Kommentar von Jonathan Wilkins, EU Automation

Können ältere Maschinen in der Industrie 4.0 bestehen?

| Autor / Redakteur: Jonathan Wilkins / Nico Litzel

Der Autor: Jonathan Wilkins ist Leiter des Automatisierungsteilelieferanten EU Automation
Der Autor: Jonathan Wilkins ist Leiter des Automatisierungsteilelieferanten EU Automation (Bild: EU Automation)

Laut Germany Trade & Invest (GTAI) machen kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) 99,6 Prozent aller Firmen in Deutschland aus. KMU bilden das Rückgrat der deutschen Wirtschaft und beschäftigen 60 Prozent der Berufstätigen. Doch im Vergleich zu großen Konzernen verfügen sie lediglich über begrenzte Ressourcen, wenn es um die Digitalisierung ihrer Einrichtungen geht. Wie können sie also im Zeitalter der Industrie 4.0 wettbewerbsfähig bleiben?

Die International Federation of Robotics (IFR) berichtet, dass Deutschland europaweit das am meisten automatisierte Land ist und sich weltweit auf dem dritten Rang hinter Südkorea und Singapur befindet. Deutschland setzt durchschnittlich 309 Industrieroboter je 10.000 Mitarbeiter ein. Das ist eine der höchsten Quoten der Welt. Da könnte man erwarten, dass die meisten Fertigungsanlagen im starken Umfang digitalisiert sind.

Doch laut einer Studie des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie aus dem Jahr 2018 verfügen lediglich 28 Prozent der deutschen Hersteller über einen strategischen Plan zur Digitalisierung ihrer Werke. Was ist der Grund hierfür? Die Antwort ist einfach und hat mit der Tatsache zu tun, dass die meisten deutschen Fertigungsstätten kleinen und mittleren Unternehmen gehören, die es sich nicht leisten können, ihre Anlagen zu digitalisieren – oder besser ausgedrückt, glauben sie das.

Diese Situation kann ihre Wettbewerbsfähigkeit beeinträchtigen, insbesondere auf globaler Ebene und im Vergleich zu Großkonzernen. Glücklicherweise stellt eine aufwendige Werksüberholung nicht den einzigen Weg zur Digitalisierung dar. Das Nachrüsten einiger wichtiger Komponenten erweist sich oft als einfache, schnelle und kosteneffektive Möglichkeit, um die ersten Schritte hin zur Industrie 4.0 zu unternehmen.

Die Herausforderungen

Industrieanlagen sind auf eine lange Betriebsdauer ausgelegt und viele KMU verlassen sich auf jahrzehntealte Maschinen für die Durchführung von wichtigen Aufgaben. Wenn die Maschine noch in einem guten Zustand ist und ordnungsgemäß ihren Dienst verrichtet, besteht für den Werksleiter kein Grund, sie auszuwechseln. Es gibt allerdings zwei Hauptprobleme mit betagten Anlagen.

Zum Einen können Industrieanlagen trotz der Langlebigkeit, auf die sie ausgelegt sind, Bauteile enthalten, deren Lebenszeit sich als kürzer erweist. Aufgrund technologischer Weiterentwicklungen und der Vermarktung neuer Komponenten kommt der OEM möglicherweise zum Schluss, die Produktion der Bauteile einzustellen, die für eine 30 Jahre alte Maschine benötigt werden – was sie obsolet macht. Geht eines dieser Bauteile kaputt, kann es sich als schwierig und ohne die Hilfe eines speziellen Teilelieferanten womöglich als unmöglich erweisen, einen vollwertigen Ersatz zu finden.

Ein weiteres Manko bei der Arbeit mit älteren Maschinen ist, dass diese noch nicht auf die nötige Konnektivität ausgelegt sind. So kommuniziert ein Gerät beispielsweise über proprietäre Protokolle und serielle RS-232/422/485-Kabel, die nicht für eine Fernüberwachung über ein TCP/IP-Netzwerk ausgelegt sind. Konnektivität bildet die Grundlage einer echten Smart Factory, in der die Kommunikation zwischen Maschinen (M2M) es den Herstellern ermöglicht, Daten von ihren Produktionsverfahren zu sammeln, die für verschiedene Zwecke genutzt werden können – von der Optimierung der Energie-Effizienz bis hin zur vorausschauenden Instandhaltung.

Der traditionelle Ansatz – entfernen und ersetzen

Neue Maschinen sind in der Lage, mit dem industriellen Internet der Dinge (IIoT) zu kommunizieren. Eine Möglichkeit zur Realisierung einer Smart Factory ist die Bereitstellung eines komplett neuen Systems, das das alte vollständig ersetzt. Dies hat natürlich klare Vorteile bezüglich Interoperabilität, Effizienz und Ausrichtung auf neue Technologien.

