| Vorwort | 8 |
| Inhaltsverzeichnis | 10 |
| Der Herausgeber | 24 |
| Autorenverzeichnis | 26 |
| Von CIM zu Industrie 4.0 | 32 |
| Industrielle Revolutionen | 32 |
| Globalwirtschaftliche Einflussfaktoren (Market Pull) | 36 |
| Technologische Einflussfaktoren (IK-Technology Push) | 39 |
| Teil A Prozese der Smart Factory | 42 |
| 1 Geschäftsmodell-Innovation | 44 |
| 1.1 Die Transformation vom Produkt- zum Lösungsanbieter | 44 |
| 1.2 Der Digitale Schatten als Basis für Predictive Analytics | 51 |
| 1.3 Innovationsarten zur Einführung neuer Geschäftsmodelle und Kundenorientierung durch neue Innovationsprozesse | 53 |
| 1.4 Netzwerkartige Wertschöpfungssysteme | 59 |
| 1.5 Plattformansätze zur Kollaboration | 62 |
| 1.6 Wandel zum Industrie 4.0- Unternehmen | 65 |
| 2 Veränderung in der Produktionsplanung und -steuerung | 72 |
| 2.1 Einführung in die PPS | 72 |
| 2.2 Transparenz durch Datenverfügbarkeit als Enabler für eine leistungsfähigere PPS | 74 |
| 2.3 Potenziale der Digitalisierung für die Aufgaben der PPS | 75 |
| 2.3.1 Produktionsprogrammplanung | 76 |
| 2.3.2 Auftragsmanagement und Auftragsversand | 76 |
| 2.3.3 Sekundärbedarfsplanung | 78 |
| 2.3.4 Fremdbezugsgrobplanung und Fremdbezugsplanung | 79 |
| 2.3.5 Produktionsbedarfsplanung | 81 |
| 2.3.6 Eigenfertigungsplanung | 81 |
| 2.3.7 Eigenfertigungssteuerung | 82 |
| 2.3.8 Bestandsmanagement | 83 |
| 2.3.9 Produktionscontrolling | 84 |
| 2.4 Mythos PPS 4.0 | 86 |
| 3 Der Mensch in der Produktion von Morgen | 92 |
| 3.1 Die Bedeutung von Industrie 4.0 für den Mitarbeiter | 92 |
| 3.2 Grundlegende Konzepte und Modelle | 95 |
| 3.2.1 Das Konzept Mensch – Technik – Organisation (MTO) | 95 |
| 3.2.2 Belastungs-Beanspruchungskonzept | 97 |
| 3.2.3 Gestaltung von Assistenzsystemen | 98 |
| 3.2.4 Systemergonomische Analyse | 100 |
| 3.3 Qualifizierung des Produktionsmitarbeiters in der Industrie 4.0 | 101 |
| 3.3.1 Entwicklungstendenzen der Arbeit in der Produktion durch Industrie 4.0 | 101 |
| 3.3.2 Charakteristik des Produktionsmitarbeiters der Zukunft | 104 |
| 3.3.3 Qualifikationsbedarf für den Produktionsmitarbeiter der Zukunft | 105 |
| 3.4 Individuelle dynamische Werkerinformationssysteme | 107 |
| 3.4.1 Übersicht Werkerinformationssysteme | 109 |
| 3.4.2 Individuelle Werkerinformation | 113 |
| 3.4.3 Dynamische Werkerinformation | 118 |
| 3.5 Mensch-Roboter-Interaktion | 118 |
| 3.6 Personalführung | 120 |
| 3.6.1 Auswirkungen einer stärkeren Vernetzung und Digitalisierung | 120 |
| 3.6.2 Auswirkungen des demografischen Wandels und veränderten Werteverständnisses | 122 |
| 3.6.3 Auswirkungen des produktionstechnischen Umfelds | 123 |
| 3.6.4 Anschauungsbeispiel: Reduzierung kognitiver Belastung für Führungspersonen | 125 |
| 4 Daten, Information und Wissen in Industrie 4.0 | 130 |
| 4.1 Maschinensteuerung aus der Cloud – Automation as a Service | 130 |
| 4.1.1 Einführung zu Cloud-Plattformen und -Diensten | 130 |
| 4.1.2 Potenziale der Cloud für die Produktion | 132 |
| 4.1.3 Wege zur Cloud-basierten Automatisierung | 133 |
| 4.2 Big Data | 138 |
| 4.2.1 Definitionen | 139 |
| 4.2.2 Tools | 140 |
| 4.2.3 Anwendungen | 141 |
| 4.2.4 Mögliche Anwendungsgebiete | 142 |
| 4.3 Kommunikation | 145 |
| 4.3.1 Kommunikationstechnik für die Produktion: Bereit für Industrie 4.0? | 145 |
| 4.3.2 Kommunikation auf der Feldebene | 147 |
| 4.3.3 Drahtloskommunikation in der Fabrik | 147 |
| 4.3.4 Middleware und Standards: Die Fabrik vernetzt sich | 148 |
