Eine Publikation der Binkert Medien AG
Ausgabe 09/2017, 14.09.2017

Wenn digitale Träume wahr werden

Die digitale Transformation in der Metallbearbeitung hat einen ersten Höhepunkt erreicht: Noch nie gab es auf einer Weltleitmesse wie der EMO Hannover so viele konkrete Lösungen zu sehen, wie es in diesem Jahr der Fall sein wird. Die «Technische Rundschau» versucht einen Überblick zu diesem komplexen und mittlerweile auch verwirrenden Thema.

Autor: Wolfgang Pittrich

Die Werkzeugmaschine gilt als «Mutter aller Maschinen». Mutti hat nun Nachwuchs bekommen, der sich anschickt, die grossen Werkzeugmaschinenschwestern und -brüder mit viel Geschrei und aufmerksamkeitsheischenden Aktionen an die Wand zu spielen. Die digitalen Zwillinge, nennen wir sie einfach so, beanspruchen sehr viel Platz im grossen Haus der Metallbearbeitungsfamilie. Überall lassen sie ihre Spielsachen wie «Connectivity», «Smart Factory», «Cloud», «IoT» oder «Big Data» herumliegen und machen es für Freunde zu einem Hindernislauf, die anderen Geschwister zu besuchen. Aber Mutti liebt ihre Zwillinge.

«Die EMO Hannover 2017 ist die erste Messe, die umfangreiche Vernetzungslösungen und die direkte Umsetzung in produktionstechnische Anwendungen zeigt» sagt Wilfried Schäfer, Geschäftsführer des EMO-Veranstalters VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken). «Nicht nur Software und Simulation sind gefragt, sondern der harte Praxistest für die Funktionsfähigkeit in der Produktion. Auf der EMO wird dargestellt, wie es funktioniert und wie der vielerwartete Produktivitätsschub tatsächlich erreicht wird.»

«Produktivitätsschub» ist das richtige Stichwort, denn genau darum geht es bei der digitalen Transformation. Nicht wenige Anwender und Hersteller erwarten von Vernetzung & Co. einen deutlich verbesserten Workflow bis hin zur selbstorganisierenden Fabrik. Wie so etwas aussehen kann, demonstrieren unter anderem die Grob-Werke, DE-Mindelheim, mit ihrem Bedienkonzept «Grob4Pilot» (EMO Halle 12, Stand B04). Eine multifunktionale Bedienoberfläche auf der CNC-Steuerung (HMI) soll in Kombination mit speziellen Apps für eine intuitive, also fehlerminimierte Maschinenbedienung sorgen; inklusive papierlose Produktion. «Durch revolutionäre Eingabegeräte wird der Maschinenbediener bei Benutzerführung und Steuerung eine neue Ebene wahrnehmen», bemerkt dazu Markus Frank, Abteilungsleiter Grob-Net4Industry. «Das neuartige Produkt Grob4Pilot wurde in Kooperationen mit Anwendungstechnikern, Werkern, Designern und Softwareingenieuren gemeinsam entwickelt. Die Entwicklung stand unter dem Motto Usability meets Efficiency.»

Bereits die Diktion der Aussage macht deutlich: Die Zukunft der Werkzeugmaschine hat mit simplen technischen Parametern wie Verfahrwegen, Drehzahl, Beschleunigung und Span-zu-Span-Zeiten immer weniger zu tun. Gefordert ist vielmehr die teamübergreifend Zusammenarbeit von Ingenieuren, Mathematikern und technisch orientierten Informatikern, um die von Werkzeugmaschinen, Werkzeugen und Peripheriegeräten erhobenen Daten für die Produktion fit zu machen.

