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Industrie 4.0: Wo steht der Maschinen- und Anlagenbau?

Rund sechs Jahre Diskussion um Industrie 4.0 liegen mittlerweile hinter uns: Wo steht die Branche heute? Welche Herausforderungen stehen noch bevor? Dr. Hans Krattenmacher, Entwicklungsleiter für den Bereich Elektronik bei SEW-Eurodrive in Bruchsal, bezieht Stellung.

Industrie 4.0 in der Getriebemotoren-Fertigung der SEW-Eurodrive Bildquelle: © SEW-Eurodrive
Dr. Hans Krattenmacher von SEW Bildquelle: © SEW-Eurodrive

“Gerade beim Thema Vernetzung gibt es noch großen Diskussionsbedarf.“, sagt. Dr. Hans Krattenmacher von SEW-Eurodrive.

Herr Dr. Krattenmacher, wie lautet Ihre Definition von Industrie 4.0?

Dr. Krattenmacher: Industrie 4.0 ist für mich ein Sammelbegriff von vielen Trends, die es zum Teil schon seit langem gibt. Bei SEW sind wir beispielsweise bereits 2005 in das Thema eingestiegen – nur hieß es damals noch anders. Zu dieser Zeit stellten wir uns die Frage: Wie sieht die Intralogistik der Zukunft aus? Hintergrund war die Erkenntnis, dass die Intralogistik seit 30 Jahren ähnlich funktioniert. Zwar hat sich die Technik auf der Komponentenseite immer wieder geändert – sprich schnellere Umrichter, schnellere Steuerungen, Bus- beziehungsweise Ethernet- Kommunikation statt binärer Kommunikation – die grundsätzliche Art und Weise, wie etwas gefördert wurde, war jedoch gleich geblieben. Irgendwann haben die Intralogistiker dann erkannt, dass sie – um auf den steigenden Flexibilisierungsbedarf in der Fertigung reagieren zu können – die Intralogistik selbst auch anders aufbauen müssen. Das bedeutet unter anderem: Wir müssen weg kommen von der bis dato üblichen, starren beziehungsweise stationären Fördertechnik hin zu mobilen, selbstorganisierenden Konzepten. Ein weiterer Trend ergibt sich aus der zunehmenden Produkt-Individualisierung in allen Bereichen unseres Lebens. Ein Beispiel:  Früher waren Kühlschränke ‚weiße Ware‘, die vom Band kommen. Dies ist zwar heute größtenteils nach wie vor der Fall; wir wissen aber von einem sehr großen Hersteller in China, bei dem Kühlschränke mittlerweile konfigurierbar sind – in Höhe, Breite, Farbe und dergleichen. Damit gibt es eine deutlich höhere Produktvielfalt – ähnlich wie es im Automobilbau bereits gang und gäbe ist. Für die Hersteller wird es damit immer schwieriger zu prognostizieren, welches Produkt tatsächlich erfolgreich sein wird. Infolgedessen müssen sie deutlich schneller auf Veränderungen in der Fabrik reagieren können, was letztlich zu völlig anderen Prinzipien führt. Vor diesem Hintergrund ist für mich – damals wie heute – ein weiterer Kerntrend von Industrie 4.0 die Modularisierung der Fabriken nach dem Lego-Prinzip. Sie bestimmt vieles.

Hinzu kommen schließlich noch Themen wie ‚Internet of Things‘, ‚Big Data‘ oder ‚Cloud‘. Das eigentlich Interessante ist, dass alle zu ähnlichen Resultaten führen, wie Automatisierungslösungen aufgebaut sein müssen, damit sie funktionieren. Sprich: Strenge Modularisierung beziehungsweise Segmentierung der Systeme, die wiederum selbstkonfigurierend sind und sich weitestgehend infrastrukturunabhängig vernetzen lassen. In einem Satz gesagt: Der Weg in die Vernetzung erzwingt automatisch eine Modularisierung der Fabriken.

Dr. Hans Krattenmacher von SEW Bildquelle: © SEW-Eurodrive

„Der Kerntrend von Industrie 4.0 ist für mich die Modularisierung der Fabriken.“, meint Dr. Hans Krattenmacher von SEW Eurodrive.

In diversen Studien wird immer wieder betont, dass insbesondere der Mittelstand nicht ausreichend auf Industrie 4.0 vorbereitet sei – können Sie dem zustimmen?