Doch es gibt auch klare Nachteile. Die Erstinvestition ist häufig gewaltig – ausbleibende Umsätze aufgrund der notwendigen Ausfallzeiten zur Ersetzung der Anlagen und Schulung des Personals können ausreichen, viele kleine Hersteller außer Gefecht zu setzen.

Deshalb müssen Hersteller mit wenig frei verfügbarem Kapital einen Weg finden, um Konnektivität in ihre Altgeräte zu integrieren und so ein generationenüberspannendes Werk zu schaffen, bei dem neue Technologien und ältere Maschinen reibungslos zusammenarbeiten.

Retrofit, also ein Nachrüsten, ermöglicht Herstellern, die ersten Schritte auf dem Weg hin zur intelligenten Fabrik zu gehen und die Profitabilität mit minimalen Anfangsinvestitionen und ohne Ausfallzeiten oder Schulungsbedarf zu steigern.

Ein intelligenter Ansatz für die intelligente Fabrik

Ein Retrofit beinhaltet das Erweitern von vorhandenen Maschinen um IIoT-Konnektivitätsmöglichkeiten, damit diese über das Internet kommunizieren und interagieren und per Fernzugriff überwacht und gesteuert werden können. Die einfachste Methode besteht aus dem Hinzufügen von Sensoren zwecks Datenerfassung oder der Investition in Beschleunigungsmesser und Thermoelemente, um Vibrationen, Temperaturen, Strom und Energieverbrauch zu messen. Diese Parameter zeigen die Performance der Geräte und können diese Informationen über das IIoT übermitteln.

Beispiel: Ein Beschleunigungsmesser kann die Frequenzen messen, mit der das Rotationselement einer Maschine vibriert. Eine Erhöhung der Vibrationsamplitude weist auf ein Problem in den Rotationselementen der Maschine hin, z. B. auf eine unzureichende Schmierung. Diese Information kann dann an einen Wartungstechniker übermittelt werden, der für Vibrationsanalysen geschult wurde und das Problem identifizieren und die erforderlichen Reparaturen planen kann, bevor die Maschine kaputt geht und zu unerwarteten und teuren Ausfallzeiten führt.

In diesem Beispiel muss der Hersteller keine neue Maschine mit integrierter Konnektivität kaufen – das Hinzufügen eines Beschleunigungsmessers reicht aus. Das macht einen Unterschied zwischen ein paar Hundert Euro und mehreren Zehntausend. Solch eine kleine Investition kann jedoch viel in einem Unternehmen bewirken.

Es geht nicht nur um die Kosten aufgrund von geringerer Produktivität und Wartungen wegen unerwarteter Ausfälle. Bei der Arbeit mit älteren Anlagen sollten Hersteller stets bedenken, wie schwierig sich die Beschaffung von veralteten Komponenten erweisen kann. Von Sensoren bereitgestellte Daten helfen bei der rechtzeitigen Erkennung, wenn veraltete Bauteile ersetzt werden müssen. So hat der Werksleiter genügend Zeit, einen speziellen Lieferanten zu kontaktieren, damit dieser den besten Deal auf dem Markt findet. Auf diese Weise tätigen Werksleiter einen besser fundierten Kauf und vermeiden das schlechteste Szenario – die Beschaffung eines Produktnachbaus aufgrund fehlender Alternativen.

Retrofit liegt im Trend

Eine Nachrüstung bietet einen umsetzbaren Ausgangspunkt für Unternehmen jeder Größe, die ihre Werke automatisieren möchten. Daher erfreut sich dieser Ansatz zunehmend an Beliebtheit und große Konzerne wie Bosch, SKF und Festo bieten bereits Retrofit-Lösungen an, die auf die Implementierung von Konnektivität in Legacy Equipment ausgelegt sind.

Außerdem ist Retrofit die umweltbewusstere Wahl. Die herkömmliche Fertigung beruhte stets auf einem Wegwerfsystem. Glücklicherweise gehen heute Unternehmen immer mehr zu nachhaltigeren Produktionsverfahren über. Ein Retrofit entspricht ganz diesem Trend und basiert auf einem Wiederverwertungsmodell.

Unsere Zeit ist geprägt von einem schnellen Veralten von Technologie und in diesem Kontext stellt ein Retrofit die umweltfreundlichere und intelligentere Wahl dar. Mit einer minimalen Investition können KMU von den Vorteilen profitieren, die neue Technologien bieten, und gleichzeitig mit bewährten Maschinen weiterarbeiten, mit denen ihre Mitarbeiter vertraut sind.

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