Maschinenbau Darum geht im Maschinenbau ohne Industrie 4.0 bald nichts mehr

Autor / Redakteur: Dr. Ulla Reutner* / Anke Geipel-Kern

Von wegen Mittelständler verschlafen Industrie 4.0. Maschinenbauer beispielsweise, die als Ausrüster von Chemie-, Pharma- und Lebensmittel-Prozessen weltweit aktiv sind, haben ihre ganz spezielle Herangehensweise. Am wirkungsvollsten agierten die, die sich nicht verzettelten. Fünf Beispiele für eine teils kritische, teils begeisterte, aber immer konsequente Digitalisierungsstrategie.

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Bei Uhlmann laufen derzeit mehrere Pilotprojekte mit Augmented-Reality-Anwendungen.
Bei Uhlmann laufen derzeit mehrere Pilotprojekte mit Augmented-Reality-Anwendungen.
(Bild: Uhlmann)

Es scheint ausgemacht: Industrie 4.0 ist Pflichtprogramm für jedes Unternehmen, das morgen noch wettbewerbsfähig sein will. Kaum ein Firmenchef erlaubt sich, das infrage zu stellen. Und natürlich haben es alle schon immer gewusst. Ralf Schubert gehört zu den wenigen Ausnahmen. Der Geschäftsführende Gesellschafter (Technik) des Verpackungsmaschinen-Herstellers Schubert gibt offen zu: „2011, als der Begriff Industrie 4.0 von der Bundesregierung lanciert wurde, hat mich das überhaupt nicht interessiert.“ Schubert-Maschinen waren schon damals „sehr digital“, so die Begründung des Informatikers, und sie „konnten schon Losgröße 1 – mit Robotern, die auf jede Verpackung individuell reagieren“.

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Doch Ralf Schubert vollzog inzwischen eine 180-Grad-Wende. Heute sagt er: „Das Thema Industrie 4.0, insbesondere die Digitalisierung, ist für Maschinenbauer außerordentlich wichtig.“ Seit zwei Jahren hat er in seinem Unternehmen die Weichen für eine Digitalisierungsstrategie gestellt, die Großes zum Ziel hat: nicht weniger, als den Googles dieser Welt die Stirn zu bieten.

Mit eigener Plattform Google & Co. die Stirn bieten

Diesen Sinneswandel löste eine Veranstaltung des Handelsblatts im Herbst 2016 in Berlin aus. „Nicht mehr die Maschine stand im Vordergrund, sondern das Internet. Die Bundesregierung hatte die Marketingstrategie verändert“, erlebte Ralf Schubert. Vor allem aber nahm er dort wahr, dass neben der Großindustrie wie Siemens, Bosch, Telekom, Mercedes und dem Mittelstand, auch Start-ups aus dem Silicon Valley mitredeten.

Ihm wurde klar: Software-Firmen sind habgierig. „Wenn wir nichts tun bei der Software, werden die uns irgendwann die Kunden wegnehmen.“ Das Mittel dagegen: Eine Plattform schaffen, die besser ist, als die, die reine Software-Anbieter entwickeln können. „Und genau das tun wir jetzt“, sagt Ralf Schubert und verrät den ersten Schritt: „Bereits nächstes Jahr werden alle unsere Maschinen mit einer Datenbox ausgeliefert, die der Kunde nutzen kann, um die Leistungsdaten in die Cloud zu schicken.“ Er will diese Einstiegshürde für die Kunden so klein wie möglich halten: Jeder kann, keiner muss – und wenn er übermorgen doch will, dann kann er seine Datenbox sofort aktivieren.

Weg vom reinen Maschinenlieferanten, diesen Weg geht nicht nur Schubert Verpackungsmaschinen. Auch Optima, Anbieter von Abfüll- und Verpackungslösungen für Pharmazeutika, Kosmetik und Lebensmittel hat sich vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 neu positioniert. Martin Sauter, der seit Herbst 2016 bei Optima eine Stabstelle zur Unterstützung der Digitalisierungsstrategie besetzt, sagt: „Um im Sinne von Industrie 4.0 voranzukommen, benötigen unsere Kunden uns mehr denn je als Lösungslieferanten.“

