Automatisierung

Mit Automatisierung zu Industrie 4.0

Automatisierung und Industrie 4.0 hängen eng zusammen. Das Konzept des von Deutschland angeregten vierten Industriezeitalters scheint deshalb eine logische Fortsetzung in Automatisierungsmassnahmen der Industrie zu sein. Wie und wo der Automatisierungszug hinfahren wird, zeigten Statements und Fakten einiger Hersteller für Automatisierungskomponenten.

Roboter sind das typische Kennzeichen für Automation.

 Der Weg in die Zukunft hat bereits begonnen. Um die industrielle Wertschöpfung zu steigern, arbeitet die Industrie mit Hochdruck daran, die nächste Stufe der industriellen Fertigung zu verwirklichen. In Deutschland geschieht dies unter der Überschrift "Industrie 4.0". In anderen europäischen Ländern, in den USA, in Japan und vielen anderen Ländern gibt es ähnliche Initiativen, um der jeweils massgeschneiderten industriellen Zukunft den Weg zu ebnen. Damit soll in den nächsten 15 bis 20 Jahren ein Paradigmenwechsel einhergehen, der dann durchaus als die vierte industrielle Revolution bezeichnet werden kann. Das Endergebnis wird zwar aus heutiger Sicht revolutionär sein, doch letztlich handelt es sich um eine Vielzahl von evolutionären Entwicklungsschritten, die im erheblichen Mass über bestehende Automatisierungs- und IT-Komponenten führt.

 Experten rechnen damit, dass die neuen Fertigungsverfahren zu einer Produktivitätssteigerung der Industrie von 30 Prozent führen werden. Letztlich steht die Entwicklung für eine massive Ausweitung der Automatisierung, die smarter sein wird, als wir es heute selbst von modernen Produktionsanlagen wie beispielsweise in der Automobilindustrie kennen.

Auch ohne Roboter laufen Anlagen hochgradig auto- matisiert.    Bild: Siemens

 Wie die smarte Fabrik der Zukunft allerdings im Detail aussehen wird, kann heute noch niemand sagen. Aber sind bereits in zahlreichen automatisierten Fabriken Bauteile, Werkzeuge, Maschinen und Fördereinrichtungen mit Sensoren und Kommunikationssystemen ausgestattet, die in jeder Sekunde z.B. Tausende von Daten untereinander austauschen und auswerten, um schnell und effizient Güter herzustellen. „Auch wenn Anlagen und Maschinen eines Tages sich sehr viel selbständiger organisieren können, müssen Produktionsprozesse dennoch übergeordnet gemanagt werden, um z. B. Kosten-, Zeit- und Umweltziele vorgeben zu können.“, erklärt Prof. Dr.-Ing- Dieter Wegener, der bei Siemens in Deutschland das Industrie 4.0-Office leitet. Lange vor der Entstehung des Schlagwortes Industrie 4.0 hat Siemens die Weichen für die Digitalisierung von Unternehmen gestellt.

 Die USA gelten zwar noch stets als das Land des Internets, aber hochstehende Industrienationen wie Deutschland, Frankreich, die Schweiz und Japan sind bereits die stärksten Automatisierer und haben die beste Maschinenbaulandschaft. Jetzt geht es darum, wer am besten mit den Unmengen von Daten umgehen kann, die in den Anlagen generiert werden und wer diese Anlagen am besten miteinander vernetzt.

 Professor Jay Lee vom Cooperative Research Center on Intelligent Maintenance Systems (IMS-Center) an der University von Cincinnati/USA weist darauf hin, dass je nach Stand der Industrialisierung die Unternehmen in den westlichen Volkwirtschaften unterschiedlich vorgehen, um die Fertigung der Zukunft umzusetzen: In Deutschland gehen die grossen und mittelständischen Unternehmen von den Produktionsprozessen aus, die in Zukunft immer stärker vernetzt werden. Sie bedienen sich neuer Automatisierungslösungen, um ihre Produktivität zu steigern und international wettbewerbsfähig zu halten. Dagegen haben die USA und viele andere westlichen Industrieländer in den vergangenen Jahrzehnten Produktionskapazitäten abgebaut und beginnen jetzt diese erst wieder aufzubauen. Hier sind vor allem die grossen IT-Unternehmen die Treiber der Entwicklung, um Produktionsprozesse stärker miteinander zu vernetzen.

