DIE FABRIK DER ZUKUNFT

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DIE FABRIK DER ZUKUNFT

End-to-End-Wertschöpfung

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl

Fraunhofer-Institut für

Produktionstechnik und Automatisierung IPA

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End-to -End Prozesse müssen komplett neu gedacht werden

Automatisierte End-to -End-Prozesse gewährleisten ein effizientes, zuverlässiges und kontrollierbares Business und steigern dadurch Kundenzufriedenheit und Margen

…

Service/Retrieval-to-Cash Start of Op.-to-End of Life

Plan-to-Produce Idea-to-Product Source-to-Pay Order-to-Cash

Record-to-Report

Plan-to-Execute

Hire-to-Retire

15–40 %

geringere Kosten durch Automatisierung

^1,2,3

5–20 %

niedrigere Lieferantenkosten

³

bis zu 30–50 %

geringere Days Sales Outstandings

^1,2,3

30–40 %

schnellere Rekrutierung neuer MitarbeiterInnen

³

50–75 %

schnellere Berichtszyklen

³

Prozesshaus durchgängiger E2E-Prozesse 10–20 %

verbesserte Kundenzufriedenheit

^1,3 Zulieferer

Kunden

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3

Source-to -Pay-Prozess (S2P)

Digitale Beschaffungslösungen sind ein wichtiger Enabler zur Effizienzsteigerung

Quelle:¹Bain & Company: Digital Procurement – The Benefits Go Far Beyond Efficiency (2018)

Wertschöpfung mit führenden digitalen Beschaffungslösungen

¹

E-Auktionen

Erzielen des besten Preises für Waren durch digitale Auktionslösungen, die Online -Preisgebote erleichtern

Vertragsmanagement (Lebenszyklus) Standardisierung und Automatisierung der Vertragsanbahnung, -erstellung, -verhandlung und -ausführung

Nachfrage -Prognose

KI- oder Datenanalyse -gesteuerte Schätzung zukünftiger

Anforderungen durch Analyse der historischen Nachfrage usw.

Guided Buying (E -Katalog)

Identifizierung von Material - und Teile-Bedarf und Durchführung der Lieferantenauswahl, Beschaffung, Qualität und Compliance

Marktplätze

B2B-Plattformen mit Funktionen zur

Erleichterung der Zusammenarbeit

zwischen Anbietern und Käufern

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Source-to -Pay-Prozess (S2P)

Ein Großteil des Source -to -Pay-Prozesses lässt sich mit existierenden Technologien

automatisieren – selbst strategische Aufgaben haben ein hohes Automatisierungspotenzial

31 47 58 77 75 88 79 93

38 34 19

17 4 7

31 18 23 23 8 8

21

Weitgehend/vollständig automatisierbar Teilweise automatisierbar Schwer automatisierbar

Automatisierungspotenzial entlang der Prozessschritte des Source -to -Pay

¹

, %

Stamm- daten - Mgmt .

Bedarfs-

Mgmt. Zahlungs-

abwicklung Bestellungen

aufgeben Rechnungs- verarbeitung Category

Mgmt.

Lieferanten - auswahl/

Verhandlung

Lieferanten - Mgmt.

Source-to -Contract Procure-to -Invoice Invoice-to -Pay

Quelle: ¹McKinsey: Roadmap for digitizing source-to-pay (2017), ²BCG: The $1 Trillion Opportunity in Digital Support Functions, ³BCG: What to Do When; Support Functions Aren’t Ready for Digital, ⁴McKinsey: Optimizing E2E S2P process for global Telco player (case example), ⁵Ardent

bis zu 2,5 %

Reduzierung der indirekten

Ausgaben durch bessere Einhaltung von Vorschriften und Erhöhung der Kontrolle

³

15–40 %

Reduzierung der Prozesskosten durch Automatisierung ( FTE-Freisetzung)

^{2, 3, 4}

5–20 %

Reduzierung der Lieferantenkosten

⁴

bis zu 60 %

Reduzierung der Days Payables

Outstandings

⁵

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5

Enabling -Technologien für durchgängige E2E -Prozesse

Prozessaufnahme und -analyse können durch Process Mining effizienter gestaltet werden

