INDUSTRIE 4.0 Chancen und Risiken Herbstkongress 2017 Bernhard Müller.

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1 INDUSTRIE 4.0 Chancen und Risiken Herbstkongress 2017 Bernhard Müller

2 AGENDA Industrie 4.0 Einflussfaktoren Chancen Risiken
Umsetzten (Fallbeispiele) Was jetzt? AGENDA 2

3 Der gesellschaftliche Hintergrund ändert sich

4 Megatrends und Zukunftsforschung
Quelle: Megatrends (Helmold & Terry, 2016, S. 9)

5 Begriffe und Entwicklungsstufen
INDUSTRIE 4.0

6 Definition „Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit, aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen.“ (Obermaier, 2016, S. 8).

7 Kundenwünsche/Kunden
Zero Distance Optimierung der internen Unternehmensressourcen und den Ausbau wesentlicher Kernkompetenzen mit dem Ziel einer Effizienzsteigerung und Kostensenkung „Inside-out“ Orientierung Prozesse Mitarbeiter Organisationen Produktentwicklung (IT)-Technologien Unternehmen Lieferanten Kundenwünsche/Kunden Wettbewerb Trends Märkte Zero Distance „Outside-in“ Orientierung schnelle Anpassung auf dynamische Veränderungen der Umwelt Quelle: eigene Darstellung nach Roth, 2016, S. 4

8 Von „Industrie 1.0“ bis „Industrie 4.0“. (Obermaier, 2016, S. 4)
Historische Betrachtung Von „Industrie 1.0“ bis „Industrie 4.0“. (Obermaier, 2016, S. 4)

9 Paradigmen 1 2 3 4 5 Vertikale und horizontale Integration
Dezentrale Intelligenz Dezentrale Steuerung Durchgängiges Digitales Engineering Cyberphysische Produktions-systeme

10 INDUSTRIE 4.0 Horizontale und Vertikale Integrationen
Horizontale Integration: Vernetzung zwischen Produktionsstätten Einbindung des Kunden in die Prozesse Informationsaustausch während des gesamten Wertschöpfungsprozesses Intelligente Systemkommunikation im Bereich Bedarf, Produktion und Logistik PRODUKTIONS- PLANUNG (ERP) PRODUKTIONS-STEUERUNG BETRIEBSDATEN-MANAGAEMENT (MES) BEDIEN- UND BEOBACHTUNGSSYSTEM (HMI/SCADA) MASCHINEN- UND ANLAGENSTEUERUNG (SPS) EIN-/ AUSGABESIGNALE (AKTOREN/SENSOREN) FERTIGUNG/ PRODUKTIONSPROZESS Vertikale Integration Feldebene Prozessleitebene Betriebsleitebene Produktionsebene Vertikale Integration: Vernetzung innerhalb des Unternehmens von der Produktionsebene bis hin zur Feldebene IT-Systeme kommunizieren auf allen Ebenen Horizontale Integration

11 Dezentrale Intelligenz

12 Dezentrale Steuerung

13 Durchgängiges Digitales Engineering
Wesentliche Aspekte: Die digitale Fabrik Zeit Die virtuelle Fabrik Datenmanagementsystem Quelle:

14 Cyberphysische Produktions-systeme
Ebene 3: Dienstsystem Unter Verwendung geeigneter Schnittstellen und Kommunikationsstandards werden Daten über den Datenspeicher direkt an das entsprechende „Dienstsystem“ weitergegeben. Durch Analysealgorithmen und Auswertungen über Big Data- und Analytics-Dienste, erfolgt die eigentliche Verarbeitung der erhobenen Daten. Ebene 2: Datenspeicher Die zweite Ebene, der sogenannte „Datenspeicher“, enthält neben 3D-Modellen (bspw. virtuelles Abbild einer Maschine oder eines Produktes) auch elektronische Dokumente (bspw. Betriebsanleitungen und Wartungspläne) sowie durch das System erhobene und bereitgestellte Daten (bspw. Sensordaten). Ebene 1: Physische Objekte Die erste Ebene beschreibt das Vorhandensein intelligenter physischer Objekte im Unternehmen. In Bezug auf die Industrie 4.0 wären dies beispielsweise mit Sensorik (z.B. RFIDChips) ausgestattete 3D-Drucker, Fertigungsroboter oder intelligente Produkte (Smart Products). Quelle: Roth, 2016, S.30

