Verpackungsmaschine der Zukunft Wenn Automatisierung digitale Zukunft trifft

Autor: Anke Geipel-Kern

Unbeirrbar ist der Verpackungsmaschinenbauer Gerhard Schubert den Weg vom mechanischen Erstling bis zur schaltschranklosen Maschine gegangen. Heute – 50 Jahre später – ist Automatisierung ein unverzichtbarer Bestandteil aller Schubert-­Maschinen. Im PharmaTEC-Gespräch lässt Technik-Geschäftsführer Ralf Schubert die Entwicklung Revue passieren und verrät, wo er die Zukunft sieht.

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Ralf Schubert Technik-Vorstand des Verpackungsmaschinenbauers Gerhard Schubert in der neugebauten Montagehalle.
Ralf Schubert Technik-Vorstand des Verpackungsmaschinenbauers Gerhard Schubert in der neugebauten Montagehalle.
(Bild: Schubert)

Zuschnitte aufrichten und zum Karton verkleben – geradezu spartanisch erscheint aus heutiger Sicht die erste Schubert-Verpackungsmaschine. Rein mechanisch funktionierte die Schachtelaufrichte- und Klebemaschine (SKA), auch wenn die Idee, mit oben offenen Kartons zu arbeiten, die Vorstufe der Toploading-Maschinen war: von Robotern oder Steuerungen keine Spur.

Die Maschinen, die heute – 50 Jahre später – in der gerade neu bezogenen Crailsheimer Montagehalle stehen, erinnern kaum noch an das Erstlingswerk des Gründers Gerhard Schubert: hochgerüstete Hightech-Anlagen, die mit weißen, perlgrauen oder schwarzblauen Rahmen auch optisch eine Menge her machen. Doch das Entscheidende passiert – verborgen im Innern der Verpackungsmaschine – gelenkt von einer Maschinensteuerung.

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Software ist integraler Bestandteil

„Mechanik, Elektronik und Software gehören für uns heute untrennbar zusammen“, sagt Technikchef Ralf Schubert. Software, Automatisierung und die neuen digitalen Möglichkeiten üben auf den studierten Informatiker, den der Vater Anfang der 90-er in die Firma holte, eine große Faszination aus.

Die erste Schubert-Verpackungsmaschinensteuerung (VMS) hat der Informatiker noch selbst programmiert, ebenso das Produktionsplanungs- und Steuerungssystem, das die ganzen organisatorischen Abläufe in der Firma steuert. Und auch für das MES-Projekt, das in die Entwicklung eines Anlagenleitstandes für die Pharmamaschinen mündete, war er verantwortlich.

Die Maschinensteuerung ist eine der Pionierleistungen auf die man im Haus besonders stolz ist, denn diese Eigenentwicklung hat die Basis geschaffen für den modularen Aufbau aus Teilmaschinen mit einer reduzierten Anzahl an mechanischen Bauteilen. „Wir wollten immer schon weniger Mechanik in den Maschinen und dafür mehr Steuerung“, sagt Schubert.

Die erste Steuerung kam Anfang der 90iger

Und was im Zeitalter von Industrie 4.0 heute kaum noch jemand bedenkt, war das industrielle Klima, in dem die Entwicklungen in den 90-ern stattfanden. Zu dem Zeitpunkt, als Schubert auf die Idee kam, seine erste Steuerung auszutüfteln, war es höchst ungewöhnlich, dass sich ein Maschinenbauer mit diesem Thema beschäftigte. Das überließ man damals Technologieunternehmen wie Siemens oder Allen Bradley. „Wir mussten sogar unseren eigenen Bus entwickeln. Es gab ja nur Canbus, und der war bei Weitem noch nicht ausgereift“, erinnert sich Ralf Schubert.

Gemeinsam mit Bruder Gerald, der Marketing und Vertrieb leitet, dem kaufmännischen Direktor Peter Gabriel und Vater Gerhard, der als Ideengeber immer noch im Hintergrund wirkt, führt er die Schubert-Geschäfte – ein klassischer Familienbetrieb, in dem auch die dritte Generation, die Söhne von Ralf und Gerald Schubert, bereits ihren Platz gefunden haben. Ralf Schubert selbst ist für Konstruktion, Montage und Entwicklung verantwortlich und kennt den Betrieb von der Pike auf: erst als Projektleiter für das VMS-Projekt,dann als Betriebsleiter, später als Bereichsleiter Montage.

Der Kunde steht im Zentrum

Seine erst vier Jahre alte Rolle in der Geschäftsführung sieht er ganz unaufgeregt. Das mache kaum einen Unterschied zu vorher, sagt er. Nur dass er nicht mehr soviel wie früher zu Kunden reise, bedauert er. Doch gerade Kundenkontakte liegen ihm besonders am Herzen. „Gute Maschinen kann nur bauen, wer vor Ort beim Kunden unterwegs ist und sich ein Bild von der Produktion und den Anforderungen machen kann“, betont Ralf Schubert.

