Stufenweise Einführung von Industrie 4.0 in der Produktionslogistik

Stufenweise Einführung von INDUSTRIE 4.0 in der Produktionslogistik

Von:    Bernhard Gaum

Dipl. Wirt.-Ing. (FH), MBA

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Veröffentlicht am: 01.03.2017

Abkürzungsverzeichnis

BDE  Betriebsdatenerfassung

CPS  Cyber Physische Systeme

CRM  Customer Relationship Management

DG  Druckguss

EPC  Elektronischer Produktcode

ERP  Enterprise Ressource Planning

FIFO  First In - First Out

FTS  Fahrerlose Transportsysteme

FV  Formvorbereitung

GSM  Global System for Mobile Communications

GPRS  General Packet Radio Service

GPS  Global Positioning System

HTA  Heat Treatment

HSM  High Speed Milling

I4.0  Industrie 4.0

ID  Identification

IH  Instandhaltung

IKT  Informations- und Kommunikationstechniken

IML  Institut für Materialfluss und Logistik

IoT  Internet of Things

IPA  Institut für Produktionstechnik und Automatisierung

IPK  Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

IT  Information Technologie

ITU  International Telecommunication Union

IWF  Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigung

LKW  Lastkraftwagen

LTE  Long Term Evolution

MDE  Maschinendatenerfassung

MES  Manufacturing Execution System

MFS  Materialflusssteuerungssysteme

PC  Personal Computer

PDA  Personal Digital Assistant

PPS  Produktionsplanung und Steuerung

QMS  Qualitätsmanagementsystem

QR  Quick Response

RFID  Radio Frequency Identification

S&R  Shipping and Receiving

SLS  Staplerleitsystem

SPS  Speicher Programmierbare Steuerung

TLS  Transportleitsystem

TU  Technische Universität

UMTS  Iniversal Mobile Telecommunication System

VBH  Vorbehandlung

WLAN Wireless Local Area Network

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Industrielle Revolution im Laufe der Zeit

Abbildung 2: Zeitplan für die Forschungsfelder von Industrie 4.0

Abbildung 3: Paradigmenwechsel in Industrie 4.0

Abbildung 4: Basistechnologien Industrie 4.0

Abbildung 5: Die Produktion in ihrem betrieblichen Umfeld

Abbildung 6: Ziele und Funktionen der Logistik

Abbildung 7: Institutionelle Abgrenzung der Logistik

Abbildung 8: Schematischer Aufbau eines Cyber-Physisches Systems

Abbildung 9: Vorgehensmodell nach Stark et al. (2015)

Abbildung 10: Schritt 1 des Vorgehensmodells nach Merz (2016)

Abbildung 11: Schritt 2 des Vorgehensmodells nach Merz (2016)

Abbildung 12: Schritt 3 des Vorgehensmodells nach Merz (2016)

Abbildung 13: Vorgehensmodell nach Anderl et al. (2015)

Abbildung 14: Leitfaden Industrie 4.0 von VDMA (2015)

Abbildung 15: Vorgehensmodell nach Biedermann (2016)

Abbildung 16: Vorgehensmodell nach Bauernhansl (2014)