15 EINFLUSSfaktoren INDUSTRIE 4.0

16 INDUSTRIE 4.0- Einflussfaktoren
Zuboffs erstes Gesetz: Alles, was digitalisiert und in Information verwandelt werden kann, wird digitalisiert und in Information verwandelt. Zuboffs zweites Gesetz: Was automatisiert werden kann, wird automatisiert. Zuboffs drittes Gesetz: Jede Technologie, die zum Zwecke der Überwachung und Kontrolle kolonisiert werden kann, wird, was immer auch ihr ursprünglicher Zweck war, zum Zwecke der Überwachung und Kontrolle kolonisiert. in Anlehnung an Zuboff als „viertes Gesetz“ zu ergänzen: Alles, was zur Vernetzung eingesetzt werden kann, wird zur Vernetzung eingesetzt; womit bereits dem umfassenden Ausdruck vom „Internet of Things“ oder allumfassend, dem „Internet of Everything“ der Boden bereitet wäre.“(Obermaier, 2016, S. 10)

17 INDUSTRIE 4.0- Gesetzmäßigkeiten
Quelle: Die Basis -Rechenleistung und Vernetzung (Paul Thieme, 2017, S. 196)

18 INDUSTRIE 4.0- Einflussfaktoren

19 INDUSTRIE 4.0- Einflussfaktoren

20 Chancen INDUSTRIE 4.0

21 Quelle: Bitkom; Fraunhofer IAO & Statista GmbH, 2014, S. 6)
INDUSTRIE 4.0- Chancen Quelle: Bitkom; Fraunhofer IAO & Statista GmbH, 2014, S. 6)

22 INDUSTRIE 4.0- Chancen Quelle: Paul Thieme, 2017, S. 193

23 Quelle: (Ingo Matuschek, 2016, S. 41)
INDUSTRIE 4.0- Chancen Quelle: (Ingo Matuschek, 2016, S. 41)

24 INDUSTRIE 4.0- Chancen Globale Datenverfügbarkeit
Sinkende Sensorikpreise Elektronische statt mechanische Komponenten Daten nicht mehr nur in einer Firma oder dem Firmennetzwerk vorhanden Probleme und Störungen im Lieferantennetzwerk können schneller identifiziert und behoben werden auf Nachfrage-schwankungen kann schneller in der gesamten Lieferkette reagiert werden neue Erkenntnisse über das Nutzungsverhalten der Kunden kann gewonnen werden Die zunehmende Anzahl an in Smartphones und anderen Smart Devices verbauten Sensoren führt anhand der Skaleneffekte zu sinkenden Sensorikpreisen. begünstigt den Einsatz sensoriklastiger Anwendungen sinkenden Preise für Elektronikbauteile, wie z.B. Stellantriebe Chance ergibt sich, wenn diese Ersetzung durch elektronische Bauteile erfolgt die zusätzliche Funktionen bieten

