Handbuch Industrie 4.0

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

Der Herausgeber

Autorenverzeichnis

Von CIM zu Industrie 4.0

Industrielle Revolutionen

Globalwirtschaftliche Einflussfaktoren (Market Pull)

Technologische Einflussfaktoren (IK-Technology Push)

Teil A Prozese der Smart Factory

1 Geschäftsmodell-Innovation

1.1 Die Transformation vom Produkt- zum Lösungsanbieter

1.2 Der Digitale Schatten als Basis für Predictive Analytics

1.3 Innovationsarten zur Einführung neuer Geschäftsmodelle und Kundenorientierung durch neue Innovationsprozesse

1.4 Netzwerkartige Wertschöpfungssysteme

1.5 Plattformansätze zur Kollaboration

1.6 Wandel zum Industrie 4.0- Unternehmen

2 Veränderung in der Produktionsplanung und -steuerung

2.1 Einführung in die PPS

2.2 Transparenz durch Datenverfügbarkeit als Enabler für eine leistungsfähigere PPS

2.3 Potenziale der Digitalisierung für die Aufgaben der PPS

2.3.1 Produktionsprogrammplanung

2.3.2 Auftragsmanagement und Auftragsversand

2.3.3 Sekundärbedarfsplanung

2.3.4 Fremdbezugsgrobplanung und Fremdbezugsplanung

2.3.5 Produktionsbedarfsplanung

2.3.6 Eigenfertigungsplanung

2.3.7 Eigenfertigungssteuerung

2.3.8 Bestandsmanagement

2.3.9 Produktionscontrolling

2.4 Mythos PPS 4.0

3 Der Mensch in der Produktion von Morgen

3.1 Die Bedeutung von Industrie 4.0 für den Mitarbeiter

3.2 Grundlegende Konzepte und Modelle

3.2.1 Das Konzept Mensch – Technik – Organisation (MTO)

3.2.2 Belastungs-Beanspruchungskonzept

3.2.3 Gestaltung von Assistenzsystemen

3.2.4 Systemergonomische Analyse

3.3 Qualifizierung des Produktionsmitarbeiters in der Industrie 4.0

3.3.1 Entwicklungstendenzen der Arbeit in der Produktion durch Industrie 4.0

3.3.2 Charakteristik des Produktionsmitarbeiters der Zukunft

3.3.3 Qualifikationsbedarf für den Produktionsmitarbeiter der Zukunft

3.4 Individuelle dynamische Werkerinformationssysteme

3.4.1 Übersicht Werkerinformationssysteme

3.4.2 Individuelle Werkerinformation

3.4.3 Dynamische Werkerinformation

3.5 Mensch-Roboter-Interaktion

3.6 Personalführung

3.6.1 Auswirkungen einer stärkeren Vernetzung und Digitalisierung

3.6.2 Auswirkungen des demografischen Wandels und veränderten Werteverständnisses

3.6.3 Auswirkungen des produktionstechnischen Umfelds

3.6.4 Anschauungsbeispiel: Reduzierung kognitiver Belastung für Führungspersonen

4 Daten, Information und Wissen in Industrie 4.0

4.1 Maschinensteuerung aus der Cloud – Automation as a Service

4.1.1 Einführung zu Cloud-Plattformen und -Diensten

4.1.2 Potenziale der Cloud für die Produktion

4.1.3 Wege zur Cloud-basierten Automatisierung

4.2 Big Data

4.2.1 Definitionen

4.2.2 Tools

4.2.3 Anwendungen

4.2.4 Mögliche Anwendungsgebiete

4.3 Kommunikation

4.3.1 Kommunikationstechnik für die Produktion: Bereit für Industrie 4.0?

4.3.2 Kommunikation auf der Feldebene

4.3.3 Drahtloskommunikation in der Fabrik

4.3.4 Middleware und Standards: Die Fabrik vernetzt sich

4.3.5 Potentiale des taktilen Internets

5 Cyber-Sicherheit in Industrie 4.0

5.1 Motivation

5.2 Sicherheitsbedrohungen und Herausforderungen

5.2.1 Charakteristika von Industrie 4.0

5.2.2 Bedrohungen

5.2.2.1 Angreifertypen

5.2.2.2 Bedrohungen für Industrial Control Systems

5.2.3 Anforderungen an die Cyber-Sicherheit

5.2.3.1 Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen

5.2.3.2 Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten

5.2.3.3 Produktion intelligenter Produkte, Verfahren und Prozesse

5.2.3.4 Orientierung an individualisierten Kundenwünschen

5.2.3.5 Verfügbarkeit relevanter Informationen in Echtzeit

5.3 Cyber-Sicherheit: Lösungsansätze

5.3.1 Sicherheitsleitfaden

5.3.2 Produkt- und Know-how-Schutz

5.3.2.1 Software Reverse Engineering und Gegenmaßnahmen

5.3.2.2 Absicherungskonzepte für industrielle Steuerungsanlagen

5.3.3 Sicherheit von Apps

5.3.3.1 Ausgewählte Problembereiche von Android-Apps

5.3.3.2 App-Ray-Analysewerkzeug

5.3.4 Datensouveränität: Industrial Data Space

5.3.4.1 Architekturüberblick

5.3.4.2 Sicherheitsarchitektur

5.3.4.3 Anwendungsszenario: Predictive Maintenance

5.4 Zusammenfassung

6 Organisation, Qualität und IT-Systeme für Planung und Betrieb

6.1 Systeme für Geschäftsprozesse

6.1.1 Systeme zur Planung und zum Betrieb der Geschäftsprozesse

6.1.1.1 Enterprise Resource Planning

6.1.1.2 Manufacturing Execution Systems

6.1.1.3 Advanced Planning and Scheduling

6.1.1.4 PPS als Schnittmenge von ERP und MES

6.1.2 Trends im Planning and Scheduling

6.1.2.1 Echtzeitdatenerfassung und unternehmensübergreifende Bereitstellung

6.1.2.2 Zentrale, dezentrale und hybride Steuerungsstrukturen

6.1.2.3 Plattformstrategie und App-basierte Individualisierung

6.1.2.4 Werkzeuge zur zielgruppenspezifischen Datenaufbereitung

6.2 Organisation und IT

6.2.1 Organisation von Planung und Betrieb

6.2.2 Cyber-physische Systeme zur Unterstützung der Planung und des Betriebs

6.2.2.1 Hochauflösende Datenaufnahme

6.2.2.2 Prognosefähigkeit durch echtzeitnahe Simulation

6.2.2.3 Entscheidungsunterstützung mittels intuitiver Visualisierung

6.3 Qualität und IT

6.3.1 Computerized Quality

6.3.2 Trends im Kontext von Industrie 4.0

6.3.2.1 Data Analytics zur Steigerung von Produkt- und Prozessqualität

6.3.2.2 Smart Devices für die Qualitätssicherung

6.3.2.3 Plattform-basierte Kollaboration für eine bessere Ressourcennutzung

6.3.2.4 Selbstoptimierende Prüfsysteme

6.3.2.5 Interaktive Prozessdokumentation auf Wiki-Basis

6.3.3 Fazit

7 Aspekte der Fabrikplanung für die Ausrichtung auf Industrie 4.0

7.1 Aktueller Stand und Weiterentwicklung der Digitalen Fabrik

7.1.1 Definition der Digitalen Fabrik

7.1.2 Methoden und Werkzeuge der Digitalen Fabrik

7.1.3 Nutzen der Digitalen Fabrik

7.2 Beitrag der Digitalen Fabrik zur Ausrichtung der Fabrikplanung auf Industrie 4.0

7.2.1 Betriebsanalyse

7.2.2 Grobplanung

7.2.3 Feinplanung

7.2.4 Umsetzung

7.2.5 Betrieb, Tuning und Anpassung

7.3 Zusammenfassung und Ausblick

8 Rechtsfragen bei Industrie 4.0: Rahmenbedingungen, Herausforderungen und Lösungsansätze

8.1 Handlungsbedarf

8.2 Datenhoheit

8.2.1 Konzeptionelle Schutzrichtungen

8.2.2 Schutz in der unmittelbaren Einflusssphäre

8.2.3 Immaterialgüterrecht

8.2.4 Schutz von Unternehmensgeheimnissen

8.2.5 Faktische Datenhoheit durch Softwareschutz

8.2.6 „Dateneigentum“

8.2.7 Fazit

8.3 Haftung und Rechtsgeschäfte

8.3.1 Haftung

8.3.1.1 Vertragliche Haftung

8.3.1.2 Gesetzliche Haftung

8.3.2 Rechtsgeschäfte

8.4 Datenschutzrecht

8.4.1 Betriebliche Mitbestimmung

8.4.2 Grundsätzliche Anforderungen im Betrieb

8.4.3 Zusammenarbeit mit Dritten

8.5 IT-Sicherheitsrecht

8.5.1 Reichweite des IT-Sicherheitsgesetzes

8.5.2 Auswirkungen auf die Industrie 4.0

8.5.3 Untersuchungsbefugnisse des BSI

8.6 Fazit

9 Strategien zur Transformation der Produktionsumgebung

9.1 Identifikation von Handlungsbedarfen

9.2 Management von Änderungen in der Produktion

9.2.1 Aufbau und Kontext des Änderungsmanagements in der Produktion

9.2.2 Der Änderungsprozess für eine digitalisierte Produktion

9.2.2.1 Phase I: Proaktivität

9.2.2.2 Phase II: Reaktivität

9.2.2.3 Phase III: Retrospektivität

9.2.3 Analyse von Produktionsänderungen

9.2.4 Zusammenfassung

9.3 Definition von Anforderungen für CPPA

9.3.1 Status Quo bei der Erstellung von Lastenheften im Kontext der Produktion

9.3.2 Vorgehen und Checkliste zur Erstellung von Lastenheften für CPPA

9.3.2.1 1. Schritt: Projektziel festlegen

9.3.2.2 2. Schritt: Problemfelder identifizieren

9.3.2.3 3. Schritt: Lösungsalternativen bestimmen

9.3.2.4 4. Schritt: Lösungsalternativen abstimmen und integrieren

9.3.2.5 5. Schritt: Finales Lastenheft erstellen

9.4 Vorgehen zur Konzeption und Realisierung

9.4.1 Status Quo bei der Produkt- bzw. Systementwicklung

9.4.1.1 Disziplinspezifische Vorgehensmodelle und Werkzeuge

9.4.1.2 Disziplinübergreifende Vorgehensmodelle und Werkzeuge

9.4.1.3 Status Quo bei der Entwicklung von CPS-basierten Lösungen

9.4.1.4 Status Quo bei der Entwicklung von wandelbaren Produktionsanlagen

9.4.2 Entwicklungsmethodik für Cyber-physische Produktionsanlagen

9.4.2.1 Phasen 1 und 2: Übergreifende System- und Subsystementwürfe

9.4.2.2 Phase 3: Detaillierter Subsystementwurf

9.4.2.3 Phasen 4 und 5: Integration

9.5 Zusammenfassung

10 Systematische Einbindung von Kunden in den Innovationsprozess

10.1 Notwendigkeit und Chancen der Kundeneinbindung in Zeiten der Digitalisierung

10.2 Öffnen des Innovationsprozesses durch Open Innovation

10.3 Kundeneinbindung in den Innovationsprozess

10.3.1 Phasen der Kundeneinbindung

10.3.2 Methoden zur Einbindung von Kunden und externen Akteuren

10.3.3 Ideen, Konzepte und Technologien

10.4 Von Mass Customization zum kundeninnovierten Produkt

10.5 Agile Entwicklungsprozesse

10.6 Produktarchitekturen adaptierbarer und individualisierbarer Produkte

10.7 Kostenbeurteilung adaptierbarer und individualisierter Produkte

11 Industrie 4.0 und die Steigerung der Energieeffizienz in der Produktion

11.1 Energieflüsse und Energieeffizienz in der Produktion

11.2 Cyber-physische Produktionssysteme im Kontext der Energieeffizienz

11.3 Energietransparente Maschinen

11.4 Energieeffizienz in der Prozesskette – Dynamischer Energiewertstrom

11.5 Energieeffizienz auf Fabrikebene

11.5.1 3D-Monitoring thermischer Emissionen

11.5.2 Multi-Level-Simulation

11.6 Zusammenfassung und Ausblick

Teil B Mechatronische (cyber-physische) Automatisierungskomponenten

1 Das gentelligente Werkstück

1.1 Die Vision: Das gentelligente Werkstück

1.2 Die Vision: Einordnung gentelligenter Werkstücke

1.3 Die Umsetzung: Befähigung des Werkstücks

1.3.1 Daten erfassen

1.3.1.1 Sensorbasierte Datenaufnahme

1.3.1.2 Bauteilrandzonenbasierte Datenaufnahme

1.3.2 Werkstückidentifikation und inhärentes Speichern von Daten

1.3.3 Kommunikation

1.4 Anwendungen

1.4.1 Anwendung in der Fertigungsphase

1.4.2 Anwendung in der Nutzungsphase

2 Das intelligente Werkzeug

2.1  Das Werkzeug – bisher und zukünftig

2.2 Aktuelle Ansätze und Beispiele intelligenter Werkzeuge

2.2.1 Einstufung von Werkzeugen

2.2.2 Anwendungsfälle für intelligente Werkzeuge

2.2.3 Schnittstellen zur Einbindung eines intelligenten Werkzeugs

2.3 Werkzeugüberwachung

2.4 Intelligenter Werkzeugkreislauf

2.4.1 Motivation

2.4.2 Funktionsbausteine des Smart Tools

2.4.3 Fazit und Ausblick

3 Die vernetzte Werkzeugmaschine

3.1 Frontloading durch eine effizientere CAD-CAM-NC-Kette

3.1.1 Die CAD-CAM-NC-Kette

3.1.2 Automatisierungsmechanismen in heutigen CAM-Systemen

3.1.3 Weiterführende Ansätze in Forschung und Praxis

3.1.4 Zwischenfazit

3.2 Simulation des Prozess-Maschine-Verhaltens im Produktentstehungsprozess

3.2.1 Optimierung von NC-Programmen in der Arbeitsvorbereitung

3.2.2 Rückkopplung von Erkenntnissen in der Entwicklungsphase von Produktionsmitteln

3.2.3 Zwischenfazit

3.3 Big Data-Analysen im produzierenden Unternehmen

3.3.1 Integrative Vernetzung der CAD-CAM-NC-Kette

3.3.2 Prozessdatenrückführung und -kontextualisierung

3.3.3 Datenevaluation

3.3.3.1 Manuelle Prozessevaluation

3.3.3.2 Produktivitätssteigerungen

3.3.3.3 Automatisierte Evaluation und Qualitätsprognose

3.3.4 Zwischenfazit

3.4 Impulse von Industrie 4.0 auf das Condition-Monitoring von Werkzeugmaschinen

3.4.1 Vision der selbstüberwachenden Werkzeugmaschine

3.4.2 Maschinenkomponentenmodelle für die Gebrauchsdauerprognose

3.4.3 Integration in die Produktionslandschaft

3.4.4 Zwischenfazit

3.5 Neue Bedienkonzepte für die nutzerzentrierte Werkzeugmaschine

3.5.1 Konventionelle Bedienkonzepte

3.5.2 Neue Bedienkonzepte

3.5.3 Anforderungen an ein nutzerzentriertes Bedienkonzept

3.5.4 Touchscreen-Bedienung im Produktionsumfeld

3.5.5 Benutzerzentrierte Dialoggestaltung

3.5.6 Middleware

3.5.7 Zwischenfazit

3.6 Fazit

4 Verarbeitungsanlagen und Verpackungsmaschinen

4.1 Konsumgüterproduktion 4.0

4.1.1 Anlagen zur Massenproduktion von Verbrauchsgütern

4.1.2 Trends im Lebensmittel- und Pharmabereich

4.1.3 Wandlungsfähige Verarbeitungsprozesse

4.2 Vom Stoffsystem zum Produkt in wandlungsfähigen Prozessketten

4.2.1 Wandlungsfähige Fließprozesse

4.2.2 Variationsebenen in Verarbeitungsanlagen

4.3 Elemente wandlungsfähiger Verarbeitungsanlagen

4.3.1 Der qualitätsgeführte Prozess

4.3.2 Qualitätsmaterial und Qualitätsprodukt

4.3.3 Wandlungsfähige Wirkpaarungen

4.4 Wandlungsfähige Verarbeitungsanlagen

4.4.1 Wandlungsfähige Anlagenstrukturen

4.4.2 Selbstüberwachende und selbstoptimierende Maschinen

4.4.3 Prozessintegrierte mechatronische Simulation

4.4.4 Aspekte der automatisierten Reinigung von wandlungsfähigen Anlagen

4.4.5 Bedienerassistenz

5 Transfersysteme

5.1 Verkettung von Anlagen

5.1.1 Verkettung in der automatisierten Produktion

5.1.2 Flexibilisierung von Transfersystemen

5.1.3 Potential flexibler Verkettung in typischen Anordnungsstrukturen

5.1.4 Maximierung der Flexibilität von Transfersystemen am Beispiel des „Incremental Manufacturing“

5.2 Roboterbasierte Transfersysteme

5.2.1 Sensorintegration in roboterbasierten Transfersystemen

5.2.2 Intuitive Programmierung von roboterbasierten Transfersystemen

5.2.3 Anwendungsbeispiel: Hochflexibler Werkstücktransfer „Griff in die Kiste“

5.3 Greiftechnik in Transfersystemen

5.3.1 Funktionsintegrierte Greifsysteme

5.3.2 Anpassungsfähige Greifsysteme

6 Logistik 4.0

6.1 Digitalisierung und Vernetzung in der Supply Chain 4.0

6.1.1 Einsatz intelligenter Ladungsträger am Beispiel der Lebensmittel-Supply Chain

6.1.2 Kollaboratives Lebenszyklusmanagement in der Cloud am Beispiel der Werkzeug-Supply Chain

6.2 Einsatz digitaler Werkzeuge in der Logistikplanung

6.2.1 Einsatz von Virtual Reality zur Planung manueller Kommissioniersysteme

6.2.2 Kollaborative Planung und Inbetriebnahme von Materialflusssystemen

6.3 Schnittstellen zur Einbindung des Menschen in digitale Logistikprozesse

6.3.1 Neue Formen des Informationsaustauschs für eine effizientere manuelle Kommissionierung

6.3.2 Assistenzsysteme für Staplerfahrer zur Darstellung und Erfassung von Prozessdaten

6.4 Steuerungskonzepte für automatisierte und flexible Materialflüsse in Produktion und Distribution der Industrie 4.0

6.4.1 Effiziente Erstellung einer Steuerung für Materialflusssysteme durch automatische Softwaregenerierung

6.4.2 Verwendung einer verteilten Materialflusssteuerung zur Realisierung von wandelbaren Materialflusssystemen

6.4.2.1 Verteilte Materialflusssteuerung im Internet der Dinge der Intralogistik

6.4.2.2 Autonome Fördertechnikmodule zur Selbstkonfiguration der Materialflusssteuerung

6.5 Einführung und Einsatz von RFID zur dezentralen Datenhaltung

6.5.1 Innovative Konzepte und Werkzeuge zur Einführung von RFID

6.5.2 Automatische Erfassung und Bereitstellung von Prozessdaten

7 Montage 4.0

7.1 Motivation

7.2 Beispielprodukt und -anlage

7.2.1 Beispielprodukt

7.2.2 Beispielanlage

7.3 Lösungsneutrale Fähigkeitenbeschreibung

7.3.1 Begriffsbestimmung und Beispiele

7.3.2 Nutzen

7.3.3 Taxonomie der Fähigkeiten

7.4 CAD-Produktanalyse  – Generierung von Produktanforderungen

7.4.1 Assembly-by-Disassembly  – Bestimmung von Montagereihenfolgen und -bewegungen

7.4.2 Bestimmung von quantitativen Prozessparametern

7.4.3 Bestimmung von Bauteilschnittstellen

7.5 Automatische Montageplanung

7.5.1 Einführung und Systemübersicht

7.5.2 Erzeugung des Fähigkeitenmodells einer Anlage mit bekanntem Layout

7.5.3 Anforderungen-Fähigkeiten-Abgleich  – Automatische Montageplanung

7.5.3.1 Arten der Prüfung

7.5.3.2 Bestimmung von Sekundärprozessen

7.5.4 Beispielhafte Abgleichmodule

7.5.5 Automatische Ableitung von Handlungsempfehlungen

7.5.5.1 Produktorientierte Handlungsempfehlungen

7.5.5.2 Betriebsmittelorientierte Handlungsempfehlungen

7.5.6 Bewertung und Auswahl von Planungsalternativen

7.5.7 Automatische Erstellung von Montageanleitungen

7.6 Automatisierte Integration

7.6.1 Automatisierte Konfiguration von Produktionskomponenten (Plug & Produce)

7.6.1.1 Konzept zur Ad-hoc-Vernetzung heutiger Anlagenkomponenten

7.6.1.2 Automatisierte Generierung eines vereinheitlichten Fabrikabbildes

7.6.2 Zeitoptimale Bahnplanung von Robotersystemen

7.6.2.1 Selbst-Programmierung von Industrierobotern

7.6.2.2 Modellierung als Graph und Beschreibung im Konfigurationsraum

7.6.2.3 Praxisgerechte Methoden arbeiten stichprobenbasiert

7.6.2.4 Kollisionsdetektion als Flaschenhals

7.6.2.5 Optimierung der Fahrtzeit

7.6.2.6 Einsatz in der Montage

7.6.3 Aufteilung auf Zielsysteme und Codegenerierung

7.7 Automatisierte Hardwareauslegung am Beispiel von Zuführsystemen

7.7.1 Grundlagen

7.7.2 Physiksimulation

7.7.3 Randbedingungen

7.7.4 Simulationsgestützte Auslegung

7.7.5 Fertigung und Validierung

7.7.6 Fazit

7.8 Zusammenfassung

8 Wandelbare modulare Automatisierungssysteme

8.1 Die Automatisierungspyramide

8.1.1 Dezentrale Prozesssteuerung mittels Smarter Produkte

8.1.2 Konvergenz von Feld- und Steuerungsaufgaben mittels Smarter Feldgeräte

8.1.3 Vertikale Integration und cloudbasierte, modulare IT-Systeme

8.2 Smarte Vernetzung

8.2.1 Kommunikationsstandards für Industrie 4.0

8.2.2 Ethernet in der Automatisierungstechnik

8.2.2.1 Echtzeitfähige Kommunikation mit Time Sensitive Networking

8.2.2.2 Software Defined Networking – Ein neues Netzwerkparadigma in der Automatisierungstechnik

8.2.2.3 Neue Kommunikationsstrukturen für Industrie 4.0-Netzwerke

8.2.3 Standards zur Informationsmodellierung in der Automatisierungstechnik

Teil C Anwendungsbeispiele

1 Vernetzte Anlagen für die spanende Fertigung

1.1 Flexible Kleinserienfertigung von Maschinenkomponenten

1.1.1 Randbedingungen und Fertigungsumfeld

1.1.2 Lösungsansatz für die vernetzte Fertigung

1.2 Lösungsassistenz in der vernetzten Großserienfertigung

1.2.1 Aufbau des Lösungsassistenten

1.2.2 Bedienerführung

1.2.3 Datenanalyse und Fehlerauswertung

1.3 Digitale Lösungen für Honsysteme

1.3.1 Honen in der Großserienfertigung

1.3.2 Fernwartungslösung für Honmaschinen

1.3.3 Cloudservices durch Maschinenanbindung

1.4 Fertigung von Maschinenkomponenten für Spritzgießmaschinen

1.4.1 Spritzgießmaschinen

1.4.2 Anlagen für die Fertigung der Maschinenkomponenten

1.4.3 Intelligente Fertigungsmittel

1.4.4 Vertikale und horizontale Vernetzung

1.4.5 Selbstorganisierende Transportprozesse

1.5 Fazit

2 Montagesysteme: Skalierbare Automatisierung in der „Lernfabrik Globale Produktion“

2.1 Die Lernfabrik im Kontext von Industrie 4.0

2.1.1 Zielstellung der Lernfabrik Globale Produktion

2.1.2 Sichten auf Industrie 4.0 in der Lernfabrik

2.1.3 Aufbau der Lernfabrik

2.2 Das Konzept der skalierbaren Automatisierung

2.2.1 Herausforderungen der Automatisierung in der Montage

2.2.2 Prinzip der skalierbaren Automatisierung

2.2.3 Potenziale der skalierbaren Automatisierung

2.2.4 Fazit zum Konzept der skalierbaren Automatisierung

2.3 Umsetzung der skalierbaren Automatisierung in der Lernfabrik Globale Produktion

2.3.1 Skalierungsstufen in der Lernfabrik

2.3.2 Technische Umsetzung der skalierbaren Automatisierung in der Lernfabrik

2.4 Ausblick

3 Verarbeitungstechnik

3.1 Individualisierte Lebensmittelverarbeitung und -verpackung in Losgröße 1 – FORFood

3.1.1 Lebensmittelverarbeitung für die Herstellung einer kundenindividuellen Mahlzeit in Losgröße 1

3.1.2 Formatflexible Verarbeitungsprozesse für ein kundenindividuelles Verpacken

3.1.3 Digital Moulding für ein formatflexibles Thermoformen

3.1.4 Flexibler Siegelprozess mittels Multi-Kontur-Werkzeugen

3.1.5 Automatisierte Herstellung von individualisierten Sammelpackungen

3.2 Automatische Feinzerlegung von Schinken

3.2.1 Aufgabenstellung

3.2.2 Anlagenkonzept

3.2.3 Erfassung der Schinken- eigenschaften

3.2.4 Schnittreihenfolge

3.2.5 Referenz-Petri-Netze – Ansatz zur Modellierung und Simulation von Prozessschritten und Gesamtprozessen

3.2.6 Zusammenfassung

3.3 Kognitive Systeme im Druckgewerbe

3.3.1 Steigender Kostendruck im Druckgewerbe

3.3.2 Reduktion der Makulatur als potenzieller Stellhebel

3.3.3 Regelungskonzept

3.3.4 Technische Bewertung

3.3.5 Wirtschaftliche Bewertung für eine Offsetdruckmaschine

3.3.6 Zusammenfassung

4 Anwendungsfeld Flugzeugbau

4.1 Betrachtung der Branche

4.1.1 Wirtschaftliche Randbedingungen

4.1.2 Technologische und organisatorische Besonderheiten

4.1.3 Industrie 4.0-Ansätze und Ist-Situation

4.2 Befähigertechnologien für bedeutende Aufgaben

4.2.1 Rumpfsektionenmontage

4.2.2 Turbinenschaufelmontage

4.2.3 Brennkammerinspektion

4.3 Befähigende Querschnittstechnologien

4.3.1 Mobile Roboter für die Rumpf-Außenstruktur

4.3.2 Ortsflexibles Robotersystem für Bearbeitungsaufgaben

4.3.3 Mensch-Maschine-Systeme

4.4 Integrationstechnologien

4.4.1 Ziele und Ansätze

4.4.2 Beispiele für Lösungsansätze

4.4.3 Unterstützung der Integration

5 Intelligent vernetzte Elektronikproduktion

5.1 Elektronische Systeme sind Grundlage und Vorbild für das Internet der Dinge

5.1.1 Die Befähiger des Internets der Dinge basieren auf fortschrittlichen elektronischen Aufbautechnologien

5.1.2 Die Produktion elektronischer Systeme ist Vorbild für die Digitalisierung der Fabrik

5.2 Vollautomatisierung von Fertigung und Materialfluss

5.2.1 Prozess- und Informationsautomatisierung

5.2.2 Traceability

5.2.3 Identifikation und Vernetzung zu CPS

5.3 Dynamische Wertschöpfungsketten

5.3.1 Individuelle Produktkonfiguration

5.3.2 Optimierte Auftragsabwicklung

5.3.3 Flexible Produktionssysteme

5.4 Nullfehler-Produktion

5.4.1 Qualitätssicherung

5.4.2 Big Data versus Smart Data

5.4.3 Mensch-Maschine-Interaktion

5.5 Durchgängige Informationssysteme

5.5.1 Produktentwicklung

5.5.2 CAD/CAM-Kopplung

5.5.3 Anbindung an das Manufacturing Execution System

5.6 Referenzmodell

5.6.1 Entwicklung zum Digital Enterprise

5.6.2 Greenfield- und Brownfield-Ansatz

5.6.3 Beispiel: Siemenswerke in Amberg und Chengdu

6 Die SmartFactory für individualisierte Kleinserienfertigung

6.1 SmartFactoryKL-Systemarchitektur

6.1.1 Konzeption der Systemarchitektur

6.1.2 Systemarchitektur – Anforderungen und Spezifikationen

6.2 Umsetzung der Systemarchitektur

6.2.1 Produktschicht

6.2.2 Produktionsschicht

6.2.3 Versorgungsschicht

6.2.4 Integrationsschicht

6.2.5 IT-Systemschicht

6.3 Anwendungsszenario

6.4 Zusammenfassung und Ausblick

7 Anwendungsfeld Automobilindustrie

7.1 Big Data Analytics in der Produktionslogistik am Beispiel der Materialflussanalyse

7.1.1 Analytics-Technologien und der Digitale Schatten in der Produktionslogistik

7.1.2 Materialflussanalyse im Digitalen Schatten

7.1.3 Fazit und Ausblick

7.2 Logistik 4.0 – Optimierungsverfahren zur Steigerung der Dynamik

7.2.1 Motivation

7.2.2 Zielsetzung

7.2.3 Vorgehensweise

7.2.4 Ergebnisse

7.3 Selbst-Kalibrierung roboterbasierter Messsysteme

7.3.1 Ausgangssituation

7.3.2 Zielsetzung

7.3.3 Vorgehensweise

7.3.4 Ergebnisse

7.4 Data Mining in der Batterieproduktion für die Elektromobilität

7.5 Digitale Produktion mittels additiver Fertigungsverfahren

7.5.1 Additive Fertigung und Industrie 4.0

7.5.2 Kurzüberblick zu aktuellen Prozesskategorien der Additiven Fertigung

7.5.3 Case Study – Additive Fertigung von Zahnrädern

7.6 Konzeption sowie Umsetzung einer Trainingsumgebung zur Qualifikation von Instandhaltern im Umfeld Industrie?4.0

Stichwortverzeichnis