Die Wissenschaftler des Werkzeugmaschinenlabors der RWTH Aachen, deren Interesse eigentlich der Hardware­seite gilt, beobachten den Trend hin zu Big Data schon lange: «Wir stellen fest, dass interdisziplinäre Teams im Kontext der modellbasierten echtzeitnahen Datenverarbeitung nicht länger nur optional sind», bemerkt Michael Königs vom WZL. «Vielmehr führt zukünftig kein Weg an dieser Zusammenarbeit vorbei. Erst durch die Verknüpfung und das Zusammenbringen von Methoden und Modellen aus unterschiedlichen Fachbereichen kann das erhebliche Potenzial, das mit der Datenauswertung verbunden ist, erschlossen werden.» Seiner Meinung nach gab es zwar schon immer interdisziplinäre Ansätze, diese werden jedoch zukünftig noch stärker an Bedeutung gewinnen.

Das sehen auch viele Aussteller auf der EMO Hannover so. Eine Recherche des VDW ergab, dass auf den Internetseiten der Messe rund 1000 Einträge aufpoppen, wenn Stichworte wie Industrie 4.0, digitale Transformation, Digitalisierung und Vernetzung eingegeben werden. «Es zeigt» sagt Wilfried Schäfer, «dass viele Unternehmen bei diesem Megathema dabei sein wollen, allerdings, davon bin ich überzeugt, mit sehr unterschiedlichen Angeboten.»

Auffällig ist, dass Software und App bei fast allen Produzenten zu einem beherrschenden Thema geworden sind, meist in Verbindung mit oder Anbindung an Smartphones oder Tablets. Vor allem die Datenerhebung und -auswertung mit Zielrichtung Condition Monitoring und Predictive Maintenance, also vorausschauende Instandhaltung, spielt eine grosse Rolle.

Speziell Peripherieanbieter wie Steuerungs- oder Komponentenhersteller wittern ihre grosse Chance, sich als Mittler zwischen den Welten unentbehrlich zu machen. Nicht zu unrecht. Denn auf der einen Seite sind es oftmals ihre Produkte, die verschleissbedingt eine Werkzeugmaschine zum überraschenden Stillstand zwingen. Auf der anderen Seite verfügen sie aufgrund ihrer langjährigen Erfahrung über genügend Wissen, die erhobenen Daten so auszuwerten, dass eine vorausschauende Wartung problemlos durchführbar ist.

Beispielsweise zeigt der Wälz- und Gleitlagerspezialist Schaeffler Technologies AG zur EMO (Halle 7, Stand C42) den Prototyp eines Mehrkanal-Condition-Monitoring-Systems (CMS). Damit soll die Zustandsanalyse und -prognose kompletter Werkzeugmaschinen, insbesondere der Hauptspindel, der Vorschubachsenführungen und der Rundachsen realisierbar sein.

Einen Schritt weiter geht Bosch Rexroth mit seiner Fragestellung: Wie können Maschinenbauer die Overal Equipment Effectiveness (OEE) steigern und gezielt Datenanalysen für Entwicklung, Vertrieb und Service nutzen? Antworten darauf zeigt das Unternehmen in Hannover (Halle 25, Stand D94) in einem «i4.0-Showcase», der unter anderem zwei Messemaschinen und eine Produktivanlage des Rundtaktmaschinenherstellers Pfiffner vernetzt.

Dabei betrachtet man nicht nur die elektrischen Komponenten, sondern auch Hydraulik und Lineartechnik. Massgebliche Software für die zustandsbasierte Überwachung und Wartung bilden der neue Data-Analytics-Server (DAS) und das IoT-Gateway. Die Verbindung zur Bosch-IoT-Cloud erlaubt gleichzeitig den standortübergreifenden Datentausch und die Maschinenüberwachung. Wobei wir zwangsläufig bei der Datencloud gelandet sind. Denn alle gesammelten Daten nützen nichts, wenn sie nicht gehortet und ausgewertet werden können.