Um einlaufende Kundenanfragen geht es auch in den monatlichen Projektbesprechungen, in denen Techniker, Verkauf und Projektmanager diskutieren: Wie können wir die Anforderungen technisch lösen, kommen wir mit den vorhandenen Bauteilen aus oder brauchen wir eine Neuentwicklung.

Maschinen kommen auch ohne Schaltschrank aus

Die letzte Neuentwicklung, die für Furore sorgte, war 2014 die schaltschranklose Maschine, die das Prinzip der dezentralen Steuerung auf die Spitze treibt. Drei der intern unter dem Kürzel Uni-6 laufenden Maschinen sind schon beim Kunden im Einsatz, und bis Mitte dieses Jahres werden voraussichtlich zehn weitere gebaut und ausgeliefert. Die Serienproduktion der schalt- schranklosen Maschinen hat ab der zweiten Jahreshälfte 2016 begonnen. Dann gibt es Maschinen mit Schaltschrank nur noch auf Kundenwunsch.

Montageleistung soll steigen

Momentan beschäftigt sich das Schubert-Team mit den Fertigungszeiten. Der Anteil der Teilmaschinen soll bis 2020 von momentan 650 auf 1000 jährlich steigen. Schon jetzt ist der Standardisierungsgrad in der Fertigung hoch: Die Konstrukteure arbeiten mit dem TLM-Konfigurator, in dem alle Standardkomponenten in Form eines Auswahlkatalogs hinterlegt sind. Aus diesen Komponenten konfigurieren die Konstrukteure in einem CAD-Programm die Maschine. Das System erstellt eine Stückliste der benötigten Komponenten, die ins Produktionsplanungssystem wandert. Ziel ist es beispielsweise, bei einer Standardpickerlinie Lieferzeiten von fünf Wochen zu erreichen.

„Wir wollen eine Maschine künftig in wenigen Stunden konstruieren“, betont Ralf Schubert. Damit das klappt, ist echtes Teamwork zwischen allen Bereichen gefragt: Materialwirtschaft und Logistik bis zur Konstruktion und Endmontage – ein eigens installiertes Managementsystem optimiert deshalb die Zusammenarbeit über die Bereiche und Abteilungen hinweg.

Digitalisierung ist Trumpf

Triebfeder der laufenden Projekte ist die Digitalisierung. Schubert beobachtet die internationalen Trends sehr genau und stellt fest, dass die Grenzen zwischen den Branchen verschwimmen. Noch sind deutsche Maschinenbauer führend, und die Entwicklung der dazugehörigen Steuerungssoftware ist eine deutsche Spezialität. Doch Google baue inzwischen nicht nur Autos, sondern auch Roboter. „Wir dürfen das Feld der Digitalisierung nicht den Softwareriesen überlassen. Wenn wir als Maschinenbauer uns nicht um die Vernetzung kümmern, wird Google es tun“, warnt er.

Der digitale Zwilling steht im Mittelpunkt von Industrie 4.0

Die Idee des „digitalen Zwillings“, das digitale Abbild einer realen Verpackungsmaschine, das gleichzeitig mit dieser entsteht und mit ihr wächst, ist daher der Dreh- und Angelpunkt der Digitalisierungsstrategie bei Schubert. Das Modell läuft mit den gleichen Programmen wie die realen Maschinen. „Am 3D-Modell können wir die einzelnen Schritte des Verpackungsprozesses in Echtzeit simulieren, die Schnittstellen zwischen den einzelnen Linienkomponenten prüfen und so den Verpackungsprozess als Ganzes optimieren.“ Um 30 Prozent, so prophezeit er, könnten dadurch die Inbetriebnahmezeiten der Maschinen sinken, und Validierungsläufe für Pharmamaschinen könnten sogar bereits vor der Montage durchgeführt werden.

Fernziel ist es, dem Kunden den digitalen Zwilling auf einer zentralen webbbasierten Plattform zugänglich zu machen. Über die Cloud-Anbindung wird die Auswertung von KPI-Daten wie Stückzahl-, Downtime-Analysen, Wartungs- und Energiedaten möglich sein. Und der Zwilling soll dann auch Basis eines EngineeringWerkzeugs für alle Schubert-Abteilungen sein.

Ein Etappenziel ist erreicht: Schon im nächsten Jahr verspricht Schubert Service-Apps fürs Handy. Und es soll einen Algorithmus zur Auswertung von Produktionsdaten geben, mit dem die Kunden erkennen können, ob Verbesserungspotenzial bei einer Anlage besteht. Damit wird sich der digitale Zwilling zu einem hilfreichen Tool für Kunden und Konstrukteure gleichermaßen entwickeln.

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Über den Autor

 Anke Geipel-Kern

Anke Geipel-Kern

Leitende Redakteurin PROCESS/Stellvertretende Chefredakteurin PharmaTEC, PROCESS - Chemie | Pharma | Verfahrenstechnik