.3;1.3 Herausforderungen für die IT-Sicherheit;399
5.11.1.4;1.4 Cloud-Computing im Kontext von Industrie 4.0;400
5.11.2;2 Anforderungen an Cloud-Systeme;402
5.11.2.1;2.1 Einsatz von Cloud Computing in Industrie 4.0;403
5.11.2.2;2.2 Verfügbarkeit der Dienste und Daten;409
5.11.2.3;2.3 Unversehrtheit der Daten;410
5.11.2.4;2.4 Geheimhaltung vertraulicher Daten;413
5.11.3;3 Lösungsansätze und Forschungsbedarfe;415
5.11.3.1;3.1 Sicherstellung der Datenintegrität durch sichere Hardware Module;417
5.11.3.2;3.2 Produkt- und Know-how-Schutz;418
5.11.3.3;3.3 Erhöhung der Verfügbarkeit und Integrität von Daten in der Cloud;420
5.11.3.4;3.4 Beschränkung von Datenzugriffen in der Cloud;421
5.11.3.5;3.5 Suchen in verschlüsselten Datenbeständen;423
5.11.3.6;3.6 Vertrauliche, privatsphärenbewahrende Zusammenarbeit mehrerer Parteien;425
5.11.4;4 Zusammenfassung und Ausblick;426
5.11.5;5 Literatur;428
5.12;Safety: Herausforderungen und Lösungsansätze;431
5.12.1;1 Einleitung;431
5.12.2;2 Safety-Herausforderungen;432
5.12.3;3 Modulare Sicherheitsnachweise für flexible Baukastensysteme;436
5.12.3.1;3.1 Modulare Fehlerbaumanalyse;436
5.12.3.2;3.2 Modulare FMEA;439
5.12.3.3;3.3 Modulare Sicherheitskonzepte und -nachweise;441
5.12.4;4 Laufzeitzertifizierung für die dynamische Anlagenkonfiguration;444
5.12.5;5 Zusammenfassung;447
5.12.6;6 Literatur;448
5.13;iProduction, die Mensch-Maschine-Kommunikation in der Smart Factory;449
5.13.1;1 Zur Rolle des Menschen in der Produktion von morgen;449
5.13.1.1;1.1 Vollautomatisierung wird kürzeren Produktlebenszyklen nicht gerecht;451
5.13.1.2;1.2 Assoziationsfähigkeit des Menschen vs. Künstliche Intelligenz (KI);451
5.13.1.3;1.3 Nutzung mobiler Kommunikationstechnik im Arbeitskontext;453
5.13.1.4;1.4 Potenziale von Social Media in der Produktion;454
5.13.1.5;1.5 Möglichkeiten der Unterstützung der Mitarbeiter durch mobile Assistenz;456
5.13.2;2 Beispielszenario aus einer Smart Factory;458
5.13.3;3 Informationsbereitstellung für die Funktionsträger in der Produktion;462
5.13.4;4 Produktionsdatenintegration bei heterogenen Maschinenparks;467
5.13.4.1;4.1 Schritt 1: Datenerfassung;467
5.13.4.2;4.2 Schritt 2: Datenzuordnung;468
5.13.4.3;4.3 Schritt 3: Daten-Interpretation;469
5.13.4.4;4.4 Transformation von Maschinendaten in Betriebszustände;473
5.13.4.5;4.5 Architekturansatz zur Meldeverküpfung;476
5.13.5;5 Literatur;478
5.14;Unterstützung des Menschen in Cyber-Physical-Production Systems;479
5.14.1;1 Einleitung;479
5.14.2;2 Technologien zur Unterstützung der Mensch-Maschine Schnittstelle;481
5.14.2.1;2.1 3D-Prozessdatenvisualisierung;481
5.14.2.2;2.2 Touch Interaktion und Gestensteuerung;482
5.14.2.3;2.3 Augmented Reality;484
5.14.2.4;2.4 Social Networks / Informationssysteme;486
5.14.3;3 Zusammenfassung und Ausblick;488
5.14.4;4 Literatur;489
5.15;Integration des Menschen in Szenarien der Industrie 4.0;490
5.15.1;1 Einleitung;490
5.15.2;2 Der Lebenszyklus von Produktionssystemen;493
5.15.3;3 Interaktion von Mensch und Produktionssystem;495
5.15.3.1;3.1 Einfluss auf den Entwurfsprozess;496
5.15.3.2;3.2 Einfluss auf den Nutzungsprozess;498