 Ungebrochener Trend zur Automatisierung beflügelt Roboter-Hersteller

 „Die Kapazitätsauslastung in der Industrie unterliegt in den letzten Jahren stärkeren Schwankungen“, meint Dr. Joachim Strobel, Manager Sales Channels bei der KUKA Roboter. „Die ʹatmende Fabrikʹ passt sich diesen Schwankungen an. Dabei spielen Roboter an den Maschinen eine wichtige Rolle. Roboter haben es Industriebetrieben ermöglicht, bei sehr guter Auftragslage eine mannlose dritte Schicht an Werkzeugmaschinen einzurichten. Umgekehrt schützt der Robotereinsatz bei schwacher Kapazitätsauslastung die Stammbelegschaft.“

Es gibt in der Industrie noch kaum Produktionsbetriebe ohne die typischen Knickarm-Roboter.   Bild: Kuka

Der anhaltende Trend zur Automatisierung hat in jüngster Vergangenheit vor allem den Robotik- und Automatisierungstechnik-Herstellern ein starkes Wachstum beschert. Vielerorts stieg der Auftragsbestand auf ein Rekordniveau. Auch beim Augsburger Robotik-Spezialisten KUKA  AG. Mit Blick auf die noch laufende Übernahme der Swisslog Holding AG ist Kuka überzeugt, dass der positive Trend noch eine Weile anhalten wird.  

 Durch den Zusammenschluss von Kuka und Swisslog soll ein globaler Anbieter integrierter Automationslösungen für eine Vielzahl von Branchen mit einem konsolidierten Pro-forma-Umsatz von 2,3 Milliarden Euro entstehen. Dabei soll Swisslog als Marke erhalten bleiben und als eigene Sparte im Kuka-Konzern fortgeführt werden.

 Die Portfolien der beiden Unternehmen ergänzen sich. Kuka beliefert vornehmlich Kunden in der Automobilindustrie sowie zunehmend auch in anderen Branchen, wie z.B. der Luftfahrtindustrie oder dem Werkzeugmaschinenbau. Die Schweizer bieten Automatisierungslösungen für Krankenhäuser, Lager- und Verteilzentren an mit einem Fokus auf den Segmenten Handel inklusive eCommerce, Pharma und Nahrungsmittel im Kühl- und Tiefkühlbereich.

 Auch beim Logistikautomation- Spezialisten Swisslog …

 … scheint sich der angesprochene Automatisierungstrend in der Industrie abzuzeichnen. Swisslog hat weltweit bereits 35 "AutoStore"-Projekte umgesetzt und investiert weiter in Verbesserungen der Gesamtsystemleistung für Kunden. Ihr 1000ste AutoStore-Roboter ging erst kürzlich an die Firma Competec, IT-Händler aus der Schweiz, deren bestehendes, ebenfalls von Swisslog installiertes, AutoStore-Logistikzentrum in Willisau im Kanton Luzern erweitert wurde. „Damit haben wir einen wichtigen Meilenstein erreicht, der das Tempo unterstreicht, mit dem der Markt AutoStore als innovative Logistiklösung akzeptiert“, sagt Michael Heidu, Produktmanager bei Swisslog.

Ein hoch automatisiertes Hochregallager.

 AutoStore ist ein Kompaktlagersystem für Kleinteile, das auf der Konstruktion eines gassenlosen Aluminiumrasters beruht. Hier werden mit Ware bestückte Kunststoffbehälter übereinandergestapelt. Autonome Roboter greifen auf der Oberseite des Rasters auf diese Behälter bei Bedarf zu, um die Ware zu Kommissionierarbeitsplätzen und wieder zurück ins Lager zu transportieren. Das Kompaktlagersystem lässt sich nahtlos in alle vorhandenen Geschäftsprozesse eines Kunden integrieren.

 Als Bestandteil des Click&Pick-Portfolios von Swisslog, das eine besondere Eignung für die Logistik im schnelllebigen E-Commerce repräsentiert, ist AutoStore extrem flexibel und skalierbar. Hohe Pickraten können durch intelligente Lagerung – Schnelldreher in oberen Behältern, Langsamdreher in unteren – in Kombination mit Hochgeschwindigkeits-Arbeitsplätzen garantiert werden. Ein besonderer Mehrwert ergibt sich durch die Integration von AutoStore im Swisslog-Warehouse Management-System "WM 6". Auch bei IT-Händler Competec beweist sich das AutoStore-System in einem Geschäft, das grösstenteils vom eCommerce geprägt ist.

