Frankfurter Allgemeine Zeitung - 06.09.2019

/ 6. September 2019 Frankfurter Allgemeine Zeitung Verlagsspezial / Zukunft der Werkzeugmaschinenindustrie / 6. September 2019 V3

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twa jedes dritte Maschinen- und

Anlagenbauunternehmen in

Deutschland hat noch keinen

Schritt auf dem Weg zur Smart

Factory gemacht. Ganze sieben

Prozent der rund 100 Firmen

der Branche, die von der Consulting-Gruppe

Staufen für den „Deutschen Industrie-4.0-

Index 2019“ befragt wurden, setzen Indus-

trie 4.0 bereits umfassend operativ um,

zwölf Prozent beobachten und analysieren

die Möglichkeiten einer intelligenten Fabrik

noch, 49 Prozent verfolgen immerhin schon

einzelne Projekte. „Die Herausforderung,

bestehende Prozesse an die neuen Technolo-

gien anzupassen und dabei auch die Mitar-

beiter mitzunehmen, ist enorm groß“, stellt

Peter Stephan klar, Senior Partner bei Stau-

fen Digital Neonex. Doch es gäbe Unterneh-

men, die das vorbildlich geschafft haben.

Es gibt keinen Königsweg

Firmenchefs der Werkzeugmaschinenbran-

che, die sich für die Smart Factory inter-

essieren, in der alle Systeme und Prozesse

innerhalb der Produktionskette überwacht

werden, können sich umfassend auf der EMO

in Hannover informieren. In der Industrie-

4.0-Area sind neben der Wissenschaftlichen

Gesellschaft für Produktionstechnik mehr als

30 Unternehmen vertreten – von AMF Maier

(Spannelemente) über Gühring (Präzisions-

werkzeuge) und Sofl ex (Fertigungssteuerung)

bis Weidmüller (elektrische Verbindungs-

technik). Zu den wichtigsten Entwicklungen,

die auf der Messe präsentiert werden, zählt

die standardisierte Schnittstelle umati. Über

sie können die Werkzeugmaschinen an über-

geordnete IT-Systeme angebunden werden.

In Halle 9 werden Hersteller das mit 100 ver-

netzten Maschinen demonstrieren. Andreas

Wohlfeld, Smart-Factory-Fachmann beim

Laserspezialisten Trumpf Ditzingen, der bis-

her mit einem hauseigenen Standard arbeitet:

„Umati ist für uns der nächste logische Schritt

auf dem Weg, die Smart Factory hersteller-

übergreifend zu realisieren.“

Für die Realisierung einer Smart Factory

gibt es keinen Königsweg. „Eine intelligente

Fabrik zu entwickeln, gleicht dem Schnei-

dern eines Maßanzugs“, sagt Gero Adrian

von der Unternehmensberatung DXC Tech-

nology. Er bezieht sich auf die Studie „Digi-

tale Agenda 2019“ seines Hauses. Entschei-

dend seien die jeweiligen Strukturen in der

Produktion: „Und die unterscheiden sich je

nach Branche erheblich.“ Deswegen seien

reine IT-Experten ohne Praxiswissen aus der

Fertigung bei der Smart-Factory-Entwick-

lung schon häufi g gescheitert. Diese Firmen

verfügten zwar über theoretisches Wissen

rund um Bits und Bytes, nicht aber über

die praktischen Erfahrungen des Produk-

tionsingenieurs eines Werks. Grundsätzlich

gehe es immer darum, „IT- und Operational

Technology-Prozesse zu verheiraten“. Vor-

bildlich sei das in den Daimler-Werken in

den Vereinigten Staaten und Argentinien ge-

lungen: „Dort haben sich rund 100 Mitarbei-

ter fünf bis sechs Jahre lang intensiv um die

Produktplanung gekümmert.“ Wenn man so

vorgehe, bekäme man sicher eine intelligen-

te Fabrik, „die hohe Verfügbarkeit, Flexibili-

tät und Output-Qualität bietet“. Man könne

aber auch mit kleineren Projekten beginnen.

