Die Produktion von Morgen

Die Digitalisierung der Produktion ist aktueller denn je und ein Megatrend für den deutschen Mittelstand. Dieser Trend entspricht zum einen den Anforderungen der Marktdynamisierung, zum anderen wird diese durch die neuen Möglichkeiten der Computer- und Netztechnik sowie der Datenverarbeitung und künstlichen Intelligenz wegweisend vorangetrieben.

18. Oktober 2019
Die  Produktion von  Morgen
In Sachen Smart Factory arbeitet Kjellberg im Industry Business Network mit. (© Kjellberg)

Den Herstellern stellt die ›4. Industrielle Revolution‹ deutliche Produktivitätssteigerungen bei gleichzeitig steigender Produktionskomplexität in Aussicht. Maschinen- und Anlagenhersteller wie Kjellberg Finsterwalde können ihren Kunden künftig schnellere Reaktionszeiten, vorhersehbare Wartungsmaßnahmen und E-Services sowie die Verbesserung des Aftersales bieten, um deren Zufriedenheit zu erhöhen. Mit Eröffnung des ›Kjellberg Competence Centre Plasma 4.0‹ (CCP) im September dieses Jahres wurde zahlreichen Partnern die Vernetzung am Beispiel der neuen Industrie-4.0-fähigen Plasmaschneidanlage ›Q‹ verdeutlicht. Neben dieser komplett neu entwickelten Anlagenreihe wurden auch bewährte Stromquellen der Hifocus- und Smart-Focus-Serie durch Einbinden der Smartbox, die in Zusammenarbeit mit dem Industry Business Network entwickelt wurde, im Competence Centre Plasma 4.0 implementiert. In der hauseigenen Kjellberg-Smart-Factory konnten Kunden und Besucher die Anwendungsvorteile und Mehrwerte zusätzlicher digitaler Services erstmals live sehen und miterleben.

Industrie-4.0-fähige Konzepte für den Mittelstand

Industrie 4.0 geht deutlich über eine Automatisierung 3.0 hinaus. Die Verknüpfung intelligenter Maschinen und Komponenten schafft Anlagensysteme, die direkt die Optimierung der Produktionsprozesse zur Folge haben. Prozesse werden zeitnah sichtbar und nachvollziehbar.

Die digitale Transformation einer mittelständischen Fertigung zur Smart Factory enthält viele Facetten. Aufgrund der Vielfältigkeit kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) unterscheiden sich eingesetzte Maschinen, Logistiksysteme, Produktionsprozesse und Softwarelösungen von Fabrik zu Fabrik. Grundlage der Smart Factory sind sogenannte Assets, die miteinander vernetzt werden. Das können Maschinen, Vorrichtungen oder Komponenten innerhalb einer Fabrik sein. Jedoch können auch weitere Bereiche des Unternehmens, wie die Gebäudesteuerung oder Zutrittskontrollen, und auch Prozesse außerhalb des eigenen Unternehmens, zum Beispiel Lieferanten, involviert sein. Das Ziel soll sein, wichtige Wettbewerbsfaktoren wie Flexibilität, Termintreue, Qualität bis hin zur Kundenzufriedenheit zu erhöhen und neue Geschäftsmodelle zu ermöglichen.

Schon heute Voraussetzungen für die Smart Factory schaffen

Bevor die Vorteile einer Smart Factory effektiv genutzt werden können, muss eine Computerisierung und Vernetzung aller Assets erfolgen. Moderne Maschinen besitzen in den meisten Fällen bereits ein digitales Steuerungssystem (beispielsweise SPS, CNC), das die Sensordaten ausliest und Aktoren ansteuert. In anderen Unternehmen werden hingegen noch Maschinen eingesetzt, die bereits Jahrzehnte einen guten Dienst verrichten, aber noch analog gesteuert werden. Mit passenden Retrofit-Lösungen kann eine Modernisierung erfolgen.

Aktuelles sehen, Vergangenes verstehen, Zukünftiges vorhersagen

Wenn die Voraussetzungen für eine Smart Factory im Unternehmen geschaffen wurden, zeigen sich erste Mehrwerte bereits durch das jederzeit aktuelle, digitale Abbild der Fertigung. So werden dem Fabrikbetreiber auf einen Blick beispielsweise anstehende Wartungstermine seiner Maschinen angezeigt. Die bisher nötige Zusammenführung von Einzeldaten und die manuelle Verwaltung bleiben ihm damit erspart. Durch geschickte Planung und Zusammenlegung der Wartungen können unnötige Produktionsstillstände bereits vorausschauend vermieden werden.

Mit der Fähigkeit, die Produktion zu analysieren und gesicherte Vorhersagen zu treffen, lassen sich so erhebliche Effizienzgewinne erzielen. Unternehmen sind damit in der Lage, Entscheidungen rechtzeitig zu treffen oder nötige Reaktionsmaßnahmen vorausschauend einzuleiten. So kann zum Beispiel anhand des aktuellen Verbrauchs der Zeitpunkt für eine erforderliche Gaslieferung bestimmt oder der Endkunde frühzeitig über eine mögliche Verzögerung der Lieferung hingewiesen werden.

In der Smart Factory werden künftig sich selbst organisierende Maschinen das Ressourcenmanagement optimieren. Je nach Maschinenkomplexität und Verfügbarkeit können bei einem Ausfall beispielsweise automatisch eine Reparatur angefordert, der Produktionsprozess auf andere Maschinen verlagert und eine Veränderung der Produktionsreihenfolge vorgeschlagen oder direkt vorgenommen werden.