5.15.4;4 Folgerungen;500
5.15.5;5 Literatur;501
5.16;Mensch-Maschine-Interaktion;505
5.16.1;1 Einleitung;505
5.16.2;2 Stand der Technik in der Mensch-Roboter-Interaktion;505
5.16.2.1;2.1 Informatorische Interaktion von Mensch und Roboter;505
5.16.2.2;2.2 Physische Interaktion von Mensch und Roboter;507
5.16.3;3 Technologiebedarf und offene Forschungsfragen;508
5.16.3.1;3.1 Datenmodelle für die Nutzung von Robotern in Industrie 4.0-Anwendungen;508
5.16.3.2;3.2 Semantische Integration der Komponenten eines Robotersystems;510
5.16.3.3;3.3 Erkennung von Handgesten und kinematischen Parametern des Menschen;511
5.16.3.4;3.4 Sensoren als cyber-physische Systeme;512
5.16.3.5;3.5 Sicherheit kollaborativer Roboteranlagen im Kontext von Industrie 4.0;513
5.16.3.6;3.6 Wirtschaftlichkeit;514
5.16.4;4 Aktuelle Forschungsansätze;514
5.16.5;5 Neue Anwendungsszenarien;516
5.16.6;6 Literatur;519
5.17;Mensch-Maschine-Interaktion im Industrie 4.0-Zeitalter;520
5.17.1;1 Einleitung;520
5.17.2;2 Repräsentationsformen einer cyber-physischen Welt;523
5.17.3;3 Interaktionsformen einer cyber-physischen Welt;524
5.17.4;4 Mobile, kontext-sensitive Benutzungsschnittstellen;526
5.17.5;5 Adaptive, lernende Assistenzsysteme;530
5.17.6;6 Entwicklungsparadigmen für I4.0-Benutzungsschnittstellen;532
5.17.7;7 Entwicklung hersteller- und plattformübergreifender Benutzerschnittstellen;534
5.17.8;8 Zusammenfassung;536
5.17.9;9 Literatur;537
5.18;Data Mining und Analyse;538
5.18.1;1 Einführung;538
5.18.2;2 Das Internet der Dinge in Industrie 4.0;539
5.18.2.1;2.1 Nutzung der Maschinendaten zur Sicherstellung der störungsfreien Produktion durch vorhersagende Wartung (predictive maintenance);540
5.18.2.2;2.2 Echtzeitreaktion auf Produktionsdaten auf der Geschäftsebene;540
5.18.2.3;2.3 Steuerung der Produktion nach Geschäftsbedürfnis;541
5.18.2.4;2.4 Steuerung der Produktion durch Kommunikation von Maschinen untereinander;541
5.18.2.5;2.5 Beidseitige Interaktion von Geschäfts- und Produktionsebene;541
5.18.2.6;2.6 Produktdatenintegration;542
5.18.3;3 Big Data;543
5.18.4;4 Geschäftsprozesse im Kontext Industrie 4.0;544
5.18.5;5 Literatur;549
6;Teil 4: Migration;550
6.1;SPS-Automatisierung mit den Technologien der IT-Welt verbinden;554
6.1.1;1 Einführung;554
6.1.2;2 Bedeutung von Maschinensoftware;554
6.1.2.1;2.1 Flexibilität durch offene Schnittstellen;555
6.1.2.2;2.2 Vernetzung mit der Unternehmens-IT;555
6.1.2.3;2.3 Grenzen aktueller Lösungen;556
6.1.3;3 Open Core Engineering;556
6.1.3.1;3.1 Elemente von Open Core Engineering;557
6.1.3.2;3.2 Open Core Interface – Brücke zwischen SPS- und ITAutomation;558
6.1.4;4 Maschinensoftware – Potenziale für Industrie 4.0;562
6.1.5;5 Literatur;564
6.2;Von der Automatisierungspyramide zu Unternehmenssteuerungsnetzwerken;565
6.2.1;1 Einführung;565
6.2.2;2 Big Data und Cloud Computing als Treiber von Industrie 4.0;566
6.2.3;3 Anforderungen an die Unternehmens-IT;566
6.2.4;4 Chancen und Voraussetzungen künftiger Einsatzszenarien;569
6.2.4.1;4.1 Durchgehende digitale Fertigungsprozesse;569
6.2.4.2;4.2 Integration von Top Floor und Shop Floor;569
6.2.4.3;4.3 Wertschöpfungsnetzwerke in Echtzeit;570