25 INDUSTRIE 4.0- Chancen Individualisierung Flexibilisierung Personal
Die Berücksichtigung individueller und kurzfristiger Kundenwünsche beim Design sowie bei der Planung und Produktion außerhalb der vorgedachten Konfiguration der Serienfertigung u.a. durch ein durchgängiges digitales Engineering. Die Rentabilität bei der Produktion von Kleinstmengen (Losgröße 1).“ (Roth, 2016, S. 6) Flexibilisierung und Verkürzung der Lead-Time (Reaktion auf Kundenanfragen) und Time-to-Market (Verkürzung der Entwicklungszeiten) Dynamische Geschäftsprozessgestaltung durch Ad-hoc-Vernetzung von cyber-physischen Produktionssystemen (CPPS) Schnelle, flexible Reaktion auf Veränderungen (u.a. Ausfälle von Zulieferern oder kurzfristige Erhöhung von Liefermengen Schnelle und flexible Entscheidungsfähigkeit sowie globale und lokale Optimierungen in der Entwicklung und Produktion anhand einer durchgehend (digitalen) Transparenz in Echtzeit.“ (Roth, 2016, S. 6). Demographie-orientierte Arbeitsgestaltung durch das Zusammenspiel zwischen Mensch und technischen Systemen. Umfangreiche Job-Enrichement und -Enlargement-Möglichkeiten durch permanent aktualisiertes Informations- und Trainingsmaterial

26 Risiken INDUSTRIE 4.0

27 Risiko der Ignoranz von Industrie 4.0
„In Deutschland liegt der Anteil des produzierenden Gewerbes an der gesamten Wirtschaftsleistung um ca. 10 % höher (22 % versus 12 %) als etwa in den USA. Somit ist das Risiko, die sich mit Industrie 4.0 ergebenen Chancen zu verpassen, in Deutschland entsprechend höher als in den USA.“(Huber, 2016, S. 18). Das Risiko besteht darin, wenn wir in Deutschland diese neue Technologie Industrie 4.0 ignorieren, droht uns ein Verlust von ca. 10% der Wirtschaftsleistung. (Huber, 2016, S. 18). 28

28 Kerntechnologien noch nicht ausgereift
Quelle: Gartner Hype Cycle für Emerging Technologies, 2014 (Kaufmann, 2015, S. 9)

29 Gesellschaftliche Risiken
Anzahl der Beschäftigungslosen steigt Ganze Berufsfelder fallen weg Veränderungen der Arbeitswelt Die nächste industrielle Revolution, die bereits im Gange ist und unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ läuft, soll demnach mehr als sieben Millionen Arbeitsplätze überflüssig machen – und zwar weniger in den Fabriken, die bereits weitgehend automatisiert sind, sondern in Büros und Verwaltung: Gefährdet sind die Angestellten mit „weißem Kragen“, heißt es in der Untersuchung. Dem gegenüber stehen nur zwei Millionen neue Stellen, die für Spezialisten für Computer und Technik bis zum Jahr 2020 neu entstehen sollen.“ (Frankfurter Allgemeine Zeitung GmbH, 2016) Einige Studien zeigen bereits jetzt den Verlust von ganzen Berufsfeldern auf. Hierbei sind nicht nur einfache Tätigkeiten und Dienstleistungen betroffen sondern auch einige komplexe Arbeitstätigkeiten wie zum Beispiel Steuerberater, Arzthelferinnen oder Immobilienmakler. (vgl. Ingo Matuschek, 2016) „Durch die Automatisierung in verschiedenen Bereichen werden Arbeitsfelder durch Maschinen ersetzt. Ist ein Arbeitnehmer nicht qualifiziert genug um in anderen Arbeitsbereichen eine neue Tätigkeit zu übernehmen, so kann Langzeitarbeitslosigkeit die Folge sein. Auch birgt die erhöhte Verantwortung des einzelnen Arbeitnehmers ein erhöhtes Risiko. Da bei schlechter Leistung in einem Prozess die Verantwortung direkt auf den Arbeitnehmer abgewälzt wird. Was wiederum im schlimmsten Fall zur Beendigung des Arbeitsverhältnisses führen kann.“ (Alexander Ruhland & Dennis Marquardt, 2015)