| 4.3.5 Potentiale des taktilen Internets | 149 |
| 5 Cyber-Sicherheit in Industrie 4.0 | 152 |
| 5.1 Motivation | 152 |
| 5.2 Sicherheitsbedrohungen und Herausforderungen | 153 |
| 5.2.1 Charakteristika von Industrie 4.0 | 154 |
| 5.2.2 Bedrohungen | 155 |
| 5.2.2.1 Angreifertypen | 155 |
| 5.2.2.2 Bedrohungen für Industrial Control Systems | 155 |
| 5.2.3 Anforderungen an die Cyber-Sicherheit | 157 |
| 5.2.3.1 Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen | 157 |
| 5.2.3.2 Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten | 158 |
| 5.2.3.3 Produktion intelligenter Produkte, Verfahren und Prozesse | 159 |
| 5.2.3.4 Orientierung an individualisierten Kundenwünschen | 160 |
| 5.2.3.5 Verfügbarkeit relevanter Informationen in Echtzeit | 160 |
| 5.3 Cyber-Sicherheit: Lösungsansätze | 161 |
| 5.3.1 Sicherheitsleitfaden | 162 |
| 5.3.2 Produkt- und Know-how-Schutz | 164 |
| 5.3.2.1 Software Reverse Engineering und Gegenmaßnahmen | 164 |
| 5.3.2.2 Absicherungskonzepte für industrielle Steuerungsanlagen | 167 |
| 5.3.3 Sicherheit von Apps | 168 |
| 5.3.3.1 Ausgewählte Problembereiche von Android-Apps | 168 |
| 5.3.3.2 App-Ray-Analysewerkzeug | 169 |
| 5.3.4 Datensouveränität: Industrial Data Space | 171 |
| 5.3.4.1 Architekturüberblick | 172 |
| 5.3.4.2 Sicherheitsarchitektur | 173 |
| 5.3.4.3 Anwendungsszenario: Predictive Maintenance | 175 |
| 5.4 Zusammenfassung | 176 |
| 6 Organisation, Qualität und IT-Systeme für Planung und Betrieb | 178 |
| 6.1 Systeme für Geschäftsprozesse | 178 |
| 6.1.1 Systeme zur Planung und zum Betrieb der Geschäftsprozesse | 178 |
| 6.1.1.1 Enterprise Resource Planning | 178 |
| 6.1.1.2 Manufacturing Execution Systems | 178 |
| 6.1.1.3 Advanced Planning and Scheduling | 180 |
| 6.1.1.4 PPS als Schnittmenge von ERP und MES | 180 |
| 6.1.2 Trends im Planning and Scheduling | 181 |
| 6.1.2.1 Echtzeitdatenerfassung und unternehmensübergreifende Bereitstellung | 181 |
| 6.1.2.2 Zentrale, dezentrale und hybride Steuerungsstrukturen | 184 |
| 6.1.2.3 Plattformstrategie und App-basierte Individualisierung | 186 |
| 6.1.2.4 Werkzeuge zur zielgruppenspezifischen Datenaufbereitung | 186 |
| 6.2 Organisation und IT | 187 |
| 6.2.1 Organisation von Planung und Betrieb | 187 |
| 6.2.2 Cyber-physische Systeme zur Unterstützung der Planung und des Betriebs | 188 |
| 6.2.2.1 Hochauflösende Datenaufnahme | 188 |
| 6.2.2.2 Prognosefähigkeit durch echtzeitnahe Simulation | 191 |
| 6.2.2.3 Entscheidungsunterstützung mittels intuitiver Visualisierung | 194 |
| 6.3 Qualität und IT | 195 |
| 6.3.1 Computerized Quality | 196 |
| 6.3.2 Trends im Kontext von Industrie 4.0 | 198 |
| 6.3.2.1 Data Analytics zur Steigerung von Produkt- und Prozessqualität | 198 |
| 6.3.2.2 Smart Devices für die Qualitätssicherung | 201 |
| 6.3.2.3 Plattform-basierte Kollaboration für eine bessere Ressourcennutzung | 202 |
| 6.3.2.4 Selbstoptimierende Prüfsysteme | 205 |
| 6.3.2.5 Interaktive Prozessdokumentation auf Wiki-Basis | 205 |
| 6.3.3 Fazit | 206 |
| 7 Aspekte der Fabrikplanung für die Ausrichtung auf Industrie 4.0 | 210 |
| 7.1 Aktueller Stand und Weiterentwicklung der Digitalen Fabrik | 210 |
| 7.1.1 Definition der Digitalen Fabrik | 211 |
| 7.1.2 Methoden und Werkzeuge der Digitalen Fabrik | 213 |
| 7.1.3 Nutzen der Digitalen Fabrik | 216 |
| 7.2 Beitrag der Digitalen Fabrik zur Ausrichtung der Fabrikplanung auf Industrie 4.0 | 218 |
| 7.2.1 Betriebsanalyse | 219 |
| 7.2.2 Grobplanung | 221 |
