Vogel-Heuser / Bauernhansl / Ten Hompel Handbuch Industrie 4.0 Bd.1

Produktion
2. Auflage 2017
ISBN: 978-3-662-45279-0
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 263 Seiten

Reihe: VDI Springer Reference

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.

Professor Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser leitet den Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme der Technischen Universität München.

Professor Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl leitet das Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF der Universität Stuttgart und das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Er ist Mitglied im Strategiekreis Plattform Industrie 4.0 der Bundesregierung sowie stellvertretender Vorsitzender des Lenkungskreises Allianz Industrie 4.0 BW.

Professor Dr. Michael ten Hompel ist Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik (gf) und des Fraunhofer ISST und Ordinarius des FLW 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 wiss. Beirat der nationalen Plattform Industrie 4.0.

Autoren/Hrsg.

Vogel-Heuser, Birgit

Bauernhansl, Thomas

Ten Hompel, Michael

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort des Verlags;8
2;Vorwort zur 2. Auflage;10
3;Herausgeber und Autoren;13
3.1;Die Herausgeber;13
3.2;Die Autoren;13
4;Inhaltsverzeichnis;39
5;Mitarbeiterverzeichnis;42
6;Teil I: Industrie-4.0-Anwendungsszenarien;45
6.1;Use Case Production;46
6.1.1;1 Einleitung;46
6.1.2;2 Computer Integrated Manufacturing (CIM);47
6.1.3;3 Lean Production;48
6.1.3.1;3.1 Beseitigung der Grundverschwendung in der Produktion;48
6.1.3.2;3.2 Perfekte fließende Prozesse, standardisierte Arbeitsabläufe;49
6.1.3.3;3.3 Definition und Einführung des SEW-Wertschöpfungssystems;51
6.1.3.3.1;3.3.1 Gestaltungsprinzip 1: Ordnung, Sauberkeit, Ergonomie und Sicherheit;53
6.1.3.3.2;3.3.2 Gestaltungsprinzip 2: Optimierung der Abläufe in den Geschäftsprozessen;53
6.1.3.3.3;3.3.3 Gestaltungsprinzip 3: Visuelles Management und Kommunikation;54
6.1.3.3.4;3.3.4 Gestaltungsprinzip 4: Ständige Verbesserung der betrieblichen Leistung;55
6.1.3.3.5;3.3.5 Gestaltungsprinzip 5: Arbeitsorganisation, Führung und Motivation;55
6.1.3.4;3.4 Ausbau zur Wertschöpfungs- und Prozessorientierung;56
6.1.3.5;3.5 Prozess- und wertstromorientierte Unternehmensgestaltung;57
6.1.4;4 Industrie 4.0;57
6.1.4.1;4.1 Smart Factory nach Industrie 4.0 - Visionslayout;59
6.1.4.2;4.2 Technologiebaukasten für die Umsetzung von Industrie 4.0;59
6.1.4.3;4.3 SEW-Schaufenster Industrie 4.0 in Graben-Neudorf;61
6.1.4.3.1;4.3.1 Industrie 4.0 - Praktische Anwendung in der Logistik;62
6.1.4.3.2;4.3.2 Industrie 4.0 - Praktische Anwendung in der Montage;62
6.1.4.3.3;4.3.3 Industrie 4.0 - Praktische Anwendung in der zerspanenden Fertigung;64
