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Logistik 4.0: Herausforderungen für Industrie und Logistikdienstleister

Regensburg, 21. Juli 2016

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Fördervereinigung Güterverkehrslogistik Regensburg e.V.

Logistik 4.0: Herausforderungen für Industrie und Logistikdienstleister

Dr.-Ing. Roland Fischer Fraunhofer Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS in Nürnberg

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Inhaltsübersicht

1. Fraunhofer IIS und Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS: Eine kurze Vorstellung

2. Trends in der Logistik: Zur besonderen Bedeutung von Digitalisierung

3. Digitale Transformation: Eine Betrachtung aus der Anwendungsperspektive .....

4. ... es entstehen neue datengetriebene Lösungen bei den Unternehmen die neue Geschäftsmodelle erfordern

5. Die Herausforderungen für die Logistik auf Basis einer laufenden Umfrage

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Das Fraunhofer IIS entwickelt neue Technologien und Problemlösungen für Menschen und Unternehmen

Gegründet 1985 Mitarbeiter: ca. 1200

Budget: ca. 120 Mio. € Standorte in Erlangen, Nürnberg, Fürth, Dresden, Ilmenau,

Würzburg, Bamberg, Deggendorf, Coburg, Waischenfeld

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Medizintechnik

Audio und Multimedia

Bildsysteme

Kommunikation

IC-Design und Entwurfsautomatisierung Sensorsysteme

Zerstörungsfreie Prüfung

Lokalisierung

Versorgungsketten

(Fraunhofer Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS)

Energiemanagement

Sicherheitstechnik

Das Fraunhofer IIS arbeitet anwendungsorientiert in unterschiedlichen Bereichen der Wirtschaft Geschäftsfelder im Überblick

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Optimierung: u.a. Gestaltung

logistischer Netze mit Hilfe mathematischer

Verfahren

Märkte: Qualitative und

quantitative Analyse von (Logistik-) Märkten

Prozesse: Qualitatives und

quantitatives Benchmarking insb. logistischer Prozesse

Services: Engineering

und Design von Services und

Service-Systemen

Technologien: Konzeption und

Realisierung CPS-basierter

Informationsdienste

Geschäftsmodelle: Unterstützung von

Unternehmen bei der digitalen Transformation

Fraunhofer SCS konzentriert sich auf innovative Services für Logistik und Supply Chain Management Aktivitäten im Bereich Versorgungsketten

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Inhaltsübersicht






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Zukunftsbild: Beispiele für relevante Entwicklungen und Trends aus Sicht des Fraunhofer SCS

Digitalis ierung

Robotik Wissensgesellschaft

Diversifizierung

Autonomes Fahren

Servitization

3D-Druck

Nachhaltigkeit

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Inhaltsübersicht






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CPS als Basis für Digitalisierung und Industrie 4.0 Cyber-Physische Systeme CPS

1. Indust r iel le Revolut ion durch Einführung mechanischer Produkt ionsanlagen mit Hilfe von Wasser- und Dampfkraf t

2. Indust r iel le Revolut ion durch Einführung arbeitsteiliger Massenprodukt ion mit Hilfe von elekt rischer Energie

3. Indust r iel le Revolut ion durch Einsatz von Elekt ronik und IT zur weiteren Automat isierung der Produkt ion

4. Indust r iel le Revolut ion auf der Basis von Cyber -physischen Systemen

Zune

hmen

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ompl

exit

ät

Ende 18. Jhdt .

Beginn 20. Jhdt .

Beginn 70er Jahre 20. Jhdt .

Heute

Quelle: In Anlehnung an Schlick, Jochen; Stephan, Peter; Zühlke, Det lef : Produkt ion

2020 – Auf dem W eg zur 4. industriellen Revolut ion. In: IM – Fachzeitschrif t für

Informat ion Management und Consult ing 27 (2012), Ausgabe 3, S. 26-33.