| 7.2.3 Feinplanung | 224 |
| 7.2.4 Umsetzung | 227 |
| 7.2.5 Betrieb, Tuning und Anpassung | 227 |
| 7.3 Zusammenfassung und Ausblick | 229 |
| 8 Rechtsfragen bei Industrie 4.0: Rahmenbedingungen, Herausforderungen und Lösungsansätze | 232 |
| 8.1 Handlungsbedarf | 232 |
| 8.2 Datenhoheit | 232 |
| 8.2.1 Konzeptionelle Schutzrichtungen | 233 |
| 8.2.2 Schutz in der unmittelbaren Einflusssphäre | 234 |
| 8.2.3 Immaterialgüterrecht | 234 |
| 8.2.4 Schutz von Unternehmensgeheimnissen | 236 |
| 8.2.5 Faktische Datenhoheit durch Softwareschutz | 238 |
| 8.2.6 „Dateneigentum“ | 239 |
| 8.2.7 Fazit | 240 |
| 8.3 Haftung und Rechtsgeschäfte | 241 |
| 8.3.1 Haftung | 241 |
| 8.3.1.1 Vertragliche Haftung | 241 |
| 8.3.1.2 Gesetzliche Haftung | 242 |
| 8.3.2 Rechtsgeschäfte | 243 |
| 8.4 Datenschutzrecht | 245 |
| 8.4.1 Betriebliche Mitbestimmung | 245 |
| 8.4.2 Grundsätzliche Anforderungen im Betrieb | 245 |
| 8.4.3 Zusammenarbeit mit Dritten | 246 |
| 8.5 IT-Sicherheitsrecht | 247 |
| 8.5.1 Reichweite des IT-Sicherheitsgesetzes | 247 |
| 8.5.2 Auswirkungen auf die Industrie 4.0 | 248 |
| 8.5.3 Untersuchungsbefugnisse des BSI | 249 |
| 8.6 Fazit | 249 |
| 9 Strategien zur Transformation der Produktionsumgebung | 254 |
| 9.1 Identifikation von Handlungsbedarfen | 254 |
| 9.2 Management von Änderungen in der Produktion | 258 |
| 9.2.1 Aufbau und Kontext des Änderungsmanagements in der Produktion | 259 |
| 9.2.2 Der Änderungsprozess für eine digitalisierte Produktion | 260 |
| 9.2.2.1 Phase I: Proaktivität | 261 |
| 9.2.2.2 Phase II: Reaktivität | 262 |
| 9.2.2.3 Phase III: Retrospektivität | 263 |
| 9.2.3 Analyse von Produktionsänderungen | 263 |
| 9.2.4 Zusammenfassung | 266 |
| 9.3 Definition von Anforderungen für CPPA | 267 |
| 9.3.1 Status Quo bei der Erstellung von Lastenheften im Kontext der Produktion | 268 |
| 9.3.2 Vorgehen und Checkliste zur Erstellung von Lastenheften für CPPA | 268 |
| 9.3.2.1 1. Schritt: Projektziel festlegen | 269 |
| 9.3.2.2 2. Schritt: Problemfelder identifizieren | 269 |
| 9.3.2.3 3. Schritt: Lösungsalternativen bestimmen | 270 |
| 9.3.2.4 4. Schritt: Lösungsalternativen abstimmen und integrieren | 271 |
| 9.3.2.5 5. Schritt: Finales Lastenheft erstellen | 271 |
| 9.4 Vorgehen zur Konzeption und Realisierung | 273 |
| 9.4.1 Status Quo bei der Produkt- bzw. Systementwicklung | 274 |
| 9.4.1.1 Disziplinspezifische Vorgehensmodelle und Werkzeuge | 275 |
| 9.4.1.2 Disziplinübergreifende Vorgehensmodelle und Werkzeuge | 278 |
| 9.4.1.3 Status Quo bei der Entwicklung von CPS-basierten Lösungen | 280 |
| 9.4.1.4 Status Quo bei der Entwicklung von wandelbaren Produktionsanlagen | 283 |
| 9.4.2 Entwicklungsmethodik für Cyber-physische Produktionsanlagen | 283 |
| 9.4.2.1 Phasen 1 und 2: Übergreifende System- und Subsystementwürfe | 285 |
| 9.4.2.2 Phase 3: Detaillierter Subsystementwurf | 290 |
| 9.4.2.3 Phasen 4 und 5: Integration | 294 |
| 9.5 Zusammenfassung | 295 |
| 10 Systematische Einbindung von Kunden in den Innovationsprozess | 298 |
| 10.1 Notwendigkeit und Chancen der Kundeneinbindung in Zeiten der Digitalisierung | 298 |
| 10.2 Öffnen des Innovationsprozesses durch Open Innovation | 300 |
| 10.3 Kundeneinbindung in den Innovationsprozess | 301 |
| 10.3.1 Phasen der Kundeneinbindung | 301 |
| 10.3.2 Methoden zur Einbindung von Kunden und externen Akteuren | 302 |
| 10.3.3 Ideen, Konzepte und Technologien | 304 |
| 10.4 Von Mass Customization zum kundeninnovierten Produkt | 306 |