6.1.4.4;4.4 Industrie 4.0 und die Rolle des Menschen;64
6.1.5;5 Zusammenfassung;67
6.1.6;Literatur;67
6.2;Wandlungsfähige Produktionssysteme für den Automobilbau der Zukunft;69
6.2.1;1 Motivation wandlungsfähige Produktionssysteme;69
6.2.2;2 Flexibilität versus Wandlungsfähigkeit;70
6.2.3;3 Innovative Automatisierungslösungen in der Mercedes-Benz-Produktion;71
6.2.3.1;3.1 Neuartiges Anlagen- und Montagekonzept zur Hinter-achsmontage der C-Klasse durch kooperierende Roboterteams;71
6.2.3.2;3.2 Montage Zylinderkopf Diesel-Vierzylinder;73
6.2.3.3;3.3 Objektgekoppeltes Mechanisierungs-System (OGMS);76
6.2.4;4 Wandlungsfähigkeit durch sensitive Robotik;76
6.2.4.1;4.1 Potenziale Leichtbauroboter und Sensitivität;78
6.2.4.2;4.2 Weltweit erste Serienproduktion mit sensitivem Roboter: Mercedes-Benz Hinterachsgetriebemontage;79
6.2.4.3;4.3 Robot Farming: von sensitiver Automatisierung zur umfassenden Mensch-Roboter-Kooperation;80
6.2.5;5 Forschungsfabrik ARENA2036 Wandlungsfähigkeit durch integrierte Produkt- und Produktionsgestaltung für die nächste Generatio...;80
6.2.5.1;5.1 Motivation;80
6.2.5.2;5.2 Forschungscampus ARENA2036 - Partner, Ziele;82
6.2.5.3;5.3 Forschungsinhalte;82
6.2.6;Literatur;86
7;Teil II: Cyber-physische Produktionssysteme (CPPS);87
7.1;iBin - Anthropomatik schafft revolutionäre Logistiklösungen;88
7.1.1;1 Motivation;88
7.1.2;2 Systembeschreibung iBin;92
7.1.3;3 Ausblick;95
7.1.4;Literatur;100
7.2;Steuerung aus der Cloud;101
7.2.1;1 Einleitung;101
7.2.2;2 Defizite bisheriger Steuerungssysteme;102
7.2.3;3 Cloudbasierte Steuerungssysteme;105
7.2.4;4 Kommunikation zwischen cloudbasierter Steuerung und Maschine;108
7.2.5;5 Anwendung von cloudbasierter Steuerungstechnik;112
7.2.6;Literatur;113
7.3;Cyberphysische Systeme für die prädiktive Instandhaltung;115
7.3.1;1 Smarte Komponenten für die Instandhaltung;119
7.3.2;2 Smarte Planungssysteme für die Instandhaltung;121
7.3.3;3 Smarte Benutzerschnittstellen für die Instandhaltung;125
7.3.4;4 Fazit;130
7.3.5;Literatur;130
8;Teil III: Vertikale und horizontale Integration der Wertschöpfungskette;132
8.1;Horizontale Integration der Wertschöpfungskette in der Halbleiterindustrie;133
8.1.1;1 Eigenschaften von Wertschöpfungsnetzwerken in der Halbleiterindustrie;133
8.1.2;2 Realisierung eines integrierten Wertschöpfungsnetzwerks;136
8.1.3;3 Chancen und Herausforderungen der horizontalen Integration;138
8.1.4;4 Zusammenfassung und Ausblick;140
8.1.5;Literatur;141
9;Teil IV: Sozio-technische Systeme in der Industrie 4.0;142
9.1;Safety in der Industrie 4.0;143
9.1.1;1 Einleitung;143
9.1.2;2 Safety-Herausforderungen;144
9.1.2.1;2.1 IEC 61508;145
9.1.3;3 Modulare Sicherheitsnachweise für flexible Baukastensysteme;148
9.1.3.1;3.1 Modulare Fehlerbaumanalyse;149
9.1.3.2;3.2 Modulare FMEA;151
9.1.3.3;3.3 Modulare Sicherheitskonzepte und -nachweise;153