So ließen sich Maschinen mit Netzwerk-

kabel oder dem neuen Mobilfunkstandard

5G verbinden. Für diesen ersten Datenerfas-

sungsschritt gibt es Starterpakete und stan-

dardisierte Analysetools, die die Daten zur

Verbesserung der Produktion nutzen, etwa

durch optimierte Wartungsintervalle. Mit

Blick auf die gesamte deutsche Wirtschaft

konstatiert der DXC-Manager nüchtern: „Von

einer perfekten Smart Factory sind wir noch

kilometerweit entfernt.“

Für Peter Stephan von Staufen Digital

Neonex ist Robert Bosch in Sachen Smart

Fact ory ein Vorzeigeunternehmen. Ein

Grund: Der Automobilzulieferer, Hersteller

von Gebrauchsgütern, Industrie-, Gebäude-

und automatisierter Verpackungstechnik,

habe auf funktionierenden Lean-Prozessen

sowie einem Back-End, das auf einem Manu-

facturing Execution System (MES) basiert,

aufsetzen können. Zudem kümmere sich bei

Bosch ein Team aus IT- und Shopfl oor-Exper-

ten fulltime um die digitale Transformation.

Stephan unterstreicht, dass es leichter sei,

eine smarte Fabrik auf der grünen Wiese neu

zu bauen, „weil man sich nicht an eingefah-

renen Arbeitsabläufen orientieren muss“.

Der Umbau eines bestehenden Werkes sei

schwieriger, aber auch hier könne man erste

Umsetzungen nach etwa einem Jahr errei-

chen und einen gut laufenden Pilotstandort

nach rund zwei Jahren etablieren. Unterneh-

men mit einem globale Fabriknetz bräuchten

aber „sicherlich drei, vier Jahre und länger,

um ihre komplette Produktion smart zu ge-

stalten“.

Identische Datensprache

Um den richtigen Weg zur intelligenten

Fabrik zu fi nden, sollte man auch Lösungen

in anderen Branchen studieren. „Schauen

Sie nach links und rechts und machen Sie

kleine Schritte“, empfi ehlt Nicholas Matten,

Geschäftsführer des Hausgeräteherstel-

lers Stiebel Eltron. Der hat Mitte der 1990er

Jahre angefangen, seine Fertigungsanlagen

mit numerischen Steuerungen auszustatten.

Das waren zunächst Insellösungen, später

wurden diese vernetzt: „Heute sprechen

alle Geräte, vom Produktionsband über die

Montagemaschine bis zum fl exiblen Trans-

portfahrzeug, dieselbe Datensprache“, erläu-

tert Matten. Einen Masterplan habe Stiebel

Eltron nicht gehabt: „Festlegen muss man

ganz am Anfang aber die Zieldatenstruktur

und den Zweck. Was will ich mit den Daten

machen?“

Der Mittelständler hat auch Roboter im

Einsatz. Im Holzmindener Werk falten drei

vernetzte Automaten im 24-Stunden-Dienst

zunächst Kartons, die mit Installationsan-

leitungen bestückt werden. Dann heben die

Roboter die Durchlauferhitzer hinein, ver-

schließen die Kisten und kleben das Energie-

Effi zienz-Label drauf. Im zweiten deutschen

Werk in Eschwege arbeiten sechs Roboter in

der Vorproduktion. Die Vorteile der smar-

ten Fertigung: Zeitersparnis, Transparenz

und Flexibilität. Die Lieferzeiten sind kürzer

geworden, die Lieferzeitgenauigkeit hat zu-

genommen. Den siebenstelligen Betrag, den

Stiebel Eltron in die Produktionsdigitalisie-

rung investiert hat, „bekommen wir durch

die positiven Effekte jetzt Cent für Cent zu-

rück“, sagt Matten.

