Industrie 4.0: Aus dem Netzwerk – in den Mittelstand!

Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Geschäftsführer it´s OWL Clustermanagement GmbH: „Der Weg zur Industrie 4.0 ist für jedes Unternehmen unterschiedlich. Technologisch sind viele Anwendungen möglich, die wir erfolgreich in kleinen und mittleren Unternehmen umgesetzt haben. Der Mensch aber bleibt im Zentrum. Wir müssen jetzt Assistenzsysteme, Verfahren der intuitiven Bedienung und neue Entwicklungsmethoden in die Unternehmen bringen und dabei die Beschäftigten einbinden. Und wir müssen die Geschäftsmodelle im Mittelstand überprüfen und Geschäftspotenziale durch Start Ups erschließen. Das sind derzeit die Schwerpunkte unserer Aktivitäten bei it´s OWL.“

Der OWL Gemeinschaftsstand demonstriert auf fast 700 qm die führende Position der Region in der Elektroindustrie und im Maschinenbau. Beteiligt sind unter anderem die Weltmarktführer Beckhoff, Boge, Böllhoff, Harting, KEB, Lenze, Miele, Phoenix Contact und Weidmüller sowie weitere mittelständische Technologieführer wie Krause Biagosch, steute oder target industria.

Industrie 4.0 für den Mittelstand

Ein Schwerpunkt auf dem OWL Gemeinschaftsstand sind intelligente Automatisierungslösungen. Das Spektrum reicht von intelligenten Steuerungen und Antrieben über Data Analytics, durchgängige Datennutzung und maschinelles Lernen bis zu kollaborativer Robotik. An Demonstratoren und in einer virtuellen Produktionsumgebung werden die Wirkungen der Lösungen für die Messebesucher anschaulich.

Ein Beispiel ist die hochperformante Steuerungstechnik für intelligente Fertigungsanlagen von Beckhoff. Maschinenbetreiber wünschen eine effiziente und flexible Produktion hochwertiger Produkte. Dies kann realisiert werden durch u. a. schnelle, flexible und hochgenaue Produkthandhabung und -transporte, Teileverfolgung sowie einer Zustands- und Prozessüberwachung zur vorausschauenden Wartung und Qualitätssicherung. Der Betrieb einer Maschine mit einem derartigen Funktionsumfang erfordert präzise Messtechnik, eine extrem schnelle und zugleich deterministische Datenübertragung, -verarbeitung und -analyse sowie eine hohe Rechenleistung. Eine Lösung dafür sind Scientific Automation, die XFC-Technologie sowie Many-Core Rechner.

Harting integriert und kombiniert flexible mechatronische Komponenten in modularen Fertigungslinien dynamisch durch einen „Plug and Produce“-Ansatz. Ein kollaboratives Robotiksystem dient als universelle Handhabungs- sowie Montagekomponente und erlaubt die Teil- oder Vollautomatisierung von anspruchsvollen Montageprozessen. Die Anpassung an neue Aufgaben kann interaktiv durch den Prozessexperten ohne aufwendig manuelle Programmierung durchgeführt werden. Neue robotergestützte Produktionsschritte integrieren sich dabei nahtlos in die prozessgesteuerte Laufzeitumgebung der Fertigungslinie.

Weidmüller entwickelt innovative Hardware- und Software-Technologien für die Verarbeitung von Zustandsdaten aus Fertigungsprozessen. Dadurch können Funktionen wie Zustandsüberwachung, Daten-Verschlüsselung und Selbstkonfiguration direkt in die Mikrochips und Automatisierungsgeräte implementiert werden. Der Einsatz erfolgt nicht nur in Cloud-basierten Systemen, sondern auch in direkter Prozessnähe – „on premise“. Maschinendaten können so schneller und sicherer ausgewertet werden. Die Einstellungen der Maschinen passen sich automatisch an ihren Zustand und an neue Prozesse an.