Dr. Krattenmacher: Ich befürchte, dass man dem zustimmen muss. Wenn wir auf den Maschinen- und Anlagenbau schauen, finden hier aktuell erhebliche Wertschöpfungs-Verschiebungen statt. Das heißt: Der Wert, den der Endkunde wahrnimmt und für den er bereit ist zu bezahlen, wird künftig in verstärktem Maße weggehen von der Menge des verbauten Stahls und der Hardware hin zur Applikationslösung – was oftmals gleichbedeutend mit Software ist!

Das ist sicherlich ein Einschnitt, den wir alle erst einmal verkraften müssen. Im Consumer-Bereich ist man hier schon weiter – siehe beispielsweise Marktplätze wie Airbnb und Uber: Der eine besitzt kein einziges Hotel, der andere kein einziges Taxi und keinen Fahrer – beide haben aber eine enorm hohe finanzielle Bewertung allein aufgrund ihrer Online-Plattform. Warum sollte uns – wenn wir nicht aufpassen – grundsätzlich nicht ähnliches bevorstehen? Sprich, dass irgendwann nicht mehr unser ‚Unterbau‘ – also die Maschinen und Anlagen – den Wert ausmachen, für den bezahlt wird, sondern stattdessen eine übergeordnete Plattform, die sowohl für den Aufbau als auch den Betrieb, die Verfügbarkeit und letztlich auch die Instandhaltung etwa eines ganzes Logistikzentrums sorgt.

Insofern sage ich: Wir sind in Sachen Industrie und Digitalisierung zwar punktuell präpariert, aber in dieser allumfassenden Betrachtung noch nicht unterwegs. Und je kleiner eine Firma ist, desto weniger sind sich die Verantwortlichen darüber im Klaren, was da auf sie zurollt. Dabei müssten sich gerade die kleineren Maschinen- und Anlagenbauer dringend Gedanken darüber machen: Wie hat mein Modul auszusehen, damit es in der großen smarten Fabrik mitspielen kann beziehungsweise damit es sich daran anbinden lässt? Hier muss noch deutlich mehr Tempo reinkommen!

Wie soll das geschehen – wo doch gerade der  mittelständisch Maschinenbau nach wie vor stark von der Mechanik geprägt ist und Software-Experten Mangelware sind; von speziellem IT-Know-how ganz zu schweigen?

Dr. Krattenmacher: Das ist richtig. Insofern sind hier die Automatisierungstechnik-Anbieter gefordert, diesen Unternehmen Lösungen aufzuzeigen, wie sie das Thema Industrie 4.0 auch mit wenigen Ressourcen abdecken können. Die in den letzten Jahren rasant steigende Komplexität hat übrigens nicht nur etwas mit Industrie 4.0 zu tun. Wo früher beispielsweise bei sicherheitsrelevanten Applikationen zwei einfache Schütze reichten, musste auf einmal die Funktionale Sicherheit steuerungsintegriert abgebildet werden. Davor schon war der Umstieg von der binären auf die Bus-Kommunikation zu bewältigen und dann kam noch die Netzwerk-Kommunikation hinzu. Das alles hat zwar viele Komfort-Funktionen gebracht, die Komplexität aber nicht reduziert, sondern weiter erhöht. 

Zukünftig reden wir jetzt noch über Themen wie Predictive Maintenance, Condition Monitoring oder Energie-Management. Damit wächst die Komplexität in eine Dimension, die ein kleiner Maschinenbauer mit vielleicht einem einzelnen SPS-Programmierer gar nicht mehr überschauen kann. Vor diesem Hintergrund haben wir bei SEW mit unseren Produkten im Elektronik-Bereich schon in der Vergangenheit angesetzt, indem wir zum Beispiel Funktionen aus der SPS herausgenommen und diese vorgelöst in unsere Antriebstechnik integriert haben. Analog sehen wir uns nun auch beim Thema Smart Factory verpflichtet, die Komplexität für die Anwender weitestgehend zu reduzieren.

Wo sehen Sie in diesem Kontext die dringendsten Handlungsfelder – nicht nur was SEW betrifft, sondern auch die Anbieter von Automatisierungskomponenten insgesamt?

