Automatisierung Die Industrie-4.0-Fluencer: So bringt Festo die Produktion von morgen ins Laufen

Der Digital Transformer of the Year kommt aus Esslingen: Festo hält mit Innovationen wie Ventilfunktionen zum Download Branchen, Anlagen und zunehmend auch Daten in Bewegung. Bei Themen wie Künstlicher Intelligenz, Industrie 4.0 oder flexibler Aktorik durch Apps bestimmen die Automatisierungsexperten das Tempo. Und nicht nur das: auch beim Megathema Nachhaltigkeit kann die effiziente Automatisierung zum Schrittmacher werden.

Eines für alles: Erinnern Sie sich noch an die Revolution, die die ersten Smartphones auslösten? Menschen campierten vor den Toren der „Stores“, um zu den Ersten zu gehören, die die neueste Gerätegeneration in der Tasche trugen. Die Ankündigungen der Hersteller wurden zu Happenings mit Tausenden Teilnehmern. Wofür es früher Pager, Kompaktkameras oder den Heimcomputer brauchte, reichte plötzlich ein Gerät, das durch Updates und frei konfigurierbare Apps aktuell und individuell konfigurierbar bleibt. Eine ähnliche Revolution vollzieht sich auch bei Pneumatik und Co.: Cyber-Physikalische Systeme lassen die Grenzen zwischen Mechatronik und Automatisierung verschwimmen und helfen Planern und Betreibern, maximale Flexibilität mit einer leicht zu bedienenden Plug-and-Play-Technologie zu kombinieren.

Das ist die Idee hinter dem Motion Terminal von Festo, einer universellen Ventilplattform, die es erlaubt, Funktionen von der Ventilsteuerung über die Sensorik bis zum Antrieb zu realisieren. Die Vision: So wie ein Smartphone die Möglichkeiten von Kamera, Rechner, Fernsehbildschirm und natürlich eines Telefons vereint, soll die intelligente Ventilinsel über 50 Funktionen in einer gemeinsamen Hardwareplattform ermöglichen.

„Wann immer wir das Motion Terminal vorstellen, entdecken wir zusammen mit den Kunden neue Anwendungsmöglichkeiten“, erläutert Dr. Eckhard Roos, Leiter des Industry Segment und Key Account Management Prozessindustrien bei Festo. Zwar warten noch keine Menschenschlangen vor dem Esslinger Stammsitz der Automatisierungs-Spezialisten, aber in der Prozessindustrie schlägt das Konzept Wellen. „Damit haben wir auf der Achema den Innovation Award geholt – doch das große Potenzial kommt erst noch“, erklärt der Automatisierungsspezialist. „Die intelligente Ventilinsel kann helfen, den CO₂-Footprint auf die Hälfte zu reduzieren.“

Mehr als nur Pneumatik: Automatisierungs-Spezialisten für das Thema Steuern und Bewegen

Kaum vorstellbar, dass der Firmengründer Gottlieb Stoll an Ventilfunktionen zum Download denken konnte, als er 1925 in Esslingen eine Holzbearbeitungsmaschinen-Fertigung auf den Weg brachte. Nicht einmal an Pneumatik, ein Thema, das nahezu synonym mit dem Namen Festo ist, hatte der Gründer gedacht. Die kam erst mit Stolls Sohn Kurt an den Neckar und mündete 1956 im ersten Katalog mit druckluftbewegten Ventilen und Zylindern.

Heute hat Festo den Anspruch, unabhängig von der Technologie überall die beste Lösung zu liefern, wo es um das Steuern und Bewegen geht. „Wir haben seit den 1990ern auch elektrische Antriebe im Programm“, er­klärt Roos. „Dazu hatten wir schon immer Remote-I/Os, Ventilinseln, Einzelventile und Steuerungen im Angebot – man bekommt von uns bei Bedarf die komplette Automatisierung eines Moduls von der Steuerungsebene abwärts bis ins Feld.“

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Dieser Innovationsgeist macht aus Festo einen der weltweiten Marktführer mit derzeit ca. 20.000 Mitarbeitern und etwa drei Milliarden Euro Umsatz. Zwar schlägt das Herz der Automatisierungsexperten in Schwaben, gelebt wird die Technologiebegeisterung aber in rund 250 Niederlassungen in 62 Ländern. In Zukunft soll, um sich von volatileren Branchen unabhängiger zu machen, das Geschäft mit Pharma-, Chemie- und Wasser­applikationen von derzeit etwa zehn Prozent kräftig wachsen.

Das erfordert zuweilen ein Umdenken: „Die Prozessindustrie tickt anders“, gibt Roos zu bedenken. „Es ist schwierig, in einen konservativen Markt mit neuen Technologien einzutreten, vor allem, wenn sie lange Anlagenlebenszeiten haben.“ Dabei könnten Anlagen mit modernen Automatisierungslösungen sicherer, effizienter und produktiver arbeiten, ist der Prozessspezialist von Festo überzeugt.

Intelligence Inside: Industrie 4.0 auf Geräteebene denken

Da klingt eine Ventilinsel, deren Funktionen per Download aufgespielt werden, wie ein logischer Schritt: Die Kombination aus energiearmen Piezoventilen, programmierten Bewegungsprofilen und Apps erlaubt, in einer identischen Hardware die Funktionen von mehr als 50 Einzelbauteilen zu kombinieren. Individuelle Funktionen werden als App konfiguriert: „Beim Motion Terminal setzen wir eine neue Konzeption der Automatisierung um“, so Roos. So kann die App „Eco-Fahrt“ helfen, Energie zu sparen, indem das „Überfüllen“ des Antriebs in Endlage vermieden wird. Dafür sorgt eine gedrosselte Belüftung, die am Ende der Bewegung den Antrieb mit dem minimal benötigten Druck versorgt. Das klingt nicht spektakulär, doch da konventionelle Standardventile die Antriebskammer unabhängig von der Last bis zum vollen Versorgungsdruck füllen, ließen sich so bis zu 70 Prozent Energie einsparen, wie Roos erklärt.

Mit der App „Soft Stop“ könnten Vibrationen beim Erreichen der Endlage vermieden werden. Die App „Leckage Diagnose“ helfe, Verschleiß oder Produktionsfehler zu erkennen und trage dazu bei, dass Wartungen besser geplant und durchgeführt werden können, ist sich Roos sicher: „Sie können an der Art der Änderung einer Antriebsfahrzeit erkennen, um welchen Fehler es sich handelt. So werden bei einer Leckage die Rückfahrzeiten kürzer, während sich die Hinfahrten verlängern.“

Pneumatik umdenken

Wie Festo die Welt der pneumatischen Automatisierung in neue Dimensionen treibt

Als „Zuhause“ für neue Ideen betreibt Festo mit der Technologiefabrik Scharnhausen seit 2015 ein Industrie-4.0-Hub für Ventile, Ventilinseln und Elektronik. Auch Anwender, deren Prozesse bei extremen Temperaturen oder hohen Sicherheitsanforderungen ablaufen, werden hier fündig. Eine Abteilung für maßgeschneiderte Kundenlösungen entwickelt und fertigt Ventilinseln, Schaltschränke, Antriebe und Steuerblöcke bis zu kompletten Systemlösungen für Anwendungen, bei denen Standardkomponenten nicht in Frage kommen.

Geht es nach Roos, werden Machine Learning und künstliche Intelligenz zu zentralen Bausteinen der Prozessautomatisierung. „Digitalisierungslösungen und Diagnose ,on edge‘ sind ein Must-Have, bevor man etwa Predictive Maintenance einführen kann“, erklärt der umtriebige Experte, der nicht nur bei Festo Automatisierungslösungen für Industriekunden managt, sondern auch in mehreren Industrieverbänden in leitender Funktion tätig ist. „Jeder redet über vorausschauende Instandhaltung, aber wovon leitet man ab, wann diese nötig ist? Das können Sie über Veränder­ungen im Prozess erkennen.“ So können Ventilwege oder -fahrten überwacht und mit künstlicher Intelligenz ausgewertet werden, um Anlagenstillstände zu vermeiden.

Mehrwert durch KI: Warum in Zukunft nichts mehr ohne smarte Daten geht

Damit in Zukunft neben Druckluft und Prozessmedien auch mehr und mehr Datenströme fließen können, hat Festo 2018 den KI-Spezialist Resolto Informatik übernommen. „Die Kollegen ergänzen uns sinnvoll: Als reiner Hardwarelieferant könnten wir dem Kunden zukünftig nicht immer den Nutzen bieten, den er im Zeitalter der Digitalisierung von uns erwartet“, ist sich Roos sicher. Gemeinsam arbeiten die Unternehmen an den Themen Analytics und künstliche Intelligenz, was 2020 mit der Auszeichnung „Digital Transformer of the Year 2019“ gewürdigt wurde. „KI wird unser Produktportfolio beeinflussen, indem Algorithmen in die Cloud oder direkt in Komponenten von Festo eingebunden werden können“, erklärt Roos. So können Anlagenbetreiber mit dem IoT-Gateway CPX-IOT als Hardware mit weiteren Software-Tools auf Feldebene ihre Maschinen und Anlagen überwachen lassen, während die Scraitec-Software maschinennah mittels eines vortrainierten Modells die Feldgerätedaten interpretieren hilft. Darüber wacht das Scraibrain, eine cloudbasierte, selbstlernende Plattform mit Zugriff auf vorkonfigurierte Anwendungsmodelle. „Dabei kommen Ingenieurwissen und Machine Learning zusammen: Die KI sagt Ihnen, dass etwas passiert, so dass wir mit unserem menschlichen Verstand dieses Thema angehen können. Ich glaube, die Kombination aus Prozessverständnis und Daten-Einsicht ist unschlagbar.“

„Wir können die Änderung im Prozess diagnostizieren und geeignete Maßnahmen vorschlagen. So verhindern wir den Ausfall“, weiß Roos. Außerdem lassen sich, dank der Digitalisierung, Anlagenmodule in der Produktion vernetzen und kombinieren. Das ermöglicht einen flexiblen Baukasten, der sich pro­blemlos an die Herausforderungen der Produktion anpassen lässt. Dahinter steckt das Module-Type-Package (MTP), das es ermöglicht, einzelne Anlagenbausteine bei Bedarf an die Produktion an- und abzukoppeln und Betriebszustände sowie Steuersignale auszulesen bzw. einzuspielen. Zwar ist das MTP keine reine Entwicklung von Festo, allerdings haben die Esslinger federführend in zwei Arbeitskreisen der Namur und des ZVEI die Standardisierung vorangetrieben sowie gemeinsam mit Bayer ein entsprechendes Proof of Concept durchgeführt. Das helfe nicht nur den Anlagenbauern, sondern auch den Nutzern von Stellantrieben und Ventilen, erklärt Roos: „Wenn man ein Modul dezentral automatisiert hat, kann man auch etwa eine Software on edge installieren, die hilft, den Prozess zu monitoren. So lassen sich Überlastprobleme durch Verschleiß, Anbackungen oder Verunreinigungen verhindern, indem wir das Verhältnis aus Druck und Positionierung gegenüber einer Referenzfahrt eines Antriebs korrelieren lassen und damit frühzeitig Prozessänderungen erkennen können.“

Enabler der Dekarbonisierung: So heben Automatsierungskonzepte das Effizienzpotenzial

Auch beim Megatrend Nachhaltigkeit will Festo mit Innovationen punkten: So plant das Unternehmen, bis Ende des Jahrzehnts 30 Prozent der eigenen CO₂-Emissionen einzusparen und seine Produkte in Richtung Kreislaufwirtschaft zu optimieren. Das größte Potenzial schlummert aber aus Sicht von Roos jenseits des Werkzauns: „90 Prozent der durch unsere Produkte verursachten Emissionen können beim Anwender je nach eingesetztem Strommix entstehen“, erklärt der Automatisierungsspezialist. „Indem wir es Anwendern mit innovativen Produkten ermöglichen, selber effizienter zu werden, können wir gemeinsam enorme Einsparpotenziale heben.“

Dabei helfen die digitalisierte Ventilinsel oder das Energieeffizienz-Modul MS6­E2M, das Druckregler, Einschaltventil, Sensorik und Feldbuskommunikation in einer Einheit kombiniert, genauso wie Machine Learning und KI. Zu den guten Ideen der Automatisierungsexperten aus Esslingen gehören die Festo Energy Saving Services, bei denen Unternehmens-Auditoren das Druckluftsystem der Anwender auf Herz und Nieren prüfen. Doch auch sensorgestützte Monitoring-Lösungen, KI-basierte Datenauswertung und bedarfsgerechte Visualisierung unterstützen den Anlagenbetreiber bei der Jagd nach Einsparpotenzialen.

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