Allerdings tun sich vor allem die KMU auf Anwenderseite mit dem Schritt in die virtuelle Welt schwer. Zu gross ist die Angst vor Datenklau. Eine Furcht, die Alexander Epple, Oberingenieur am WZL in Aachen, nachvollziehen kann: «Generell bemerken wir eine gewisse Skepsis, Daten zentral in einem Cloudsystem zu speichern.» Oft, so seine Meinung, können auch schlankere Lösungen zum Ziel führen: «Es gibt aber auch Möglichkeiten einer lokalen Firmencloud. Selbst die Datenauswertung direkt an nur einem lokalen Maschinensystem kann schon grosse Potenziale in der Produktivitätssteigerung bieten.»

Trotzdem wird bei grossen Datenmengen die Cloud als Aufbewahrungsort erste Wahl bleiben. Wobei sich die Experten eigentlich einig sind, dass nur eine gezielte Speicherung von ausgewählten Daten Sinn macht. Einen sehr speziellen Weg verfolgt der Softwareriese SAP mit dem «Machine Manufacturing Analytics». Bei diesem Verfahren werden Echtzeitdaten von verschiedenen Echtzeitvariablen am Steuerungszyklus der Werkzeugmaschine mit einer Takt­rate von 1 msec/1KHz kontinuierlich aufgenommen. Diese Daten puffert man in einem sogenannten «Big Data Client» (BDC). Von dort fliessen sie in smarte Diagnosetools ein, die es laut SAP erlauben, beispielsweise Prozessentwicklungszeiten drastisch zu verkürzen.

Die Wissenschaftler des WZL waren in verschiedene SAP-Projekte involviert. Und, sie waren angetan, wie Oberingenieuer Epple bestätigt: «Die Ergebnisse haben uns selbst überrascht. So konnten wir bei einem deutschen Automobilisten mit SAP im Powertrain-Bereich die Produktivität um 30 Prozent steigern und die Ausschussrate erheblich reduzieren. Im Aerospace-Bereich konnten wir die Produktivität ebenfalls um fast 30 Prozent steigern, bei einem deutschen Grossmaschinenhersteller sogar um fast 150 Prozent.»

Auch die Siemens AG (Halle 25, Stand D60), die mit ihren Steuerungs- und Antriebslösungen und Softwareprodukten immer schon nahe an der Werkzeugmaschine war und ist, möchte sich vom Daten- und Cloud-Kuchen ein schönes Stückchen sichern. Das Selbstverständnis, mit der die Sache angegangen wird, verdeutlicht Wolfgang Heuring, CEO der Siemens Business Unit Motion Control: «Siemens ist der weltweit führende und einzige Anbieter von integrierten Software- und Hardwarelösungen für jede Phase der Wertschöpfung beim Bau wie bei der Anwendung von Werkzeugmaschinen. Damit ermöglicht Siemens die digitale Durchdringung und Neukonzeption ganzer Wertschöpfungsketten in der Werkzeugmaschinenindustrie.»

Als besonderes Messe-Highlight zeigt man laut Heuring, «welche Möglichkeiten die Digitalisierung durch die Anbindung an das cloudbasierte, offene IoT-Betriebssystem Mind­Sphere von Siemens bietet». Dazu werden rund 200 auf der EMO ausgestellte Werkzeugmaschinen mittels «Manage MyMachines»-App an die MindSphere-Cloud angebunden. «Mit Manage MyMachines», erläutert Wolfgang Heuring, «erhält der Maschinenbetreiber Cloud-basiert einen Überblick über wichtige Daten und Betriebszustände seiner Maschine. Durch die erhaltene Transparenz kann er kurzfristig reagieren und seine Produktion optimieren.»

Jenseits der grossen Software- und Peripherieanbieter kümmern sich natürlich auch alle etablierten und namhaften Werkzeugmaschinenhersteller um das Thema digitale Transformation. Im Prinzip geht es meist darum, bedienerfreundliche Steuerungsoberflächen zur Verfügung zu stellen, die sich über Apps einfach auf die Anwenderanforderungen massschneidern lassen (Stichwort: «Usability»). Ausserdem sollen die erhobenen Daten im Rahmen der «Smart Factory» zu einer optimierten Produktion verhelfen; wobei der Datentransfer möglichst in Echtzeit ablaufen soll. Woher die Daten letztendlich kommen, also aus der Cloud oder ortsnah vom heimischen PC, bleibt dem Anwender überlassen.

