myCPS

Migrationsunterstützung für die Umsetzung menschzentrierter Cyber-Physical Systems (myCPS)

„Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt MyCPS40 wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm ‚Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen‘ gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

Industrie 4.0 auf den mittelständischen Hallenboden
Unser Mittelstand ist aufgrund seiner innovativen, nicht nur rein technischen Leistungsfähigkeit das Rückgrat der deutschen Volkswirtschaft. Vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 ist es jetzt entscheidend, dass er aus aktuellen Forschungs-ergebnissen Nutzen zieht und nachhaltige Wettbewerbsvorteile generiert. Deutschland muss sich zum Leitmarkt für Industrie-4.0-Lösungen entwickeln, als weltweit führender Anbieter für Teil- und Komplettsysteme und als kompetenter Nachfrager für Industrie 4.0-Lösungen auftreten. Die im Rahmen der Bekanntmachung „Industrie 4.0 – Forschung auf den betrieblichen Hallenboden“ vom BMBF geförderten Projekte unterstützen dieses Ziel. Sie befassen sich mit der Entwicklung sozio-technischer Systeme, in die an der Wertschöpfung beteiligte Personen, Maschinen, IK-Technologien und Produkte genauso wie Geschäftsmodelle, Standards und Normen eingebunden sind. So entstehen Musterlösungen für deutsche mittelständische Unternehmen in zahlreichen Branchen, in unterschiedlichen Rollen innerhalb von Wertschöpfungsketten und mit verschiedenen Wettbewerbsstrategien.

Alle Technik hilft nichts, wenn die Mitarbeiter nicht mitziehen
Abgesehen von einzelnen Insellösungen in abgeschlossenen Testumgebungen, steht eine breite Anwendung von Industrie 4.0 auf dem betrieblichen Hallenboden derzeit noch aus. Ein Grund dafür ist, dass sich bisherige Ansätze nur auf die Gestaltung der notwendigen technischen Lösungen in den Fabriken konzentrieren. Die direkt betroffenen Mitarbeiter in Produktion und Logistik sind kaum in die Konzeption und Gestaltung innovativer Lösungen eingebunden. Aus Betroffenen müssen jedoch Beteiligte werden, um eine langfristig erfolgreiche Umsetzung zu erzielen.

 

Migrationsunterstützung für die Umsetzung menschzentrierter Cyber-Physical Systems (myCPS)

Ziel des Forschungsprojekts MyCPS ist die Erarbeitung und pilothafte Erprobung systematischer Vorgehensweisen zur praktikablen, auf den Menschen zentrierten Umstellung („Migration") digitalisierter Produktionsprozesse hin zu cyber-physischen Systemen (CPS). Im Mittelpunkt steht dabei die Einbindung der Mitarbeiter in die gemeinsame Gestaltung, Nutzung und Weiterentwicklung der Lösungen, um die notwendige Vertrauensbasis für den Anwendungserfolg zu schaffen. In Kooperation mit den Sozialpartnern sind dabei die Informationssicherheit und der Datenschutz zu berücksichtigen.

In den beteiligten Betrieben werden prototypische Industrie-4.0-Lösungen für Fertigung, Montage, innerbetriebliche Logistik und Produktionssteuerung als Kernbereiche der industriellen Wertschöpfung verwirklicht. Damit wird auch die Akzeptanz für zukunftsfähige Lösungen hergestellt. Dazu werden die Rollen, Aufgaben und Funktionen der Mitarbeiter in einem „Menschenbild" modellhaft abgebildet und in das geplante ganzheitliche Vorgehenskonzept für die beteiligungsorientierte Gestaltung menschzentrierter CPS überführt. Nach Ableitung und Beschreibung einheitlich geltender Prinzipien werden die Anwendungsfälle und Einführungsszenarien für die Produktionssysteme der einzelnen Unternehmen konkretisiert. Es werden Strategien für die Ausweitung von Industrie 4.0-Technologien auf das gesamte Unternehmen und deren Zusammenspiel abgeleitet.

