Treiber und Impulsgeber der fünf Leitprojekte sind die Automatisierungstechnik-Hersteller Beckhoff Automation, Harting, Lenze, Phoenix Contact, Wago Kontakttechnik und Weidmüller Interface. Auf der SPS IPC Drives 2018 diskutierten Vertreter der sechs Unternehmen und des Clusters Potenziale, Ansätze und Wirkungen in den neuen Technologiefeldern. „Das produzierende Gewerbe steht vor enormen Herausforderungen: Die Anforderungen an die Autonomie und Vernetzung von Maschinen und Anlagen steigen rasant“, erläutert Prof. Roman Dumitrescu, Geschäftsführer it‘s OWL Clustermanagement. „Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Unternehmen die Intelligenz in ihren Produkten und Produktionsverfahren erhöhen und neue Kundenzugänge und Märkte erschließen. Gemeinsam mit unseren Unternehmen und Forschungseinrichtungen wollen wir neue Technologien, wiederverwendbare Lösungsmuster und Software-Bibliotheken entwickeln, die besonders kleine und mittlere Unternehmen nutzen können.“ Dazu werden in einem ersten Schritt ab Dezember fünf Leitprojekte im Umfang von 15 Mio. Euro umgesetzt. Insgesamt sollen mit Unterstützung von Land, Bund und EU bis 2022 Projekte im Umfang von 200 Mio. Euro auf den Weg gebracht werden. Die 24 Kernunternehmen von it´s OWL wollen dafür 100 Mio. Euro investieren.

Maschinelle Intelligenz für die Produktion

Lenze erarbeitet beispielsweise in einem Leitprojekt gemeinsam mit Benteler, KEB, Hanning Elektrowerke, Miele, Weidmüller und fünf Forschungseinrichtungen Lösungen für maschinelles Lernen in der Produktion, die auf einer Plattform für weitere Cluster-Unternehmen verfügbar gemacht werden. „Uns beschäftigt schon lange die Frage, wie wir unser umfangreiches Domänen- und Anwendungswissen Software-technisch in eine modulare Maschine einbringen“, führt Frank Maier, Vorstand der Lenze SE, aus. „Mit neuen maschinellen Lernverfahren sind wir in der Lage, Anomalien – die beispielsweise als Folge von Verschleiß oder Schädigungen auftreten – im Verhalten von Maschinen zu erkennen und so frühzeitig eine veränderte Qualität der produzierten Güter oder eine notwendige Wartung vorherzusagen. Das führt zu höherer Verfügbarkeit bei gleichzeitig reduzierten Wartungskosten. Schon heute setzen wir bei Lenze und Encoway Methoden der künstlichen Intelligenz ein. Damit können wir unsere Kunden optimal bei der Produktkonfiguration unterstützen. Sie finden schnell und mit großer Sicherheit das richtige Produkt, das ihre individuellen Anforderungen am besten erfüllt, und zwar bei 1030 möglichen Produktvarianten. Im Rahmen des Projekts werden wir gemeinsam mit den Partnern hybride Lernverfahren entwickeln, die die Vorteile unterschiedlicher maschineller, modell- oder frequenzbasierter Verfahren kombinieren und so in der Zukunft mit hoher Zuverlässigkeit und Einfachheit eine vorausschauende Wartung von Maschinen ermöglichen.“

Beckhoff Automation ist es nach eigenen Angaben in den abgeschlossenen it`s-OWL-Projekten gelungen, die Intelligenz vernetzter Maschinen und Anlagen deutlich zu erhöhen. Durch den Einsatz von TwinCAT Analytics und TwinCAT IoT können Unternehmen beispielsweise ihre Energieeffizienz um 17 Prozent steigern und ihren Ausschuss um 50 Prozent reduzieren. „Um die immer komplexer werdenden Produktionssysteme zu realisieren und zu steuern, sind Verfahren des maschinellen Lernens erforderlich“, sagt Dr. Ursula Frank, Leiterin Forschungs- und Entwicklungskooperationen bei Beckhoff Automation. „Die PC-basierte Steuerung ist eine ideale Basistechnologie, um Verfahren des maschinellen Lernens zu integrieren. Zudem bietet sie die mit steigender Intelligenz der Maschinen verbundene nötige Performance und Rechenleistung, beispielweise die Beckhoff-Many-Core-Technologie in Verbindung mit der XFC-Technologie (eXtreme Fast Control). Im Spitzencluster wollen wir nun geeignete Kommunikationslösungen für die wachsende Menge an zu übertragenden Daten definieren. Zur Beherrschung der Komplexität und der Unsicherheiten in der Entwicklung von Produktionssystemen mit maschineller Intelligenz ist zudem ein durchgängiges Engineering mit begleitenden Simulationen unabdingbar.“

