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E-Book

Handbuch Industrie 4.0 Bd.4

Allgemeine Grundlagen

VerlagSpringer Vieweg
Erscheinungsjahr2016
Seitenanzahl289 Seiten
ISBN9783662532546
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis46,99 EUR

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.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort des Verlags8
Vorwort zur 2. Auflage10
Inhaltsverzeichnis14
Die Vierte Industrielle Revolution – Der Weg in ein wertschaffendes Produktionsparadigma22
1 Warum der industrielle Wettbewerb zunimmt und die Welt der Produktion komplex wird22
1.1 Industrielle Revolutionen der letzten 260 Jahre22
1.2 Beitrag der Industrie zum Erfolg von Volkswirtschaften25
1.3 Die Nachfrageseite des Wachstums27
1.4 Die Angebotsseite des Wachstums28
1.5 Die Wende der Produktionsfaktoren28
2 Wie Komplexität von der Fraktalen zur Smarten Fabrik führt31
2.1 Komplexitätsfelder im Wertschöpfungsnetz32
2.2 CPS als Basis der Smarten Fabrik32
2.3 Warum wird das Konzept der Smart Factory Erfolg haben?34
3 Wie cyber-physische Systeme die Planung und den Betrieb von Fabriken verändern35
3.1 Planung36
3.2 Wertschöpfungsstrukturen38
3.3 Umsetzungsbeispiele39
3.4 Multi-modale Mensch-Maschine-Schnittstelle41
4 Warum Echtzeitnähe und XaaS der Schlüssel für das neue Produktions-Paradigma sind42
4.1 Die vier Lebenszyklen der Produktion42
4.2 Von der Automatisierungspyramide zum service-orientier-ten Netz43
4.3 Virtual Fort Knox44
4.4 Zwischenfazit47
5 Wie die marktgetriebene Migration in die Vierte Industrielle Revolution erfolgreich sein kann47
5.1 Abschätzung der Kostenpotenziale48
5.2 Wie sollten Unternehmen vorgehen?49
6 Fazit50
7 Literatur51
Herausforderungen und Anforderungen aus Sicht der IT und der Automatisierungstechnik53
1 Einführung53
2 Was ermöglichen CPS für Industrie 4.0?53
3 Was müssen CPS für Industrie 4.0 können?55
3.1 Architekturmodelle (Referenzarchitektur)56
3.2 Kommunikation und Datendurchgängigkeit57
3.3 Intelligente Produkte und adaptive intelligente Produktions-einheiten58
3.4 Informationsaggregation und -aufbereitung für den Men-schen61
4 Literatur63
Use Case Industrie 4.0-Fertigung im Siemens Elektronikwerk Amberg65
1 Das Elektronikwerk Amberg (EWA)65
1.1 Vision und Strategie66
1.2 Lösungsansätze aus Industrie 4.0 für unsere Herausforde-rungen66
1.3 Der Mensch ist das Maß aller Dinge (Protagoras)69
1.4 Quality first71
2 Produktionsautomatisierung72
2.1 Der Startpunkt der Automatisierung72
2.2 Die vertikale Integration73
2.3 Die durchgehende Codierung und Identifizierung75
2.4 Autonomiebewegung beim Produkt76
2.5 Losgröße 1 ist bei Industrie 4.0 enthalten77
3 Mensch-Maschine-Interaktion79
3.1 Alle Maschinen online mit EWA-Kommunikationsstandard Comesco79
3.2 Augmented Reality, Suchen und Zuordnen ist Vergangenheit81
4 Der automatisierte Informationsfluss am Arbeitsplatz in der Produktion83
5 DataMining85
5.1 Automatisierte Auswertung der laufenden Prozessdaten, das Watchdog-Prinzip85
5.2 Mit der Maus in die Tiefe, das Drill-Down-Prinzip86
5.3 Lückenlose Auswertung aller Prozessparameter, das Prin-zip Objektidentifikation87
6 Lessons Learned, wir machen weiter87
