Roth Einführung und Umsetzung von Industrie 4.0

Grundlagen, Vorgehensmodell und Use Cases aus der Praxis
1. Auflage 2016
ISBN: 978-3-662-48505-7
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 278 Seiten

Reihe: Business and Economics (German Language)

Wie sieht eine erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0 aus? Dieses Buch stellt das Konzept, die Paradigmen und relevanten Technologien von Industrie 4.0 sowie deren Gesamtzusammenhänge systematisch vor. Entgegen der gängigen, rein technologischen und anwendungsbezogenen Betrachtungsweise, führt das Buch zusätzlich strategische, taktische und operative Betrachtungsebenen zu einem integrativen Strang zusammen. Zentrales Herzstück dabei ist ein Vorgehensmodell, das den Handlungsbedarf auf strategischer und operativer Ebene beschreibt. Ein Praxisfall, unterschiedliche Industrie 4.0-Use Cases und namhafte Experten aus Forschung und Praxis machen diese Lektüre interessant für Themen-Neueinsteiger, aber auch für Umsetzungsinteressierte des mittleren und oberen Managements, die eine neue Sichtweise auf die Komplexität des Themas gewinnen möchten. Das Glossar macht das Buch zum wertvollen Nachschlagewerk für das Thema Industrie 4.0.
 


Prof. Dipl.-Kfm. Armin Roth ist Inhaber des Lehrstuhls für Unternehmenssteuerung und Leiter des Forschungsbereichs 'Enterprise Performance Management & Business Intelligence' im Studiengang Wirtschaftsinformatik der Hochschule Reutlingen sowie Senior Partner der Braincourt GmbH, Managementberatung und Informationssysteme in Leinfelden-Echterdingen. Davor war er kfm. Geschäftsführer einer mittelständischen Unternehmensgruppe. Seit über 20 Jahren begleitet und steuert er Unternehmen bei der Einführung von Business- und Finance-Excellence-Lösungen.

Autoren/Hrsg.