Große Datenmengen aufbereiten und neue Services entwickeln

Wie große Datenmengen erfasst und genutzt werden können, ist Schwerpunkt des Leitprojekts „Industrial Automation Plattform für Big Data“. Hierzu arbeiten Weidmüller, Lenze, KEB, Benteler und Kannegiesser mit Fraunhofer IEM, Fraunhofer IOSB-INA, der Hochschule OWL und der Universität Paderborn zusammen. Gemeinsam entwickeln sie Bausteine für IT-Plattformen, die selbstorganisierend Daten sammeln, aufbereiten, transportieren und speichern können.

„In dem Leitprojekt geht es um die Entwicklung technischer Grundlagen für die Automatisierung und in der Produktion“, verdeutlicht Jörg Timmermann, Vorstandssprecher der Weidmüller-Gruppe. „Diese sind die Enabler für zukünftige Software-Services und daher von zentraler Bedeutung. Wir wollen in dem Projekt die Grundlage für Value Based Services in modularen, wandlungsfähigen Produktionsanlagen schaffen. Wichtige Anforderungen dafür sind Sicherstellung von IP und Security, Automatisierung der Integration und der Zugriffssteuerung, Unterstützung der relevanten Geschäftsmodelle sowie Integration heterogener Datenquellen. Die Services sollen anhand konkreten Pilotfertigungsanlagen der beteiligten Projektpartner zur Validierung der Datenintegration umgesetzt werden.“

Mit digitalen Zwillingen Inbetriebnahme und Betrieb von Maschinen optimieren

Ziel des Leitprojekts „Technische Infrastruktur für digitale Zwillinge” ist es, eine interoperable Interaktion und Nutzung der digitalen Modelle eines Produkts oder Produktionssystems während dessen Lebenszyklus zu ermöglichen, und zwar unter Berücksichtigung industrierelevanter Standardisierung. Besondere Herausforderungen dabei sind die möglichst automatisierbare Erstellung der digitalen Zwillinge sowie deren Erreichbarkeit für Netzwerke, Plattformen und die damit verbundenen Geschäftsmodelle. Projektpartner sind Phoenix Contact, KEB Automation, Lenze, Weidmüller und Bosch Rexroth sowie die Hochschule OWL und Fraunhofer IOSB-INA.

In einem abgeschlossenen it´s-OWL-Projekt hat Phoenix Contact den ersten Schritt für eine durchgängige Gestaltung digitaler Zwillinge erprobt und unter dem Dach des Projekts „Smart Engineering and Production 4.0 (SEAP 4.0)“ gemeinsam mit Eplan und Rittal weiterentwickelt. „In dem neuen Leitprojekt werden wir eine Referenzinfrastruktur entwickeln“, betont Hans-Jürgen Koch, Executive Vice President Business Area Industry Management and Automation bei der Phoenix Contact Electronics GmbH. „Damit können wir den Aufwand verringern, der beim Einsatz neuer Produktversionen oder Funktionsänderungen im Lebenszyklus von Maschinen und Anlagen anfällt, um deren Verfügbarkeit aufrechtzuerhalten. Durch die Verwendung des digitalen Zwillings sowohl der Maschinen und Anlagen als auch der in ihnen verbauten Produkte werden Einsparpotenziale von über 50 Prozent im Betrieb sowie weitere Einsparungen im Rahmen der Inbetriebnahme und des Service erwartet.“

Darüber hinaus geht es um die energetische Abbildung der Fabrik über digitale Zwillinge sowie deren Interaktion mit den Engineering- und Runtime-Systemen über ein innerbetriebliches Smart Grid auf Gleichstrombasis.

