Industrie 4.0 Industrie 4.0 in manchen Betrieben schon Realität

Autor / Redakteur: Reinhold Schäfer / Nico Litzel

Während mancherorts noch darüber diskutiert wird, ob Industrie 4.0 nun eine Revolution oder doch nur eine Evolution ist, haben andere Unternehmen das Potenzial längst erkannt und sind schon mittendrin in der neuen digitalen Fertigungswelt.

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Die Selbstoptimierung sorgt dafür, dass diese Stanz-Biege-Maschine auf die Abweichungen reagiert. Werkzeuge passen sich selbstständig an und optimieren so den laufenden Fertigungsprozess.
Die Selbstoptimierung sorgt dafür, dass diese Stanz-Biege-Maschine auf die Abweichungen reagiert. Werkzeuge passen sich selbstständig an und optimieren so den laufenden Fertigungsprozess.
(Bild: Weidmüller)

Was da einige Betriebe hinsichtlich einer durchgängig vernetzten Fabrik schon geleistet haben, zeigten verschiedene Vorträge auf dem Kongress Industrie 4.0 in Paderborn, den der Spitzencluster it's OWL veranstaltet hat. Denn in über 80 Projekten haben Unternehmen und Forschungseinrichtungen gemeinsam neue Ansätze für die intelligente Produktion der Zukunft entwickelt.

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier, Vorsitzender des Clusterboards und Vizepräsident der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften Acatech, zählte zu Beginn der Veranstaltung die Eigenschaften auf, die solche intelligenten technischen Systeme auszeichnen: „Sie interagieren mit dem Umfeld und passen sich diesem autonom an, sie bewältigen auch unerwartete und vom Entwickler nicht berücksichtigte Situationen in einem dynamischen Umfeld. Zudem antizipieren sie auf Basis von Erfahrungswissen die künftigen Wirkungen von Einflüssen und möglichen Zuständen. Außerdem berücksichtigen sie das spezifische Benutzerverhalten.“

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Angebote für den Mittelstand schaffen

Dabei sei es so, dass die bereits im Maschinenbau verwendeten mechatronischen Systeme, also Systeme, die Mechanik, Elektrik sowie Regelungs- und Softwaretechnik zusammenbringen, nun durch die Weiterentwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik weitere Perspektiven eröffneten. Solche intelligenten Systeme seien zukünftig in der Lage, sich ihrer Umgebung und den Wünschen der Anwender im Betrieb anzupassen. Dabei verschmelze die physische Welt mehr und mehr mit der virtuellen Welt.

Er kam zu dem Schluss: „Wir müssen jetzt passgenaue Angebote für den Technologietransfer in den Mittelstand schaffen und die Auswirkungen von Industrie 4.0 auf die Arbeitsbedingungen und Qualitätserfordernisse erforschen.“

In Wertschöpfungsketten denken

Wie ein wettbewerbsfähiges Unternehmen aussehen muss, erläuterte Dr. Eduard Sailer, Geschäftsführer der Miele & Cie. KG in Gütersloh: „Wir müssen zukünftig in Wertschöpfungsketten denken und diese Wertschöpfungsketten werden zukünftig neu sortiert.“ Wichtig seien auf jeden Fall die Informationen. Dafür sei das Internet der Dinge zu nutzen und dazu gebe es in Deutschland schon Beispiele. Sailer nannte das Geschäftsmodell des Carsharings; dort gebe es auf jeden Fall ein hohes Potenzial. Auch die Herstellung von kundenindividuellen Schuhen und eine individuelle Namensaufschrift auf jedem Nutella-Glas sei schon möglich.

Auch im Bereich der Konsumgüter halte das Internet der Dinge jetzt Einzug. Bei Miele gebe es bereits Pilotprojekte. Das Unternehmen gehört zu den Gründungsmitgliedern der von der Deutschen Telekom unterstützten Vernetzungsplattform Quivicon. Sie soll einen technischen Standard etablieren, auf dessen Basis hersteller- und branchenübergreifend Anwendungen für das smarte Haus entwickelt werden. Die Hausgeräte und die Haustechnik sollen künftig vom Verbraucher kombiniert werden können, vom Kühlschrank über den Saugroboter und die Beleuchtung bis zu Rollläden, Melde- und Türzutrittsanlagen.