9.1.4;4 Laufzeitzertifizierung für die dynamische Anlagenkonfiguration;156
9.1.5;5 Zusammenfassung;158
9.1.6;Literatur;159
9.2;Weiterbildung für die Industrie 4.0;160
9.2.1;1 Industrie 4.0 (I4.0): Vorstellungen u. Anwendungsfelder;160
9.2.2;2 Szenarien und mögliche Entwicklungspfade;163
9.2.2.1;2.1 Instandhaltung;165
9.2.2.2;2.2 Montage;166
9.2.3;3 Ermittlung von Kompetenzanforderungen in der Industrie 4.0;168
9.2.4;4 Weiterbildung in der Industrie 4.0;170
9.2.5;Literatur;172
9.3;Verkürzte Entscheidungsfindung in der Produktion;174
9.3.1;1 Einführung;174
9.3.2;2 Existierende Ansätze zur Remoteunterstützung;176
9.3.3;3 Anwendungsfokus;177
9.3.3.1;3.1 Architektur;178
9.3.3.2;3.2 Prototypische Umsetzung einer mobilen Remote-Applikation;181
9.3.4;4 Ausblick;185
9.3.5;Literatur;186
9.4;Der Mensch in der Industrie - Innovative Unterstützung durch Augmented Reality;187
9.4.1;1 Datenflut in der Industrie 4.0;187
9.4.2;2 Erweiterte Realität im industriellen Einsatz;189
9.4.2.1;2.1 Ziele für den Einsatz von Augmented Reality im industriellen Umfeld;190
9.4.2.2;2.2 Industrielle Einsatzmöglichkeiten von Augmented Reality;192
9.4.2.3;2.3 Nutzen von Augmented Reality für den Menschen in der Industrie;193
9.4.2.4;2.4 Nutzen von Augmented Reality für Unternehmen;195
9.4.2.5;2.5 Best Practices für den industriellen Augmented Reality Einsatz;197
9.4.3;3 Das Forschungsprojekt SmARPro;198
9.4.3.1;3.1 Entwicklung einer Gesamtlösung für den Einsatz von Augmented Reality in Produktion und Logistik;199
9.4.3.2;3.2 Mehrwert der SmARPro-Lösung für Mitarbeiter und Unternehmen;202
9.4.4;4 Zukunftsaussichten für Augmented Reality in der Industrie;203
9.4.5;5 Fazit;206
9.4.6;Literatur;206
10;Teil V: Plattformen für Industrie 4.0 und IT-Sicherheit;209
10.1;Sichere Industrie-4.0-Plattformen auf Basis von Community-Clouds;210
10.1.1;1 Industrie 4.0: Vom Konzept zur Infrastruktur;210
10.1.2;2 Virtual Fort Knox - Baden-Württembergs Industrie-4.0-Plattform für die Kooperation im Maschinen- und Anlagenbau;212
10.1.3;3 Technische Kernelemente;214
10.1.3.1;3.1 Referenzarchitektur;215
10.1.3.2;3.2 Prototypische Umsetzung der Referenzarchitektur;217
10.1.3.3;3.3 Der Manufacturing Service Bus;220
10.1.3.4;3.4 IT-Sicherheitstechnologie;222
10.1.4;4 Vertrauen und Akzeptanz: Das Vertrauensmodell des VFK;223
10.1.4.1;4.1 Subjektive Wahrnehmungen als Kernelement einer technischen Plattform;223
10.1.4.2;4.2 Umsetzung;225
10.1.4.3;4.3 Sicherheitsarchitektur;226
10.1.4.4;4.4 VFK-Sicherheitsorganisation;229
10.1.4.5;4.5 Erhaltung von Vertrauen und Akzeptanz;230
10.1.5;5 Geschäftsmodelle für eine digitale Industrie-Infrastruktur;231
10.1.5.1;5.1 Bewertung und Überarbeitung der Geschäftsmodellvarianten;235
10.1.5.2;5.2 Bewertung des VFK-Geschäftsmodells;236
10.1.6;6 Ausblick;236
10.1.7;Literatur;237