30 Unternehmens Risiken Projektrisiken bei der Einführung
IT Sicherheitsrisiken und fehlende Standards Eine zu schnelle Einführung kann IT Sicherheitsrisiken verursachen Unterschiedliche Sichtweisen Projektansicht (Logistikdienstleister) vs. Produktsicht (Softwareanbieter) Unterschiedliche Projektmethoden (klassisch vs. Agil) Fehlende Phasenplanung und schleichender Funktionszuwachs Mangelnde oder nicht verfügbare Ressourcen Durch die permanente und tiefe Vernetzung birgt Industrie 4.0 hohe Sicherheitsrisiken im Bereich der IT Sicherheit. Die Versicherungsbranche der Industrie gibt bereits jetzt an „Die durchschnittliche Schadenleistung weltweit liegt bei US$ wobei die Durchschnittskosten für Krisenmanagement daran ca US$ je Schadensfall betragen. […] Das Gros der Schäden geht auf Hackerschäden zurück mit einem Anteil von geschätzt 30 %; Fehler von Mitarbeitern belasten das Schadensbudget mit ca. 14 % der Fälle.“ (Andelfinger & Hänisch, 2017, S. 115)

31 Unternehmens Risiken Verlust der Datensouveränität
Quelle: Paul Thieme, 2017, S. 151

32 Quelle: Plattformökonomie (Andreas Wagener, 2016)
Unternehmens Risiken Verlust der Datensouveränität Quelle: Plattformökonomie (Andreas Wagener, 2016)

33 Quelle: Alexander Ruhland & Dennis Marquardt, 2015
Sonstige Risiken Rechtliche Herausforderungen Risiken für Staaten Generell gibt es im Bereich Industrie 4.0 noch einige offene Fragen im Vertragsrecht und es werden neue Vertragsmodelle benötigt. „Gesetzliche Regeln zum Schutz von Betriebs- und Geschäftsgeheimnissen (§ 4 Nr. 9 lit. c und § 17 UWG, § 85 GmbHG oder § 404 AktG), Datenbanken (§§ 87a ff. UrhG) oder Urheberrechten wirken regelmäßig nur punktuell (s. näher Hofmann 2013, S. 210) und sind vor allem ein zu grobes Raster für die Besonderheiten der Industrie 4.0. Dementsprechend besteht ein erhebliches Bedürfnis nach Musterklauseln für Verträge, auf deren Basis die betroffenen Unternehmen zusammenarbeiten können.“(Obermaier, 2016, S. 73). Durch das hohe Investitionsvolumen zur Förderung der Programme und Projekte, rund um das Thema Industrie 4.0, bestehen des Weiteren Risiken bei den staatlichen Ausgaben. Wenn diese Investitionen für unwichtige Projekte verwendet werden, könnte dies Deutschlands Chancen im globalen Wettbewerb verringern. […] Ein weiteres Risiko für den Staat könnte die Vernachlässigung anderer Branchen sein. Der starke Fokus auf die Industrie könnte dafür sorgen, dass z.B. die Forschung im Bereich der Pharmazie ausgebremst wird.“ Quelle: Alexander Ruhland & Dennis Marquardt,

34 VOR- UND NACHTEILE DER INDUSTRIE 4.0
Individualisierung von Kundenwünschen Flexibilisierung der Produktion Entlastung von Mitarbeitern: Work-Life- Balance Neue Wertschöpfungen: neue B2B Services Erhöhte Wettbewerbsfähigkeit Ermittlung und Steigerung der Produktivität sowie Effizienz von Ressourcen Bewältigung von neuen nationalen und globalen Herausforderungen VORTEILE NACHTEILE Fehlender Datenschutz Leichte Manipulation von Produktionssystemen von Außen Stetige Bereitstellung und Aufrechterhaltung der notwendigen Infrastruktur Hohe und teure technische Standards Zusätzliche Anforderung an Mitarbeiter (IT-Know-how) VS 35

35 Fallbeispiele INDUSTRIE 4.0

36 FALLBEISPIEL PIM Telepräsenz Vor Industrie 4.0: Mit Industrie 4.0:
Fernwartung erst nach Kontaktaufnahme mit Spezialisten Manuelle Diagnostik und Steuerung aus der Ferne durch Spezialisten Mit Industrie 4.0: Automatische Diagnostik durch Social-Machines Social-Machines verbinden sich mit Cloud-Telepräsenzplattformen und suchen direkt passenden Experten 13708 PIM 37

