Vogel-Heuser / Bauernhansl / Ten Hompel Handbuch Industrie 4.0 Bd.4

Allgemeine Grundlagen
2. Auflage 2017
ISBN: 978-3-662-53254-6
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 289 Seiten

Reihe: Springer Reference Technik

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  sowohl aus akademischer als auch aus praktischer Sicht 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 vierte Band umfasst die Beiträge zur Industrie 4.0 mit unveränderter, nachhaltiger Bedeutung in der Produktion, Automatisierung und Logistik.  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 wissenschaftlicher 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;Inhaltsverzeichnis;14
4;Die Vierte Industrielle Revolution – Der Weg in ein wertschaffendes Produktionsparadigma;22
4.1;1 Warum der industrielle Wettbewerb zunimmt und die Welt der Produktion komplex wird;22
4.1.1;1.1 Industrielle Revolutionen der letzten 260 Jahre;22
4.1.2;1.2 Beitrag der Industrie zum Erfolg von Volkswirtschaften;25
4.1.3;1.3 Die Nachfrageseite des Wachstums;27
4.1.4;1.4 Die Angebotsseite des Wachstums;28
4.1.5;1.5 Die Wende der Produktionsfaktoren;28
4.2;2 Wie Komplexität von der Fraktalen zur Smarten Fabrik führt;31
4.2.1;2.1 Komplexitätsfelder im Wertschöpfungsnetz;32
4.2.2;2.2 CPS als Basis der Smarten Fabrik;32
4.2.3;2.3 Warum wird das Konzept der Smart Factory Erfolg haben?;34
4.3;3 Wie cyber-physische Systeme die Planung und den Betrieb von Fabriken verändern;35
4.3.1;3.1 Planung;36
4.3.2;3.2 Wertschöpfungsstrukturen;38
4.3.3;3.3 Umsetzungsbeispiele;39
4.3.4;3.4 Multi-modale Mensch-Maschine-Schnittstelle;41
4.4;4 Warum Echtzeitnähe und XaaS der Schlüssel für das neue Produktions-Paradigma sind;42
4.4.1;4.1 Die vier Lebenszyklen der Produktion;42
4.4.2;4.2 Von der Automatisierungspyramide zum service-orientier-ten Netz;43
4.4.3;4.3 Virtual Fort Knox;44
4.4.4;4.4 Zwischenfazit;47
4.5;5 Wie die marktgetriebene Migration in die Vierte Industrielle Revolution erfolgreich sein kann;47
4.5.1;5.1 Abschätzung der Kostenpotenziale;48
4.5.2;5.2 Wie sollten Unternehmen vorgehen?;49
4.6;6 Fazit;50
4.7;7 Literatur;51
5;Herausforderungen und Anforderungen aus Sicht der IT und der Automatisierungstechnik;53
5.1;1 Einführung;53
5.2;2 Was ermöglichen CPS für Industrie 4.0?;53
5.3;3 Was müssen CPS für Industrie 4.0 können?;55
5.3.1;3.1 Architekturmodelle (Referenzarchitektur);56
5.3.2;3.2 Kommunikation und Datendurchgängigkeit;57
5.3.3;3.3 Intelligente Produkte und adaptive intelligente Produktions-einheiten;58
5.3.4;3.4 Informationsaggregation und -aufbereitung für den Men-schen;61
5.4;4 Literatur;63
6;Use Case Industrie 4.0-Fertigung im Siemens Elektronikwerk Amberg;65
6.1;1 Das Elektronikwerk Amberg (EWA);65
6.1.1;1.1 Vision und Strategie;66
6.1.2;1.2 Lösungsansätze aus Industrie 4.0 für unsere Herausforde-rungen;66
6.1.3;1.3 Der Mensch ist das Maß aller Dinge (Protagoras);69
6.1.4;1.4 Quality first;71
6.2;2 Produktionsautomatisierung;72
6.2.1;2.1 Der Startpunkt der Automatisierung;72
6.2.2;2.2 Die vertikale Integration;73
6.2.3;2.3 Die durchgehende Codierung und Identifizierung;75
6.2.4;2.4 Autonomiebewegung beim Produkt;76
6.2.5;2.5 Losgröße 1 ist bei Industrie 4.0 enthalten;77
6.3;3 Mensch-Maschine-Interaktion;79
6.3.1;3.1 Alle Maschinen online mit EWA-Kommunikationsstandard Comesco;79
6.3.2;3.2 Augmented Reality, Suchen und Zuordnen ist Vergangenheit;81
6.4;4 Der automatisierte Informationsfluss am Arbeitsplatz in der Produktion;83
6.5;5 DataMining;85
6.5.1;5.1 Automatisierte Auswertung der laufenden Prozessdaten, das Watchdog-Prinzip;85
6.5.2;5.2 Mit der Maus in die Tiefe, das Drill-Down-Prinzip;86