Fertigung von Baumodulen

für On- und O# shore-Projekte

Auch von einem Projekt im fi nnischen Turku

lässt sich lernen: Hier entsteht die welt-

weit erste voll automatisierte Fabrik für die

Serienproduktion von Raummodulen für

Gebäude. In der Smart Factory von Admares,

einem Unternehmen mit Erfahrung in der

Fertigung von Baumodulen für On- und

Offshore-Projekte, sollen Module für Hotels

und Krankenhäuser vorproduziert werden,

die später am Bestimmungsort nur noch

zusammengesetzt werden müssen. Plug and

play. „90 bis 98 Prozent aller Fertigungspro-

zesse fi nden hochautomatisiert in der Fabrik

statt“, erläutert Matthias Möhrke von Porsche

Consulting, die das fi nnische Unternehmen

neben der Entwicklung der Smart Factory

auch bei der Entwicklung serientauglicher

Gebäudemodule unterstützt. Künftig sollen

Auftraggeber sogar die Möglichkeit haben,

die Details ihrer Bestellung in einem Adma-

res-Online-Konfi gurator festzulegen. Die

Daten fl ießen dann automatisch an die Pro-

duktionslinie. Maßfertigung der besonde-

ren Art. Admares-Geschäftsführer Mikael

Hedberg: „Wir wollen Gebäude bauen wie

man heute Autos in Fabriken herstellt.“

Nahtlose Kommunikation

Die sich selbst organisierende Fertigung verändert im Zuge von Industrie 4.0

traditionelle Herstellungsprozesse radikal. Von Jürgen Hoffmann

Nachhaltige Zerspanung: Mitarbeiter und Kunden erhalten Daten benutzerspezifi sch aufbereitet etwa per Augmented Reality. FOTO DEUTSCHE MESSE AG

Erneuerbare Energiequellen,

energiefl exible, -effi ziente

und nachhaltige Fabrikation

sowie ressourcenschonende

und smarte Verteilung von

Strom – von Themen wie

diesen hängt der Erfolg der

Energiewende ab.

V O N V O L K E R B U D I N G E R

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as moderne Werkzeugmaschi-

nen mit der Energiewende zu

tun haben? „Ziemlich viel“,

meint Wilfried Schäfer, Ge-

schäftsführer des Vereins Deutscher Werk-

zeugmaschinenfabriken VDW. Denn die Ma-

schinen stehen gleichzeitig gewissermaßen

am Anfang der Energiewende und sind eben-

so mittendrin im Geschehen.

Egal welchen Teil nachhaltiger Energie-

erzeugung und -verteilung man betrachtet

• die Komponenten stammen zu einem gro-
  ßen Anteil aus automatisierter Produktion.
  Seien es etwa additiv – im 3D-Druck – ge-
  fertigte Turbinenschaufeln für Wasserkraft-
  werke oder Elemente von Generatoren in
  Windkrafträdern. Sie alle entstammen ganz
  unterschiedlichen modernen und automati-
  sierten Werkzeugmaschinen. „Der Bereich
  der Komponenten für die Energieerzeugung
  war traditionell bereits ein großes Kunden-
  segment der Werkzeugmaschinen-Indust-
  rie“, betont Schäfer. Mit der fortschreitenden
  Energiewende habe dieser Bereich sogar
  eher noch zugenommen. Wie etwa für Wind-
  krafträder und Photovoltaik bedürfe es da
  jeweils ganz individueller Produktionslösun-
  gen für die verschiedenen Hersteller – mit
  ganz neuen Herausforderungen.
  Gleichzeitig ist die Produktion mittels
  Werkzeugmaschinen in allen Bereichen der
  Güterherstellung ein Bestandteil der Ener-
  giewende. Denn etwa die Frage, wie viel
  Energie bei der Produktion pro erzeugtem
  Gut verbraucht wird oder wie effi zient sie
  dabei eingesetzt wird, spielt nicht nur auf

der Kostenseite eine Rolle. Der Energiever-

brauch von Fabriken hat direkte Auswir-

kungen auf die Planung neuer emissionsar-

mer oder -freier Kraftwerke respektive von

neuen Stromtrassen innerhalb der Energie-

wende. Energieeffi zienz ist dabei das große

Stichwort, das bei fast allen Ausstellern der

EMO-Messe in Hannover thematisiert wird

• das optimale Ergebnis für jedes Joule ein-
  gesetzter Energie beziehungsweise für jede
  Kilowattstunde verbrauchter elektrischer
  Energie.