Roth, Armin

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhalt;7
3;1 Industrie 4.0 – Hype oder Revolution?;9
3.1;1 Die fortschreitende Digitalisierung verändert die Unternehmensumwelt;11
3.2;2 Industrie 4.0 – Die vierte industrielle Revolution;13
3.3;3 Welchen Mehrwert liefert das Konzept für die Unternehmen und die deutsche Wirtschaft?;14
3.4;4 Mehrwert und Aufbau dieses Buches;19
3.5;5 Fazit;21
3.6;6 Literaturhinweise;22
4;2 Industrie 4.0 – Grundlagen und Gesamtzusammenhang;24
4.1;2.1 Industrie 4.0 – Struktur und Historie;24
4.1.1;1 Die vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0);26
4.1.2;2 Komponenten der Industrie 4.0;29
4.1.3;3 Drei grundlegende Phasen der technologischen Entwicklung von Industrie 4.0;31
4.1.3.1;3.1 Phase 1: Ubiquitous Computing;31
4.1.3.2;3.2 Phase 2: Internet der Dinge und Dienste (IoTS);33
4.1.3.3;3.3 Phase 3: Cyber-physisches Produktionssystem (CPPS);36
4.1.4;4 Fazit;38
4.1.5;5 Literaturhinweise;39
4.2;2.2 Industrie 4.0 – Fünf zentrale Paradigmen;42
4.2.1;1 Einführung;44
4.2.2;2 Paradigma 1: Vertikale und horizontale Integration;44
4.2.3;3 Paradigma 2: Dezentrale Intelligenz;46
4.2.4;4 Paradigma 3: Dezentrale Steuerung;47
4.2.5;5 Paradigma 4: Durchgängiges digitales Engineering;48
4.2.6;6 Paradigma 5: Cyber-physisches Produktionssystem (CPPS);49
4.2.7;7 Zusammenspiel der fünf zentralen Industrie 4.0-Paradigmen amBeispiel eines fiktiven Unternehmens;50
4.2.8;8 Fazit;52
4.2.9;9 Literaturhinweise;52
4.3;2.3 Industrie 4.0 – Technologische Komponenten;54
4.3.1;1 Datenerhebung und -verarbeitung in der Industrie 4.0;56
4.3.1.1;1.1 Die Automatisierungspyramide der industriellen Fertigung;56
4.3.1.2;1.2 Radio Frequency Identification-Chip (RFID-Chip);58
4.3.1.3;1.3 Cloud Computing;61
4.3.1.4;1.4 Big Data-Dienste;63
4.3.1.5;1.5 Analytics-Dienste;65
4.3.2;2 Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M-Kommunikation);66
4.3.2.1;2.1 Maschine-zu-Maschine-Kommunikation in der Industrie 4.0;66
4.3.2.2;2.2 OLE for process control Unified Architecture (OPC UA);67
4.3.2.3;2.3 Überführung von Standards in einheitliche Normen;69
4.3.3;3 Mensch-Maschine-Interaktion (MMI);70
4.3.3.1;3.1 Mensch-Maschine-Interaktion in der Industrie 4.0;70
4.3.3.2;3.2 Virtual Reality (VR);71
4.3.3.3;3.3 Augmented Reality (AR);74
4.3.4;4 Fazit;76
4.3.5;5 Literaturhinweise;77
4.4;2.4 Industrie 4.0-Gesamtkonzept: Zusammenspiel von intelligenten Infrastrukturen, Paradigmen und technologischen Komponenten;80
4.4.1;1 Branchenspezifische Einflüsse von Industrie 4.0;82
4.4.1.1;1.1 Der Einfluss der Digitalisierung als Querschnittstechnologie;82
4.4.1.2;1.2 Intelligente Infrastrukturen im Umfeld der Smart Factory;83
4.4.1.3;1.3 Leitmarkt- und Leitanbieterperspektive;84
4.4.2;2 Abgrenzung zwischen einer segmentierten und integrierten Umsetzung;85
4.4.2.1;2.1 Grenzen einer segmentierten Umsetzung;85
4.4.2.2;2.2 Case: Das Zusammenspiel der Industrie 4.0-relevanten Komponenten;86
4.4.3;3 Fazit;88
4.4.4;4 Literaturhinweise;88
5;3 Industrie 4.0 – Vorgehensmodell für die Einführung;90
5.1;3.1 Industrie 4.0-Strategie: So geht man bei der Einführung vor;90
5.1.1;1 Fünf Paradigmen – Indikatoren für Industrie 4.0-Erfahrung;92
5.1.2;2 Das 3C-Modell – Zentrale Komponenten einer Industrie 4.0-Strategie;94
5.1.2.1;2.1 C1 (Competitor) – Wettbewerber;95
5.1.2.2;2.2 C2 (Client) – Kunde;97
5.1.2.3;2.3 C3 (Company) – Unternehmen;99