Abbildung 17: Stufenweise Einführung der Technologien zu I4.0

Abbildung 18: Vereinfachter Ablauf einer Betriebsdatenerfassung

Abbildung 19: Einordnung des MES anhand der Automatisierungspyramide

Abbildung 20: Mobile Einsatzgeräte

Abbildung 21: Diverse Arten von Barcodes

Abbildung 22: Die Hierarchieebenen des IT-Systems WMS

Abbildung 23: TFS von Jungheinrich

Abbildung 24: Intelligenter Behälter - INBIN

Abbildung 25: Vision der Produktionslogistik 2020 von MUSTERCOMPANY

Abbildung 26: Vorgehensmodell Einführung I4.0 in der Produktionslogistik

Abbildung 27: Wirkungsmatrix der Technologien für Industrie 4.0

Abbildung 28: Problemfeld-Lösungsmatrix

Abbildung 29: Ergebnistabelle: Wettbewerber-Analyse

Abbildung 30: Ergebnistabelle: Kundenbindungs- und Kundengewinnungs-Analyse

Abbildung 31: Ergebnistabelle: Prozess- und Produktstrukturierungs-Analyse

Abbildung 32: 3C-Auswertung zur Ermittlung der Position auf der X-Achse

Abbildung 33: Analyse der Erfahrungen des Unternehmens mit I4.0 Technologien

Abbildung 34: Anwendung des Werkzeugkastens

Abbildung 35: Ergebniszusammenfassung aus Schritt 1

Abbildung 36: Ergebniszusammenfassung aus Schritt 2

Abbildung 37: Nächste Schritte in Richtung Industrie 4.0

Abbildung 38: Projektplan des Infrastrukturprojektes

Abbildung 39: WLAN-Ausleuchtung Werk

Abbildung 40: Kapitalwertmethode Variante 1

Abbildung 41: Kapitalwertmethode Variante 2

Abbildung 42: Zusammenfassung aus Schritt 3

Abbildung 43: Werkzeugkasten Industrie 4.0

Abbildung 44: Vorgehensmodell Einführung I4.0 in der Produktionslogistik

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Paarweiser Vergleich

Tabelle 2: Nutzwertanalyse der Vorgehensmodelle

Tabelle 3: Potenziale der Maßnahmen für die WLAN Einführung

Tabelle 4: WLAN Angebotsvergleich

Tabelle 5: Nutzen des WLAN-Einsatzes

Tabelle 6: Kosteneinsparungen aufgrund WLAN

Kurzfassung

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein Konzept für die stufenweise Einführung von Industrie 4.0 aufzuzeigen und eine phasenweise Anwendung in der Produktionslogistik an einem Beispielunternehmen „Mustercompany" durchzuführen. Dazu wurden theoretische Vorgehensmodelle (Stark et al. (2015), Merz (2016), Anderl et al. (2015), VDMA (2015), Biedermann (2016), Bauernhansl (2014)) auf ihre Anwendbarkeit für die stufenweise Einführung im besagten Bereich bewertet. Mit diesen Erkenntnissen wurde anschließend ein bevorzugtes Vorgehensmodell erarbeitet und ein Leitfaden für die stufenweise Einführung von Industrie 4.0 für die Produktionslogistik erstellt. Des Weiteren werden die Methoden Befragung, Beobachtung und Test angewendet.

Das Ergebnis ist ein Leitfaden zur Bewertung der Industrie 4.0 Erfahrungen des Unternehmens, sowie eine strukturierte Vorgehensweise zur Definition potentieller Industrie 4.0 Projekte zur stufenweisen Einführung neuer Technologien in der Produktionslogistik zur Erreichung der Industrie 4.0 Stufe.

Diese Arbeit ist sowohl für Unternehmen, welche den Weg in Richtung Industrie 4.0 gehen wollen, als auch Individuen mit Begeisterung für Industrie 4.0 interessant.

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Abstract

The purpose of this thesis is to define a concept for a step by step implementation of industry 4.0 in the production logistics area which can be used in general for all Companies. Therefore, actual theoretical procedure models (Stark et al. (2015), Merz (2016), Anderl et al. (2015), VDMA (2015), Biedermann (2016), Bauernhansl (2014)) were evaluated for practicability in the named area at Mustercompany. In this thesis methods of survey, direct observation and testing of technologies were executed. Based on the earned experiences a concept of industry 4.0 implementation for production and logistic could be developed.

The result is a rated economic scenario of a step by step implementation of industry 4.0 scenario based on a real-life project. In conclusion this thesis provides knowledge to companies which want to implement industry 4.0 in its production logistics area and also to still students thirst for knowledge who are inspired of the way how to implement industry 4.0.

Inhalt

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Kurzfassung

Abstract

Inhalt

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

1.2 Zielsetzung

1.3 Aufbau der Arbeit

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Historische Entwicklung zur Industrie 4.0

2.2 Allgemeines Verständnis zu Industrie 4.0

2.3 Voraussetzungen für Industrie 4.0

2.4 Abgrenzung des Begriffes Produktionslogistik

2.5 Produktion und Logistik der Zukunft mit Industrie 4.0

2.6 Vorgehensmodelle zur Einführung von Industrie 4.0

2.6.1 Vorgehensmodell nach Stark et al. (2015)

2.6.2 Vorgehensmodell nach Merz (2016)

2.6.3 Vorgehensmodell nach Anderl et al. (2015)

2.6.4 Leitfaden Industrie 4.0 von VDMA (2015)

2.6.5 Vorgehensmodell nach Biedermann (2016)

2.6.6 Vorgehensmodell nach Bauernhansl (2014)

2.7 Technologien für die Industrie 4.0 in der Produktionslogistik

2.7.1 Technologien der ersten Stufe zur Industrie 4.0

2.7.2 Technologien der zweiten Stufe zur Industrie 4.0

2.7.3 Technologie der dritten Stufe zur Industrie 4.0

2.7.4 Technologien der vierten Stufe zur Industrie 4.0

3 Unternehmensanalyse

3.1 Aktuelle Problematik in der Produktionslogistik

3.2 Vision des Unternehmens für die Produktionslogistik

4 Konzept zur stufenweisen Einführung von I4.0 in der Produktionslogistik

4.1 Erarbeitung eines I4.0 Einführungskonzeptes für die Produktionslogistik

4.1.1 Kriterien für eine Nutzwertanalyse

4.1.2 Bewertung der Vorgehensmodelle

4.1.3 Auswahl eines Vorgehensmodells

4.2 Methoden zur Kosten und Nutzen Berechnung

4.2.1 Kapitalwertmethode

4.2.2 Interne Zinssatzmethode

4.2.3 Dynamische Amortisationsdauer

4.3 Technologieauswahl für die zukünftige Produktionslogistik