Auch Miele will mit seinen Geräten anschlussfähig werden. „Wir unterstützen offene Systeme“, erklärte Sailer. Die Anwender sollen nicht lange überlegen müssen, welche Geräte sie mit welcher Software kombinieren können. Doch Sailer sprach auch eine Warnung aus an alle, die noch nicht das Potenzial von Industrie 4.0 erkannt haben oder es nicht vehement als Ziel verfolgen: „Wir müssen aufpassen, dass wir nicht überholt werden von typischen amerikanischen Start-ups.“

Leitprojekt Scientific Automation

Laut Dr. Ursula Frank, Projektmanagement R+D-Kooperationen bei der Beckhoff Automation GmbH, führen aktuelle Entwicklungen wie Cloud Computing Big Data, Internet of Things, Cyber-Physical Systems, Internet of Services, Self Optimisation, Smart Logistics sowie Smart Grids zu einem Paradigmenwechsel bei Maschinen sowie deren Steuerungstechnik und damit in der industriellen Produktion. Ein Ziel müsse es deshalb sein, entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu forschen. Deshalb verfolge man das Leitprojekt Scientific Automation, denn „der steigende Wettbewerbsdruck, die Ressourcenknappheit, die Individualisierung und der technologische Druck führen zur Forderung nach produktiveren, flexibleren, verlässlicheren und energieeffizienteren Fertigungs- und Montageanlagen“.

Darüber hinaus benötige man die entsprechende Automatisierungstechnik, um diese Eigenschaften zu erreichen. Hier gebe es mehrere Pilotanwendungen.

Unter anderem nannte Frank das Beispiel des Fensterprofilbauers Schirmer. Dort wurde nach einer genauen Untersuchung der Verbrauchsspitzen eine Strategie entwickelt, die zu einer Reduzierung des Verbrauchs der elektrischen und pneumatischen Energie um 20 % führte. So sanken auch die Stückkosten, was ein zusätzliches Verkaufsargument ergibt.

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Autonome, flexible Fertigungszellen

Die Kunden wünschen immer individuellere Produkte, deshalb habe man bei Harting laut Dr.-Ing. Volker Franke, Geschäftsführer bei Harting Applied Technologies, über neuartige Fertigungskonzepte nachgedacht zur Flexibilisierung von Produktionslinien durch Modularisierung. Darüber hinaus sei eine leistungsfähigere Qualitätssicherung im Prozess notwendig. Als Ergebnis ließen sich bei Harting „die Fertigungszellen beliebig kombinieren“.

Dazu verwende man eine standardisierte, mechanische Basis mit autonomen Modulsteuerungen von Beckhoff und National Instruments, ein einheitliches Sicherheitskonzept und das Stecksystem Han Modular (von Harting) sowie eine modulinterne Ethercat-Kommunikation. Mit dem nun autonomen, modularen Fleximon-Aufbau sei man weg vom bisher klassischen monolithischen Aufbau.

Doch Franke sagte auch: „Bis es so weit war, haben die Abteilungen Maschinenbau und IT ein halbes Jahr unter anderem über Sicherheitsfragen gestritten. Doch jetzt wissen wir, wie es geht.“ Das Problem dabei sei oft auch, dass manche Begriffe im Maschinenbau eine andere Bedeutung als in der IT haben. Hier gelte es immer wieder, die einzelnen Begriffe genau zu definieren.

Mit dem Fleximon-Konzept sei man weg von der Massenfertigung und bewege sich hin zur Maßanfertigung. Die individuelle Produktion bis zur Losgröße eins sei damit möglich. Weitere Vorteile seien die Einsparung von Lagerkapazität, ein geringerer Umrüstaufwand, die Verbindung von ERP mit der Maschinenebene, kürzere Einrichtzeiten durch Assistenzsysteme und eine intuitive Bedienbarkeit. Darüber hinaus sei eine Fernwartung bei einem Fehlerfall ebenso möglich, wie das Erkennen und Vermeiden von Ausschuss und Fehlern.

Selbstkorrigierende Fertigung

Das Projekt zur Realisierung von Fertigungsprozessen, die Schwankungen erkennen und selbstständig korrigieren können, stellte Dr. Carlos Paiz Gatica, Technologieentwickler Elektronik bei der Weidmüller Interface GmbH & Co. KG, vor. Der Fokus liegt dabei auf dem Stanzbiegen. Ziel ist es, den Ausschuss auf null zu reduzieren, die Prozesssicherheit zu erhöhen und das Einrichten und Rüsten der Maschine zu automatisieren. Dabei sei die Technik eine Voraussetzung, um eine miniaturisierte Anschlusstechnik zu realisieren: „In der Praxis ermöglicht Industrie 4.0 eine energieeffiziente Prozessoptimierung.“

Schlüsseltechnik seien die Kommunikationstechnik, die Elektronik sowie System-on-Chip-Architekturen. Denn, so Paiz Gatica: „Das Produkt soll mitbestimmen, was in der Produktion passiert.“

Eine Herausforderung sei auch, dass die Teile zunehmend kleiner würden. Zudem änderten sich externe Bedingungen, womit der Umrüstaufwand weiter steige. Außerdem benötigten die Maschinen zusätzliche Sensoren, um Produktparameter zu überwachen. Vor allem sei es wichtig, alle Informationen rechtzeitig zu erhalten, um mögliche Schäden zu verhindern. Dazu trügen auch intelligente Diagnoseverfahren zur Anomalieerkennung bei: Im laufenden Betrieb wird das aktuelle Verhalten der Anlage mit der Prognose des Modells verglichen. Bei einer Abweichung wird ein Fehler signalisiert.