Kleine Losgrößen, schnelle Umrüstzeiten, Losgröße 1 – diese Stichworte treibe die Anwender um. Großproduzenten von „Fast Moving Consumer Goods“ sowie auch die Pharma- und Chemie-Industrie strebten Synergieeffekte durch die, dank Digitalisierung mögliche, Vernetzung an. „Sie möchten im günstigsten Fall automatisch ohne Zutun auf alle Anforderungen von außen reagieren, um möglichst schnell und kosteneffizient Produkte bereitzustellen.“

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Optima fokussiert zudem zwei große Themen im Zusammenhang mit der Digitalisierung: zum einen OEE-Verbesserungen auf Basis eines optimierten Produktionsdatenmanagements, zum anderen Digital Asset Management unter Einbeziehung der Möglichkeiten des Condition Monitoring. Der Schwäbisch Haller Maschinenhersteller prägte dafür den Begriff Total Care Asset Management (TCAM).

Industrie 4.0 war und ist für Optima daher Impuls für Neu- und Weiterentwicklungen. Predictive Maintenance sei ein solches Thema, sagt Sauter, „also die Nutzung der Digitalisierung, um vom Condition Monitoring und der vorbeugenden oder gar noch reaktiven Wartung hin zur vorausschauenden Wartung zu kommen.“

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Leuchtturmprojekt: Parfüms in Losgröße 1

Optima gehört wie Schubert zu den Unternehmen, die – ohne den Begriff Industrie 4.0 überhaupt zu kennen – schon frühzeitig die Möglichkeiten der Digitalisierung genutzt haben. Die Entwicklung der PDM-Software Opal (Optima Process Automation Library) startete 2007.

Ein Leuchtturmprojekt, eine Großanlage mit Investitionsvolumen von rund acht Millionen Euro für die Herstellung von Parfüms in Losgröße 1, war Pegasus im Jahr 2008.

Wer der 63 Meter langen Anlage beim Arbeiten zusehen will, dem sei das Youtube-Video „NWA Bluebox Perfume Machine“ empfohlen.

Einen großen Schritt machte Optima dann im Jahr 2011, also dem Geburtsjahr des Begriffs Industrie 4.0, mit der Entwicklung von TCAM. Im Jahr darauf installierte das Unternehmen bereits erste Bausteine dieses Software-Pakets in Pilotprojekten, um so auf den Bedarf und die Anforderungen der Kunden eingehen zu können.

Perspektivenwechsel und Start-up-Feeling

Sehr systematisch näherte sich Uhlmann Pac-Systeme dem Thema Industrie 4.0. Kathrin Günther, die den Bereich Sales Support Software & Automation leitet, erinnert sich: „Nicht nur die technologische Seite, sondern vor allem die Perspektive der Nutzer stand bei uns im Fokus. Wichtig waren für uns auf diesem Weg die Anwendung von Design-Thinking- und Lean-Start-up-Methoden, in die wir auch über 30 repräsentativ ausgewählte Kunden eingebunden haben.“

Der resultierende Anforderungskatalog soll zu 100 % bedarfsgerechten digitalen Produkten führen. Im Rahmen der weiteren Digitalisierungsstrategie hat das Unternehmen, das sich auf Pharmaverpackungslösungen spezialisiert hat, Teams ins Leben gerufen, die sowohl das digitale Neugeschäft als auch die technologischen Aspekte für bestehende und neue Lösungen betrachten. Inzwischen hat es erste Prototypen mit Kunden entwickelt, die Schritt für Schritt verfeinert werden sollen.

Kathrin Günther konkretisiert die nun anstehenden Aufgaben: „Diese Lösungsansätze validieren wir derzeit – unter technologischen Aspekten, aber auch im Hinblick auf das wirtschaftliche Potenzial. Die Vorteile der Digitalisierungslösungen lägen auf der Hand – von Zeit- und Kosteneinsparungen über höhere Produktsicherheit bis hin zu Qualitätssteigerungen. „Daher“, sagt Günther „rechnen wir mit der raschen Einführung marktfähiger Produkte und Services“.

Zu Uhlmanns Industrie-4.0-Projekten gehören Big-Data-, Augmented-Reality- und Virtual-Reality-Anwendungen, etwa VR-Trainings. „Wir testen diese gerade in der Praxis“, berichtet Günther und erläutert: „Anstatt die Produktion für die Einarbeitung neuer Kollegen zu unterbrechen, kommen Virtual-Reality-Anwendungen zum Einsatz. Über ein VR-System lernen die Mitarbeiter die Maschine in einer virtuellen Umgebung kennen und eignen sich alle wichtigen Handgriffe an, beispielsweise für einen Formatwechsel.