Process Mining bietet verschiedene Funktionalitäten:

Process Mining bezeichnet eine Reihe von Verfahren zur Aufnahme und Analyse der Leistung und Konformität von Geschäfts- prozessen auf Grundlage von Ereignisprotokollen (Event Logs), die während der Prozessausführung im IT-System entstehen

Quelle: Dumas et al. (2018): Fundamentals of Business Process Management, Bildquelle: Celonis

Automatisierte Prozessaufnahme

Performance Mining

Konformitätsprüfung

Analyse der (Teil)Prozessvarianten

Unterschiede im Vergleich zu einem vorhandenen Soll -Prozessmodell werden identifiziert

Prozessmodelle werden aus den vorliegenden Ereignisprotokollen (Event Logs) rekonstruiert

Engpässen werden basierend auf definierten Business Rules identifiziert

Alle Prozessvarianten, die von einem bestimmten Startereignis zu einem Endereignis führen, werden identifiziert

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Enabling -Technologien für durchgängige E2E -Prozesse

RPA und OCR ermöglichen eine kostengünstige Automatisierung von Routinetätigkeiten

OCR – Optical Character Recognition

KI-basierte, automatisierte Texterkennung

RPA – Robotic Process Automation

Automatisierung regelbasierter Routinetätigkeiten

Erstellen von

Dokumenten Kopieren und

Verschieben von Dateien

Öffnen / Versenden von E-Mails und Anhängen Ausfüllen von

Formularen

Abgleich von Daten

Reduzierter

manueller Aufwand Verringerte

Fehlerquote Nutzung bestehender

IT-Infrastruktur

Beispiel: Automatisierte Eingabe von Rechnungsinformationen Scan physischer

Rechnung Rechnung im PDF-

Format

Extraktion relevanter Rechnungsinformationen

mit OCR-Technologie

Automatische Systemeingabe

(z.B. mit RPA)

Vertiefender Fachvortrag:

Tag 2 ab 9:00 Uhr

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7

Vorgehensweise zur Etablierung einer ganzheitlichen E2E -Prozesslandschaft

Zur Etablierung durchgängiger, unternehmensweiter E2E -Prozesse müssen prozessuale und IT-technische Fragen gleichermaßen betrachtet werden

Vorstudie zur IT -Transformation

 Grobes Zielszenario für die zukünftige IT- Systemlandschaft aufbauen

 Grobe Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchführen

Operative Standardisierung, Harmonisierung und durchgängige Automatisierung konkreter E2E -Prozesse

IT-Transformation

 „IT follows business processes“, Systemstandards sollten für eine effiziente E2E-Transformation trotzdem berücksichtigt werden

 Change Management während der gesamten Umsetzungsphase

 Kontinuierlicher Abgleich von Individualisierungen und deren wirtschaftlichem Nutzen

Standardisierung der Prozesslandschaft

 Entwicklung von E2E-Prozess-Maps inkl.

Rollen und Schnittstellen zwischen IT-System und Organisationseinheiten

 Identifizierung von Prozessähnlichkeiten und Ableitung übergeordneter Standards

IT- und Prozesstransformation bedingen sich gegenseitig, daher ist ein kontinuierlicher Austausch erforderlich

Prozess- Perspektive

Perspektive IT-

1 2 3 4 5

Prozessschritte standardisieren &

harmonisieren

Automatisierungs- potenziale schritt-

weise ermitteln

Verbesserungs- maßnahmen implementieren

E2E Business Process Responsibles

definieren

Governance, Compliance und ORG-

Modell aufsetzen

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Prozesse umfassend verstehen

 Nicht wertschöpfende Prozesse identifizieren

 Prozessaufgaben standardisieren

Prozesse beherrschen

 Menschliche Arbeiten auf hochwertige Aktivitäten und Fehlerreduzierung fokussieren