Somit bietet eine intelligente, herstellerübergreifende Vernetzung der Fertigung eine bisher nicht vorhandene Transparenz und bildet damit die Grundlage, um effizient zu produzieren, Ressourcen zu sparen und das Unternehmen zukunftsfähig aufzustellen.

Vernetzung am Beispiel der Plasmaschneidanlage Q 3000

Um neue und auch ältere Maschinen ohne großen Implementierungsaufwand zukünftig direkt in eine Smart Factory einbinden zu können, sind deren Konnektivität und die digitale Datenverfügbarkeit eine essenzielle Grundvoraussetzung.

Plasmaschneidanlagen gestatten in Verbindung mit einer CNC-Brennschneidmaschine und entsprechenden Absauganlagen das Schneiden von Metallen im Blechdickenbereich von 0,5 bis 160 Millimetern. Moderne Plasmaschneidmaschinen stehen für hohe Schneidgeschwindigkeiten und einen nahezu nachbearbeitungsfreien Schnitt. Neben den Anlagenkosten und den Kosten für die Verschleißteile sind vor allem die Schnittqualität und die Schneidgeschwindigkeit wichtige Produktdifferenzierungsmerkmale. Bei der neuen Q-Serie werden diese durch digitale Eigenschaftsfelder erheblich erweitert.

So sind bei der Q 3000 sowohl die Maschine als auch die Gasbox und die Brenneranschlusseinheit mit Micro-Controllern ausgerüstet, die sich gegenseitig identifizieren und Prozess- als auch Zustandskennzahlen für die zentrale Steuerung bereitstellen. Diese verwendet die Daten in einem Modell für interne Analysen und hinterlegt die Anlageninformationen in einer Datenbank. Die Steuerung berechnet unter anderem die Restlebensdauer elektrischer Bauteile und der Plasmaanlage, kumuliert den Strom- und Gasverbrauch und kann auf mögliche Fehlbedienungen schließen. Die Informationen werden entweder (in geringerem Umfang) über Ethercat an die CNC-Maschine weitergegeben oder können über Ethernet aus dem Netz abgerufen werden. Hierbei wurden drei Kommunikationsebenen konzipiert.

Die Bedienerschnittstelle unterstützt den Menschen an der Maschine. Die relevanten Daten werden durch eine Web-Applikation bereitgestellt, die über verschiedene Endgeräte, wie ein Tablet, PC oder Handy, mit einem Webbrowser sichtbar sind. Unter anderem werden Parametersätze unterschiedlichen Schneidaufgaben zugewiesen und die hierfür zu bestückenden Verschleißteile eindeutig benannt und visualisiert. In der Web-Applikation sind weiterhin die Betriebsdokumente und Videos zur Fehlerbehebung sowie Wartungs- und Bedienungsanleitungen hinterlegt und mit Fehlermeldungen der Maschine verknüpft.

Der Strom- und Gasverbrauch kann mittels einer Kalenderfunktion visualisiert nachvollzogen werden.

Die Informationen werden dem Maschinennetz zur Verfügung gestellt, um dort Angaben zum Wartungszustand als auch zur Restlebensdauer der CNC-Brennschneidmaschine in die Predictive-Maintenance-Funktionen der Gesamtanlage zu integrieren. Andererseits können Zustandsdaten direkt zur Ansteuerung anderer Systeme wie der Absaugmaschinen oder Lüftungsanlagen dienen. Letztlich können dem Strom- und Gasverbrauch eindeutig Kostenstellen oder Produkte zugeordnet werden, was ein präziseres Monitoring der Maschinen- (Total Cost of Ownership) und der produktbezogenen Herstellkosten ermöglicht.

Grundlage der Smart Factory sind sogenannte Assets, die miteinander vernetzt werden.

Schließlich kann mit einem in der Maschine integrierten Industrie-Router und mit ausdrücklicher Zustimmung des Anlagenbetreibers eine Verbindung mit dem Kundendienst des Maschinenherstellers aufgebaut werden. Dieser hat online und ohne zusätzliche Reisekosten die Möglichkeiten:

  • mit dem Kundendienst gemeinsam den Prozess oder die Funktionen der Maschine zu monitoren,
  • auftretende Anwendungsprobleme bis in die interne Kommunikation der Plasmaschneidanlage zu analysieren und Anpassungen vorzunehmen,
  • den Softwarestatus zu aktualisieren, um zum Beispiel mit Software-Updates neue Hilfe-Videos und Tutorials oder Parameteranpassungen zur Verlängerung der Lebensdauer von Verschleißteilen zu installieren.

Keine Angst vor Industrie 4.0!

Besonders Mittelständler haben immer noch viel Angst vor der Einführung der Smart Factory – eine Angst, die verständlich, aber nicht (mehr) begründet ist. Immer mehr Maschinen- und Komponentenhersteller wie Kjellberg Finsterwalde, aber auch Vereinigungen wie Industry Business Network stehen Hilfesuchenden mit Rat und Tat zur Seite.

Zahlen & Fakten

Kjellberg Finsterwalde ist wohl der älteste Hersteller von Plasmaschneidmaschinen. Gegründet wurde das Unternehmen 1922 von Oscar Kjellberg, Erfinder der ummantelten Stabelektrode. Im Jahre 1959 begann Kjellberg Finsterwalde mit der Entwicklung von Plasmaschneidtechnik. 1962 wurde dann in Zusammenarbeit mit Manfred von Ardenne das Plasma-Feinstrahlschneiden zum Patent angemeldet.

Schweisstec Halle 5, Stand 5511

Erschienen in Ausgabe: 06/2019
Seite: 146 bis 149