11;Teil VI: Einführungsszenarien zur Industrie-4.0-Fertigung;238
11.1;SPS-Automatisierung mit den Technologien der IT-Welt verbinden;239
11.1.1;1 Einführung;239
11.1.2;2 Bedeutung von Maschinensoftware;240
11.1.2.1;2.1 Flexibilität durch offene Schnittstellen;240
11.1.2.2;2.2 Vernetzung mit der Unternehmens-IT;241
11.1.2.3;2.3 Grenzen aktueller Lösungen;241
11.1.3;3 Open Core Engineering;242
11.1.3.1;3.1 Elemente von Open Core Engineering;242
11.1.3.2;3.2 Open Core Interface - Brücke zwischen SPS- und IT-Automation;243
11.1.3.2.1;3.2.1 Individuelle Apps;244
11.1.3.2.2;3.2.2 Rapid Control Prototyping;245
11.1.3.2.3;3.2.3 Nutzung windows-basierter Anwendungen auf Produktionsebene;246
11.1.3.2.4;3.2.4 Entwicklung individueller Echtzeitfunktionen;246
11.1.3.2.5;3.2.5 Open Core Interface - Supportstruktur als Potenzial;246
11.1.4;4 Maschinensoftware - Potenziale für Industrie 4.0;247
11.1.5;Literatur;248
11.2;Von der Automatisierungspyramide zu Unternehmenssteuerungs-Netzwerken;250
11.2.1;1 Anforderungen an die Unternehmens-IT;252
11.2.2;2 Chancen und Voraussetzungen künftiger Einsatzszenarien;253
11.2.2.1;2.1 Durchgehende digitale Unternehmensprozesse;253
11.2.2.2;2.2 Integration von Top Floor und Shop Floor;254
11.2.2.3;2.3 Wertschöpfungsnetzwerke in Echtzeit;255
11.2.3;3 Fazit;256
11.2.4;Literatur;257
11.3;Migration zur Industrie- 4.0-Fertigung;258
11.3.1;1 Am Anfang steht die Komplexität;258
11.3.2;2 Ausgangssituation für Industrie 4.0-Migrationsszenarien;259
11.3.2.1;2.1 Ausgangssituation Fabrik;259
11.3.2.2;2.2 Ausgangssituation Produktions-IT;260
11.3.2.3;2.3 Ausgang.ssituation Produktionsautomatisierung;262
11.3.2.4;2.4 Ausgangssituation Informations- und Kommunikationstechnologie;263
11.3.3;3 Industrie 4.0-Readiness: Vorgehensmodell für die Industrie 4.0-Migration;264
11.3.3.1;3.1 Aufnahme und Analyse der zu betrachtenden Prozesse;266
11.3.3.2;3.2 Ermittlung Industrie 4.0-Readiness;267
11.3.3.3;3.3 Umsetzungsplanung;268
11.3.4;4 Migrationsszenarien;269
11.3.4.1;4.1 Migrationsszenario: Cloud und Apps statt Datenbank und Suite;269
11.3.4.2;4.2 Migrationsszenario: Einführen einer Tracking-Lösung;270
11.3.5;5 Zusammenfassung und Ausblick;272
11.3.6;Literatur;273
12;Teil VII: Digitalisierung der Wertschöpfung;274
12.1;Geschäftsmodell-Innovationen;275
12.1.1;1 Einleitung;275
12.1.2;2 Technologie- und Nutzenfelder der Industrie 4.0;277
12.1.3;3 Geschäftsmodellorientierung in produzierenden Unternehmen;278
12.1.3.1;3.1 Neue Erfolgslogik für Geschäftsmodelle;280
12.1.3.2;3.2 Die Macht der Daten nutzen;282
12.1.4;4 Entwicklung von Geschäftsmodellszenarien;284
12.1.4.1;4.1 Bewertung und Einordnung möglicher Szenarien;285
12.1.5;5 Geschäftsmodell-Innovation in der Praxis: Beispiel 365Farmnet;287
12.1.6;6 Fazit;288
12.1.7;Literatur;288
13;Sachverzeichnis;291