 Produktivität und Qualität erhöhen

 Compliance Level auf allen Ebenen erhöhen

 Wissensverlust durch Fluktuation verringern

Herausforderungen beim Aufbau einer robusten E2E -Architektur

Die E2E-Prozessbetrachtung führt zu einer umfassenden Business Transformation

Benefits E2E

IT-Tools Backbone

Automatisieren

Analysieren Systematisieren

Anomalien erkennen

Single source of truth

Standardi- sieren Harmoni-

sieren Aufwand

vs. Nutzen Prozess-

analysen

Process Mining

Priorisieren

Digitalisieren

Optimieren

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9

End-to -End-Prozesse Backend

Weiterentwicklung der E2E -Prozesslandschaft bei Service -Geschäftsmodellen

Durch Servitization wird der Kunde immer enger in die E2E -Prozesslandschaft integriert

Effizienz

Adaptierbarkeit

Produktivität Prozess

System

Kunden -Touchpoints

Interface Kundenzentrierter Wertbeitrag

Frontend

Pay-per -hour

Pay-per -piece Verfügbarkeit

Ressource/Produkt Demand-to-Order

Deliver-to-Cash Order-to-Develop

Develop-to-Plan Produce-to-Deliver

Data-to-Demand

Service-to-Cash Source-

to-Pay

Knowledge-to- Demand

Optimize-to-Cash Steigende Komplexität durch

integrierte SW/HW-Entwicklung Steigendes Verständnis der Kunden- bedarfe durch Datennutzung

Steigender Aufwand zur Integration

von Hardware und Software Erweiterte Monetarisierungs- möglichkeiten

Steigende Vernetzung im

Business Ecosystem

Erweiterte Nutzen- versprechen Maschinennahe Prozesse

Wertschöpfungsprozess Innovationsbeitrag

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Weiterentwicklung der E2E -Prozesslandschaft bei individualisierter Fertigung

Steigender Individualisierungsbedarf und das Ziel der flexiblen Produktion lassen End-to -End-Prozesse komplexer werden

Make -to -

Stock Assemble-

to -Order Make -to -

Order Engineer-

to -Order Design-to - Order Linien

System Flexibles

System Rekonfigurierbares

System Matrix System

Fluides System

Flexibilisierung der Produktion für variantenreiche Produkte

Erfüllung immer individueller werdender Kundenwünsche Stetig steigende Anforderungen an Schnelligkeit, Qualität und Individualität

der End-to -End-Prozesse

Art des Produktionssystems

Art der

Auftragsabwicklung

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Verpackung und Versand Konfiguration

Automatisierte Kalkulation und Angebotserstellung

Automatisierte Angebotsfreigabe mit

Liefertermin

Kunde bestätigt Angebot und

beauftragt

Kunde erhält Produkt innerhalb von 3 minus X Wochen

Konfigurierbare 3d- CAD-Modelle

Virtuelle Maschine Automatisierte

Produktion

Automatisierte Prozessüberwachung bzw.

Prozessfähigkeit Automatisiertes

Teilehandling

Automatisierte Kennzeichnung

Adaptive 3d-CAM- Modelle & Werkzeug-

verwaltung Traceability

Datenanalyse

Produktionsplanung und -steuerung Condition Monitoring

… Prozessmonitoring

KPI´s

1

2 6 4

5

3 Implementierung eines End -to -End-Prozesses am Beispiel Design-to -order

Ziel ist die automatisierte Auftragsabwicklung

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Bildquelle: Coscom

Bildquelle: NCSIMUL

Bildquelle: DMGMori

Implementierung eines End -to -End-Prozesses am Beispiel der DesignChain

Eine wesentliche Herausforderung ist die intelligente Verknüpfung der IT -Systeme