6.5.3;5.3 Lückenlose Auswertung aller Prozessparameter, das Prin-zip Objektidentifikation;87
6.6;6 Lessons Learned, wir machen weiter;87
7;Enabling Industrie 4.0 – Chancen und Nutzen für die Prozess-industrie;90
7.1;1 Einleitung;90
7.2;2 Gründe für Industrie 4.0 in der Prozessindustrie;90
7.3;3 Anwendungsszenario „Datenaggregation in der Verfahrens-technik“;93
7.4;4 Sicht der Gerätehersteller;93
7.5;5 Technologien und Lösungsansätze;96
7.5.1;5.1 Vernetzungsarchitekturen und Austauschformate;97
7.5.2;5.2 Data Mining für gerätespezifische und prozessübergreifen-de Diagnose;99
7.6;6 Literatur;102
8;Vom fahrerlosen Transportsystem zur intelligenten mobilen Auto-matisierungsplattform;103
8.1;1 Einleitung;103
8.2;2 Heutige fahrerlose Transportsysteme;103
8.2.1;2.1 Einsatzszenarien von fahrerlosen Transportsystemen;103
8.2.2;2.2 Modellvielfalt und Systemintegration;104
8.2.3;2.3 Navigationstechnologien;105
8.3;3 Herausforderungen für FTS im Kontext von Industrie 4.0;106
8.3.1;3.1 Neue Anwendungsszenarien für mobile Systeme;106
8.3.2;3.2 Hoher Installationsund Integrationsaufwand von mobilen Systemen;107
8.3.3;3.3 Bedarf an standardisierten Systemen;108
8.3.4;3.4 Intelligente Fahrzeuge vs. intelligente Systeme;109
8.4;4 Aktuelle Entwicklungen zu mobilen Automatisierungsplatt-formen;109
8.4.1;4.1 ROS als Softwareplattform;109
8.4.2;4.2 Standardisierte Entwicklungsplattformen;110
8.4.3;4.3 Flexible Navigationssysteme;111
8.4.4;4.4 Mobile Produktionsassistenten;113
8.5;5 Mobilität als neues Potenzial von Automatisierungs-systemen;113
8.5.1;5.1 Vom Transportsystem zur mobilen Applikationsplattform;113
8.5.2;5.2 Ausblick;114
8.6;6 Literatur;114
9;Adaptive Logistiksysteme als Wegbereiter der Industrie 4.0;116
9.1;1 Auf dem Weg zur adaptiven Logistik;116
9.2;2 Innovative Technologien für die Logistik von Morgen;117
9.2.1;2.1 Wandelbare Logistiksysteme nutzen Technologien des Internets der Dinge und Dienste;118
9.2.2;2.2 Umsetzung cyber-physikalischer Materialflusssysteme;122
9.3;3 Der Mensch als Akteur in cyber-physikalischen Logistiksys-temen;128
9.3.1;3.1 Cyber-physikalische Logistiksysteme erfordern den „Logis-t;128
9.3.2;3.2 Menschorientierte cyber-physikalische Logistiksysteme in der Praxis;131
9.4;4 Logistik für die Industrie 4.0 Mensch und Maschine im smarten Zusammenspiel;140
9.5;5 Literatur;140
10;Die horizontale Integration der Wertschöpfungskette in der Halblei-terindustrie – Chancen und Herausforderungen;143
10.1;1 Eigenschaften von Wertschöpfungsnetzwerken in der Halb-leiterindustrie;143
10.2;2 Realisierung eines integrierten Wertschöpfungsnetzwerks;146
10.3;3 Chancen und Herausforderungen der horizontalen Integra-tion;148
10.4;4 Zusammenfassung und Ausblick;151
10.5;5 Literatur;151
11;IT-Sicherheit und Cloud Computing;152
11.1;1 Einleitung;152
11.1.1;1.1 Eingebettete, vernetzte Komponenten;152
11.1.2;1.2 Big Data und Cloud-Computing;154
11.1.3;1.3 Herausforderungen für die IT-Sicherheit;155
11.1.4;1.4 Cloud-Computing im Kontext von Industrie 4.0;156
11.2;2 Anforderungen an Cloud-Systeme;158
11.2.1;2.1 Einsatz von Cloud Computing in Industrie 4.0;159
11.2.2;2.2 Verfügbarkeit der Dienste und Daten;165
11.2.3;2.3 Unversehrtheit der Daten;166
11.2.4;2.4 Geheimhaltung vertraulicher Daten;169
11.3;3 Lösungsansätze und Forschungsbedarfe;171
11.3.1;3.1 Sicherstellung der Datenintegrität durch sichere HardwareModule;173
11.3.2;3.2 Produktund Know-how-Schutz;174
11.3.3;3.3 Erhöhung der Verfügbarkeit und Integrität von Daten in derCloud;176
11.3.4;3.4 Beschränkung von Datenzugriffen in der Cloud;177
11.3.5;3.5 Suchen in verschlüsselten Datenbeständen;179
