Die Idee 'Industrie 4.0' setzt Maßstäbe und wird sowohl die Produkt- als auch die Fertigungssicht umkrempeln. Zusammen mit Elektro- und Automatisierungstechnik wird damit das Engineering an Bedeutung gewinnen. Individualisierte Produkte und komplexe Anlagen lassen sich mit den passenden Tools auf der Entwicklung hin zur 'Industrie 4.0' schon heute unterstützen.

Bild: Aucotec AG

Statt starrer Fertigungsstraßen für ein Produkt in einer Ausführung sollen nach der vierten Industrierevolution Einzelaufträge für individuelle Produkte mit der Effizienz und Kostenentwicklung der Serienproduktion abgearbeitet werden. So würde zum Beispiel nicht mehr eine Fertigungsstraße ausschließlich für den Bau eines bestimmten Limousinentyps aufgebaut, eine andere für Cabrios und wieder eine für Kombis. Stattdessen soll der Fertigungsprozess so flexibilisiert werden, dass eine Straße alle drei Varianten baut, in wechselnder Reihenfolge, aber im gleichen Tempo wie zuvor. Oder eine Abfüllanlage wird in der Lage sein, verschiedene Rezepturen in entsprechende Behältnisse zu füllen und empfängerbezogen zu konfigurieren. Mit solch einer sich Produkt- und Auftrags-Anforderungen anpassenden Fertigungsstraße entfallen aufwändige Hallen-Umbauten oder Hardware-Umrüstungen bei jeder Produktänderung. Auf Dauer kann das die Kosten deutlich senken, auch wenn die Investitionen in flexible Roboter und intelligentere Automatisierungstechnik zunächst ansteigen. Die Frage nach der Rolle des Engineering von Elektro- und Automatisierungstechnik lässt sich dabei aus zwei Perspektiven angehen: Zum einen wird die zunehmende Individualisierung deutlichen Einfluss auf das Engineering des Produkts haben, zum anderen auch auf die Fertigungsanlagen.

Die Produktsicht: Individualität gewinnt

Aus der Produktsicht geht es dabei um die individualisierte Planung des Produktes, sofern es elektrotechnische Anteile aufweist. Dazu bietet die Automobilindustrie bereits Beispiele: Die großen deutschen Hersteller setzen auf kundenspezifische Kabelstränge (KSK). Das Schlagwort lautet ‚Modularität‘. Dies ist das große Plus der deutschen Premium-Hersteller, denn in diesem Segment erwarten Kunden, frei zu sein in der Zusammenstellung ihres Wunschfahrzeugs. Nicht die maximale Luxus-Ausstattung ist das Optimum, sondern die individuelle Konfiguration von Assistenzsystem, Infotainment, Licht und Ähnlichem. Diese Modularität mit beliebigen Varianten ist nicht vergleichbar mit Ausstattungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel U.S.-Hersteller sie anbieten. Dort kommt der Käufer etwa 150 Varianten. Bei den Autobauern, die den KSK zum Prinzip gemacht haben, ergeben sich hingegen einige 100.000 Kombinationen. Das führt zwangsläufig dazu, dass vom Engineering höchste Flexibilität und der bestmögliche Überblick verlangt wird. Dabei muss der Leitungsstrang mit allen Varianten als 150-Prozent-Entwurf abbildbar sein, um alle kombinatorischen Möglichkeiten im Planungstool vorausdenken zu können und dann auf einhundert Prozent herunterzubrechen. Die datenbankbasierte Software-Plattform Engineering Base (EB) von Aucotec kann solche modularen Beziehungen darstellen, indem sie die Grafik mit einer flexiblen Datenbank verbindet. Dadurch lässt sich die komplette Logik aller Verbindungen nachvollziehbar und aktuell abbilden. Bei großen deutschen Autobauern ist dieses System bereits seit Jahren im Einsatz. Die Erfahrungen aus dieser Industrie könnten auch als Grundlage für den Umgang mit den Flexibilitäts-Anforderungen anderer Branchen im Hinblick auf Industrie 4.0 dienen.

Die Fertigungssicht: Flexible Anlagen gefordert

Der zweite Bereich, der eklatanten Veränderungen entgegensieht, ist der Maschinen- und Anlagenbau. Fertigungsstraßen mit immer mehr Robotik und hochflexiblen Fertigungszellen werden entstehen, um variierende Produktmodule im Takt der Serienfertigung herzustellen. Zum Erkennen der Produktgeometrie und dem schnellen Reagieren darauf ist ein Vielfaches an Sensoren und Aktoren zu planen und dokumentieren. Doch nicht nur deren Anzahl wird zunehmen, sondern auch ihre Intelligenz: SPSen für Sensoren mit Zweidrahttechnik haben dann ausgedient, Kamera- und Scannertechnik muss via Ethernet eingebunden werden. Das Mehr an Informationen ergibt komplexere Datenströme und erfordert größere Rechenkapazität. Egal, ob Rechner vor Ort oder eine zentrale Einheit zum Einsatz kommen, auch für die aufwändigere Steuerung und deren Technik ist ein adäquates Planungssystem notwendig. Ein Rohling, der an einer Fertigungszelle ankommt, enthält alle Informationen für seine weitere Verarbeitung. Die Station muss diese Informationen erkennen und blitzschnell umsetzen. So müssen Stellmotoren von Greifern auf die Geometrie reagieren oder Rezepturen, Druck und Abfüllmenge in Verpackungsanlagen angepasst werden. In dem Maß, wie sich die Automatisierungstechnik vervielfacht, steigt auch der Engineering-Aufwand – vermutlich aber wegen Kostendrucks ohne zusätzliche Ressourcen. Daher muss das Engineering mit Flexibilität, Durchgängigkeit und Qualität ausgleichen. Hier kann sich eine Engineering-Methodik aus der Prozesstechnik und der Planung für Elektro-, Mess- und Regeltechnik (EMR) etablieren, in der das Handhaben von Massendaten Alltag ist.

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