Bauteil/Baugruppe Engineering-BOM

M-CAD

Stammdaten

Rohmaterial

M-BOM

Arbeitsplan

CAPP CAM

Fertigungsstrategie, Crash-Analyse Spannmittel &

Werkzeugauswahl

CNC-code, Zeituntersuchung, Zykluszeitoptimierung

Produkt Daten Management

PPS/MES Maschine/Automatisierung

NC-Code

Maschinenbelegung

ERP

Auftragssteuerung Auftrags-

planung

Zustände Auftrags-

status

Kapazitäts- und Reihenfolge- planung

Simulation

Tool Management CAE

Kopierassistent

Sachmerkmale und Ausprägungen

Virtuelle Maschine

Virtual NC Kernel

Parameter Kinematik

Vertriebsauftrag

E-CAD

Schaltplan/Board

Bildquelle: Zuken Bildquelle: Zuken

Werkzeugparameter

In-Prozess-Regelung

Konfigurator

Technische Merkmale

Beziehungswissen Datenverwaltung

Versionierung

Änderungsmanagement

Bildquelle: SAP Bildquelle: SAP

Änderungsauftrag

Excel

Plausibilisierung Technische Parameter

2

1 3 4

Kunden - anforderungen

Produkt

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13

Individualisierte und flexible End -to -End-Wertschöpfung

Um auch individualisierte Produkte effizient fertigen zu können, bedarf es der Umsetzung neuer Produktionssysteme

Linien-Produktion

Variante 1 Variante 2

Station Station 4

Station 3

1 Station

2 Station

5

Matrix-Produktion

Modul

1 Modul

2

Modul Modul 4

3 Modul

5 Variante 1

Variante 2

Fluide Produktion

Modul 5 Modul

2

Modul Modul 4

3 Variante 1 Variante 2

Modul 2.2

Modul

1 Modul

5 Modul

2.1

Standardisierung Flexibilität

Die Linien -Produktion bietet den Vorteil einer hohen Ausbringungsmenge bei geringer Produktvarianz.

Für Fertigung individualisierter, variantenreicher Produkte sind dagegen rekonfigurierbare Produktionssysteme besser geeignet,

zum Beispiel die Matrix -Produktion oder die Fluide Produktion .

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Matrix -Produktion

Resilientes Produktionssystem, das kleinstufige Skalierung ermöglicht und sich kurzfristig auf Änderungen einstellen kann

Kurzbeschreibung :

 Verschiedene Produktvarianten nutzen eine gemeinsame Produktionsstruktur

 Keine feste Verkettung, jede Varianten folgt dem eigenen Pfad durch die Produktionsstruktur

Vorteile :

 Stückzahlschwankungen können ausgeglichen werden

 Skalierung jederzeit möglich

 Anlagenauslastung höher als bei vergleichbaren Produktionssystemen

 Erweiterung flexibel möglich

Vertiefender Pitch:

Tag 1 ab 13:00 Uhr

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Intelligente Infrastruktur als Treiber für die flexible Produktion

Der FTS-Einsatz in der Produktion von Porsche ist ein Beispiel für die Umsetzung eines rekonfigurierbaren Fabriklayouts

 Einsatz von FTS in Flexi -Line statt starrer Fördertechnik für rekonfigurierbares Layout

 Keine vollständige Auflösung von Band und Takt

 Anlagenvorhalte für weitere Modelle und Derivate

 Einsatz von Automatisierung und technologischer Werkzeuge zur Unterstützung des Menschen

 Qualifizierung der Mitarbeiter für Umgang mit E-Mobilität-Bauteilen

 Fabrik steht in engbesiedeltem und urbanem Umfeld

Quelle: newsroom.porsche.com/de/2019/unternehmen/porsche-taycan-fabrik-zuffenhausen-produktionsstart-rueckblick-bauphase-18602.html & ww w.porsche.com/specials/de/germany/campus/articles/campus-2018-05-article30/

Vertiefender Fachvortrag:

Tag 2 ab 13:15 Uhr

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Automatisierung der Automatisierung

Individualisierte, variantenreiche Produkte erfordern den Einsatz möglichst automatisiert konfigurierbarer Handlingsysteme

Kiste mit

Sägeabschnitten 3D-Kamera- system

Magnetgreifer Sägeabschnitte Punktewolke der Abschnitte

Selbstkonfigurierendes Bin Picking

 Frei navigierendes FTS trägt den Picking- Roboter

 Roboter erkennt unterschiedliche Picking- Situationen autonom und kann so flexibel in unterschiedlichsten Szenarien eingesetzt werden