| 10.5 Agile Entwicklungsprozesse | 307 |
| 10.6 Produktarchitekturen adaptierbarer und individualisierbarer Produkte | 313 |
| 10.7 Kostenbeurteilung adaptierbarer und individualisierter Produkte | 316 |
| 11 Industrie 4.0 und die Steigerung der Energieeffizienz in der Produktion | 320 |
| 11.1 Energieflüsse und Energieeffizienz in der Produktion | 320 |
| 11.2 Cyber-physische Produktionssysteme im Kontext der Energieeffizienz | 322 |
| 11.3 Energietransparente Maschinen | 323 |
| 11.4 Energieeffizienz in der Prozesskette – Dynamischer Energiewertstrom | 326 |
| 11.5 Energieeffizienz auf Fabrikebene | 328 |
| 11.5.1 3D-Monitoring thermischer Emissionen | 328 |
| 11.5.2 Multi-Level-Simulation | 329 |
| 11.6 Zusammenfassung und Ausblick | 331 |
| Teil B Mechatronische (cyber-physische) Automatisierungskomponenten | 334 |
| 1 Das gentelligente Werkstück | 336 |
| 1.1 Die Vision: Das gentelligente Werkstück | 336 |
| 1.2 Die Vision: Einordnung gentelligenter Werkstücke | 338 |
| 1.3 Die Umsetzung: Befähigung des Werkstücks | 339 |
| 1.3.1 Daten erfassen | 340 |
| 1.3.1.1 Sensorbasierte Datenaufnahme | 340 |
| 1.3.1.2 Bauteilrandzonenbasierte Datenaufnahme | 343 |
| 1.3.2 Werkstückidentifikation und inhärentes Speichern von Daten | 345 |
| 1.3.3 Kommunikation | 350 |
| 1.4 Anwendungen | 352 |
| 1.4.1 Anwendung in der Fertigungsphase | 352 |
| 1.4.2 Anwendung in der Nutzungsphase | 357 |
| 2 Das intelligente Werkzeug | 364 |
| 2.1 Das Werkzeug – bisher und zukünftig | 364 |
| 2.2 Aktuelle Ansätze und Beispiele intelligenter Werkzeuge | 365 |
| 2.2.1 Einstufung von Werkzeugen | 365 |
| 2.2.2 Anwendungsfälle für intelligente Werkzeuge | 366 |
| 2.2.3 Schnittstellen zur Einbindung eines intelligenten Werkzeugs | 369 |
| 2.3 Werkzeugüberwachung | 372 |
| 2.4 Intelligenter Werkzeugkreislauf | 375 |
| 2.4.1 Motivation | 375 |
| 2.4.2 Funktionsbausteine des Smart Tools | 375 |
| 2.4.3 Fazit und Ausblick | 380 |
| 3 Die vernetzte Werkzeugmaschine | 382 |
| 3.1 Frontloading durch eine effizientere CAD-CAM-NC-Kette | 384 |
| 3.1.1 Die CAD-CAM-NC-Kette | 384 |
| 3.1.2 Automatisierungsmechanismen in heutigen CAM-Systemen | 385 |
| 3.1.3 Weiterführende Ansätze in Forschung und Praxis | 387 |
| 3.1.4 Zwischenfazit | 390 |
| 3.2 Simulation des Prozess-Maschine-Verhaltens im Produktentstehungsprozess | 390 |
| 3.2.1 Optimierung von NC-Programmen in der Arbeitsvorbereitung | 392 |
| 3.2.2 Rückkopplung von Erkenntnissen in der Entwicklungsphase von Produktionsmitteln | 396 |
| 3.2.3 Zwischenfazit | 397 |
| 3.3 Big Data-Analysen im produzierenden Unternehmen | 397 |
| 3.3.1 Integrative Vernetzung der CAD-CAM-NC-Kette | 398 |
| 3.3.2 Prozessdatenrückführung und -kontextualisierung | 400 |
| 3.3.3 Datenevaluation | 401 |
| 3.3.3.1 Manuelle Prozessevaluation | 401 |
| 3.3.3.2 Produktivitätssteigerungen | 402 |
| 3.3.3.3 Automatisierte Evaluation und Qualitätsprognose | 402 |
| 3.3.4 Zwischenfazit | 403 |
| 3.4 Impulse von Industrie 4.0 auf das Condition-Monitoring von Werkzeugmaschinen | 404 |
| 3.4.1 Vision der selbstüberwachenden Werkzeugmaschine | 404 |
| 3.4.2 Maschinenkomponentenmodelle für die Gebrauchsdauerprognose | 406 |
| 3.4.3 Integration in die Produktionslandschaft | 409 |
| 3.4.4 Zwischenfazit | 410 |
| 3.5 Neue Bedienkonzepte für die nutzerzentrierte Werkzeugmaschine | 411 |
| 3.5.1 Konventionelle Bedienkonzepte | 411 |
| 3.5.2 Neue Bedienkonzepte | 412 |