Vor allem die deutschen Werkzeugmaschinenhersteller forcieren die Geschäftsmodelle mit den digitalen Produkten. «Wenn es gelingt, als Hersteller selbst tragfähige Geschäftsmodelle mit der Datenanalyse zu entwickeln und anzubieten», sagt VDW-Geschäftsführer Schäfer, «können sich die Deutschen einen weiteren Wettbewerbsvorteil erarbeiten. Basis dafür ist die Lösungskompetenz und damit das Know-how über Maschine und Prozess.»

Stärkste Wettbewerber in diesem Wettlauf sind die Japaner. Seit ihrer CNC-Offensive Anfang der 1980-er Jahre haben sich die grossen Werkzeugmaschinenanbieter softwareseitig nicht mehr so engagiert, wie sie es aktuell bei der digitalen Transformation machen. Egal ob Okuma (siehe auch Artikel auf Seite 20), Yamazaki Mazak (Halle 27, Stand B56) oder DMG Mori (Halle 2, Stand A21): Sie alle setzen auf das «Internet of Things» (IoT) als japanisches Pedant zu Industrie 4.0. Manche gehen sogar noch weiter. So spricht Toyoda (Halle 27, Stand E70) mit dem «Internet of Everything» (IoE) gleichzeitig Grossunternehmen wie auch KMU an und schnürt dazu sein «Everything»-Angebot.

Für den unbedarften EMO-Besucher könnte es schwierig werden, sich im Durcheinander der Daten zurechtzufinden. Denn jenseits der Werkzeugmaschinen- und Peripheriehersteller bieten auch die Präzisionswerkzeugeanbieter und die Messmittelhersteller eine Fülle an digitalen Lösungen. Eine erste Orientierung auf der EMO könnte daher die Industrie-4.0-Arena in Halle 25 bieten. Dort präsentieren annähernd 40 Unternehmen ihre Lösungen zur smarten Fabrik.

Und, wie geht es weiter? Wilfried Schäfer vom VDW sieht noch Optimierungsbedarf: «Im Moment sehe ich drei grosse Herausforderungen: erstens die Entwicklung durchgängiger offener Standards, mit denen Lösungen weltweit über alle Technologien innerhalb eines Produktionsprozesses umgesetzt werden können. Zweitens die Entwicklung tragfähiger Geschäftsmodelle, die von den Kunden bezahlt werden. Und drittens die notwendige Änderung in den Köpfen, dass das Teilen von Informationen weiterbringt als das Horten.» Die Mutter aller Maschinen wird also noch länger an ihren digitalen Zwillingen ihre grosse Freude haben.




Eva-Eliane Tammena, Leiterin Kommunikation, Swissmechanic.

Fünf Fragen an Eva-Eliane Tammena, Swissmechanic

«Finanzierung der Digitalisierung ist fraglich»

Die digitale Transformation ist in aller Munde. Wie positioniert sich Swissmechanic als KMU-Verband in dieser Frage?

Die digitale Transformation wird den Wertschöpfungsprozess, Produkte und Dienstleistungen und die Interaktion mit den Kunden auch für die KMU komplett verändern. Das Schlagwort «disruptiv» trifft den Trend der Digitalisierung auf den Punkt. Die Bedeutung an sich wird bei Swissmechanic nicht mehr diskutiert, über 70 Prozent unserer Mitglieder beabsichtigen hier zu investieren. Die Frage ist eher, was und wie konkret umgesetzt werden kann. Es geht also um die Implementierung.

Welche Besonderheiten sollten dabei speziell in der Schweiz beachtet werden?