Es werden somit Methoden, Modelle und Hilfsmittel entwickelt und bewertet sowie im engen Dialog mit den am Projekt beteiligten Partnern verallgemeinert und aufbereitet. Neben dieser insbesondere auch im Mittelstand anwendbaren Handlungsmethodik wird eine „Migrations-Toolbox" in Form einer interaktiven Internet-Plattform für Unternehmen zur Verfügung gestellt. Die Toolbox enthält Strategien und Vorgehensweisen zur Analyse, Planung, Realisierung und Bewertung von Anwendungsfällen für die erfolgreiche Durchführung betrieblicher Projekte. Darüber hinaus entstehen kommerziell nutzbare Softwareinstrumente für die Einführung menschzentrierter CPS in produzierenden Unternehmen unterschiedlicher Branchen.

 

myCPS - Arbeitspakete

Struktur des Arbeitsplans

Struktur des Arbeitsplans

Um die formulierten Projektziele zu erreichen, werden 5 Arbeitspakete interdisziplinär und iterativ bearbeitet.  Die Entwicklung einer Migrationsunterstützung menschzentrierter CPS erfordert die Analyse (AP 1), Gestaltung (AP 2), Bewertung und Verallgemeinerung (AP 4) menschzentrierter CPS und die Implementierung darauf abgestimmter Modelle, Leitfäden und Methoden (AP 3). Der Arbeitsplan sieht vor, frühzeitig die Anwender in den Diskussions- und Gestaltungsprozess einzubinden und die relevanten Mitarbeitergruppen (Planer, Werker, Mitarbeitervertreter) partizipativ zu beteiligen. Die technischen Komponenten und die Migrationspfade werden in drei Piloteinsätzen aufeinander abgestimmt und evaluiert (AP 5).  AP 6 umfasst die generische Aufbereitung, Verbreitung und den Transfer der Projektergebnisse. Durch AP7 werden Verbundprojektmanagement und -koordination sichergestellt.

Übersicht der Arbeitspakete:

  • AP 1: Szenario-Entwicklung für menschzentrierte CPS
  • AP 2: Konzeptentwicklung für menschzentrierte CPS
  • AP 3: Migrations-Toolbox
  • AP 4: Bewertung und Verallgemeinerung
  • AP 5: Pilotbetrieb und Evaluierung
  • AP 6: Ergebnistransfer, Verbreitung und externe Kommunikation
  • AP 7: Projektmanagement & -koordination

Arbeitspaket 1: Szenario-Entwicklung für menschzentrierte CPS

Zielsetzung:
Konkretisierung des Untersuchungsbereichs und Beschreibung menschlicher Gestaltungsspielräume im Kontext der Einführung von CPS, einheitliche Beschreibungssystematik für Anwendungsfälle, Migrationsvorgehen und Konsolidierung zu Szenarien

Beschreibung:
Grundlage für die Entwicklung einer Migrations-Toolbox für menschzentrierte CPS bilden zum einen Szenarien zur Nutzung von Industrie 4.0-Technologien in Produktion und Logistik und zum anderen die Definition menschlicher Gestaltungsspielräume, welche sich durch das Zusammenspiel von Technik, Organisation und Menschen in CPS eröffnen. Die Szenarien betrachten die Entwicklung von Industrie 4.0-Technologien über einen längeren Zeitraum und erlauben auf diese Weise eine weitreichende Vorausschau auf technologische, organisatorische und gesellschaftliche Entwicklungen. Insbesondere bilden hier die unterschiedlichen Möglichkeiten des Umgangs mit Technologie und personenbezogenen Daten den Rahmen für die zukunftsorientierte Bewertung möglicher Lösungen und Anwendungsfälle. In Verbindung mit definierten menschlichen Gestaltungsspielräumen für CPS lassen sich Anforderungen zur Gestaltung von Technologien und Organisationen für menschzentrierte CPS definieren und ableiten. Ergebnisse dieses Arbeitspakets sind u.a. eine modellhafte Darstellung menschlicher Gestaltungsspielräume für CPS, Szenarien für die Industrie 4.0-Technologienutzung und die damit gekoppelten Veränderungen sowie Anforderungskataloge zur Gestaltung, Technologien, Organisationsformen und Unternehmen.