Nachhaltigkeitskonzept "Blue

Competence“

Dabei habe man als Hersteller von Werk-

zeugmaschinen durchaus mit unrealisti-

schen politischen Vorgaben zu kämpfen, sagt

Schäfer. „Eine Werkzeugmaschine ist nur

bedingt mit anderen Gütern vergleichbar“,

sagt er. „Ein Kühlschrank ist eben immer

ein Kühlschrank. Egal wie er aussieht, seine

Funktion ist es, zu kühlen. Dabei ist der

Energieverbrauch hauptsächlich abhängig

von der Größe“, erklärt er. Eine Werkzeug-

maschine sei dagegen nicht so einfach in

Energieeffi zienzklassen wie A oder A Plus

einteilbar. „Der gleiche Automat kann im

Einsatz bei zwei verschiedenen Unterneh-

men ganz unterschiedlich viel Energie pro

Stück erzeugtem Gut verbrauchen. Wenn der

eine etwa Produkte aus Aluminium in einem

Zerspanungs-Automaten produziert und der

andere welche aus Titan, hat das eine Aus-

wirkung“, erläutert Schäfer. EU-Vorgaben,

die Werkzeugmaschinen entsprechend zu

kennzeichnen, griffen dementsprechend

nicht. Ganz konkret meint Schäfer damit die

Verordnungen zur Regelung von „Energy

Using Products“ oder „Energy Related Pro-

ducts“, die unter anderem für die Abschaf-

fung konventioneller Glühbirnen wegen

deren schlechter Energieeffi zienz sorgten.

Indes habe der VDW bereits im Jahr 2009

das Nachhaltigkeitskonzept „Blue Compe-

tence“ entwickelt, das seit dem Jahr 2011

vom VDMA, dem Verband Deutscher Ma-

schinen- und Anlagebau, für alle seine Mit-

glieder zur Verfügung gestellt werde. Neben

Energieeffi zienz umfasst dies auch den effi -

zienten Umgang mit Ressourcen sowie eine

grundsätzliche Nachhaltigkeit. „Das fängt

bereits mit der kalkulierten Lebensdauer

von Werkzeugmaschinen an“, sagt Schäfer.

Die seien für zehn bis 20 Jahre gebaut und

„lebenslang“ auf- und umrüstbar. Das mache

die „Fabrikroboter“ zu nachhaltigen Produk-

tionslösungen.

Zur optimalen Ausnutzung der einge-

setzten Energie trügen darüber hinaus etwa

Rekuperationslösungen innerhalb der Ma-

schinen bei – also Vorrichtungen, mit denen

sich Energie zurückgewinnen lässt. „Bei-

spielsweise bei Abbremsvorgängen lässt sich

Energie zurückgewinnen oder auch durch

intelligente Wärmetausch-Lösungen“, er-

klärt der Experte. So könne Abwärme, die

in einem Teil der Produktion entstehe, einem

anderen Teil, in dem sie benötigt wird, zuge-

führt werden.

„Energy Harvesting“ nennen die Exper-

ten diese Prozesse auch, also „Energieernte“.