| 3.5.3 Anforderungen an ein nutzerzentriertes Bedienkonzept | 413 |
| 3.5.4 Touchscreen-Bedienung im Produktionsumfeld | 413 |
| 3.5.5 Benutzerzentrierte Dialoggestaltung | 415 |
| 3.5.6 Middleware | 417 |
| 3.5.7 Zwischenfazit | 417 |
| 3.6 Fazit | 417 |
| 4 Verarbeitungsanlagen und Verpackungsmaschinen | 420 |
| 4.1 Konsumgüterproduktion 4.0 | 420 |
| 4.1.1 Anlagen zur Massenproduktion von Verbrauchsgütern | 420 |
| 4.1.2 Trends im Lebensmittel- und Pharmabereich | 422 |
| 4.1.3 Wandlungsfähige Verarbeitungsprozesse | 424 |
| 4.2 Vom Stoffsystem zum Produkt in wandlungsfähigen Prozessketten | 425 |
| 4.2.1 Wandlungsfähige Fließprozesse | 425 |
| 4.2.2 Variationsebenen in Verarbeitungsanlagen | 429 |
| 4.3 Elemente wandlungsfähiger Verarbeitungsanlagen | 431 |
| 4.3.1 Der qualitätsgeführte Prozess | 431 |
| 4.3.2 Qualitätsmaterial und Qualitätsprodukt | 434 |
| 4.3.3 Wandlungsfähige Wirkpaarungen | 436 |
| 4.4 Wandlungsfähige Verarbeitungsanlagen | 440 |
| 4.4.1 Wandlungsfähige Anlagenstrukturen | 440 |
| 4.4.2 Selbstüberwachende und selbstoptimierende Maschinen | 444 |
| 4.4.3 Prozessintegrierte mechatronische Simulation | 455 |
| 4.4.4 Aspekte der automatisierten Reinigung von wandlungsfähigen Anlagen | 458 |
| 4.4.5 Bedienerassistenz | 461 |
| 5 Transfersysteme | 470 |
| 5.1 Verkettung von Anlagen | 471 |
| 5.1.1 Verkettung in der automatisierten Produktion | 471 |
| 5.1.2 Flexibilisierung von Transfersystemen | 472 |
| 5.1.3 Potential flexibler Verkettung in typischen Anordnungsstrukturen | 473 |
| 5.1.4 Maximierung der Flexibilität von Transfersystemen am Beispiel des „Incremental Manufacturing“ | 477 |
| 5.2 Roboterbasierte Transfersysteme | 478 |
| 5.2.1 Sensorintegration in roboterbasierten Transfersystemen | 479 |
| 5.2.2 Intuitive Programmierung von roboterbasierten Transfersystemen | 480 |
| 5.2.3 Anwendungsbeispiel: Hochflexibler Werkstücktransfer „Griff in die Kiste“ | 483 |
| 5.3 Greiftechnik in Transfersystemen | 484 |
| 5.3.1 Funktionsintegrierte Greifsysteme | 485 |
| 5.3.2 Anpassungsfähige Greifsysteme | 488 |
| 6 Logistik 4.0 | 492 |
| 6.1 Digitalisierung und Vernetzung in der Supply Chain 4.0 | 494 |
| 6.1.1 Einsatz intelligenter Ladungsträger am Beispiel der Lebensmittel-Supply Chain | 495 |
| 6.1.2 Kollaboratives Lebenszyklusmanagement in der Cloud am Beispiel der Werkzeug-Supply Chain | 501 |
| 6.2 Einsatz digitaler Werkzeuge in der Logistikplanung | 506 |
| 6.2.1 Einsatz von Virtual Reality zur Planung manueller Kommissioniersysteme | 507 |
| 6.2.2 Kollaborative Planung und Inbetriebnahme von Materialflusssystemen | 512 |
| 6.3 Schnittstellen zur Einbindung des Menschen in digitale Logistikprozesse | 516 |
| 6.3.1 Neue Formen des Informationsaustauschs für eine effizientere manuelle Kommissionierung | 518 |
| 6.3.2 Assistenzsysteme für Staplerfahrer zur Darstellung und Erfassung von Prozessdaten | 520 |
| 6.4 Steuerungskonzepte für automatisierte und flexible Materialflüsse in Produktion und Distribution der Industrie 4.0 | 524 |
| 6.4.1 Effiziente Erstellung einer Steuerung für Materialflusssysteme durch automatische Softwaregenerierung | 526 |
| 6.4.2 Verwendung einer verteilten Materialflusssteuerung zur Realisierung von wandelbaren Materialflusssystemen | 528 |
| 6.4.2.1 Verteilte Materialflusssteuerung im Internet der Dinge der Intralogistik | 530 |
| 6.4.2.2 Autonome Fördertechnikmodule zur Selbstkonfiguration der Materialflusssteuerung | 531 |
| 6.5 Einführung und Einsatz von RFID zur dezentralen Datenhaltung | 538 |