Enabling Industrie 4.0 – Chancen und Nutzen für die Prozess-industrie90
1 Einleitung90
2 Gründe für Industrie 4.0 in der Prozessindustrie90
3 Anwendungsszenario „Datenaggregation in der Verfahrens-technik“93
4 Sicht der Gerätehersteller93
5 Technologien und Lösungsansätze96
5.1 Vernetzungsarchitekturen und Austauschformate97
5.2 Data Mining für gerätespezifische und prozessübergreifen-de Diagnose99
6 Literatur102
Vom fahrerlosen Transportsystem zur intelligenten mobilen Auto-matisierungsplattform103
1 Einleitung103
2 Heutige fahrerlose Transportsysteme103
2.1 Einsatzszenarien von fahrerlosen Transportsystemen103
2.2 Modellvielfalt und Systemintegration104
2.3 Navigationstechnologien105
3 Herausforderungen für FTS im Kontext von Industrie 4.0106
3.1 Neue Anwendungsszenarien für mobile Systeme106
3.2 Hoher Installationsund Integrationsaufwand von mobilen Systemen107
3.3 Bedarf an standardisierten Systemen108
3.4 Intelligente Fahrzeuge vs. intelligente Systeme109
4 Aktuelle Entwicklungen zu mobilen Automatisierungsplatt-formen109
4.1 ROS als Softwareplattform109
4.2 Standardisierte Entwicklungsplattformen110
4.3 Flexible Navigationssysteme111
4.4 Mobile Produktionsassistenten113
5 Mobilität als neues Potenzial von Automatisierungs-systemen113
5.1 Vom Transportsystem zur mobilen Applikationsplattform113
5.2 Ausblick114
6 Literatur114
Adaptive Logistiksysteme als Wegbereiter der Industrie 4.0116
1 Auf dem Weg zur adaptiven Logistik116
2 Innovative Technologien für die Logistik von Morgen117
2.1 Wandelbare Logistiksysteme nutzen Technologien des Internets der Dinge und Dienste118
2.2 Umsetzung cyber-physikalischer Materialflusssysteme122
3 Der Mensch als Akteur in cyber-physikalischen Logistiksys-temen128
3.1 Cyber-physikalische Logistiksysteme erfordern den „Logis-t128
3.2 Menschorientierte cyber-physikalische Logistiksysteme in der Praxis131
4 Logistik für die Industrie 4.0 Mensch und Maschine im smarten Zusammenspiel140
5 Literatur140
Die horizontale Integration der Wertschöpfungskette in der Halblei-terindustrie – Chancen und Herausforderungen143
1 Eigenschaften von Wertschöpfungsnetzwerken in der Halb-leiterindustrie143
2 Realisierung eines integrierten Wertschöpfungsnetzwerks146
3 Chancen und Herausforderungen der horizontalen Integra-tion148
4 Zusammenfassung und Ausblick151
5 Literatur151
IT-Sicherheit und Cloud Computing152
1 Einleitung152
1.1 Eingebettete, vernetzte Komponenten152
1.2 Big Data und Cloud-Computing154
1.3 Herausforderungen für die IT-Sicherheit155
1.4 Cloud-Computing im Kontext von Industrie 4.0156
2 Anforderungen an Cloud-Systeme158
2.1 Einsatz von Cloud Computing in Industrie 4.0159
2.2 Verfügbarkeit der Dienste und Daten165
2.3 Unversehrtheit der Daten166
2.4 Geheimhaltung vertraulicher Daten169
3 Lösungsansätze und Forschungsbedarfe171
3.1 Sicherstellung der Datenintegrität durch sichere HardwareModule173
3.2 Produktund Know-how-Schutz174
3.3 Erhöhung der Verfügbarkeit und Integrität von Daten in derCloud176
3.4 Beschränkung von Datenzugriffen in der Cloud177
3.5 Suchen in verschlüsselten Datenbeständen179
3.6 Vertrauliche, privatsphärenbewahrende Zusammenarbeit mehrerer Parteien181