Dr. Krattenmacher: Eine Aufgabe, die sich allen stellt, ist die Frage, wie man eine Vernetzung der modularen Fabrik tatsächlich aufbaut. Auch hier wieder ein Vergleich mit der Consumer-Welt: Wenn Sie heute einen WLAN-Drucker kaufen, so bringt dieser alles mit, um sich selbstständig in ein Netzwerk einfügen zu können: Er weiß, wie er heißt, kann dies dem Netzwerk mitteilen und sich bei Bedarf die nötigen Treiber selbst runterladen. Anschließend kann jeder in diesem Netzwerk in der Regel sofort auf den Drucker zugreifen. Auch das Security-Problem ist dabei zum Teil schon gelöst. In der Industrie sind wir von einer solchen Netzwerk-Struktur noch weit entfernt.

Wenn sich aber mit Industrie 4.0 die klassische Automatisierungspyramide zugunsten einer durchgängigen beziehungsweise ebenenübergreifenden Netzwerk-Struktur auflöst – und davon sprechen wir definitiv – gilt es Dinge wie Datenhaltung oder auch Engineering-Zugänge komplett neu zu organisieren. Diesbezüglich gibt es Ansätze, aber noch längst keine Klarheit.

Was sind aus Ihrer Sicht die vielversprechendsten Ansätze?

Dr. Krattenmacher: In puncto horizontale Anbindung – sprich von Fabrikationsmodul zu Fabrikationsmodul – könnte sich OPC UA tatsächlich als Standard etablieren. Weniger klar ist das Thema der vertikalen Anbindung von Produkten. Hier gibt es viele Initiativen wie zum Beispiel Ethernet-TSN. Allerdings muss man klar differenzieren, ob dabei von TSN auf der Transportschicht gesprochen wird – klassischerweise die Ebene 2 im OSI-Modell – oder von der Projektierungsebene, die sich irgendwo zwischen Ebene 5 und 7 abspielt. Insbesondere was letztere betrifft, wird noch viel zu diskutieren sein. Ich befürchte, dass sich an dieser Stelle so mancher Hersteller schon aus der Tradition heraus schwer tun wird, sich anders aufzustellen als in der Vergangenheit. Auch muss jedem klar sein: Standardisierung ist grundsätzlich wünschenswert und richtig. Wenn am Ende aber jeder Hersteller ohnehin das gleiche machen muss, bekommen die Anwender auch keine unterschiedlichen Produkte mehr am Markt, was im Endeffekt mehr Stillstand als Fortkommen bedeuten kann.

Dr. Hans Krattenmacher von SEW Bildquelle: © SEW-Eurodrive

„Smart Factory ist nicht am ‚grünen Tisch‘ umsetzbar – man muss es in der Praxis erproben.“, so Dr. Hans Krattenmacher von SEW-Eurodrive.

Wenn selbst auf Anbieterseite noch nicht alles klar definiert ist – zum Beispiel in puncto Konnektivität oder Software-Schnittstellen: Wie sollen dann erst die Anwender Industrie 4.0 in Ihren Fabriken umsetzen?

Dr. Krattenmacher: Allein am ‚grünen Tisch‘ wird diese Aufgabe nicht zu stemmen sein. Im Zuge der Umsetzung treten so viele Fragen auf, die sich nur beantworten lassen, wenn man es selbst erprobt und dabei lernt – so wie wir es etwa in unseren eigenen Fabriken mit dem Rückhalt der Geschäftsführung machen durften. Man muss sich nichts vormachen: Beim ersten Mal gelingt nicht alles sofort. Aber das gehört einfach dazu, wenn man sich in etwas völlig Neues hineinstürzt. Diejenigen, die es trotzdem wagen, sind dann allerdings in der Regel eine Nasenlänge voraus. Das Thema von sich wegzuschieben, in der Hoffnung, es wird noch lange dauern, ist jedenfalls keine Lösung!

Gerade während der letzten Hannover Messe kamen etliche Besucher mit der Frage auf uns zu: Wer kann uns beraten, wie eine Fabrik nach dem Prinzip von Industrie 4.0 aufzubauen ist? Das hat uns darin bestätigt, unseren Ansatz der Industrie-4.0-Beratung stärker auszubauen. Unser Vorteil dabei: Wir können nicht nur Power-Points oder White-Paper zeigen, sondern mit den Ratsuchenden in unsere eigene ‚Industrie 4.0 Schaufensterfabrik‘ nach Graben fahren und ihnen dort unsere Ideen von der modularen Fabrik im realen Betrieb vorführen. Das hat in diesem Stadium noch gar nichts mit Verkauf von Komponenten oder Software zu tun.