| 6.5.1 Innovative Konzepte und Werkzeuge zur Einführung von RFID | 540 |
| 6.5.2 Automatische Erfassung und Bereitstellung von Prozessdaten | 548 |
| 7 Montage 4.0 | 554 |
| 7.1 Motivation | 554 |
| 7.2 Beispielprodukt und -anlage | 556 |
| 7.2.1 Beispielprodukt | 556 |
| 7.2.2 Beispielanlage | 556 |
| 7.3 Lösungsneutrale Fähigkeitenbeschreibung | 557 |
| 7.3.1 Begriffsbestimmung und Beispiele | 557 |
| 7.3.2 Nutzen | 560 |
| 7.3.3 Taxonomie der Fähigkeiten | 561 |
| 7.4 CAD-Produktanalyse – Generierung von Produktanforderungen | 563 |
| 7.4.1 Assembly-by-Disassembly – Bestimmung von Montagereihenfolgen und -bewegungen | 564 |
| 7.4.2 Bestimmung von quantitativen Prozessparametern | 565 |
| 7.4.3 Bestimmung von Bauteilschnittstellen | 566 |
| 7.5 Automatische Montageplanung | 566 |
| 7.5.1 Einführung und Systemübersicht | 566 |
| 7.5.2 Erzeugung des Fähigkeitenmodells einer Anlage mit bekanntem Layout | 569 |
| 7.5.3 Anforderungen-Fähigkeiten-Abgleich – Automatische Montageplanung | 570 |
| 7.5.3.1 Arten der Prüfung | 571 |
| 7.5.3.2 Bestimmung von Sekundärprozessen | 573 |
| 7.5.4 Beispielhafte Abgleichmodule | 573 |
| 7.5.5 Automatische Ableitung von Handlungsempfehlungen | 575 |
| 7.5.5.1 Produktorientierte Handlungsempfehlungen | 575 |
| 7.5.5.2 Betriebsmittelorientierte Handlungsempfehlungen | 576 |
| 7.5.6 Bewertung und Auswahl von Planungsalternativen | 576 |
| 7.5.7 Automatische Erstellung von Montageanleitungen | 577 |
| 7.6 Automatisierte Integration | 577 |
| 7.6.1 Automatisierte Konfiguration von Produktionskomponenten (Plug & Produce) | 577 |
| 7.6.1.1 Konzept zur Ad-hoc-Vernetzung heutiger Anlagenkomponenten | 579 |
| 7.6.1.2 Automatisierte Generierung eines vereinheitlichten Fabrikabbildes | 581 |
| 7.6.2 Zeitoptimale Bahnplanung von Robotersystemen | 583 |
| 7.6.2.1 Selbst-Programmierung von Industrierobotern | 583 |
| 7.6.2.2 Modellierung als Graph und Beschreibung im Konfigurationsraum | 583 |
| 7.6.2.3 Praxisgerechte Methoden arbeiten stichprobenbasiert | 584 |
| 7.6.2.4 Kollisionsdetektion als Flaschenhals | 585 |
| 7.6.2.5 Optimierung der Fahrtzeit | 585 |
| 7.6.2.6 Einsatz in der Montage | 587 |
| 7.6.3 Aufteilung auf Zielsysteme und Codegenerierung | 588 |
| 7.7 Automatisierte Hardwareauslegung am Beispiel von Zuführsystemen | 589 |
| 7.7.1 Grundlagen | 589 |
| 7.7.2 Physiksimulation | 590 |
| 7.7.3 Randbedingungen | 590 |
| 7.7.4 Simulationsgestützte Auslegung | 591 |
| 7.7.5 Fertigung und Validierung | 592 |
| 7.7.6 Fazit | 593 |
| 7.8 Zusammenfassung | 593 |
| 8 Wandelbare modulare Automatisierungssysteme | 596 |
| 8.1 Die Automatisierungspyramide | 596 |
| 8.1.1 Dezentrale Prozesssteuerung mittels Smarter Produkte | 598 |
| 8.1.2 Konvergenz von Feld- und Steuerungsaufgaben mittels Smarter Feldgeräte | 602 |
| 8.1.3 Vertikale Integration und cloudbasierte, modulare IT-Systeme | 605 |
| 8.2 Smarte Vernetzung | 607 |
| 8.2.1 Kommunikationsstandards für Industrie 4.0 | 608 |
| 8.2.2 Ethernet in der Automatisierungstechnik | 610 |
| 8.2.2.1 Echtzeitfähige Kommunikation mit Time Sensitive Networking | 611 |
| 8.2.2.2 Software Defined Networking – Ein neues Netzwerkparadigma in der Automatisierungstechnik | 612 |
| 8.2.2.3 Neue Kommunikationsstrukturen für Industrie 4.0-Netzwerke | 616 |
| 8.2.3 Standards zur Informationsmodellierung in der Automatisierungstechnik | 618 |
| Teil C Anwendungsbeispiele | 626 |
| 1 Vernetzte Anlagen für die spanende Fertigung | 628 |