Plattformen bieten neue Zugänge zu Kunden und Märkten

Wie Unternehmen auf dem technologischen Fundament neue Services entwickeln und Märkte erschließen können, ist Schwerpunkt des Leitprojekts „Digital Business“. Wago Kontakttechnik, Denios, GEA und Unity entwickeln in dem Projekt gemeinsam mit Fraunhofer IEM und der Universität Paderborn Ansätze, um die Potenziale digitaler Plattformen für kleine und mittlere Unternehmen zu erschließen. Um wettbewerbsfähig zu bleiben und ihre Kundenzugänge zu erhalten, müssen die Unternehmen ihre Produkte immer stärker mit Services verzahnen. Durch digitale Plattformen können sie vom Auftragseingang über Produktion bis zur Logistik eine durchgehende Lösung für die Kunden anbieten.

„Ein zentraler Aspekt im Business-4.0-Umfeld sind für uns neue Plattformen und Ecosystems, die zunehmend auch Einfluss auf die B2B-Branche nehmen“, teilt Jürgen Schäfer, Mitglied der Geschäftsleitung von Wago Kontakttechnik, mit. „Ihnen gelingt es, die Kundenschnittstelle zwischen Kunden und Produktanbieter zu besetzen. Deshalb schauen wir bei Wago genau, welchen Mehrwert wir selbst für unsere Kunden durch neue Services und Marktleistungen schaffen können. Das erreichen wir schon heute mit unserer Wago-Cloud, die die Datensammlung durch unseren PFC-Controller um die Aufbereitung und Verarbeitung dieser Daten erweitert. Dem sich verändernden Einkaufsverhalten begegnen wird mit unserer neuen Homepage, deren Features wie Empfehlungen oder Vergleichbarkeit von Produkten sich nicht mehr von bekannten Portalen aus dem Alltag unterscheiden. Mit dem Projekt verfolgen wir das Ziel, gemeinsam mit der Expertise der Hochschulen eine Plattformstrategie mit den für uns relevanten Ecosystems aufzubauen. Langfristig wollen wir digital vernetzte Wertschöpfungsketten mit neuen Services erzeugen, deren Bausteine auch kleinere Unternehmen auf ihrem Weg zum Business 4.0 inspirieren können.“

Gestaltung digitaler Arbeitswelten  – im Dialog mit Betriebsrat und Belegschaft

In der digitalisierten Fabrik rücken zunehmend die sozialen Aspekte der Arbeitsplatzgestaltung in den Vordergrund: Der Mensch bleibt im Zentrum der Technologie. Um die Arbeitsplätze der Zukunft zu gestalten, müssen Unternehmen bei der Einführung neuer Technologien die konkreten Anwendungsbereiche berücksichtigen und dabei die Beschäftigten aktiv einbinden und qualifizieren. In einem weiteren it´s-OWL-Leitprojekt entwickeln und erproben Unternehmen, Hochschulen und die IG Metall neue Lösungen für die Digitalisierung der Arbeitswelt. Dabei geht es um Lernplattformen, kognitive Assistenzsysteme, partizipative Technologiegestaltung sowie agile Führung und Personalentwicklung.

Das Technologie-Netzwerk it´s OWL – Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe gilt bundesweit als eine der größten Initiativen für Industrie 4.0 im Mittelstand und wurde mehrfach ausgezeichnet. In der Zeit von 2012 bis 2017 haben 200 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in 47 Projekten Lösungen entwickelt, mit denen vor allem kleine und mittlere Unternehmen die Zuverlässigkeit, Ressourceneffizienz und Benutzerfreundlichkeit ihrer Maschinen und Anlagen steigern konnten.

SPS IPC Drives:
Beckhoff Automation: Halle 7, Stand 406
Harting: Halle 10.0, Stand 140
Lenze: Halle 1, Stand 360
Phoenix Contact: Halle 9, Stand 310
Wago Kontakttechnik: Halle 7, Stand 130/230/330
Weidmüller Interface: Halle 9, Stand 351/155.