Weidmüller, Verbindungstechnikspezialist für elektrische Automatisierung, setzt laut Paiz Gatica ein intelligentes Energiemanagement in seinen Produktionsprozessen ein und bietet zudem diese Expertise auch seinen Kunden im Rahmen einer ganzheitlichen Energiemanagementlösung an. Ein weiterführender Aufsatz in der Ausgabe 27 wird zeigen, was Weidmüller in dieser Hinsicht noch zu bieten hat.

Digitale Arbeitsvorbereitung

Laut Dr. Benjamin Jurke, Teamleiter Vorausentwicklung bei der DMG Electronics GmbH, einer Tochtergesellschaft von DMG Mori Seiki, ist es bisher oft so, dass die frei kommunizierenden Maschinen (M2M) immer wieder als Synonym für Industrie 4.0 angesehen werden. Doch dies sei nicht alles. Denn es genüge heute nicht mehr, dass sich die Maschinen untereinander verständigen und Nachrichten übermitteln wie: „Das Wartungsintervall ist überschritten“, „Ich habe Materialstau“ oder „Kühlmittel ist leer“.

„Die wichtigste Frage in den Unternehmen ist: Was kann die Produktivität weiter steigern?“, so Jurke, denn „die Innovation kommt an ihre Grenzen“. Potenziale böten eigentlich nur die Rüstzeiten sowie die Einfahrzeiten von Anlagen. Diese gelte es zu verkürzen. Darüber hinaus müsse auch verifiziert werden, ob denn die Software richtig programmiert sei. Und dazu helfen Eins-zu-eins-Simulationsprogramme, „die sich genauso steuern lassen wie die reelle Maschine“.

Eine besondere Bedeutung komme auch der Arbeitsvorbereitung zu. Hier sei mit einem erhöhten Rechenbedarf für Validierungen zu rechnen, denn eine manuelle Optimierung sei unwirtschaftlich. Auch müssten Rüstaufwände der Maschinen berücksichtigt werden und die CAM-Simulationen müsste genauer werden, damit die Einfahrzeiten beschleunigt werden könnten.

Eine der besten Möglichkeiten, Nebenzeiten einzusparen, erreiche man jedoch über die vereinfachte Benutzbarkeit der Maschinen. Hier könnten Steuerungsoberflächen wie die Celos von DMG Mori mit Multitouchbedienung und App-basierter Bedienphilosophie helfen. Die klassische NC werde in einem Expertenmodus im Hintergrund gehalten. Eine neue Funktion sei dabei der Jobmanager, mit dem die gesamten Fertigungsunterlagen direkt vom CAD/CAM-Arbeitsplatz mit den entsprechenden Daten an die Maschine übertragen und eingeplant werden.

Jurke denkt aber weiter: Zukünftig müssten auch die CAD/CAM-Tools eine Fusion von additiven (auftragenden) und subtraktiven (spanenden) Fertigungsprozessen ermöglichen. Eine Maschinenprogrammierung 2020+ müsse dazu in der Lage sein.

Klingeln an der Tür bleibt nicht ungehört

Zum Ende seines Eingangsvortrages forderte Gausemeier das Publikum auf, die Chance, die sich durch Industrie 4.0 biete, beim Schopfe zu packen, indem er den US-amerikanischen Komiker Will Rogers mit dem Satz zitierte: „Die Chance klopft öfters an, als man meint, aber meistens ist niemand zu Hause.“

Wörtlich genommen, kann Ihnen das in einer vernetzten Welt zukünftig nicht mehr passieren, denn das Unternehmen Telegärtner hat eine intelligente Türsprechanlage namens Doorline pro exclusive entwickelt, die so programmierbar ist, dass Sie jedes Klingeln an der Tür nicht nur an Ihrem Telefon zu Hause, sondern auch über Ihr Handy empfangen können. So ist es Ihnen möglich, auch mit dem Besucher zu sprechen, obwohl Sie nicht zu Hause sind. Haben Sie auch noch eine Kamera angeschlossen, können Sie sogar den Einlass Begehrenden sehen und, falls gewünscht, auf Knopfdruck hereinlassen. Weil diese Anlage noch weit mehr kann, werden wir in einer der nächsten Ausgaben noch ausführlich dazu berichten.

Dieser Artikel ist ursprünglich bei unserem Schwesterportal Maschinenmarkt erschienen. Verantwortlicher Redakteur: Reinhold Schäfer

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