Arbeitspaket 2: Konzeptentwicklung für menschzentrierte CPS

Zielsetzung:
Detaillierung der Anwendungsszenarien, Konzeptentwicklung für menschzentrierte CPS-Lösungen und Migrationspfade, Chancen-/Risiken-Bewertung

Beschreibung:
Im Mittelpunkt dieses Arbeitspakets steht die systematische Konzeption und Entwicklung von Anwendungsfällen für Industrie 4.0-Technologien in Produktion und Logistik. Auf Grundlage einer einheitlichen Beschreibung werden die bestehenden Anwendungsfälle für die einzelnen Unternehmen ausgearbeitet, die Implementierung in das bestehende Logistik- und Produktionssystem entwickelt, Strategien aus der Ausweitung von Industrie 4.0-Technologien auf das gesamte Unternehmen abgeleitet und die Realisierung der Anwendungsszenarien vorbereitet. Ergebnisse dieses Arbeitspakets sind u.a. ein Rollenmodell zur Beschreibung der Aufgaben, Funktionen, Ziele, Eigenschaften und Verhaltensweisen einzelner Personen innerhalb des Anwendungsfalls und im Unternehmen, Vorgehensweisen zur Entwicklung des Zusammenspiels zwischen Anwendungsszenarien und bestehenden Systemen in einem Unternehmen sowie Strategien zur Implementierung von Industrie 4.0- Anwendungsfällen in einem Unternehmen.

Arbeitspaket 3: Migrations-Toolbox

Zielsetzung:
Implementierung einer Migrations-Toolbox zur systematischen Einführung menschzentrierter CPS

Beschreibung:
Die Konzeption und Entwicklung einer Migrations-Toolbox für die schrittweise Transformation bestehender Produktions- und Logistiksysteme in Richtung menschzentrierter CPS bildet den Schwerpunkt dieses Arbeitspakets. Die Migrations-Toolbox enthält Strategien, Leitfäden, Modelle, Methoden und Vorgehensweisen zur Analyse, Entwicklung, Realisierung und Bewertung von Industrie 4.0-Anwendungsfällen sowie das bestehende und entstehende Unternehmen. Grundlage für die Migration-Toolbox bilden das Menschenbild für CPS, die entwickelten Szenarien und die Anforderungskataloge für Technologien und Organisationsformen. Dieses Fundament dient als Basis zur Gestaltung der Toolbox und der darin enthaltenen Elemente. Ergebnis dieses Arbeitspakets ist eine Migrations-Toolbox zur systematischen Analyse, Modellierung, Entwicklung, Realisierung und Bewertung von Anwendungsfällen in Unternehmen.

Arbeitspaket 4: Bewertung und Verallgemeinerung

Zielsetzung:
Bewertung und Ableitung allgemeingültiger Aussagen und Verfahren für interne Projektpartner sowie die interessierte Öffentlichkeit

Beschreibung:
Die Entwicklung von anwendungsfall- und unternehmensbezogener Analyse- und Bewertungsmethoden bilden die Basis zur Definition des Zertifikates für menschzentrierte CPS. Die Analyse- und Bewertungsmethoden fließen in das definierte Menschenbild für CPS ein. Sie bilden menschzentrierte CPS unter verschiedenen Aspekten ab, wie bspw. Führungsgrad, Datensicherheit und Datenschutz. Neben den skizzierten Methoden werden Leitfäden zur Verallgemeinerung anwendungs- und unternehmensspezifischer Aussagen aus der Konzeption der Anwendungsfälle sowie der Evaluation entwickelt. Ergebnisse dieses Arbeitspakets sind neben Analyse- und Bewertungsmethoden ein Unternehmenszertifikat für die menschzentrierte CPS und Leitfäden zur menschzentrierten Konzeption und Gestaltung von Anwendungsfällen in Unternehmen.