Die Vorteile sind offensichtlich: hohe Produktivität, keine Reisekosten für externe Schulungen, schnelle, effiziente Einarbeitung. Daher ist das Interesse groß.“ Auch der Einsatz von Datenbrillen für den Remote-Support der Kunden durch Uhlmann-Servicetechniker sowie Big-Data-Anwendungen für Predictive Maintenance gehören zu den Pilotprojekten.

Neue Wege: Im Hackathon Agilität gelernt

Kathrin Günther ist sich bewusst: „Für viele Angebote dieser Art müssen wir die unternehmensinterne Digitalisierung vorantreiben.“ Beim Spezialmaschinen- und Anlagenbauer Azo steht das zurzeit sogar im Vordergrund. Und mehr: Dieter Herzig, Geschäftsführer bei der Automatisierungstochter Azo Controls, sieht das ganze Unternehmen in Bewegung, um den „exponentiellen Effekten durch Digitalisierung, verbunden mit einer Disruption“ gerecht zu werden.

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„Wir müssen wesentlich agiler werden, um Schritt halten zu können. Die bisherige Trennung von Mechanik, Elektrik und Automatisierung muss überwunden werden.“ Um die Agilität zu steigern, geht Azo außergewöhnliche Wege. Um zu lernen, wie man mit Software-Start-ups zusammenarbeitet, veranstaltete man im Sommer 2017 einen ersten Hackathon, bei dem die Vertreter von drei Start-ups eingeladen waren, sich gemeinsam mit Azo-Mitarbeitern aus F&E, Produktmanagement und Sales den Herausforderungen der Digitalisierung im Umfeld des Maschinenbaus zu stellen.

Für die Azo Group, als auf die Zuführung von Rohstoffen und Schüttgütern spezialisierter Mittelständler, steht der funktionale Ansatz im Mittelpunkt. Dafür wurden die Entwicklungsabteilungen von Azo Controls und Azo Solids, eine der Maschinenbau-Einheiten, zusammengefasst. Gemeinsam soll neuer Kundennutzen erzielt werden.

Mit selbstlernenden Systemen Fachkräftemangel begegnen

Getriggert wird die künftige Entwicklung u.a. durch den sich abzeichnenden Fachkräftemangel. Herzig sagt: „Die Bediener an den Anlagen unserer Kunden werden künftig nicht mehr so erfahren sein wie bisher. Daher müssen wir unsere Systeme so ausrichten, dass sie mit unerfahrenen Bedienern zu den gleichen, wenn nicht sogar besseren Ergebnissen kommen.“

Selbstlernende Fördersysteme seien das Ziel – und einen Zwischenstepp hat Azo schon erreicht. Auf der Messe Powtech, Ende September in Nürnberg, zeigte das Unternehmen bereits selbstorganisierende, adaptive Anlagen für die Kunststoffindustrie, die Chemie und die Food-Industrie. „Wo früher ein Experte die Anlage für den jeweiligen Anwendungsfall mithilfe diverser Parameter anpassen musste, streben wir die parameterarme Anlage an“, verdeutlicht Herzig und ergänzt: „Das Expertenwissen muss dazu in die Anlage wandern.“

Hier setzte u.a. auch der Hackathon an: Wie früher ein erfahrener Bediener schon bei Betreten der Anlage aus den Geräuschen wahrnahm, dass eine Maschine ein Problem hat, könnte eine künftige Noise-Analyse für die Instandhaltung genutzt werden. Das Ergebnis des Hackathons fasst Herzig kurz und bündig zusammen: „Jawohl, da geht was.“ Neue Projekte sollen aus dieser Erkenntnis nun eine nutzbare Lösung machen. Und möglicherweise werden weitere Hackathons, Herzig denkt an drei bis vier pro Jahr, neue Impulse für Azos Digitalisierungsstrategie bringen.