Intelligentes Transportfahrzeug TORsten

Diese Automatisierungs- und Antriebslösungen sind die Basis für intelligente Maschinen, Fahrzeuge und Geräte. Ein Beispiel ist das fahrerlose Transportsystem „TORsten“ der Torwegge GmbH & Co. KG. Das omnidirektionale Transportfahrzeug bewegt nicht nur bis zu sieben Tonnen schwere Lasten durch Produktions- und Logistikhallen, sondern navigiert auch selbstständig. Im Gegensatz zu vielen anderen fahrerlosen Transportsystemen ist TORsten dabei mit einer eigenen Sensorik ausgestattet und nicht an eine induktive oder optische Spurführung gebunden. Die flache und kompakte Bauweise ermöglicht das Unterfahren zahlloser individueller Transportplattformen und Aufbauten. Auf diese Weise kann TORsten von der Gitterbox über die Europalette bis hin zu sieben Tonnen schweren Einzelbauteilen alles bewegen, was in Lager- und Produktionshallen von A nach B transportiert werden muss.

TORsten findet bereits ein hohes Interesse bei namhaften Unternehmen aus zahlreichen Branchen. Das Produkt ist gleich zwei Mal mit dem Industriepreis des Huber Verlags für neue Medien 2017 ausgezeichnet worden: als Gesamtsieger und in der Kategorie Intralogistik. Auf der Messe kann man TORsten live erleben: Auf einer Fläche von 30 qm zeigt er seine Wendigkeit sowie für ihn typische Anwendungen.

Neue Wege in der Produktentwicklung

Die steigende Komplexität von Maschinen und Anlagen stellt neue Anforderungen an die Entwicklungsarbeit. Ingenieure entwickeln in weltweit verteilten Teams gemeinsam neue Produkte und Produktionsverfahren. Durch digitale Technologien können bisher getrennte Unternehmensbereiche wie Vertrieb, Service oder Entwicklung effizienter zusammenarbeiten. Das Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM macht beispielsweise Technologien wie Augmented Reality (AR) für Unternehmen verfügbar. Dadurch können digitale Zusatzinformationen als virtuelle Objekte, Bilder oder Videos über eine Datenbrille in das Sichtfeld des Nutzers eingeblendet werden.

Wie AR in der Produktentwicklung funktioniert, kann der Besucher auf der Messe am Beispiel der Entwicklung einer Industriezentrifuge erleben, die für die Produktion von Milch oder Apfelsaft eingesetzt wird. Die Zentrifuge wird bereits im Entwurfsstadium optimal an ihren späteren Einsatzort angepasst. Eine Datenbrille projiziert aktuelle Entwicklungsentwürfe direkt an den späteren Verbauungsort. So erkennt der Vertriebsmitarbeiter vor Ort erforderliche Anpassungen und kann sie digital an sein Entwicklerteam weiterleiten. Korrekturschleifen können so auf ein Minimum reduziert werden. Der Aufwand für Produktentwicklung, Test, Einbau und Inbetriebnahme verringert sich deutlich. Von der Bestellung einer neuen Maschine bis zu ihrer Inbetriebnahme können Unternehmen künftig Zeit und Kosten in erheblichem Umfang sparen.

Wie Konstruktionsdaten für Anwendungen im Bereich virtuelle und augmentierte Realität (VR und AR) in der Produktentwicklung genutzt werden können, zeigt Miele am Beispiel eine Professional Sterilisators. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf dem 4D-Sensor des Sterilisators, der die Effektivität des Dampfsterilisationsprozesses zuverlässiger überwacht als alle bislang verfügbaren Systeme. Derart komplexe Systeme erfordern interdisziplinäre Entwicklungsmethoden und profitieren von den vielfältigen digitalen Visualisierungsmöglichkeiten mittels AR und VR. Auf dem Messestand kann der Entwicklungsprozess bis zur VR-Visualisierung live erlebt werden.