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Arbeitsdefinition und Funktionen eines CPS Cyber-Physische Systeme CPS

„Objekt“

Lebenszyklus des Cyber-Physischen

Systems

„Start“

„Ende“

„Mikro- elektronik“

Definition: „Bei 'Cyber-Physical Systems' handelt es sich um miteinander vernetzte, eingebettete Systeme, welche mittels Sensorik die physische Welt erfassen, steuernd bzw. regulierend auf diese einwirken und die daraus gewonnenen Daten in die virtuelle Welt integrieren.“

Funktionen

Identifikation

Sensorische Datenerfassung

Bestimmung der Position

Datenverarbeitung und Steuerung

Kommunikation und Vernetzung

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Cyber-physische Systeme können ihren wirklichen Nutzen nur im Anwendungskontext entfalten CPS-basierte Lösungen

„Objekt“

Lebenszyklus des Cyber-Physischen

Systems

„Start“

„Ende“

„Mikro- elektronik“

Bedarfe entlang des

Lebenszyklus

Anwender

Bedarfs- und

problemspezifische Lösungen auf Basis von

Cyber-Physischen Systemen Lösungs-anbieter

Lösungsraum für das Internet der Dinge – Industrie

4.0 kann verstanden werden als eine branchen-

spezifische Ausprägung des

sogenannten “Internet of

Things”

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Die „smarte Maschine“ von Kaeser Kompressoren Beispiele aus der Praxis Maschinen mit Internetanschluss melden

Leistungsdaten an den Hersteller

Funktionen der „smarten Maschine“:

Identifikation der Maschine auf

globaler Ebene

Digitale Aufnahme von Nutzungsdaten

direkt beim Kunden

Vernetzung und Kommunikation auf

globaler Ebene

Weiterleitung der Nutzungsdaten an

den Kundendienst des Herstellers

Aufrüstung von „dummen“ Maschinen mit

Rechner und Kommunikations-Gateway

Quelle: Kaeser Kompressoren

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Der „smarte Schrauber“ von Fraunhofer Beispiele aus der Praxis Sensorik macht Schrauber-Bewegungen in

der Produktion nachvollziehbar

Funktionen des „smarten Schraubers“:

Ortung über Magnetfeld- und

Beschleunigungssensoren

Abgleich mit Bewegungsmodellen für

bestimmte Aktivitäten

Vergleich von Ist-Prozessen mit

vorgegebenen Sollprozessen

Hinweise auf Fehlbedienungen direkt

an den Werker

Verknüpfung eines Standardprodukts mit

komplexer Sensorik

Quelle: Fraunhofer IIS

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DB Schenker verwandelt Mehrwegbehälter in CPS und verleiht Behälterflüssen mehr Transparenz Beispiele aus der Praxis

Eingebettete Mikroelektronik

in klassischen Transportboxen

Funktionen der „Secure Box“:

Identifikation und

Lokalisierung der Box

Sensorische Überwachung

des Innenraums

Monitoring & Fernsteuerung

des Schließmechanismus

Routenüberwachung

Neue Services im Bereich der

Warensicherung und der

Qualitätsdokumentation

Quelle: DB Schenker

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Der „intelligente Behälter“ von Würth Beispiele aus der Praxis Eingebetteter „Sensorknoten“ zur

Überwachung von Behälterfüllständen

Funktionen des „iBin“:

Erfassung von Bildern des Behälter-

inneren mit integrierter Kamera

Ermittlung des Füllstandes und

Abgleich mit Sollinformationen

Generierung eines Events bei

Unterschreiten einer Mindestmenge

Vernetzung und Kommunikation mit

der Umgebung

Kombination von Standardbehältern mit

miniaturisierter Mikroelektronik

Quelle: Würth

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Kommunikationslösungen für Logistik Drahtloses Pick-by-Local-Light mit s-net®: flexible, wartungsarme Kommissioniersysteme Drahtloses Pick-by-Light, das durch ad-hoc-

Vernetzung eine flexible Anpassung an neue Gegebenheiten ermöglicht

Energieeffieziente Kommunikationsprotokolle gewährleisten ein wartungsarmes System (reduzierter Aufwand für Batteriewechsel)

Erhöhung der Kommissionierleistung durch Lokalisierungskomponente

Verbindung zum Warehouse-Management-Systeme durch Integrations- & Anwendungsplattform IAP und Integration innovativer Zusatzfunktionen wie die Ortung der Kommissionierer innerhalb des Lagers