37 FALLBEISPIEL Kurzfristiger Lieferantenwechsel während des Produktionsprozesses Vor Industrie 4.0: Höhere Kosten und Zeitverzögerung durch Lieferantenwechsel Negative Auswirkungen auf Produktionsprozess und Lieferung Mit Industrie 4.0: Informationsaustausch über gesamten Produktionsprozess Simulation der Produktionsschritte Vernetzung der Produktionssysteme ermöglicht Kostenanalyse und Echtzeitlieferung 13708 PIM 38

38 Was Jetzt? INDUSTRIE 4.0

39 ARENA2036 – Stuttgart Research Campus Active Research Environment for the Next Generation of Automobiles PPP 15 Jahre Forschungsfabrik als Integrationsplattform Factory as good neighbor: manufacturing in urban environment

40 Fraunhofer IPA – Industrie 4.0 Arbeitsgruppen
Plattform Industrie 4.0 Standardisierungsgremien Lenkungskreis I 4.0 BW Industrie FhG Stuttgart Strategie, Standardisierung, Öffentlichkeitsarbeit Arbeitsgruppe „mIT-Architektur“ Entwicklung I4.0 IT- Architektur und I4.0 Servicedesign und Implementierung Anwendungsfall: Virtual Fort Knox Potentiale: Sichere Plattform für Dienste und Daten in Deutschland Arbeitsgruppe „Geschäftsmodelle und UseCases “ Geschäftsmodelle und Anwendungs-fälle für Industrie 4.0 Anwendungsfall: KmU als I 4.0- Serviceanbieter Potentiale: Erschließung neuer Märkte für kmUs Arbeitsgruppe „Smarte Objekte“ Entwicklung Smarter Objekte für das Fertigungsumfeld Anwendungsfall: Materialtransport und Anlagen-komponente Potentiale: Bestandsreduzierung Anlagendaten,… Arbeitsgruppe „HMI“ Augmented Reality und Mensch- Maschine-Kooperation Anwendungsfall: Dezentrale AR mit Kopplung an Services Potentiale: Verringerung von Ausfallzeiten, Qualitätsver- besserung Arbeitsgruppe „Kommunikation“ Intelligente CPS und CPPS Integration Anwendungsfall: Cloudplug für Bestandsanlagen Potentiale: Schaffung Daten- basis für Big Data z.B. für Logistik und QM Anwendungszentrum Industrie 4.0 Firmen Forschungsprojekte Anwendungszentren BW

41 Fördermöglichkeiten Regional level: Mittelstand 4.0-Kompetenzzentren across Germany ( These centres offer help to SMEs in different areas. For instance, in our Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Stuttgart ( we are covering 4 areas: Smart Production, Smart Healthcare, Smart Mobility and Smart Building. National Level: A project called: Industrie 4.0-Testumgebungen für KMU (I4KMU) is a national-funded research project where SMEs are matched with technological help from Testumgebungen across Germany. SMEs can apply for up to €100,000. Conditions and process can be found on European Level: ICT for Manufacturing SMEs (I4MS). This is a new 77 million Euro innovation initiative for the manufacturing sector - in particular its high-tech small and medium size enterprises (SMEs) - to profit from the latest advances in ICT. European Level: Digital Innovation Hubs – A Digital Innovation Hub (DIH) is a support facility that helps SMEs to become more competitive by improving their business/production processes as well as products and services by means of digital technology. DIHs act as a one-stop-shop, serving companies within their local region and beyond to digitalise their business. They help customers address their challenges in a business-focused way and with a common service model, offering services that would not be readily accessible elsewhere. The services available through a DIH enable any business to access the latest knowledge, expertise and technology for testing and experimenting with digital innovations relevant to its products, processes or business models. DIHs also provide connections with investors, facilitate access to financing for digital transformations, and help connect users and suppliers of digital innovations across the value chain. An example in Fraunhofer IPA is DIATOMIC: with €3,000,000 funding for SMEs. More details are available on

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