Swissmechanic und Mitglieder von uns, beispielsweise die Berhalter AG, unterstützen schon länger ein Digitalisierungsprojekt der FHSG mit Professor Peter Jaeschke und weiteren Hochschulen im Rahmen des Forschungsprojekts «Nutzenbasierter Digitalisierungsnavigator» als Teilprojekt des IBH-Lab «KMUdigital» der Internationalen Bodensee-Hochschule. Dieses Praxisprojekt und auch viele Umfragen, die Swissmechanic zu diesem Thema bisher durchgeführt hat, zeigen eigentlich nur eines: Es gibt – leider – kein Einheitsrezept der Digitalisierung. Jeder Betrieb ist einzigartig und hat individuelle Kernkompetenzen und Möglichkeiten und eben nur ein gewisses Budget, aufgrund der weggeschmolzenen Margen.

Apropos Budget: Um die digitale Transformation umzusetzen, müsste jetzt in neueste Produktionsmittel investiert werden. Sind die Schweizer KMU dazu überhaupt in der Lage?

Dieser Frage sind wir in unserer jüngsten Umfrage nachgegangen. Schon seit der Finanzkrise 2008 und dann verstärkt im Jahr 2015 hatte die Industrie mit dem starken Franken zu kämpfen. Seither gibt es ein Margenproblem für exportorientierte KMU, da sie zum Weltmarktpreis verkaufen müssen. Für viele bedeutete dies: Der Maschinenpark wurde zwar nicht erneuert, die Kapitalreserven dennoch abgebaut und auch keine neuen Investitionsreserven aufgebaut. Das ist gerade für viele kleine Firmen kein gewollter Investitionsaufschub, sondern ein Investitionsloch und ein Riesenproblem.

Eines ist sicher: Die Digitalisierung wird zunächst Geld kosten.

Und dafür braucht es liquide Mittel, welche bei einem Teil unserer Mitglieder nicht mehr vorhanden sind. Ein erfolgreicher Kreditantrag verlangt langjährig gute Geschäftsberichte, moderne Infrastruktur, Sicherheiten und zukunftsorientierte Geschäftsmodelle. Über 27 Prozent der Unternehmen erhalten deshalb keine Kredite mehr und über 26 Prozent möchten sich dazu nicht äussern. Die Finanzierung der Digitalisierung ist aber grundlegende Bedingung der Umsetzung.

Welche Herausforderung sehen Sie sonst noch auf dem Weg in Richtung «blühende digitale Landschaften»?

Es braucht einen langfristigen Aufschwung für die Rekonvaleszenz der KMU. Gerade mal sechs Monate Aufschwung, der jedoch längst nicht in allen Branchen und Unternehmensgrössen ankommt, reicht nicht. Auf unserem Business Day am 14. September sind Industrie 4.0, Innovation, Umsetzung und eben Finanzierung der Digitalisierung die Themen. Neben der Produktivität und den Bedingungen des Standorts Schweiz sieht Swissmechanic dies als zentrale Herausforderungen.

Meine Meinung

Dem altgedienten Werkzeugmaschinenfreak bricht das Herz. Wo sind sie hin, die Fabelzeiten mit 100 m/min Eilgang oder 10 m/s2 Beschleunigung? Wer fragt noch nach der Span-zu-Span-Zeit unter 3s, die früher jedem Bediener ein respektvolles Zungenschnalzen entlockt hat? Vorbei und vergessen. Heute sind Usability, Apps, Gateways oder Digitalization gefragt. Wahrscheinlich zurecht. Denn die Werkzeugmaschine als solches scheint ausgereizt. Nur noch die Verknüpfung produktionsrelevanter Daten wie Verbrauch, Verschleiss oder Ausfallzeit über ausgeklügelte Algorithmen versprechen einen deutlichen Produktivitätsschub. Falls Sie also die EMO in Hannover besuchen: Sich über die digitalen Angebote der Hersteller zu informieren, ist ein Muss, denn es ist die Zukunft. Und sollten sie noch Zeit haben: Die sperrigen Dinger, die auf vielen Messeständen stehen, sind Werkzeugmaschinen. Auch dort lohnt sich ein Blick.
Wolfgang Pittrich, Redaktion Technische Rundschau