Qu

elle: Fr

au

nh

ofe

r IIS

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Zunehmende Leistung bei immer kleineren Baugrößen Trends und Entwicklungen im Bereich CPS Zunehmende Miniaturisierung

Einfachere Integration von Mikroelektronik in Produkte

Steigender Funktionsumfang Von Identifikation über Sensorik, Ortung, Datenverarbeitung bis hin zu Kommunikation und Vernetzung

Schnelles Generieren großer Mengen heterogener Daten Einsatz neuer Datenbanktechnologien

Dezentralisierung von Datenverarbeitungsaufgaben Verlagerung von Softwareanwendungen bis auf die Produktebene

Zunehmend flächiger Einsatz der Technologie Neue Architekturen im Bereich der informationstechnischen Systeme von Unternehmen und Wertschöpfungsketten

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Inhaltsübersicht






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Eine neue Infrastruktur für neue datengetriebene Lösungen bzw. neue Informationsdienste zeichnet sich ab Die notwendigen Basistechnologien ....

Ein- und zwei- dimensionaler

Barcode

RFID Technologie

Multi- funktionale

eingebettete Systeme Cyber-

physische Systeme

Intelligente Kleidung

mit ES Smart Phones

und Pads Laptops und

Ultrabooks

Desktop Computer

Data Warehouses

Softwarepakete mit integrierten Datenstrukturen

Big Data Analytics

?

Mainframe Computer

Cloud Computing Application

Service Providing

Software für Personal Computer

Physische Produkte zur

Befriedigung von Bedürfnissen

Hybride Produkte –

physische und digitale Anteile

Digitale Produkte

Wählscheiben- telefon

SMS/e-mail

Digitale soziale Netze

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Von der wettbewerbs-verändernden Wirkung smarter Produkte Literaturhinweis

Smarte Produkte und CPS-basierte

Lösungen verändern

Werteversprechen, Kanäle zum

Kunden, die erforderlichen

Ressourcen, Kooperation und

Schlüsselpartnerschaften, Ertrags-

und Kostenstrukturen sowie den

Wettbewerb!

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Etablierte Geschäftsmodelle müssen grundlegend überdacht werden Veränderung des Geschäftsmodells als Folge

Quelle: Osterwalder und Pigneur

Daten gewinnen zunehmend an

Wert für das Unternehmen

Grundlegend veränderte

Value Proposition

Weitere Veränderungen innerhalb

des Geschäftsmodells, z.B.:

... im Bereich der

Revenue Streams

(„Betreibermodelle“)

... im Bereich der

Kernkompetenzen („Service System Engineering“, „Digitalisierung“)

... im Zusammenhang mit Schlüsselpartnerschaften (Denken in „Business

Ecosystems“, „Open Innovation“-Konzepte) etc.

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Für die digitale Transformation des Unternehmens müssen die unterschiedlichsten Rolle besetzt werden Ökosystemmodell im Überblick ... Dienstleistungs-

nehmeroder„User“

AppPla orm

Hardware-Pla orm

BetreibervonAnwendungs-pla ormen

EntwicklervonSo ware

anwendungen

Zer fizierungs-organisa on

HerstellerHuman-IoT-Interface

Marke ng-organisa on

Finanz-intermediär

Hardware-Pla orm

Middleware-Pla orm

Database

Datenbank-betreiber

Middleware-anbieter

AnbietervonHardware-pla ormen

Eingebe etesSystem

Product

Produkt-hersteller

AnbietervonTelekommunika ons-

infrastruktur

Anbietersicherer

Informa ons-dienste

Herstellereingebe eter

Systeme

Datenbank-anbieter

Lösungs-anbieter

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Inhaltsübersicht



3. Digitale Transformation: Eine Betrachtung aus der Anwendungsperspektive ....


5. Daraus ergeben sich neue Herausforderungen für die Logistik …

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Digitalisierungsgrad im Branchenvergleich Digital Process Index

Quelle: d.VELOP

Große Potenziale im Bereich Logistik unterstellt, es fehlt an echten, adaptierbaren Umsetzungen!