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Andocksysteme werden intelligent

Doch das sind keineswegs Azos erste Schritte in Richtung Industrie 4.0 und Digitalisierung. Bereits seit 2016 beschäftigte sich das Unternehmen mit Methoden wie integriertem Engineering und Tracking & Tracing, Begrifflichkeiten, die heute unter dem Schlagwort Industrie 4.0 subsummiert werden. Anfang 2015 begann man dann, anhand des Leitfadens Industrie 4.0 des VDMA und der vom VDMA angebotenen Werkzeugkästen, Produkte und Produktion einzustufen und Handlungsfelder für ihre Weiterentwicklung in Richtung Industrie 4.0 abzuleiten. Eines der Resultate sind Funktionen des auf der Powtech vorgestellten Andocksystems Azo Cleandock. Anders als herkömmliche Doppelklappensysteme verbirgt es eine aktive, automatisierte Komponente mit eigener SPS.

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Die dadurch generierten Daten unterstützen vorbeugende Instandhaltungsstrategien. Auch sein Prozessleitsystem Kastor rüstet der Anlagenbauer für die Zukunft mit Industrie 4.0. Webfähigkeit, responsive Design und servicebasierte Produktionssteuerung stehen im Mittelpunkt. Neue Funktionen zur Datenanalyse sollen Anlagen transparenter und Verbesserungspotenziale sichtbar machen.

Weiter auf der Agenda steht die „Gesundheitserkennung“ für den Siebkorb bis hin zur Siebbrucherkennung. Auch Augmented Reality, etwa als Unterstützung bei der Instandhaltung, sollen Azo-Kunden künftig nutzen können; neue Maschinen erhalten dazu bereits den notwendigen Justierungspunkt.

„Das eigentliche AR-System muss dann nicht von uns sein“, meint Herzig. Eine Basis für weitere Industrie-4.0-Anwendungen schafft die Informationsplattform Azoplus, die den Kunden wichtige Informationen über Maschinen und Systeme, identifiziert über RFID oder QR-Code, bereitstellt. Mit einer Schnittstelle zur Anlagensteuerung könnten hier z.B. künftig Produktionsdaten der Anlage in Echtzeit angezeigt werden.

Mit Apps und Smart Controller in die Zukunft

Eine ähnliche Plattform bietet auch Zeppelin Systems. Bereits im vergangenen Jahr hat der Anlagen- und Komponentenbauer die App Z Connect Plant vorgestellt, die Komponenten automatisch identifiziert und Informationen dazu auf mobilen Endgeräten bereitstellt. Sie erkennt alle Zeppelin-Komponenten in der Umgebung selbsttätig und ermöglicht zudem einen Service-Chat in Echtzeit.

Die neue App Z Portfolio Plant soll nun Überblick über das gesamte Portfolio schaffen und auch spezielle Auslegungsdaten bereitstellen. Einen nächsten Baustein zur Digitalisierung kündigte das Unternehmen auf der Powtech für Ende nächsten Jahres an: einen Smart Controller, der Komponenten und Module verfahrenstechnischer Anlagen künftig mit dezentraler Intelligenz versieht.

IT-Security-Strategie für Pharmakunden

Schubert hatte bereits auf der Interpack im Mai die Chance genutzt, seine Vorstellung von Digitalisierung zu konkretisieren und neue Angebote mit Kunden und Interessenten zu diskutieren. Die digitale Plattform „Grips.world“ hatte Premiere, eine webbasierte Plattform, über die die Gesamtmaschineneffizienz über die komplette Nutzungsdauer auf hohem Niveau gehalten werden soll.

Die Datenbox, entwickelt von Schubert System Elektronik, dient dabei als Gateway, das sämtliche Informationen zu Wartung, Steuerung und Maschinenleistung an Grips.world sendet. Der Anwender sieht eine Auswertung, etwa den Zustand sämtlicher Verschleißteile betreffend, am Dashboard. Der digitale Zwilling ist dabei ein zentrales Element.

