Einführung und Umsetzung von Industrie 4.0 - Grundlagen, Vorgehensmodell und Use Cases aus der Praxis

Vorwort

Inhalt

1 Industrie 4.0 – Hype oder Revolution?

1 Die fortschreitende Digitalisierung verändert die Unternehmensumwelt

2 Industrie 4.0 – Die vierte industrielle Revolution

3 Welchen Mehrwert liefert das Konzept für die Unternehmen und die deutsche Wirtschaft?

4 Mehrwert und Aufbau dieses Buches

5 Fazit

6 Literaturhinweise

2 Industrie 4.0 – Grundlagen und Gesamtzusammenhang

2.1 Industrie 4.0 – Struktur und Historie

1 Die vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0)

2 Komponenten der Industrie 4.0

3 Drei grundlegende Phasen der technologischen Entwicklung von Industrie 4.0

3.1 Phase 1: Ubiquitous Computing

3.2 Phase 2: Internet der Dinge und Dienste (IoTS)

3.3 Phase 3: Cyber-physisches Produktionssystem (CPPS)

4 Fazit

5 Literaturhinweise

2.2 Industrie 4.0 – Fünf zentrale Paradigmen

1 Einführung

2 Paradigma 1: Vertikale und horizontale Integration

3 Paradigma 2: Dezentrale Intelligenz

4 Paradigma 3: Dezentrale Steuerung

5 Paradigma 4: Durchgängiges digitales Engineering

6 Paradigma 5: Cyber-physisches Produktionssystem (CPPS)

7 Zusammenspiel der fünf zentralen Industrie 4.0-Paradigmen amBeispiel eines fiktiven Unternehmens

8 Fazit

9 Literaturhinweise

2.3 Industrie 4.0 – Technologische Komponenten

1 Datenerhebung und -verarbeitung in der Industrie 4.0

1.1 Die Automatisierungspyramide der industriellen Fertigung

1.2 Radio Frequency Identification-Chip (RFID-Chip)

1.3 Cloud Computing

1.4 Big Data-Dienste

1.5 Analytics-Dienste

2 Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M-Kommunikation)

2.1 Maschine-zu-Maschine-Kommunikation in der Industrie 4.0

2.2 OLE for process control Unified Architecture (OPC UA)

2.3 Überführung von Standards in einheitliche Normen

3 Mensch-Maschine-Interaktion (MMI)

3.1 Mensch-Maschine-Interaktion in der Industrie 4.0

3.2 Virtual Reality (VR)

3.3 Augmented Reality (AR)

4 Fazit

5 Literaturhinweise

2.4 Industrie 4.0-Gesamtkonzept: Zusammenspiel von intelligenten Infrastrukturen, Paradigmen und technologischen Komponenten

1 Branchenspezifische Einflüsse von Industrie 4.0

1.1 Der Einfluss der Digitalisierung als Querschnittstechnologie

1.2 Intelligente Infrastrukturen im Umfeld der Smart Factory

1.3 Leitmarkt- und Leitanbieterperspektive

2 Abgrenzung zwischen einer segmentierten und integrierten Umsetzung

2.1 Grenzen einer segmentierten Umsetzung

2.2 Case: Das Zusammenspiel der Industrie 4.0-relevanten Komponenten

3 Fazit

4 Literaturhinweise

3 Industrie 4.0 – Vorgehensmodell für die Einführung

3.1 Industrie 4.0-Strategie: So geht man bei der Einführung vor

1 Fünf Paradigmen – Indikatoren für Industrie 4.0-Erfahrung

2 Das 3C-Modell – Zentrale Komponenten einer Industrie 4.0-Strategie

2.1 C1 (Competitor) – Wettbewerber

2.2 C2 (Client) – Kunde

2.3 C3 (Company) – Unternehmen

3 Zusammenführung: Strategische Industrie 4.0-Positionen

4 Vorgehen zur Entwicklung einer Industrie 4.0-Einführungsstrategie

4.1 Schritt 1: Industrie 4.0-Analyse: Wo steht das Unternehmen?

4.2 Schritt 2: Industrie 4.0-Zielbestimmung: Wo will das Unternehmen hin?

4.3 Schritt 3: Industrie 4.0-Maßnahmenumsetzung: Wie können die Ziele ganzheitlich operationalisiert werden?

5 Fazit

6 Literaturhinweise

3.2 Industrie 4.0-Anwendungsbeispiel: Entwicklung einer Industrie 4.0-Strategie am Beispiel eines Unternehmens der Lackmittelindustrie