 Flexibilität auch bei variantenreicher Produktion

Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz ermöglicht eine »Automatisierung der Automatisierung«« und senkt damit Integrations - und Umrüstaufwände

Virtueller Rundgang:

Tag 1 ab 14:35 Uhr

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Intelligente Infrastruktur als Treiber für die flexible Produktion

Der intelligente Shopfloor ermöglicht die Integration logistischer und effizienzsteigernder Funktionen

0.1 m

Lokalisierung Pixel Dichte

76 px/

^Panel

1 kW/

^Panel

Berührungslose Energieübertragung

Quelle: https://community.boschrexroth.com/t5/Rexroth-Blog/The-intelligent-factory-floor/ba-p/9171

«Intelligent Floor» der Firma Rexroth in der ARENA 2036

 Lokalisierung und Routing von

Transportsystemen und anderen Assets

 Guidance von MitarbeiterInnen durch LED-Streifen, nutzbar z.B. für Instand- haltungsteams

 Übertragung von Daten und Energie als Enabler für schnelle Kommunikation

 Hohe Flexibilität durch modulare

Bauweise

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Moderne Kommunikation als Treiber für die flexible Produktion

5G eröffnet neue Möglichkeiten in der echtzeitnahen Vernetzung und ist damit Enabler für die datengetriebene Produktion

Vorteile von 5G in der Fabrik

 Dezentrale, echtzeitnahe Datenerfassung

 Anbindung multipler Systeme mit hohen Übertragungsraten

 Lokalisierungsfunktion als Teil der Technologie selbst

 Vernetzung und schnelle Kommunikation zwischen Assets und Menschen

Fraunhofer IPA ist aktiver Teil der Forschungscommunity zu 5G

Vertiefende Fachvorträge:

Tag 1 ab 10:55 Uhr

Tag 2 ab 11:20 Uhr

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19

IT-Systemarchitektur für durchgängige E2E -Prozesse

Eine konventionelle IT -Systemlandschaft unterstützt durchgängige E2E -Prozesse nur unzureichend, eine Veränderung hin zur Serviceorientierung ist zwingend erforderlich

Konventionelle IT -Systemarchitektur SCM

ERP MES PDM

SPS

Shop Floor

 Funktionale Systeme gekoppelt durch unflexible Schnittstellen

 Rollout und Änderungen sind zeitaufwändig

 Firmen- oder werksspezifische Implementierungen erschweren die unternehmensübergreifende Zusammenarbeit

 IT-Fokus auf übergeordneten Geschäftsprozessen statt auf sich wiederholenden Teilprozessen

 Fokus ermöglicht Vergleichbarkeit und Transparenz von Geschäftsdaten

Business Layer

Geschäftsprozess-Architektur

Functional Layer

Geschäftsprozesse / E2E-Prozesse

Standardisierter Information Layer

IoT Modelle

Interoperabler Communication Layer

IoT Plattformen

Shop Floor

IoT Assets

Idea-to -Product Make -to -Order Purchase-to -Pay

Serviceorientierte Architektur

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Interoperables, plattformbasiertes Betriebssystem FabOS

FabOS als neue, offene und standardisierte Produktionsarchitektur für die KI-gestützte Produktion der Zukunft

ICS = Industrial Control System, industrielle Kontrollsysteme Cloud & Edge Netze

OT

Systeme

IT

Geräte

Prozess-Management Informations-Management

IIoT IoT

IKT-Systeme ICS/OT

Controller (PLC/SPS, DCS/PLS, SCADA) & I/O IPCs & Server

Industrielle Netzwerke, Bussysteme,

…

Sensoren, Kameras,

Eingebettete Systeme, (mobile) Roboter,

…

Smartphones, Tablets, Wearables, Kameras,

…

(Office) PCs, Drucker Web/Email Server TCP Netzwerke,

Kommunikationstechnik, GPU-Cluster, …

DCS = Distributed Control System, Prozessleitsysteme