5.1.3;3 Zusammenführung: Strategische Industrie 4.0-Positionen;100
5.1.4;4 Vorgehen zur Entwicklung einer Industrie 4.0-Einführungsstrategie;102
5.1.4.1;4.1 Schritt 1: Industrie 4.0-Analyse: Wo steht das Unternehmen?;104
5.1.4.2;4.2 Schritt 2: Industrie 4.0-Zielbestimmung: Wo will das Unternehmen hin?;108
5.1.4.3;4.3 Schritt 3: Industrie 4.0-Maßnahmenumsetzung: Wie können die Ziele ganzheitlich operationalisiert werden?;111
5.1.5;5 Fazit;115
5.1.6;6 Literaturhinweise;116
5.2;3.2 Industrie 4.0-Anwendungsbeispiel: Entwicklung einer Industrie 4.0-Strategie am Beispiel eines Unternehmens der Lackmittelindustrie;118
5.2.1;1 Vorstellung des Unternehmens „Musterlack GmbH“;120
5.2.2;2 Aktuelle strategische Ausrichtung nach dem 3C-Modell;121
5.2.2.1;2.1 C1 (Competitor) – Wettbewerber;121
5.2.2.2;2.2 C2 (Client) – Kunde;122
5.2.2.3;2.3 C3 (Company) – Unternehmen;123
5.2.3;3 Erfahrung des Unternehmens mit Industrie 4.0;123
5.2.4;4 Schritt 1: Industrie 4.0-Ist-Analyse: Wo steht das Unternehmen?;124
5.2.4.1;4.1 Phase 1: Analyse des Anpassungsbedarfs der Geschäftsstrategie;124
5.2.4.2;4.2 Phase 2: Analyse des Erfahrungsgrads mit Industrie 4.0 (Use Case-Analyse);130
5.2.5;5 Schritt 2: Industrie 4.0-Zielbestimmung: Wo will das Unternehmen hin?;131
5.2.6;6 Schritt 3: Industrie 4.0-Maßnahmenumsetzung: Wie können die Ziele ganzheitlich operationalisiert werden?;133
5.2.6.1;6.1 Betrachtungsebene 1: Management von Projekten;133
5.2.6.2;6.2 Betrachtungsebene 2: Management von Prozessen;136
5.2.6.3;6.3 Betrachtungsebene 3: Management von (IT)-Technologien;136
5.2.6.4;6.4 Betrachtungsebene 4: Management von Organisation;137
5.2.6.5;6.5 Betrachtungsebene 5: Management von Mitarbeitern;138
5.2.7;7 Fazit;139
6;4 Industrie 4.0 – Use Cases aus Forschung und Unternehmenspraxis;140
6.1;4.1 Vernetzung der realen und der virtuellen Welt in der Produktionsplanung;140
6.1.1;1 Einführung;142
6.1.2;2 Motivation;142
6.1.3;3 Inhalt des Projektes;145
6.1.3.1;3.1 Anforderungen;145
6.1.3.2;3.2 Innovativer Ansatz;146
6.1.3.3;3.3 Verfahren;147
6.1.4;4 Anwendung: Konkrete Use Cases aus der Produktionsplanung;150
6.1.4.1;4.1 Vernetzung der realen Fertigung mit der virtuellen Planung;150
6.1.4.2;4.2 Vernetzung zwischen OEM und Lieferant;152
6.1.5;5 Fazit und Ausblick;153
6.1.5.1;5.1 Fazit und Nutzenpotentiale;153
6.1.5.2;5.2 Ausblick in die Zukunft;155
6.1.6;6 Literaturhinweise;155
6.2;4.2 Durchgängiges digitales Engineering und Losgröße 1 in der Getränkeabfüll- und Verpackungsindustrie;158
6.2.1;1 Unternehmenshintergrund;160
6.2.2;2 Motivation zur Einführung von Industrie 4.0 in Unternehmen;160
6.2.3;3 Anwendungsbeispiele: Industrie 4.0 im konkreten Praxiseinsatz;160
6.2.3.1;3.1 Direct Print-Maschine;161
6.2.3.2;3.2 Forschungsprojekt CyberSystemConnector – Aktualisierte Dokumentationserstellung;163
6.2.4;4 Fazit: Industrie 4.0 für Unternehmen;167
6.2.5;5 Zukunftsausblick;167
6.2.6;6 Weiterführende Informationen;168
6.2.7;7 Literaturhinweise;168
6.3;4.3 MICA – Die modulare Embedded Plattform der Firma HARTING für Industrie 4.0;170
6.3.1;1 Unternehmensvorstellung;172
6.3.2;2 Motivation und Problemstellung;172
6.3.3;3 Lösung und Umsetzung;173
6.3.4;4 Fazit und Nutzen;176
6.3.5;5 Ausblick;177
6.3.6;6 Literaturhinweise;177
6.4;4.4 Innovative Konzepte einer sich selbstorganisierenden Fahrzeugmontage am Beispiel des Forschungsprojekts SMART FACE;180
6.4.1;1 Einführung;182
