Industrie 4.0 – Messtechnik-Lösungen für die Digitalisierung

Industrie 4.0: Der Begriff wird auf Messen zum Sinnbild der Innovation. Vielerorts wird in Lernfabriken und Pilotprojekten experimentiert, was Industrie 4.0 sein und leisten kann. Heute bedeutet Industrie 4.0 vor allem eine Vision: Eine Vision von der vernetzten Firma, von Maschinen, die miteinander kommunizieren, von optimierten Wertschöpfungsketten. In realen Fertigungshallen liegen zwischen dieser Vision und der Realität oft noch Welten. Mit Messtechnik von HBM lässt sich die Vision ein Stück weit verwirklichen.

Moderne Systeme für die Produktion werden am Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt entwickelt.

Gerade – aber nicht nur – bei kleinen und mittelständischen Unternehmen stehen viele Maschinen, die schon einige Jahre auf dem Buckel haben, die keine modernen Schnittstellen, keine Plug-and-Play-Lösungen mitbringen. Gerade solche Firmen sind es aber, die von der Vernetzung von Menschen und Maschinen besonders profitieren können. Denn Industrie 4.0 bedeutet: mehr Effizienz, Flexibilität und Geschwindigkeit – und das zu einem großen Teil ganz ohne, dass der Mensch eingreifen oder selbst Hand anlegen muss.

Stattdessen ist er Entscheider und überwacht die Prozesse. Intelligente Systeme melden von selbst, wenn etwas schief läuft, der Mensch greift als Problemlöser ein. Das führt zu verbesserten Durchlaufzeiten, weniger Ausschuss, kürzeren Ausfallzeiten. Auf dem Weg zur Vision lassen sich viele Prozesse nach und nach optimieren.

Zum Beispiel:

  • Jedes Produkt in der Fertigung lässt sich per Chip oder Code identifizieren. An jeder Maschine wird das Produkt gescannt und bekommt außerdem zusätzliche Qualitätsinformationen, die dann abgerufen werden können – an der nächsten Station und überall auf der Welt von den zuständigen Mitarbeitern.
  • Für jedes Gerät in der Produktion wird der Energiebedarf erfasst: In Verbindung mit den Daten der Produkte, die verarbeitet werden, lässt sich der Energiebedarf pro Produkt bestimmen. Einsparmöglichkeiten lassen sich anhand der Daten leicht ermitteln.
Das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt zeigt, wie sich Produkte in der Fertigung verfolgen lassen: Zum Beispiel per RFID-Transponder.

Industrie 4.0 bedeutet aber noch mehr: Es geht nicht nur um die Optimierung maschineller Prozesse, sondern um die Vernetzung auf horizontaler Ebene.

Zwei Szenarien:

Mitarbeiter bekommen in der vernetzten Produktion individuelle Informationen zur Montage. (Bild aufgenommen am Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt)
  • Ein neuer Mitarbeiter steht in der Produktion und arbeitet mit verschiedenen Versionen eines bestimmten Bauteils. Für jede neue Version bekommt er auf einem mobilen Bildschirm über seinem Arbeitsplatz ein Montage-Video angezeigt, in dem wichtige Merkmale des Bauteils markiert sind. Weil der Mitarbeiter sich vorher angemeldet hat, weiß das System, mit welchen Bauteilen der Mitarbeiter schon vertraut ist und welche für ihn neu sind.
  • Bei der Endkontrolle fallen an einem Tag plötzlich viele Produkte durch: Die Maße stimmen nicht. Das System erkennt den Fehler und übermittelt eine Nachricht an den Produktionsleiter, der gerade geschäftlich unterwegs ist. Mit einem Klick stoppt er den Vorgang. Der Mitarbeiter in der Endkontrolle kann jetzt per Knopfdruck eine Videokonferenz starten, um das Problem zu besprechen und zu lösen. Danach geht es weiter.

Mit HBM in Richtung Industrie 4.0

Messverstärkersystem PMX

HBM bietet mit dem Industriemessverstärker PMX ein intelligentes Datenerfassungssystem an, das die gesamte Messkette der Produktion überwachen und steuern kann. Qualitätsmanagement und Instandhaltung können durch PMX nachhaltig verbessert werden. Mithilfe der webbasierten Datenaufbereitung lassen sich Mitarbeiterinformationen gezielt weitergeben. Außerdem „lernt“ das System: Ziel ist eine Selbstoptimierung anhand vorgegebener Kennzahlen. Das alles führt zu einem Effizienzgewinn, Qualität, Geschwindigkeit und Wandelbarkeit werden optimiert.

