Industrie 4.0…………. Hype , Evolution, Revolution ?Entwicklungen und Trends

© Frank Brinken, May 2017

Industry 1.0 > 1790

Mechanising Production Equipment

Hydropower

Industry 2.0 > 1880

Massproduction, Assembly Lines

Electrical Energy

Industry 3.0 > 1970

Industry 4.0 > 2011

Automatisation with

Numerical Controls ( CNC )

Vision:

Interconnected self – optimising

Manufacturing Systems

Evolutionsstufen der Fertigungstechnik

Industry 4.0 requires a holistic assessment of your complete enterprise manufacturing process

1) Manufacturing Software Solutions

2) Manufacturing Management System

3) Flexible Manufacturing Software

Source:

Step 1

Operational

Efficiency

• Asset Utilization• Operational Cost Reduction• Labor Productivity

Step 2New Products & Services

• Pay-per-use• Software based services• Data monetization

Step 3Outcome Economy

Step 4Autonomous Pull Economy

Source:WEF 2015, DavosIndustrial Internet Report 2015

• Pay-per-outcome• New connected Ecosystems• Platform enabled marketplace

• Continuous demand sensing• End to End automation• Resource optimization &

waste reduction

Ind

ust

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ines

s Le

vel

Decades

B2B Boundary Conditions for Step 1:

1) Continuous past Investments2) Manufacturing Economy (%GDP)3) Modern Machine Population4) Flexible Workforce5) Enhanced Skills Base

20% - 16 %

SWE

15% - 11%

UK

15% - 11%

FRA

17% - 13%

ESP

22% - 24 %

GER

19% - 19%

SUI

19% - 15 %

ITA

16% - 17%

POL

Manufacturing Share of Value

Added* in selected European

countries

11%-10%

GRE

2001 2014

(27) Average 2012 = 15%

Source: Worldbank, excluding construction

GER

SUIAUT

SWEITA

UK

FRA

21% - 18 %

AUT

Source: Gardner Research, 2015 World Machine Tool Output and Consumption Survey

Machine Tool Consumption as % of GDP 2016

0.16 %

0.20%

Source: April 2017

0.11 %

Industrial Robot Usage per Employee 2014

Source: NZZ March 2017 , Internation Federation of Robotics

Industry 4.0 Definition:

Bestrebungen, um Maschinen, Produktionssysteme

(incl. Lieferketten) , ERP Systeme, Produkte

informationstechnisch miteinander zu vernetzen

Awareness Level in different industry sectors ( 2014 )

Industry 4.0 ist eine komplette Transformation

von einem

produktionszentrierten Geschäftsmodell zu

einem marktzentrierten Geschäftsmodell

Begriffsverwirrung:

Industrie 4.0 GER, AUT, SWE, FIN….

Fabricca Intelligente IT

Production Future FRA

IoT Internet of Things UK

IiT Industrial Internet of Things USA

Industrie 2025 SUI

WKC Werk für Kombinationstechnik Chemnitz

• Employees: 1.500 (inc. local Partners), • Employees: in R&D and Engineering: 220

• Production (Units p.a.):• > 34.000 electrical cabinets , average lot size: 2• > 5.000 HMI-Stations, mostly automotive production• 600.000 electronic subassemblies (mostly customer specific)

• Type of Production: Engineer-to-Order, Manufacturing-to-Order

• Active Customers: >150 ( industrial customers )• Manufacturing Hours/a: 1.250.000 • Orders p.a.: 12.000

C Clemens-Winkler-Straße (1996), 34.500 m²

C Leipziger Straße (2014), 34.000 m²2008

Digital Factory Division, Chemnitz

The digital twin

Cus-

tomerQuote AB TV

Mat.-

Log.

Pre-

Fabric

Ass-

emblyWiring Test

Des-

patch

Cus-

tomer

E-CAD

System

Calculation SW

Real Time

Material-

Database

Prod

Mgmt.

Engi-

neer.

M-CAD-

System

MES-Application

NC-/SPS-

programs

Digital Manufacturing

Instructions

Robot-

programs

Final Test

Automation

Digitalisation as a holistic ProcessCustomer Interaction and technological sequencing

A virtual Prototype (Digital Twin) is the real core for the digitalisation of the production

Customer Interaction and Production Preparation Order Fulfillment Process

DatabaseMounting

programs

Complete Order Data

M-/Q-Data

Digital Factory Division, Chemnitz

Val

ue

Co

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Time Line

Source: Prof. Dr. R. Neugebauer ®

=> €

20171980

Freddy Forkliftdriver Mike Machine Operator Anna & Albert Assembler Peter Production Planner

Paul Process Analyst

Sebastian System Manager

Industry 4.0 wird operationelle, organisatorische und soziologische Konsequenzen nach sich ziehen

Our industrial eduction system mustmove from a purely skills based

to interconnected skills and data management =

«cyberphysical» education

Nutzung der Fertigungskapazitäten in der Schweizer Maschinenindustrie

3 Schichten

1-2 Schichten

1 Schicht

Source: March 2017

1001101… 1001101… 1001101…

Traditionelle Fertigungsketten in der Schweizer Zulieferindustrie

Technische Zeichnung 2 D Werkstattprogrammierung Losgrössenfertigung Endkontrolle

Angebotsprozess

1001101…

Auslieferungslager

• Digitaler Unterbruch an jeder Prozess-Schnittstelle• Permanente Kommunikation/Abstimmung zwischen Lieferant und Kunde nötig• Räumliche Nähe ( ~100 km Radius ) unabdingbar• Stark eingeschränkte Flexibilität bei Änderungen technisch und kommerziell• Hoher Aufwand für Zeichnungspflege und technische Änderungen

Moderne digitale Fertigungsketten in der Schweizer Zulieferindustrie

1001101… 1001101… 1001101…

Konstruktion in 3DModellen

Generierung des CNC Maschinenprogramms

Fertigung in Losgrösse 1 - ….

Lieferung JIT

1001101…

1001101…

Source: ESTECH AG

• Benötigt Systemkompatibiltät in Datenkette• Elimination von Rüstzeiten• Verlässliche Kostenkalkulation• Flexibilität bei Änderungen• Flexibilität bei Nachfrageschwankungen

Maschinenstundensätze:

Invest: 420.000 CHFAbschreibung: 10 JahreWochen/ a: 48 WochenMA / Schicht: 1

Source: Starrag

Source: Estech AG

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Tornos Tisis ®:

Maschinenüberwachung und -steuerung auf Mobilgeräten

5 Fallen bei Transitionsprozessen zu Industrie 4.0

1) LEAN und Six Sigma Prinzipen fest implementiert Schlanke Prozesse und relevante Prozesskennzahlen müssen eingeführt sein und auf allen Ebenen gelebt werden

2) ProzessharmonisierungSchleifung von Fürstentümern und Harmonisierung der Abläufe und relevanten Kennzahlen über alle Unternehmensteile

3) Wissen ist MachtNur die Synergien aus dem Erfahrungswissen in IT, Controlling, Produktion, Verkauf und Management ermöglichen die Optimierung der komplexen Produktionskette. Die Organisation muss bereit sein über Hoheitsgrenzen hinweg freiwillig Wissen zu teilen !

4) Beherrschung der DatenflutHilfreich ist ein Top Down Ansatz der für die Unternehmung relevanten Kennzahlen, aus denen dann die Verfeinerung der Datenflüsse resultiert. Dies muss von den Prozessverantwortlichen kommen. IT / ERP geführte Projekte enden fast immer in einem unergründlichen Datenozean.

5) Schrittweises VorgehenDefinition eines wünschenswerten Endzustands aus heutiger Sicht und eines IT Scrum analogen Entwicklungsprozesses

Why is Switzerland is better prepared for Industry 4.0

1. Relative young machine population

2. Continuous technology investments

3. Solid knowledge and skills base, Quality Proudness

4. Best in Class vocational training

5. Manufacturing is still 18% of GDP

6. Manufacturing has a public recognition

7. Unions openness for new technologies

Is Switzerland better prepared for Industry 4.0 implementation ?

The Robot won again !