Stichwort Komponenten: Bleiben die reinen Komponentenhersteller auf der Strecke, wenn sich künftig alles in der Software abspielt?

Dr. Krattenmacher: Auf der Strecke werden sie nicht bleiben. In der Industrie gibt es im Vergleich zur Consumer-Welt zum Glück noch einen entscheidenden Unterschied: Fabriken laufen auch in Zukunft nicht nur zwei, sondern 10, 15 oder 20 Jahre. Damit dies möglich ist, wird die Langzeitverfügbarkeit von Komponenten immer eine Rolle spielen.

Wenn es gelingt, beides – die Software und die Hardware – geschickt miteinander zu verquicken, können die Hersteller ihre Hardware letztlich über die Software schützen. Schauen Sie sich zum Beispiel diesen sehr großen Hersteller mit angebissenen Äpfeln an, der das hervorragend schafft. Seine Geschäftsmodelle sind primär softwarebasiert, gleichzeitig aber an seine Hardware gekoppelt.

Wie schaffen Sie konkret bei SEW diesen Spagat?

Dr. Krattenmacher: Klar ist: Wir wollen auch in Zukunft Getriebemotoren produzieren und verkaufen. Dabei stehen wir vor der Herausforderung, neue Konzepte zu entwickeln, um damit letztlich die bisherigen Geschäftsmodelle einerseits abzusichern, andererseits aber auch neue Geschäftsmodelle zu identifizieren. Voraussetzung hierfür ist zunächst, dass wir unser Produkt-Portfolio für die Smart Factory vorbereiten – wir sprechen also von der Digitalisierung der Elektromechanik.

Als erstes haben wir diesen Schritt bei Movi-C vollzogen, unserem neuen Automatisierungsbaukasten. Das heißt, wir haben zunächst einen digitalen Datenkanal zwischen Umrichter und Motor eingezogen – nicht zu verwechseln mit dem Thema Geberschnittstelle! Im Motor selbst befindet sich ein Datenknoten, welcher der Gedankenwelt freien Lauf lässt. Das heißt: In diesem Datenknoten lässt sich beispielsweise ein elektronisches Typenschild ablegen, über das der Motor – und jetzt sind wir wieder beim Vergleich mit dem Drucker – vollkommen automatisch innerhalb weniger Sekunden in Betrieb genommen werden kann. Zudem ist dieser Knoten mit allen erforderlichen IT- und Datenkommunikations-Strukturen vorbereitet, um im Knoten abgelegte Qualitäts- oder Anlagendaten über das Netzwerk beliebigen Teilnehmern zur Verfügung stellen. Diesen Ansatz werden wir in den nächsten Jahren konsequent auf unser gesamtes Produktportfolio übertragen.

Ist dieser ‚digitale Kanal‘ zwischen Motor und dem Umrichter eine offene beziehungsweise standardisierte Schnittstelle?

Dr. Krattenmacher: Derzeit ist sie noch proprietär. Schlicht deshalb, weil es aktuell keine standardisierte Lösung gibt, die unsere diesbezüglichen Anforderungen erfüllt. Mit anderen Worten: Wenn wir über 20 und mehr Jahre garantieren wollen, dass die Daten ausgelesen und immer richtig übertragen werden können, ist das Stand heute nur mit der von uns selbst entwickelten Lösung möglich. Ab dem Umrichter hin zur Steuerungstechnik werden wir aber auf standardisierte Schnittstellen setzen.

Zum Schluss nochmal zurück zum Ausgangspunkt – dem Wandel speziell bei der Intralogistik. SEW arbeitet seit geraumer Zeit an mobilen Assistenzsystemen. Wann werden diese auf dem Markt verfügbar sein?

Dr. Krattenmacher: Momenten sind wir in den Endzügen der Serienentwicklung der nächsten Fahrzeuggeneration. Zunächst werden wir damit unsere zwei neuen Fabriken ausstatten, nämlich Graben und die Elektronikfabrik hier in Bruchsal. Parallel gibt es bereits erste Kundenprojekte. Kurzum: Im Jahr 2018 sind wir auf jeden Fall lieferfähig und bauen im gleichen Zuge unseren Projektvertrieb weiter auf. Auch bei diesem Thema gilt: Wir werden über die praktischen Feldeinsätze weiter dazulernen, die Lösungen entsprechend optimieren und sukzessive nach dem Baukasten-Prinzip erweitern.