Digitale Wägetechnik

FIT7 showing benefits

Auch mit HBM-Wägetechnik können Prozesse fit gemacht werden für Industrie 4.0. Beim dynamischen Verwiegen zum Beispiel werden die Kommunikation und Software immer wichtiger. Die Software PanelX zur Konfiguration zum Beispiel der digitalen Wägezelle FIT7A verfügt über eine intuitive Bedienoberfläche mit Touch Control, um alle Parameter für die Messung einzustellen. Auch die Justage der Wägezellen, die Auswahl der Busadresse und Baudrate, die Eingabe von vier Grenzwerten mit Hysterese sowie die grafische Auswertung und Darstellung der Messergebnisse sind über PanelX möglich. Eine Web-Hilfe unterstützt bei Bedarf.

TEDS für Aufnehmer

Die von HBM mitentwickelte elektronische Aufnehmeridentifikation über TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) erlaubt nicht nur ein einfaches und schnelles Einrichten von Messketten  ("Plug and Measure"), sondern garantiert auch zuverlässige Messwerte bei jeder Messung – selbst bei einer großen Anzahl eingesetzter Aufnehmer. Dazu sind in jedem Aufnehmer dessen wichtige Kenndaten in Form eines elektronischen Datenblatts gespeichert. Der Messverstärker kann diese Daten einlesen und automatisch in die richtigen Einstellungen umsetzen, ohne menschliches Zutun: Ein wichtiger Baustein der vernetzten Fertigung.

Wie sieht der Weg zur vernetzten Produktion aus?

Wie aber sieht der Weg zu einer solchen vernetzten Produktion aus? Lassen sich Maschinen von 1998 überhaupt so anpassen, dass eine Vernetzung möglich ist? Und was kostet das? Diese Fragen stellen sich viele Unternehmen. Großunternehmen preschen zum Teil mit beispielhaften Lösungen voran, kleinere Betriebe ziehen Stück für Stück nach. Klar ist: Von Industrie heute bis Industrie 4.0 ist es ein langer Weg, der für jeden Betrieb anders aussieht. Oft sind Vorstufen von Industrie 4.0 das erste – erreichbare – Ziel.

Um kleine und mittelständische Unternehmen mitzunehmen, sind bereits wichtige Schritte getan: Politik und Wissenschaft haben das Thema für sich entdeckt, auf Messen, Kongressen und Konferenzen werden Ideen und Lösungen entwickelt. Von den Erkenntnissen der Lernfabriken, die zu Forschungszwecken überall in Deutschland betrieben werden, profitieren auch die Firmen. Stück für Stück tasten sich Unternehmen so an vernetzte Prozesse heran. Dabei zeigt sich bereits, dass im ersten Schritt nicht gleich komplett neue Produktionsstraßen aus dem Boden gestampft werden müssen: Auch bestehende Systeme können nachträglich mit den passenden Sensoren aufgerüstet werden und Kommunikationsaufgaben übernehmen.

Moderne Messtechnik ermöglicht diesen Schritt in Richtung Industrie 4.0.

Ausgangslage

Die Technische Universität Darmstadt (TU) beschreibt die Ausgangslage Stand 2015 in der Studie „Industrie 4.0 – Potentiale, Nutzen und Good-Practice-Beispiele für die hessische Industrie“, welche im Rahmen des Forschungsprojektes „Effiziente Fabrik 4.0“ angefertigt wurde:

  • Knapp 90 Prozent der Betriebe des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus sind kleine und mittelständische Unternehmen.
  • Insbesondere in diesen Unternehmen gibt es gegenüber den Entwicklungen der Industrie 4.0 noch Zurückhaltung und Skepsis.
  • Das ist wohl auf die nur spärliche Information zu bestehenden Good-Practice-Beispielen und mangelnde Fachkräfte zurückzuführen.

Um das zu ändern, hat die TU Darmstadt im März 2016 aufbauend auf das Forschungsprojekt „Effiziente Fabrik 4.0“ das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum eröffnet. Dort können sich Unternehmen zum Thema Industrie 4.0 kundig machen und bei Seminaren in den Lernfabriken der Universität anhand realer Prozesse Möglichkeiten der Digitalisierung erarbeiten, eine Vorstufe der Industrie 4.0. Das Darmstädter Kompetenzzentrum ist eines von zunächst fünf in ganz Deutschland, das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird.