Industrie 4.0 Weg vom Massenmarkt

Weidmüller hat mit Dr. Jan Michels einen Projektleiter, der die Aktivitäten des Detmolder Unternehmens in Sachen Industrie 4.0 koordiniert.
Dr. Jan Michels, Weidmüller: »Industrie 4.0 stellt eine komplette Neuausrichtung der Industrie dar.«

Weidmüller, Spezialist für Verbindungstechnik und Elektronik, macht die erste Schritte auf dem Weg zur »Fabrik der Zukunft«. Zum Beispiel präsentiert er eine sich selbst korrigierende Stanz-Biege-Maschine zur Herstellung von Anschlüssen und Kontakten.

Weidmüller sieht in solch einer intelligenten Produktion eine große Chance, individuelle Produkte zu realisieren, die Ressourceneffizienz zu steigern und sich so von Massenmarkt und Preiskampf zu differenzieren.

Theoretisch soll Industrie 4.0 so aussehen: Jedes Werkstück, in diesem Fall zum Beispiel ein Steckverbinder, wird mit einem digitalen Produktgedächtnis ausgestattet, das definiert, was es ist und was mit ihm geschehen soll. Cyberphysikalische Produktionssysteme leiten aus dieser gespeicherten Information ihre Aufgaben ab - und zwar über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg, vom ersten Bearbeitungsschritt bis hin zur Übergabe an die Logistik und den Einsatz beim Anwender. Das ist der Schlüssel für die Produktion der Zukunft, in der sich kundenindividuelle Lösungen deutlich einfacher, schneller und preiswerter realisieren lassen sollen als heute.

Soweit die Theorie. Weidmüller hat unter der Leitung von Dr. Jan Michels erste Projekte auf dem Weg zur Industrie 4.0 auf den Weg gebracht.

Zuallererst räumt Michels damit auf, Industrie 4.0 sei eine »Utopie«: »Industrie 4.0 ist der Name für eine Entwicklung, die sich schon seit einiger Zeit andeutet und von Akteuren wie dem BITKOM, dem ZVEI und dem VDMA - und nicht zuletzt auch von uns getrieben wird. Deswegen wird Industrie 4.0 somit weniger als Revolution, sondern vielmehr als Evolution umgesetzt werden«, sagt der Leiter der Technologieentwicklung. Was man heute in der Gesamtschau als Industrie 4.0 bezeichnet, ist in allerersten Bausteinen seit einiger Zeit in der Entwicklung und baue auf sichtbaren Industrietrends wie RFID, Identifikation, Auto ID und Ethernet auf. »Je konsequenter wir diese einzelne Bausteine nutzen und kombinieren werden, umso schneller werden wir den Nutzen, den die Industrie 4.0 verspricht, voran treiben!«, ist sich Dr. Michels sicher. In dieser Weiterentwicklung liege nicht zuletzt die Chance für hochwertigere, intelligentere und individualisierte Produkte, abseits des vom Preiskampf dominierten Massenmarktes. 

Erste Erfolge gibt es: In einem Forschungsprojekt zusammen mit den Universitäten Paderborn und Bielefeld sowie dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie in Paderborn entstand das Projekt »Self X Pro«, ein selbstkorrigierendes Stanz-Biege-Werkzeug für die Produktion. Es ist in der Lage, Qualitätsunterschiede in den zugeführten Materialien zu erkennen und den Verarbeitungsvorgang entsprechend anzupassen. Das Ergebnis: ressourcensparende Produktion durch minimale Materialverluste und eine verbesserte Qualität, weil alle Prozessparameter optimiert werden. Jan Michels: »Diese Selbstoptimierung der Maschine ermöglicht uns darüber hinaus eine weitere Miniaturisierung: Wir können die Steckkontakte kleiner machen und in die Steckverbinder ein ’Mehr an Funktion’ bei kleinerer Baugröße integrieren.«

Wie funktioniert das System? Wesentliche Basis der selbstkorrigierenden Fertigung ist ein Messsystem innerhalb der Stanz-Biege-Maschine, das die Kennwerte der produzierten Teile erfasst und Informationen über den Maschinenoutput an eine intelligente Steuerung weitergibt - die Selbstoptimierung. Diese Steuerung sorgt dafür, dass die produzierende Maschine auf die Abweichungen reagiert. Ergebnis: Die Werkzeuge passen sich selbstständig an und optimieren damit den laufenden Fertigungsprozess. 

Auf lange Sicht, so glaubt Michels, könne man diese Selbstkorrektur auf ganze Produktionslinien anwenden, in denen die Maschinen miteinander kommunizieren und Unregelmäßigkeiten im Prozess weitergeben. Wird dann beispielsweise am Anfang der Prozesskette erkannt, dass das Rohmaterial nicht genau die gewünschten Eigenschaften hat, wird diese Information automatisch weitergeleitet, sodass die nächsten Maschinen in der Prozesskette das ebenfalls optimieren können. »So kann man künftig Ausfälle in ganzen Maschinensystemen und Anlagen vermeiden«, glaubt Michels. Gleichzeitig garantiert diese Technologie die optimale Produktqualität auch dann, wenn der Prozess schwankt. So entstehe ein neuer Meilenstein für Ressourcen- und Energieeffizienz und Prozesssicherheit.