4 Zusammenfassung und Ausblick182
5 Literatur184
iProduction, die Mensch-Maschine-Kommunikation in der Smart Factory1187
1 Zur Rolle des Menschen in der Produktion von morgen187
1.1 Vollautomatisierung wird kürzeren Produktlebenszyklen nicht gerecht189
1.2 Assoziationsfähigkeit des Menschen vs. Künstliche Intelli-genz (KI)189
1.3 Nutzung mobiler Kommunikationstechnik im Arbeitskontext191
1.4 Potenziale von Social Media in der Produktion192
1.5 Möglichkeiten der Unterstützung der Mitarbeiter durch mo-bile Assistenz194
2 Beispielszenario aus einer Smart Factory196
3 Informationsbereitstellung für die Funktionsträger in der Produktion200
4 Produktionsdatenintegration bei heterogenen Maschinen-parks205
4.1 Schritt 1: Datenerfassung205
4.2 Schritt 2: Datenzuordnung206
4.3 Schritt 3: Daten-Interpretation207
4.4 Transformation von Maschinendaten in Betriebszustände211
4.5 Architekturansatz zur Meldeverküpfung214
5 Literatur216
Mensch-Maschine-Interaktion217
1 Einleitung217
2 Stand der Technik in der Mensch-Roboter-Interaktion217
2.1 Informatorische Interaktion von Mensch und Roboter217
2.2 Physische Interaktion von Mensch und Roboter219
3 Technologiebedarf und offene Forschungsfragen220
3.1 Datenmodelle für die Nutzung von Robotern in Industrie 4.0Anwendungen220
3.2 Semantische Integration der Komponenten eines Roboter-systems222
3.3 Erkennung von Handgesten und kinematischen Parametern des Menschen223
3.4 Sensoren als cyber-physische Systeme224
3.5 Sicherheit kollaborativer Roboteranlagen im Kontext von Industrie 4.0225
3.6 Wirtschaftlichkeit226
4 Aktuelle Forschungsansätze226
5 Neue Anwendungsszenarien228
6 Literatur231
Mensch-Maschine-Interaktion im Industrie 4.0-Zeitalter232
1 Einleitung232
2 Repräsentationsformen einer cyber-physischen Welt235
3 Interaktionsformen einer cyber-physischen Welt236
4 Mobile, kontext-sensitive Benutzungsschnittstellen238
5 Adaptive, lernende Assistenzsysteme242
6 Entwicklungsparadigmen für I4.0-Benutzungsschnittstellen244
7 Entwicklung herstellerund plattformübergreifender Benut-zerschnittstellen246
8 Zusammenfassung248
9 Literatur249
Chancen von Industrie 4.0 nutzen250
1 Einführung250
2 Die vierte industrielle Revolution251
3 Chancen für den deutschen Wirtschaftsstandort254
3.1 Ökonomische Chancen254
3.2 Ökologische Chancen255
3.3 Soziale Chancen255
4 Smart Data und Smart Services255
5 Akzeptanz als Herausforderung257
5.1 Sicherheit257
5.2 Privatsphäre258
5.3 Bedeutung von MINT258
6 Schlussfolgerung259
7 Literatur260
Logistik 4.0 – Ein Ausblick auf die Planungund das Management der zukünftigen Logistik vor demHintergrund der vierten industri ellen Revolution262
1 Einleitung262
2 Die Vision vom Internet der Dinge in der Logistik262
3 Planung 4.0 und die Trennung von normativer und operativerEntscheidungsebene263
4 Supply Chain Management 4.0 oder das Dilemma der standardisiertenZukunft265
5 Industrielles Management 4.0 – von der Selbststeuerung zurSelbstgestaltung268
6 Mensch und Logistik 4.0 – die Vision einer „Social NetworkedIndustry“ in der Folge von Industrie 4.0271
7 Literatur272
Industrie 4.0 – Anstoß, Vision, Vorgehen273
Literatur282

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