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„Unser digitaler Zwilling ist besser, als alles, was die Googles dieser Welt hervorbringen können“, ist Ralf Schubert überzeugt. Auch das Konzept des Maschinenbauers bezüglich IT-Security ist durchdacht. Durch den Einsatz der Datenbox sollen Szenarien wie ein Hackerangriff, der ganze Produktionen für Tage lahm legt, ausgeschlossen sein. Schubert: „Ein nicht aktualisiertes Windows-Betriebssystem oder ein Virenscanner, der nicht up-to-date ist – das wäre für unsere Pharmakunden undenkbar. Bei unserem Modell steckt die Sicherheit in der Datenbox, kontinuierlich aktualisiert durch uns. Der Anwender muss zudem aktiv auf den Knopf drücken, wenn er uns den Zugriff über die Datenbox erlauben will.“

Virtual Reality statt Holz-Mock-up

Viel Aufmerksamkeit zog Optima auf der Interpack mit dem Projekt Zero auf sich: eine Konzeptmaschine, in der Formatwechsel automatisch und blitzschnell ablaufen. Von Takt zu Takt können Packungsgröße, Anzahl der Produkte pro Packung, Aufdruck usw. geändert werden. Diese Anlage ist zudem mit einer Hololens ausgestattet. Optima setzt auf die AR-Brille, um Bediener mit Service-Funktionalitäten zu unterstützen.

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„VR- und AR-Brillen gab es mindestens 50 auf der Messe zu sehen“, erinnert sich Martin Sauter, „aber neben unserer kamen maximal noch zwei weitere über reine Show-Anwendungen hinaus.“ Entsprechend begeistert schienen Besucher, die sich die AR-Unterstützung für ihre Bediener wünschen.

Auch bei Virtual-Reality-Anwendungen hat Optima Pionier-Arbeit geleistet. Im VR-Center in Schwäbisch Hall können heute schon Schulungen mit VR-Unterstützung durchgeführt werden. Die eigenen Entwickler nutzen VR-Darstellungen der Maschinen in einem relativ frühen Planungsstadium um, gemeinsam mit dem Kunden, frühzeitig Optimierungsideen einzubringen. Die derzeit im Pharmasektor noch üblichen Holz-Mock-ups für die Eingriffssimulation könnten dank VR demnächst der Vergangenheit angehören.

So macht Big-Data den Weg zu Pay-per-Use-Modellen frei

Auf dem weiteren Weg in die digitale Zukunft sieht Sauter, der sich laut eigener Aussage immer noch in der „Inspirationsphase“ befindet, Anwendungen wie „Equipment as a Service“. „Hierzu sind wir bereits mit einem großen globalen Kunden in Diskussion, der sich für ein derartiges Konzept, das nicht notwendigerweise gleichbedeutend mit einem Betreibermodell sein muss, interessiert. Es geht in Richtung Pay-per-Use, analog zum Angebot, das Druckerhersteller machen“, berichtet der Optima-Digitalisierungsstratege.

„Die Werkzeuge TCAM und Opal liefern uns so viele Informationen aus der Maschine, dass kein Optima-Vertreter wirklich vor Ort an der Maschine irgendwo in der Welt stehen muss, um eine gute und sichere Ausbringung zu realisieren.“ Als laufende Aufgabenstellung sieht er die weitere Algorithmusentwicklung, um aus sämtlichen verfügbaren Daten – angefangen von Maschinen- und Prozessdaten über Rohmaterial-Eigenschaften bis hin zu Umgebungsparametern wie die Luftfeuchtigkeit – zu immer besseren Prozessen zu kommen. „Wir streben automatisch lernende Systeme an, die frühzeitig erkennen, wenn sich ein Prozess in die falsche Richtung entwickelt und dann gegensteuern“, sagt Sauter.

Schon durch den Einbau der bestehenden Optima-Systeme konnten bei einigen Anlagen eklatante Produktivitätssteigerungen bis zu 26% realisiert werden und selbst bei Anlagen, die schon vorher in einem sehr guten Zustand waren, holten die Optimierer noch acht Prozent heraus, bei derselben Kostenstruktur. „Und diese kann sich sogar noch verbessern, z.B. wenn Bauteile durch vorausschauende Instandhaltung bis zum Ende ihres Lebenszyklus genutzt werden.

Industrie 4.0 als Wettbewerbsvorteil

Die Zukunft der Digitalisierung verschlafen, das wollen er und seine anderen Maschinenbau-Kollegen keinesfalls. Mit einem neuen Verständnis von Industrie 4.0 verschaffen sie ihren Kunden deutliche Benefits – und der eigenen Branche, dem seit Langem legendär schlagkräftigen deutschen Maschinenbau, wieder einen wertvollen Wettbewerbsvorsprung.

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* * Dr. Reutner ist Fachjournalistin Technik & Industrie in Kaufering.

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