6.2.5;5 Fazit;572
6.2.6;6 Literatur;573
6.3;Industrie 4.0-Readiness: Migration zur Industrie 4.0-Fertigung;574
6.3.1;1 Einführung;574
6.3.2;2 Ausgangssituation für Industrie 4.0-Migrationsszenarien;575
6.3.2.1;2.1 Ausgangssituation Fabrik;575
6.3.2.2;2.2 Ausgangssituation Produktions-IT;576
6.3.2.3;2.3 Ausgangssituation Produktionsautomatisierung;577
6.3.2.4;2.4 Ausgangssituation Informations- und Kommunikationstechnologie;579
6.3.3;3 Industrie 4.0-Readiness: Vorgehensmodell für die Industrie 4.0-Migration;581
6.3.3.1;3.1 Aufnahme und Analyse der zu betrachtenden Prozesse;582
6.3.3.2;3.2 Ermittlung Industrie 4.0-Readiness;583
6.3.3.3;3.3 Umsetzungsplanung;584
6.3.4;4 Migrationsszenarien;586
6.3.4.1;4.1 Migrationsszenario: Cloud und Apps statt Datenbank und Suite;586
6.3.4.2;4.2 Migrationsszenario: Einführen einer Tracking-Lösung;587
6.3.5;5 Zusammenfassung und Ausblick;589
6.3.6;6 Literatur;590
7;Teil 5: Ausblick;591
7.1;Chancen von Industrie 4.0 nutzen;595
7.1.1;1 Einführung;595
7.1.2;2 Die vierte industrielle Revolution;596
7.1.3;3 Chancen für den deutschen Wirtschaftsstandort;599
7.1.3.1;3.1 Ökonomische Chancen;599
7.1.3.2;3.2 Ökologische Chancen;600
7.1.3.3;3.3 Soziale Chancen;600
7.1.4;4 Smart Data und Smart Services;600
7.1.5;5 Akzeptanz als Herausforderung;602
7.1.5.1;5.1 Sicherheit;602
7.1.5.2;5.2 Privatsphäre;603
7.1.5.3;5.3 Bedeutung von MINT;603
7.1.6;6 Schlussfolgerung;604
7.1.7;7 Literatur;605
7.2;Logistik 4.0;607
7.2.1;1 Einleitung;607
7.2.2;2 Die Vision vom Internet der Dinge oder: Der ideale logistische Raum ist leer!;607
7.2.3;3 Planung 4.0 und die Trennung von normativer und operativer Entscheidungsebene;609
7.2.4;4 Supply Chain Management 4.0 oder das Dilemma der standardisierten Zukunft;611
7.2.5;5 Industrielles Management 4.0 – von der Selbststeuerung zur Selbstgestaltung;613
7.2.6;6 Ausblick;615
7.2.7;7 Literatur;616
7.3;Industrie 4.0 – Anstoß, Vision, Vorgehen;617
7.3.1;Literatur;626
8;Verzeichnisse;627
8.1;Herausgeber und Autoren;628
8.2;Sachwortverzeichnis;638

Über Autor(innen)

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl leitet das Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) der Universität Stuttgart, das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart sowie das Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart. Prof. Bauernhansl ist wissenschaftlicher Beirat der nationalen Plattform Industrie 4.0.Prof. Dr. Michael ten Hompel ist geschäftsführender Leiter des Fraunhofer-Institutes für Materialfluss und Logistik und Ordinarius der TU Dortmund. Zuvor gründete er das Software-Unternehmen GamBit, das er bis zum Jahr führte. Er gilt als einer der Väter des Internet der Dinge, ist Mitglied der „Logistik Hall of Fame“ und wissenschaftlicher Beirat der nationalen Plattform Industrie 4.0.Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser leitet den Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme der TU München. Sie verfügt über langjährige Industrie- und Hochschulerfahrung im Bereich der System- und Softwareentwicklung verteilter, intelligenter, eingebetteter Systeme für Industrie 4.0.