| 1.1 Flexible Kleinserienfertigung von Maschinenkomponenten | 628 |
| 1.1.1 Randbedingungen und Fertigungsumfeld | 628 |
| 1.1.2 Lösungsansatz für die vernetzte Fertigung | 630 |
| 1.2 Lösungsassistenz in der vernetzten Großserienfertigung | 632 |
| 1.2.1 Aufbau des Lösungsassistenten | 632 |
| 1.2.2 Bedienerführung | 633 |
| 1.2.3 Datenanalyse und Fehlerauswertung | 633 |
| 1.3 Digitale Lösungen für Honsysteme | 634 |
| 1.3.1 Honen in der Großserienfertigung | 634 |
| 1.3.2 Fernwartungslösung für Honmaschinen | 635 |
| 1.3.3 Cloudservices durch Maschinenanbindung | 637 |
| 1.4 Fertigung von Maschinenkomponenten für Spritzgießmaschinen | 638 |
| 1.4.1 Spritzgießmaschinen | 639 |
| 1.4.2 Anlagen für die Fertigung der Maschinenkomponenten | 640 |
| 1.4.3 Intelligente Fertigungsmittel | 642 |
| 1.4.4 Vertikale und horizontale Vernetzung | 642 |
| 1.4.5 Selbstorganisierende Transportprozesse | 643 |
| 1.5 Fazit | 644 |
| 2 Montagesysteme: Skalierbare Automatisierung in der „Lernfabrik Globale Produktion“ | 646 |
| 2.1 Die Lernfabrik im Kontext von Industrie 4.0 | 646 |
| 2.1.1 Zielstellung der Lernfabrik Globale Produktion | 646 |
| 2.1.2 Sichten auf Industrie 4.0 in der Lernfabrik | 647 |
| 2.1.3 Aufbau der Lernfabrik | 647 |
| 2.2 Das Konzept der skalierbaren Automatisierung | 648 |
| 2.2.1 Herausforderungen der Automatisierung in der Montage | 648 |
| 2.2.2 Prinzip der skalierbaren Automatisierung | 649 |
| 2.2.3 Potenziale der skalierbaren Automatisierung | 650 |
| 2.2.4 Fazit zum Konzept der skalierbaren Automatisierung | 651 |
| 2.3 Umsetzung der skalierbaren Automatisierung in der Lernfabrik Globale Produktion | 651 |
| 2.3.1 Skalierungsstufen in der Lernfabrik | 651 |
| 2.3.2 Technische Umsetzung der skalierbaren Automatisierung in der Lernfabrik | 657 |
| 2.4 Ausblick | 661 |
| 3 Verarbeitungstechnik | 662 |
| 3.1 Individualisierte Lebensmittelverarbeitung und -verpackung in Losgröße 1 – FORFood | 662 |
| 3.1.1 Lebensmittelverarbeitung für die Herstellung einer kundenindividuellen Mahlzeit in Losgröße 1 | 662 |
| 3.1.2 Formatflexible Verarbeitungsprozesse für ein kundenindividuelles Verpacken | 664 |
| 3.1.3 Digital Moulding für ein formatflexibles Thermoformen | 664 |
| 3.1.4 Flexibler Siegelprozess mittels Multi-Kontur-Werkzeugen | 665 |
| 3.1.5 Automatisierte Herstellung von individualisierten Sammelpackungen | 666 |
| 3.2 Automatische Feinzerlegung von Schinken | 667 |
| 3.2.1 Aufgabenstellung | 667 |
| 3.2.2 Anlagenkonzept | 668 |
| 3.2.3 Erfassung der Schinken- eigenschaften | 669 |
| 3.2.4 Schnittreihenfolge | 670 |
| 3.2.5 Referenz-Petri-Netze – Ansatz zur Modellierung und Simulation von Prozessschritten und Gesamtprozessen | 671 |
| 3.2.6 Zusammenfassung | 672 |
| 3.3 Kognitive Systeme im Druckgewerbe | 672 |
| 3.3.1 Steigender Kostendruck im Druckgewerbe | 672 |
| 3.3.2 Reduktion der Makulatur als potenzieller Stellhebel | 672 |
| 3.3.3 Regelungskonzept | 673 |
| 3.3.4 Technische Bewertung | 674 |
| 3.3.5 Wirtschaftliche Bewertung für eine Offsetdruckmaschine | 674 |
| 3.3.6 Zusammenfassung | 675 |
| 4 Anwendungsfeld Flugzeugbau | 676 |
| 4.1 Betrachtung der Branche | 676 |
| 4.1.1 Wirtschaftliche Randbedingungen | 676 |
| 4.1.2 Technologische und organisatorische Besonderheiten | 677 |
| 4.1.3 Industrie 4.0-Ansätze und Ist-Situation | 677 |
| 4.2 Befähigertechnologien für bedeutende Aufgaben | 679 |
| 4.2.1 Rumpfsektionenmontage | 679 |
| 4.2.2 Turbinenschaufelmontage | 680 |