 Robotereinsatz für die Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen-Industrie

  Der Einsatz von Robotern ist bei allen Herstellern von Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen weit verbreitet. Mit 53% setzt bereits mehr als jeder zweiter dieser Maschinenbauer Roboter an den Maschinen ein. Die Maschinenbauer planen über dies, in nächster Zukunft mehr als die Hälfte der Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen mit Robotern auszurüsten. Diese Steigerung ist sehr dynamisch und stellt die geplante Ausdehnung der Produktion von Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen in den Schatten.

 Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen mit Robotern ausgerüstet erhöhen also überdurchschnittlich ihren Anteil an allen Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen. Und so begründen Hersteller dieser Maschinen-Spezi den Einsatz von Robotern, wobei sie das entsprechende Engineering selbst betreiben:

• „Die Flexibilität bei Verpackungsmaschinen, um  auf Kundenanforderungen eingehen zu können.“

Sehr hohe Flexibilität zu haben – die Maschinen haben Lebenszyklen von 10-12 Jahren, aber die Produktformen und Vielfalt ändern sich laufend mit dem Marketing – ist existenziell.

• „Wir als Robotik- und Automatisierungs-Spezialist können genau bei den Nahrungsmittelmaschinen das bauen und programmieren, was die Kundenanforderung ausmachen - Flexibilität in Hinsicht auf Produkte, Handling.“

 Trends in der mobilen Automatisierung

 Die Anforderungen an moderne Nutzfahrzeuge steigen. Mehr Funktionalitäten, gestiegene Effizienzansprüche und hohe Qualität des Arbeitsvorganges erfordern ein leistungsstarkes und skalierbares Automatisierungssystem.

Automatisierungskomponenten findet man vor allem im elektronischen Bereich.     Bild: B&R

 Die Schweizer B&R Industrieautomation AG in Frauenfeld ist als Technologiepartner in der Automatisierungswelt sehr kundennah aufgestellt. Das Unternehmen erkennt sicher und schnell die Trends in der Branche und hat seine Innovationskraft im Sinne der Kunden bestmöglich ausgerichtet. B& bietet seit Jahrzehnten erfolgreich Lösungen für die industrielle Automatisierung an – auch in der mobilen Automatisierung. Und durch die internationale Präsenz des Unternehmens steht in den Zielmärkten und Produktionsbetrieben stets regionaler Support und effiziente Logistik zur Verfügung.  

 B&R-Kunden können auf ein standardisiertes, durchgängiges und äusserst flexibles Produktportfolio zurückgreifen. Auf modulare, einfach zu integrierende Weise entstehen so auch mobile Automatisierungssysteme, deren Lösungspotenzial über das in diesem Segment bisher Gewohnte hinausreicht.

 Industrie 4.0 erfordert das enge Zusammenspiel …

 … von IT und Automatisierungstechnik. Im Gespräch mit Geschäftsführer Hans Beckhoff von der Beckhoff Automation GmbH, D-33415 Verl ist zu erfahren, wie bereits heute Industrie 4.0 realisiert wird und welche die nächs­ten Schritte sein können. „Weltweit gibt es grosse Herausforderungen für die Automatisierungstechnik“, stellt der Geschäftsführer den gesellschaftspolitischen Aspekt heraus. Nach seiner Einschätzung wird es in 2030 dreimal so viel Wohlstand geben als gegenwärtig, der auch das Dreifache an Waren erfordert. „Dies setzt jedoch voraus, dass Produkte mit weniger Energie und geringerem Ressourcenbedarf hergestellt werden. Die Produktionstechnik muss und kann hier Lösungen schaffen“, meint der Automatisierungsspezialist.

Hans Beckhoff, Geschäftsführer der Beckhoff Automations GmbH.

 Auf der Suche nach einer grossen Entwicklungslinie zur Umsetzung dieser Aufgaben entstand vor ein paar Jahren in Deutschland unter Leitung von Bundeskanzlerin Dr. Angela Merkel und in Zusammenarbeit mit der ACATECH, der deutschen Akademie der Technikwissenschaften, der Begriff «Industrie 4.0». Herausgestellt wurde damit anlässlich einer Industriemesse-Eröffnung ein möglicher Qualitäts- oder Quantensprung in der weiteren Entwicklung von Produktionstechnologien. Konkret geht es um grundsätzliche Tendenzen in der Automatisierungs- und der Produktionstechnik in Verbindung mit weitreichenden Informations-, Kommunikations- und Internettechnologien. Man ist sich bewusst, dass nur das optimale Zusammenspiel aller Technologien zu einer neuen Unternehmensqualität, mit dem Ergebnis einer höheren Produktivität und Effektivität führt.