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Transportlogistik 4.0 Fraunhofer Erhebung

Fraunhofer SCS hat die wichtigsten Technologien und Anwendungen rund um die Digitalisierung identifiziert

Aktuell wird der Umsetzungsgrad im Bereich überbetrieblicher Transport erhoben

Das Gedankengut von Industrie 4.0 soll so in die Logistik überführt und Handlungsfelder aufgedeckt werden

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Transportlogistik 4.0 Herausforderungen 1

Notwendigkeit des kettenübergreifenden Process Alignments

Einbindung der Vielzahl an Beteiligten ohne direkte Vertragsverhältnisse

Mitunter schnell wechselnde Beteiligte (langfristige Verträge insb. im Bereich Sourcing eher die Seltenheit)

Frage nach dem auslösendem Element zum Einsatz digitaler Lösungen, z.B.:METRO‘s Forderung alle WE-Paletten mit RFID zu kennzeichnen

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Fehlende Wirtschaftlichkeits- und Effizienzberechnungen digitaler Lösungen

Auswirkungen auf ROI für Unternehmen nicht klar berechenbar

Individuelle Use-Case-Betrachtung notwendig, z.B.: Kosten-Nutzen-Betrachtung Barcode vs. Intelligenter Identifikationssysteme (bspw. RFID)

Keine Branchenstandards bzgl. einzusetzender Technik

Inhouse-Lösungen von großen Playern

Vielzahl an IT- / Technik-Dienstleistern mit entsprechenden Angeboten

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Datenschutz / Datensicherheit

Bedenken über Datenweitergabe an Dritte

Oftmals fehlt eine zentrale, neutrale Instanz als Datendrehscheibe

Einheitliche, international geltende Regeln sind erforderlich

Awareness und Datenkultur

Datenqualität bei vielen Partnern noch nicht ausreichend vorhanden

Datenanalysequalitäten in Unternehmen noch nicht zufriedenstellend

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Beschwerliche Integration von Innovationen

Systematischer Überblick über Innovationen fehlt

Fehlende Experten in den Unternehmen zur Umsetzungsbegleitung

Fehlende Budgets für F&E bzw. Pilotisierungen

Sorge vor Abhängigkeiten von IT-Dienstleistern

Deutscher Mittelstand i.d.R. Nachzügler in Innovationen

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Fraunhofer IIS und SCS treiben das Thema Digitalisierte Produktion und Logistik im Rahmen des ZD.B Digitalisierte Produktion in Bayern Leitprojektantrag wurde

im Frühjahr 2015 gestellt

Start der Förderung war

am 01.04.2015 für 5 Jahre

Schwerpunkte:

Umsetzung von

Leitanwendungen

Schließen möglicher

technischer Lücken

Demonstration von

Lösungen in der smarten

Testfabrik

Verkürzung von Time-to-Market-Zyklen für die Anwendung moderner

IuK-Technologie in Produktion und Logistik

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Zusammenfassung

Digitalisierung als Zukunftstrend identifiziert

Industrie und Logistik 4.0 basieren auf Cyber-Physischen Systemen die durch zunehmende Miniaturisierung, steigenden Funktionsumfang und flächige Vernetzung ermöglicht werden

es entstehen neue Infrastrukturen für datengetriebene Lösungen und Informationsdienste die vielfach größere Datenmengen erzeugen

auf Basis der Datendienste entstehen neue Prozesse und auch neue Geschäftsmodelle

etablierte Geschäftsmodelle müssen überdacht werden und neue Rollenmodelle müssen entstehen dürfen

die entstehenden Herausforderungen für die Wirtschaft (v.a. dem Mittelstand) müssen angenommen und adressiert werden

die Bayerische Staatsregierung hat dies erkannt und mit dem Zentrum für die Digitalisierung Bayern ZD.B die Grundlage gelegt

© Fraunhofer IIS, 2015 Seite 33

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Dr.-Ing Roland Fischer Geschäftsführer Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS Email: [email protected] www.iis.fraunhofer.de / www.scs.fraunhofer.de

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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