Dabei können auch etwa die Umgebungs-

temperatur, ohnehin vorhandene Vibratio-

nen oder Luftströmungen genutzt werden,

um Energie beispielsweise für Sensoren zu

nutzen – und etwa auf zusätzliche Batterien

zu verzichten. „Beispielsweise an der Tech-

nischen Universität Darmstadt gibt es For-

schung dazu, wie die gesamte Fabrikation ef-

fi zienter werden kann“, erklärt Schäfer. Dort

ist unter dem Namen „Effi ziente Fabrik 4.0“

eine komplette ressourcen- und energieeffi -

ziente Forschungsfabrik entstanden, in der

auch Faktoren wie effi ziente Heizung des Ge-

bäudes und vieles mehr als Gesamtkonzept

zur Nachhaltigkeit „und damit zu Klima-,

Umweltschutz und gelingender Energiewen-

de“ erforscht wird, so Schäfer.

3D-Druck macht Leichtbau erst

möglich

Stichworte in der Praxis, die zu noch mehr

Nachhaltigkeit führen sollen, sind dabei

„Leichtbau“ und „Digitalisierung“. Auf der

EMO vom 16. bis 21. September in Hanno-

ver spielen diese Stichworte bei mehreren

Herstellern eine Rolle, erklärt eine Spre-

cherin des VDW. „Leichtbau ist elementarer

Bestandteil einer nachhaltigen Produktion.

Er beginnt bereits vor der eigentlichen Her-

stellung und zieht sich durch die gesamte

Wertschöpfungskette – vom Rohstoff bis

zum fertigen Bauteil“, erklärt sie.

Ein Beispiel ist die additive Fertigung –

3D-Druck. „3D-Druck macht Leichtbau an

vielen Stellen erst möglich und ist damit

auch eine wesentliche Voraussetzung für

Materialeffi zienz.“ Das bezieht sich dabei auf

die Produktion von Gütern ebenso wie auf

die Werkzeugmaschinen selbst. Beispiels-

weise könnten bereits im computergestütz-

ten Design Bauteile leichter und aus weniger

Einzelkomponenten konzipiert werden.

Bis zu zwei Drittel leichtere

Spannmittel

„Aber auch in den Maschinen selbst kön-

nen Teile, die viel in Bewegung sind, leichter

gefertigt werden, was dann weniger Energie

bedarf, um diese zu bewegen“, sagt Schäfer.

Hersteller von „Spannmitteln“ aus Carbon,

also umgangssprachlich „Halterungen“

beim Fräsen, Drehen oder Schleifen, sind

beispielsweise auf der EMO vertreten. Diese

Spannmittel, die bis zu zwei Drittel leichter

sind als Standardausfertigungen, entlasten

die Maschinen und helfen, Energie zu spa-

ren. Auch die Effi zienzsteigerung durch digi-

tale Analysesysteme – also mehr Digitalisie-

rung in der Produktion –, die etwa für den

optimalen Werkzeugeinsatz sorgen oder für

die optimalen Wartungsintervalle, leisten

ihren Beitrag zur Nachhaltigkeit und damit

von Seiten der Fabrikation zur gelingenden

Energiewende.

In einem globaleren Ansatz beschäftigt

sich auch die ebenfalls auf der EMO ausstel-

lende Wissenschaftliche Gesellschaft für

Produktionstechnik WGP mit solchen in-

telligenten – smarten – Lösungen. Von dort

kommt etwa der Vorschlag, besonders ener-

gieverbrauchende Maschinen und Vorrich-

tungen wie leistungsstarke Kompressoren

oder Härtungsöfen mit dem schwankenden

Angebot neuer Energieträger wie Wind und

Sonne zu synchronisieren – und sie nur zu

bestimmten Zeiten smart gesteuert hochzu-

fahren. Zusammengenommen ließe sich so

seitens der Industrie die Energiewende stem-

men, meinen die Experten.

Nachhaltig in die Energiewende

Aussagefähige Sensordaten sind eine Schlüsselkomponente für die. ressourcenschonende Verteilung von Strom. FOTO DEUTSCHE MESSE AG

„Eine Werkzeug-

maschine ist nicht

so einfach in

Energieeffi zienz-

klassen wie A oder

A Plus einteilbar.“