11.3.6;3.6 Vertrauliche, privatsphärenbewahrende Zusammenarbeit mehrerer Parteien;181
11.4;4 Zusammenfassung und Ausblick;182
11.5;5 Literatur;184
12;iProduction, die Mensch-Maschine-Kommunikation in der Smart Factory1;187
12.1;1 Zur Rolle des Menschen in der Produktion von morgen;187
12.1.1;1.1 Vollautomatisierung wird kürzeren Produktlebenszyklen nicht gerecht;189
12.1.2;1.2 Assoziationsfähigkeit des Menschen vs. Künstliche Intelli-genz (KI);189
12.1.3;1.3 Nutzung mobiler Kommunikationstechnik im Arbeitskontext;191
12.1.4;1.4 Potenziale von Social Media in der Produktion;192
12.1.5;1.5 Möglichkeiten der Unterstützung der Mitarbeiter durch mo-bile Assistenz;194
12.2;2 Beispielszenario aus einer Smart Factory;196
12.3;3 Informationsbereitstellung für die Funktionsträger in der Produktion;200
12.4;4 Produktionsdatenintegration bei heterogenen Maschinen-parks;205
12.4.1;4.1 Schritt 1: Datenerfassung;205
12.4.2;4.2 Schritt 2: Datenzuordnung;206
12.4.3;4.3 Schritt 3: Daten-Interpretation;207
12.4.4;4.4 Transformation von Maschinendaten in Betriebszustände;211
12.4.5;4.5 Architekturansatz zur Meldeverküpfung;214
12.5;5 Literatur;216
13;Mensch-Maschine-Interaktion;217
13.1;1 Einleitung;217
13.2;2 Stand der Technik in der Mensch-Roboter-Interaktion;217
13.2.1;2.1 Informatorische Interaktion von Mensch und Roboter;217
13.2.2;2.2 Physische Interaktion von Mensch und Roboter;219
13.3;3 Technologiebedarf und offene Forschungsfragen;220
13.3.1;3.1 Datenmodelle für die Nutzung von Robotern in Industrie 4.0Anwendungen;220
13.3.2;3.2 Semantische Integration der Komponenten eines Roboter-systems;222
13.3.3;3.3 Erkennung von Handgesten und kinematischen Parametern des Menschen;223
13.3.4;3.4 Sensoren als cyber-physische Systeme;224
13.3.5;3.5 Sicherheit kollaborativer Roboteranlagen im Kontext von Industrie 4.0;225
13.3.6;3.6 Wirtschaftlichkeit;226
13.4;4 Aktuelle Forschungsansätze;226
13.5;5 Neue Anwendungsszenarien;228
13.6;6 Literatur;231
14;Mensch-Maschine-Interaktion im Industrie 4.0-Zeitalter;232
14.1;1 Einleitung;232
14.2;2 Repräsentationsformen einer cyber-physischen Welt;235
14.3;3 Interaktionsformen einer cyber-physischen Welt;236
14.4;4 Mobile, kontext-sensitive Benutzungsschnittstellen;238
14.5;5 Adaptive, lernende Assistenzsysteme;242
14.6;6 Entwicklungsparadigmen für I4.0-Benutzungsschnittstellen;244
14.7;7 Entwicklung herstellerund plattformübergreifender Benut-zerschnittstellen;246
14.8;8 Zusammenfassung;248
14.9;9 Literatur;249
15;Chancen von Industrie 4.0 nutzen;250
15.1;1 Einführung;250
15.2;2 Die vierte industrielle Revolution;251
15.3;3 Chancen für den deutschen Wirtschaftsstandort;254
15.3.1;3.1 Ökonomische Chancen;254
15.3.2;3.2 Ökologische Chancen;255
15.3.3;3.3 Soziale Chancen;255
15.4;4 Smart Data und Smart Services;255
15.5;5 Akzeptanz als Herausforderung;257
15.5.1;5.1 Sicherheit;257
15.5.2;5.2 Privatsphäre;258
15.5.3;5.3 Bedeutung von MINT;258
15.6;6 Schlussfolgerung;259
15.7;7 Literatur;260
16;Logistik 4.0 – Ein Ausblick auf die Planungund das Management der zukünftigen Logistik vor demHintergrund der vierten industri ellen Revolution;262
16.1;1 Einleitung;262
16.2;2 Die Vision vom Internet der Dinge in der Logistik;262
16.3;3 Planung 4.0 und die Trennung von normativer und operativerEntscheidungsebene;263
16.4;4 Supply Chain Management 4.0 oder das Dilemma der standardisiertenZukunft;265
16.5;5 Industrielles Management 4.0 – von der Selbststeuerung zurSelbstgestaltung;268
16.6;6 Mensch und Logistik 4.0 – die Vision einer „Social NetworkedIndustry“ in der Folge von Industrie 4.0;271
16.7;7 Literatur;272
17;Industrie 4.0 – Anstoß, Vision, Vorgehen;273
17.1;Literatur;282