6.4.2;2 Hintergrund und Motivation;183
6.4.3;3 Zielsetzung des Forschungsprojekts;184
6.4.4;4 Vorgehensweise im Forschungsprojekt;186
6.4.5;5 Konzeptbeschreibung;187
6.4.5.1;5.1 Anforderungsanalyse;187
6.4.5.2;5.2 Betriebskonzept;189
6.4.5.3;5.3 Produktionsprogrammplanung;190
6.4.5.4;5.4 Produktionssteuerung;191
6.4.6;6 Ansätze für die praktische Umsetzung;193
6.4.6.1;6.1 Minidemonstrator;193
6.4.6.2;6.2 Maxidemonstratoren;195
6.4.7;7 Ausblick;195
6.4.8;8 Danksagung;196
6.4.9;9 Literaturverzeichnis;196
6.5;4.5 viEMA: Schwankenden Stückzahlen in Industrie 4.0 durch flexiblen Wechsel zwischen Handund Automatenmontage begegnen;200
6.5.1;1 Über das FZI Forschungszentrum Informatik und die an viEMA beteiligten Projektpartner;202
6.5.2;2 Motivation;203
6.5.3;3 Problemstellung;204
6.5.4;4 Technische Umsetzung der flexiblen viEMA-Fertigungszelle;205
6.5.4.1;4.1 Intuitive Programmierung und Wissensrepräsentation;206
6.5.4.2;4.2 Systemergonomische Analyse des Programmiervorganges und der Eingabemedien;207
6.5.4.3;4.3 Sensortechnik zur Bauteil-Lokalisierung und Umweltvermessung;208
6.5.4.4;4.4 Automatische Greifund Bewegungsplanung für wandelbare Greifer;208
6.5.4.5;4.5 Aufbau der viEMA-Zelle mit passendem Sicherheitskonzept;209
6.5.4.6;4.6 Netzwerk- und Internetanbindung;211
6.5.4.7;4.7 Werkserprobung;211
6.5.5;5 Fazit und Nutzenpotentiale;212
6.5.6;6 Ausblick in die Zukunft;214
6.5.7;7 Literaturhinweise;215
6.6;4.6 Digitale Transformation: Wie Virtual / Mixed und Augmented Reality unser Arbeitsleben verändern;216
6.6.1;1 Unternehmensvorstellung;218
6.6.2;2 Motivation;218
6.6.3;3 Historie;219
6.6.4;4 Umsetzung;220
6.6.4.1;4.1 Mixed Reality-Systemlandschaft;220
6.6.4.2;4.2 Mixed Reality im Prototypenbau und in der Produktion;221
6.6.4.3;4.3 Mixed Reality in der Designentwicklung für MB Vans;223
6.6.4.4;4.4 Mobiler Einsatz von Augmented Reality;223
6.6.4.5;4.5 Einsatz im Vertrieb;224
6.6.5;5 Ausblick;225
6.6.6;6 Literaturhinweise;226
6.7;4.7 Pumpen und Armaturen im Umfeld von Industrie 4.0;228
6.7.1;1 Unternehmenshintergrund der KSB AG;230
6.7.2;2 Motivation zur Einführung von Industrie 4.0;230
6.7.3;3 Industrie 4.0 bei KSB;232
6.7.3.1;3.1 KSB-Sonolyzer;232
6.7.3.2;3.2 Equipment Management;234
6.7.4;4 Fazit und Nutzenpotentiale;236
6.7.5;5 Zukunftsausblick;237
6.8;4.8 Innovation Labs und Aktivitäten der Volkswagen Konzern IT im Zuge der Digitalisierung und Industrie 4.0;238
6.8.1;1 Der Volkswagen Konzern und seine IT;240
6.8.2;2 Die Digitalisierung und ihre Herausforderungen für Unternehmen klassischer Industrien;241
6.8.3;3 Implikationen für die Organisation der Volkswagen Konzern IT;243
6.8.3.1;3.1 Data:Lab – ein Innovations-Hotspot für Big Data und Digitalisierung;244
6.8.3.2;3.2 Smart.Production:Lab – Lösungen für die Industrie 4.0;247
6.8.3.3;3.3 Digital:Lab – Digitales Ökosystem für Mobilitätsservices;249
6.8.3.4;3.4 Code:Lab – Ein Accelerator am Puls der Zeit des Silicon Valley;250
6.8.4;4 Resümee / Ausblick;250
6.8.5;5 Acknowledgement;251
6.8.6;6 Literaturverzeichnis;251
7;5 Industrie 4.0 – Ausblick;254
7.1;1 Industrie 4.0: Status Quo;256
7.2;2 Zentrale Herausforderungen für die Zukunft;258
7.2.1;2.1 Reifegrad der für Industrie 4.0 relevanten Technologien;258
7.2.2;2.2 Risiken beim Einsatz von Industrie 4.0;262
7.2.3;2.3 Weiterentwicklung der Managementinstrumente;264
7.3;3 Fazit;265
7.4;4 Literaturhinweise;266
8;Glossar;268
9;Autorenverzeichnis;275