1 Vorstellung des Unternehmens „Musterlack GmbH“

2 Aktuelle strategische Ausrichtung nach dem 3C-Modell

2.1 C1 (Competitor) – Wettbewerber

2.2 C2 (Client) – Kunde

2.3 C3 (Company) – Unternehmen

3 Erfahrung des Unternehmens mit Industrie 4.0

4 Schritt 1: Industrie 4.0-Ist-Analyse: Wo steht das Unternehmen?

4.1 Phase 1: Analyse des Anpassungsbedarfs der Geschäftsstrategie

4.2 Phase 2: Analyse des Erfahrungsgrads mit Industrie 4.0 (Use Case-Analyse)

5 Schritt 2: Industrie 4.0-Zielbestimmung: Wo will das Unternehmen hin?

6 Schritt 3: Industrie 4.0-Maßnahmenumsetzung: Wie können die Ziele ganzheitlich operationalisiert werden?

6.1 Betrachtungsebene 1: Management von Projekten

6.2 Betrachtungsebene 2: Management von Prozessen

6.3 Betrachtungsebene 3: Management von (IT)-Technologien

6.4 Betrachtungsebene 4: Management von Organisation

6.5 Betrachtungsebene 5: Management von Mitarbeitern

7 Fazit

4 Industrie 4.0 – Use Cases aus Forschung und Unternehmenspraxis

4.1 Vernetzung der realen und der virtuellen Welt in der Produktionsplanung

1 Einführung

2 Motivation

3 Inhalt des Projektes

3.1 Anforderungen

3.2 Innovativer Ansatz

3.3 Verfahren

4 Anwendung: Konkrete Use Cases aus der Produktionsplanung

4.1 Vernetzung der realen Fertigung mit der virtuellen Planung

4.2 Vernetzung zwischen OEM und Lieferant

5 Fazit und Ausblick

5.1 Fazit und Nutzenpotentiale

5.2 Ausblick in die Zukunft

6 Literaturhinweise

4.2 Durchgängiges digitales Engineering und Losgröße 1 in der Getränkeabfüll- und Verpackungsindustrie

1 Unternehmenshintergrund

2 Motivation zur Einführung von Industrie 4.0 in Unternehmen

3 Anwendungsbeispiele: Industrie 4.0 im konkreten Praxiseinsatz

3.1 Direct Print-Maschine

3.2 Forschungsprojekt CyberSystemConnector – Aktualisierte Dokumentationserstellung

4 Fazit: Industrie 4.0 für Unternehmen

5 Zukunftsausblick

6 Weiterführende Informationen

7 Literaturhinweise

4.3 MICA – Die modulare Embedded Plattform der Firma HARTING für Industrie 4.0

1 Unternehmensvorstellung

2 Motivation und Problemstellung

3 Lösung und Umsetzung

4 Fazit und Nutzen

5 Ausblick

6 Literaturhinweise

4.4 Innovative Konzepte einer sich selbstorganisierenden Fahrzeugmontage am Beispiel des Forschungsprojekts SMART FACE

1 Einführung

2 Hintergrund und Motivation

3 Zielsetzung des Forschungsprojekts

4 Vorgehensweise im Forschungsprojekt

5 Konzeptbeschreibung

5.1 Anforderungsanalyse

5.2 Betriebskonzept

5.3 Produktionsprogrammplanung

5.4 Produktionssteuerung

6 Ansätze für die praktische Umsetzung

6.1 Minidemonstrator

6.2 Maxidemonstratoren

7 Ausblick

8 Danksagung

9 Literaturverzeichnis

4.5 viEMA: Schwankenden Stückzahlen in Industrie 4.0 durch flexiblen Wechsel zwischen Handund Automatenmontage begegnen

1 Über das FZI Forschungszentrum Informatik und die an viEMA beteiligten Projektpartner

2 Motivation

3 Problemstellung

4 Technische Umsetzung der flexiblen viEMA-Fertigungszelle

4.1 Intuitive Programmierung und Wissensrepräsentation

4.2 Systemergonomische Analyse des Programmiervorganges und der Eingabemedien

4.3 Sensortechnik zur Bauteil-Lokalisierung und Umweltvermessung

4.4 Automatische Greifund Bewegungsplanung für wandelbare Greifer

4.5 Aufbau der viEMA-Zelle mit passendem Sicherheitskonzept

4.6 Netzwerk- und Internetanbindung

4.7 Werkserprobung

5 Fazit und Nutzenpotentiale

6 Ausblick in die Zukunft

7 Literaturhinweise

4.6 Digitale Transformation: Wie Virtual / Mixed und Augmented Reality unser Arbeitsleben verändern

1 Unternehmensvorstellung

2 Motivation

3 Historie

4 Umsetzung

4.1 Mixed Reality-Systemlandschaft

4.2 Mixed Reality im Prototypenbau und in der Produktion

4.3 Mixed Reality in der Designentwicklung für MB Vans

4.4 Mobiler Einsatz von Augmented Reality

4.5 Einsatz im Vertrieb

5 Ausblick

6 Literaturhinweise

4.7 Pumpen und Armaturen im Umfeld von Industrie 4.0

1 Unternehmenshintergrund der KSB AG

2 Motivation zur Einführung von Industrie 4.0

3 Industrie 4.0 bei KSB

3.1 KSB-Sonolyzer

3.2 Equipment Management

4 Fazit und Nutzenpotentiale

5 Zukunftsausblick

4.8 Innovation Labs und Aktivitäten der Volkswagen Konzern IT im Zuge der Digitalisierung und Industrie 4.0

1 Der Volkswagen Konzern und seine IT

2 Die Digitalisierung und ihre Herausforderungen für Unternehmen klassischer Industrien

3 Implikationen für die Organisation der Volkswagen Konzern IT

3.1 Data:Lab – ein Innovations-Hotspot für Big Data und Digitalisierung

3.2 Smart.Production:Lab – Lösungen für die Industrie 4.0

3.3 Digital:Lab – Digitales Ökosystem für Mobilitätsservices

3.4 Code:Lab – Ein Accelerator am Puls der Zeit des Silicon Valley

4 Resümee / Ausblick

5 Acknowledgement

6 Literaturverzeichnis

5 Industrie 4.0 – Ausblick

1 Industrie 4.0: Status Quo

2 Zentrale Herausforderungen für die Zukunft

2.1 Reifegrad der für Industrie 4.0 relevanten Technologien

2.2 Risiken beim Einsatz von Industrie 4.0

2.3 Weiterentwicklung der Managementinstrumente

3 Fazit

4 Literaturhinweise

Glossar

Autorenverzeichnis