| 4.2.3 Brennkammerinspektion | 681 |
| 4.3 Befähigende Querschnittstechnologien | 683 |
| 4.3.1 Mobile Roboter für die Rumpf-Außenstruktur | 683 |
| 4.3.2 Ortsflexibles Robotersystem für Bearbeitungsaufgaben | 685 |
| 4.3.3 Mensch-Maschine-Systeme | 686 |
| 4.4 Integrationstechnologien | 688 |
| 4.4.1 Ziele und Ansätze | 688 |
| 4.4.2 Beispiele für Lösungsansätze | 689 |
| 4.4.3 Unterstützung der Integration | 691 |
| 5 Intelligent vernetzte Elektronikproduktion | 694 |
| 5.1 Elektronische Systeme sind Grundlage und Vorbild für das Internet der Dinge | 694 |
| 5.1.1 Die Befähiger des Internets der Dinge basieren auf fortschrittlichen elektronischen Aufbautechnologien | 694 |
| 5.1.2 Die Produktion elektronischer Systeme ist Vorbild für die Digitalisierung der Fabrik | 696 |
| 5.2 Vollautomatisierung von Fertigung und Materialfluss | 700 |
| 5.2.1 Prozess- und Informationsautomatisierung | 700 |
| 5.2.2 Traceability | 702 |
| 5.2.3 Identifikation und Vernetzung zu CPS | 704 |
| 5.3 Dynamische Wertschöpfungsketten | 706 |
| 5.3.1 Individuelle Produktkonfiguration | 706 |
| 5.3.2 Optimierte Auftragsabwicklung | 707 |
| 5.3.3 Flexible Produktionssysteme | 709 |
| 5.4 Nullfehler-Produktion | 712 |
| 5.4.1 Qualitätssicherung | 712 |
| 5.4.2 Big Data versus Smart Data | 714 |
| 5.4.3 Mensch-Maschine-Interaktion | 717 |
| 5.5 Durchgängige Informationssysteme | 719 |
| 5.5.1 Produktentwicklung | 719 |
| 5.5.2 CAD/CAM-Kopplung | 721 |
| 5.5.3 Anbindung an das Manufacturing Execution System | 724 |
| 5.6 Referenzmodell | 725 |
| 5.6.1 Entwicklung zum Digital Enterprise | 726 |
| 5.6.2 Greenfield- und Brownfield-Ansatz | 728 |
| 5.6.3 Beispiel: Siemenswerke in Amberg und Chengdu | 728 |
| 6 Die SmartFactory für individualisierte Kleinserienfertigung | 732 |
| 6.1 SmartFactoryKL-Systemarchitektur | 734 |
| 6.1.1 Konzeption der Systemarchitektur | 734 |
| 6.1.2 Systemarchitektur – Anforderungen und Spezifikationen | 735 |
| 6.2 Umsetzung der Systemarchitektur | 738 |
| 6.2.1 Produktschicht | 739 |
| 6.2.2 Produktionsschicht | 740 |
| 6.2.3 Versorgungsschicht | 742 |
| 6.2.4 Integrationsschicht | 743 |
| 6.2.5 IT-Systemschicht | 743 |
| 6.3 Anwendungsszenario | 744 |
| 6.4 Zusammenfassung und Ausblick | 747 |
| 7 Anwendungsfeld Automobilindustrie | 750 |
| 7.1 Big Data Analytics in der Produktionslogistik am Beispiel der Materialflussanalyse | 751 |
| 7.1.1 Analytics-Technologien und der Digitale Schatten in der Produktionslogistik | 751 |
| 7.1.2 Materialflussanalyse im Digitalen Schatten | 752 |
| 7.1.3 Fazit und Ausblick | 752 |
| 7.2 Logistik 4.0 – Optimierungsverfahren zur Steigerung der Dynamik | 753 |
| 7.2.1 Motivation | 753 |
| 7.2.2 Zielsetzung | 753 |
| 7.2.3 Vorgehensweise | 753 |
| 7.2.4 Ergebnisse | 754 |
| 7.3 Selbst-Kalibrierung roboterbasierter Messsysteme | 755 |
| 7.3.1 Ausgangssituation | 755 |
| 7.3.2 Zielsetzung | 755 |
| 7.3.3 Vorgehensweise | 756 |
| 7.3.4 Ergebnisse | 757 |
| 7.4 Data Mining in der Batterieproduktion für die Elektromobilität | 757 |
| 7.5 Digitale Produktion mittels additiver Fertigungsverfahren | 759 |
| 7.5.1 Additive Fertigung und Industrie 4.0 | 759 |
| 7.5.2 Kurzüberblick zu aktuellen Prozesskategorien der Additiven Fertigung | 760 |
| 7.5.3 Case Study – Additive Fertigung von Zahnrädern | 760 |
| 7.6 Konzeption sowie Umsetzung einer Trainingsumgebung zur Qualifikation von Instandhaltern im Umfeld Industrie?4.0 | 761 |
| Stichwortverzeichnis | 766 |