 Zu den Grundlagentechnologien für Industrie 4.0 zählt die Automatisierungstechnik mit zugehöriger Sensorik und Aktorik, die Informationstechnologie mit Netzwerk-, Server- und Datenbank-Technologie (Big Data) sowie Internettechnologien mit der Webkommunikation und internetbasierten Dienstleistungen wie Cloud Computing. Die Industrie-4.0-Aktivitäten sollen gemäss den Initianten bewirken, dass jeder Aspekt der Automatisierung unter den zuvor zitierten Gesichtspunkten auf mögliche Innovationen untersucht wird.  Das heisst, dass auch alle Aspekte der Produktion und der zugehörigen Automatisierung neu betrachtet werden müssen, um die Industrie 4.0-Zielsetzung überhaupt definieren zu können.

 „Tatsächlich bietet unsere Technologie der PC-basierten Steuerungstechnik schon heute einen bestens geeigneten Baukasten für Industrie 4.0“, meint Hans Beckhoff. Das gilt übrigens auch für viele andere Automatisierer. „Maximale Flexibilität und eine tiefe Integration in bestehende IT-Landschaften ist für die Anwender unserer "PC-Control-Technologie"-Plattform Voraussetzung, aber die Industrie-4.0-Eigenschaften waren schon immer Bestandteil unserer Steuerungs-Philosophie.“  

Automatisierte Anlagen.   Bild: Beckhoff

 „Ob zukünftig zentrale oder dezentrale Automatisierungskonzepte für Industrie-4.0-Konzepte zum Einsatz kommen, hänge von der Anwendung ab“, meint Beckhoff weiter. „Die einzelne Maschine arbeitet effektiver, wenn sie zentral gesteuert wird und daher wird es in der Maschine selbst keine grosse Änderung der Automatisierungsarchitektur geben. Für Bearbeitungsmaschinen kommen zentrale Automatisierungskonzepte und für fragmentiert zusammenarbeitende Montagelinien eher dezentrale Lösungen zum Einsatz“, ist Beckhoff überzeugt. Er glaubt aber auch, dass Industrie 4.0 vor allem im Bereich der sozialen Strukturen – in der Automatisierungspyramide also eher im oberen Bereich – Einfluss nehmen wird: „Die Maschine meldet Informationen nach oben und zieht wiederum in Form von Dienstleistungen Nutzen daraus.“

 Automatisierungsdienste für Social Automation

 Gerade in der Definition von neuen Automatisierungsdiensten sieht der Beckhoff-Geschäftsleiter Möglichkeiten für weitere Entwicklungsschritte. Warum soll nicht auch ein Facebook der Automatisierung für Maschinen möglich sein? Welche nützlichen Eigenschaften können in diesem Zusammenhang realisiert werden?

 „Nehmen wir als Beispiel hierzu die zuvor genannte PC-Control-Technologie“, erklärt Beckhoff den Social Automation-Aspekt. „Sie bietet eine ideale Basis, indem sie Maschinenschnittstellen zu Cloud-basierten Diensten zur Verfügung stellen kann. Dabei liefere die Maschine ihre Analysedaten zur Auswertung ʹnach oben’, woraus dann wieder komplett neuer Nutzen generiert werden kann.“ Als Vorbilder nennt der Geschäftsführer die Verkehrsdienste von Google und Tom-Tom, welche die Handynutzer zur genaueren Stauvorhersage nutzen. „Insgesamt lasse sich mit solchen neuen Diensten eine neue Wissensqualität realisieren, mit der auch die Produktion noch flexibler und effektiver gestaltet und Industrie-4.0-Konzepte intensiv unterstützt werden können. Automatisierung bleibt auch in Zukunft spannend“, meint Hans Beckhoff und prägt in diesem Zusammenhang den Begriff "Social Automation" in Anlehnung an Social Media.

 Quellen:

KUKA Aktiengesellschaft, D – 86165 Augsburg

KUKA Roboter Schweiz AG, CH - 5432 Neuenhof

Swisslog Holding AG, CH – 5033 Buchs

Beckhoff Automation GmbH, D – 33415 Verl

Siemens Schweiz AG, CH - 8047 Zürich

B&R Industrie-Automation AG, CH – 8500 Frauenfeld