Mensch und Maschine in der Arbeitswelt der Zukunft

Auch in anderen Unternehmensbereichen verändern Informations- und Kommunikationstechnologien die Arbeitswelt. So werden beispielsweise in der Produktion Tablets zur Unterstützung der Arbeitsabläufe oder Assistenzsysteme für komplexe Montagevorgänge eingesetzt. Die Lemgoer Forschungsinstitute Fraunhofer-Anwendungszentrum IOSB-INA und Institut für industrielle Informationstechnik (inIT) der Hochschule OWL demonstrieren an einem wandlungsfähigen Produktionssystem Einsatzmöglichkeiten von mobilen Assistenzsystemen in der Fertigung: Eine SmartWatch steuert die OPC-UA Module der Multi-Vendor-Anlage. Virtuelle Post-its können über eine App auf einem Tablet oder Smartphone beispielsweise Fehlermeldungen dokumentieren und so die Anlagenwartung und den Anlagenbetrieb vereinfachen. Und über eine Datenbrille wird der Mensch intuitiv und interaktiv mittels Augmented Reality-basierten Visualisierungen von Montageinformationen beim Arbeitsvorgang unterstützt.

Das Institut für Systemdynamik und Mechatronik ISyM der Fachhochschule Bielefeld zeigt ein kollaborierendes Zweiarm-Robotersystem, das mit einem neuartigen Dreifingergreifer inklusive Kraftsensorik ausgestattet ist. Das System ist so in der Lage, gleichwertige Aufgaben wie ein Mensch zu erfüllen und als Interaktionspartner gemeinsam mit dem Menschen komplexe Aufgaben zu bewältigen. So kann es beispielsweise ein Objekt mit der einen Hand halten und mit der anderen bearbeiten. Aufgrund ihrer elastischen Gelenke erkennen die Roboterarme im Demonstrator die Positionen von drei ähnlichen Objekten mit unterschiedlicher Masse nur durch „Ertasten“. Nach dem Anheben werden die Objekte aufgrund ihres Gewichtes sortiert. Weiterhin können die Roboter durch Berührungen des Benutzers in verschiedene Arbeitszustände versetzt werden.

Smart Services: Maschinen-Manager mit IQ

Eine neuer Schwerpunkt des Gemeinschaftsstandes sind Smart Services. Acht Unternehmen – darunter drei Start-Ups – zeigen, wie sie innovative Methoden der Analyse und Verarbeitung von Daten für bedarfsgerechte Serviceangebote für das verarbeitende Gewerbe nutzen. Darunter ist das Bielefelder Start Up WERKBLiQ, das 2015 gegründet wurde und bereits 15 Beschäftigte hat. Das Unternehmen hat eine herstellerunabhängige Instandhaltungsplattform für Maschinen entwickelt. Sie ist einfach in der Anwendung und umfassend in den Funktionalitäten. Erstmals finden damit Maschinenbetreiber, Serviceunternehmen, Maschinenhersteller und Händler in einer gemeinsamen Online-Community zusammen. Serviceaufträge lassen sich deutlich schneller und einfacher abwickeln. Das Ersatzteilmanagement macht die Instandhaltung wesentlich effizienter. Und die Lösung bietet den direkten – auch mobilen – Zugriff auf alle Daten rund um den Maschinenpark und erhöht damit die Kosten- und Datentransparenz.

Das digitale Maschinentagebuch sorgt für eine transparente Maschinenverwaltung und Dokumentation. Hierdurch bleiben alle notwendigen Unterlagen jederzeit auf dem aktuellen Stand. Dem Servicetechniker werden lästige und zeitaufwändige Arbeiten in der Verwaltung von Serviceaufträgen abgenommen, so dass er sich wieder auf seine eigentliche Kernkompetenz konzentrieren kann. So ist beispielsweise die Dokumentation der erledigten Arbeiten künftig ein Kinderspiel und kann vor Ort direkt beim Kunden abgearbeitet werden. Auch WERKBliQ wurde mit dem Industriepreis 2017 ausgezeichnet – in der Kategorie IT und Software für die Industrie.