Ein weiteres Projekt, an dem Weidmüller beteiligt ist und das wie auch »Self X Pro« im Rahmen des ostwestfälisch-lippischen Spitzenclusters »it’s OWL« entstand, hat die Bezeichnung »InnovIIT - Innovative Automatisierungsgeräte durch Industrial IT«. Weidmüller entwickelt in diesem Projekt intelligente Feldgeräte mit dem Ziel, den Engineering-Aufwand für die Hersteller und Betreiber von Produktionsanlagen zu reduzieren, Plug-and-Play zu erlauben und Zustands-Monitoring für die Anlage und alle wesentlichen Komponenten herzustellen - auch für die zukünftigen Kommunikationsnetze.

Damit innovative Automatisierungslösungen der Industrie 4.0 sich durchsetzen können, ist eine deutlich intensivere Vernetzung der Komponenten im Vergleich zu heute notwendig. Es bedarf leistungsfähiger Technologien und Systemkonzepte sowie innovativer Komponenten für solche sicheren und verlässlichen Kommunikationsnetze.

Ein Beitrag von Weidmüller ist, Ethernet-Schnittstellen in Automatisierungsgeräte mit zu integrieren. Auf diese Weise soll es möglich werden, lokale Informationen, beispielsweise von Sensorik und Aktorik, nicht nur weiterzuleiten, sondern direkt vor Ort zu verarbeiten und übergeordneten Systemen zur Verfügung zu stellen. Michels. »Nahezu in Echtzeit können wir dem Anwender Transparenz über seinen Prozess und die Geräte auch auf der MES-Ebene geben. In Zukunft können so lokal Aktivitäten ausgelöst oder sogar Prozessentscheidungen gefällt werden. Das könnte uns schon bald über die Schwelle zur Industrie 4.0 führen.«

Der erste Schritt sind kommunikationsfähige Signalwandler, die durch eine Ethernetschnittstelle direkt in bestehende Industrial-Ethernet-Strukturen eingebunden werden können - sie sind ein weiterer Baustein auf dem Weg zur digitalisierten Produktion. Die ethernetfähigen Signalkonverter stellen neben den typischen Funktionen wie Signalerfassung, -aufbereitung, -normierung und -ausgabe auch Diagnosefunktionen zur Verfügung. Michels: »Wenn man alle in einer Anlage vorhandenen Geräte mit nur einer Bustechnologie zu einem Gesamtsystem vernetzt, ist ein geräteunabhängiger Austausch von Prozessdaten und Diagnosefunktionen unter den Netzwerkteilnehmern möglich.«

Industrie 4.0 stelle eine komplette Neuausrichtung der Industrie dar, erklärt Jan Michels. Das Ganze sei ein Paradigmenwechsel, der die Arbeitsstrukturen in Unternehmen neu definiere, von der Planung über die Umsetzung bis zum Verkauf. In der »vierten industriellen Revolution« organisiere sich die Fabrik selbst. Produkte regelten ihren eigenen Produktionsprozess, Rohlinge schickten über Funk ihren Fertigungsplan an die Fabrikanlage, Werkstücke würden zu aktiven Steuerungskomponenten in der Fabrik der Zukunft. Aus starren, unflexiblen Fertigungsanlagen würden modulare, effiziente und ressourcenschonende »smarte Fabriken«, die die Produktion individueller Lösungen in Losgröße 1 erlauben. »Die skizzierte Vision mag auf den ersten Blick utopisch anmuten, doch im Zusammenspiel mit einigen heute verfügbaren Technologien lassen sich die ersten Schritte in Richtung der Industrie 4.0 gehen, auch wenn noch eine Reihe von Konzepten und Technologien erst entwickelt werden muss«, bekräftigt Michels.

Schließlich erfolge schon heute die automatische Identifikation mittels RFID oder Data-Matrix-Codes, und zwar zur Fertigungssteuerung und auch zur eindeutigen Erkennung von Produkten über alle Prozesse ihres Life Cycles. Die Verbindung der Produktionsanlagen und der Erzeugnisse über Sensoren ermögliche das Erfassen von Zuständen und das Auslösen von Aktionen, zum Beispiel um drohende Ausfälle frühzeitig zu erkennen und so die Verfügbarkeit der Produktionsanlagen sicherzustellen. In »Smart Factories« sollen so zukünftig die physikalische Produktwelt und die virtuelle Internetwelt untrennbar miteinander verbunden sein. In den »Cyber-Physischen Systemen (CPS)« bzw. im »Internet der Dinge« kommunizieren und handeln Produkte und Produktionsanlagen autonom und tragen so die Prozesssteuerung mit ihrer eigenen Intelligenz.