Arbeitspaket 5: Pilotbetrieb und Evaluierung

Zielsetzung:
Nachweis der Potenziale menschzentrierter CPS sowie der Praxistauglichkeit der entwickelten Modelle und Einführungsmethoden. Beides steigert insbesondere die Chancen für eine rasche und erfolgreiche Vermarktung der Projektergebnisse.

Beschreibung:
In diesem Arbeitspaket werden die verschiedenen Anwendungsfälle in den Pilotbetrieb überführt und während der Laufzeit der Pilotierung analysiert und evaluiert. Dabei werden die entwickelten Analyse- und Bewertungsmethoden unternehmensspezifisch angepasst und angewandt. Die Pilotphase schließt mit einem Review der Anwendungsfälle sowie der Einbindung der Anwendungsfälle in das Unternehmen. Das Review schließt die entwickelten Elemente der Migration-Toolbox ein und erlaubt auf diese Weise eine Optimierung der eingesetzten Elemente.

Arbeitspaket 6: Ergebnistransfer, Verbreitung und externe Kommunikation

Zielsetzung:
Steigerung des Bekanntheitsgrades des Projekts und zielgerichtete Information einer möglichst breiten interessierten Öffentlichkeit über die Projektergebnisse.

Zielgruppengerechte Aufbereitung und Transfer der erreichten Ergebnisse sowie damit einhergehende Öffentlichkeitsarbeit bzw. Außendarstellung des Projekts gegenüber Dritten.

Vernetzung mit den anderen laufenden Verbundprojekten im Themenfeld der BMBF-Bekanntmachung „Hallenboden“ und ggf. Aktivitäten des BMBF/PTKA.

Beschreibung:
Ein projektbegleitender Industriearbeitskreis, insbesondere für kmU mit intensiver Einbindung der assoziierten Partner Südwestmetall und IG Metall sowie bestehender Netzwerke, die Aufbereitung der Ergebnisse in Schaufensterfabriken sowie Publikationen dienen der Verbreitung der Ergebnisse und werden in diesem Arbeitspaket vorgenommen.Ein projektbegleitender Industriearbeitskreis, insbesondere für kmU mit intensiver Einbindung der assoziierten Partner Südwestmetall und IG Metall sowie bestehender Netzwerke, die Aufbereitung der Ergebnisse in Schaufensterfabriken sowie Publikationen dienen der Verbreitung der Ergebnisse und werden in diesem Arbeitspaket vorgenommen.Ein projektbegleitender Industriearbeitskreis, insbesondere für kmU mit intensiver Einbindung der assoziierten Partner Südwestmetall und IG Metall sowie bestehender Netzwerke, die Aufbereitung der Ergebnisse in Schaufensterfabriken sowie Publikationen dienen der Verbreitung der Ergebnisse und werden in diesem Arbeitspaket vorgenommen. Ein projektbegleitender Industriearbeitskreis, insbesondere für kmU mit intensiver Einbindung der assoziierten Partner Südwestmetall und IG Metall sowie bestehender Netzwerke, die Aufbereitung der Ergebnisse in Schaufensterfabriken sowie Publikationen dienen der Verbreitung der Ergebnisse und werden in diesem Arbeitspaket vorgenommen.

Arbeitspaket 7: Projektmanagement & -koordination

Zielsetzung:
Sicherstellung einer termin-, kosten- und inhaltsgerechten Durchführung des Projekts bei Erreichung der Projektergebnisse.

Koordination der Aktivitäten der Partner, Unterstützung der Kooperation und des Informationsaustauschs in der Projektarbeit, Berichtswesen zum Projekt.

Beschreibung:
Umfasst das Projektmanagement. Notwendig sind ein administratives Zeit- und Kostenreporting, eine Qualitätssicherung der Projektergebnisse, der Aufbau einer Projektablage und die Koordination der internen Kommunikation im Projekt.

Trebing & Himstedt Prozeßautomation GmbH & Co.KG

Steffen Himstedt

shimstedt@t-h.de

Universität Kassel, Fachgebiet Öffentliches Recht, insb. Informationstechnikrecht und Umweltrecht im Fachbereich Wirtschaftswissenschaften

Prof. Gerrit Hornung

gerrit.hornung@uni-kassel.de