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Industrie 4.0

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Oberflächenbeschichtung und Industrie 4.0

Dipl.Ing. (FH) Richard Utikal, Utikal Automation, Burgrieden

Heute wird überall das Schlagwort Industrie 4.0 verwendet. Doch was bedeutet dies überhaupt? Ergeben sich dadurch Chancen und Vorteile in einem Betrieb für Oberflächenbeschichtung? Wenn ja, welche?

Zuerst erkunden wir die Bedeutung von Industrie 4.0. Von Industrie 4.0 spricht man, wenn die 4. Industrielle Revolution gemeint ist. Und die Vorgänger der 4. Industriellen Revolution? Diese beschreiben folgende Eckpunkte unserer Menschheitsgeschichte:

1. Erste industrielle Revolution: Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser- oder Dampfkraft (symbolisiert durch den mechanischer Webstuhl).
2. Zweite industrielle Revolution: Einführung von Massenproduktion und Arbeitsteilung mit Hilfe von elektrischer Energie (symbolisiert durch das elektrische Fließband).
3. Dritte industrielle Revolution: Einführung von IT und Elektronik in der Produktion und Automatisierung (symbolisiert durch speicherprogrammierbare Steuerungen SPS). Dies ist der heutige Stand der Technik.
4. Vierte industrielle Revolution: Einführung miteinander vernetzter Geräte, Maschinen und beweglicher Gegenstände, die mittels IT und kontinuierlichem Datenaustausch – zum Beispiel über das Internet – gesteuert werden. Dies ist der Ausblick auf die Zukunft.

 

Was steckt hinter Industrie 4.0?

Der Begriff steht für die vernetzte Fabrik, in der Maschinen und Werkstücke permanent Informationen austauschen. Dafür werden in die zu fertigenden Teile Kleinstcomputer und Sensoren eingebaut und zu einem Netzwerk zusammengeschaltet.Das so entstandene System kann zudem aus Clouds weitere Daten ziehen. So soll die Produktion künftig flexibler und effizienter werden. Maschinen können dann vollautomatisch zwischen verschiedenen Aufgaben wechseln oder Monteure bei ihrer Arbeit unterstützen. Dadurch sollen Maßanfertigungen, wie unterschiedliche Oberflächen, ohne hohe Mehrkosten möglich sein. Die Steuerung erfolgt annähernd in Echtzeit.

 

Was unterscheidet solche Systeme von der bishergen Automation

Mit der Automatisierung der Produktion begannen viele Unternehmen schon vor Jahrzehnten, etwa in der Autoindustrie. Die Roboter schneiden und schweißen Teile heute schneller und präziser als Menschen. Sie sind teilweise so stark, dass sie einen Kleinwagen hochhieven können, aber auch so gefährlich, dass sie hinter Sicherheitsgittern arbeiten müssen.

Im Gegensatz dazu beinhaltet das Konzept von Industrie 4.0 viele verschiedene Zutaten:

Die Cloud: Sie stellt die Basis für den Datenaustausch im großen Stil dar und bietet den nötigen Speicher und die Rechenleistung für die digitalisierte Produktion, in der sich Fertigungsprozesse grundlegend verändern. In einer smarten Fabrik mit tausenden von vernetzten Produktionsteilen und intelligenten Maschinen entstehen enorme Datenmengen. Diese Datenberge können nur mit Cloud-Lösungen gespeichert und verarbeitet, sowie überall auf der Welt zugänglich gemacht werden.

Selbständige Roboter: Die Maschinen der neuen Generation erledigen Aufgaben gemeinsam mit Monteuren. Sie spüren über Sensoren, wenn ein Arbeiter sich nähert und weichen zurück.

Virtuelle Realität: Virtuelle Techniken sind in der In-dustrie ein wichtiger und etablierter Teil der Prozesskette innerhalb der Produktentwicklung und Produktionsplanung. Um weitere Planungs- und Entscheidungsschritte kosteneffizient und basierend auf virtuellen Modellen fundiert durchführen zu können, sind umfassende, möglichst funktionale Visualisierungen eines digitalen Produktmodells oder eines Anlagenmodells notwendig.

Simulation: Produkte schneller, in gleichbleibend hoher Qualität auf den Markt zu bringen, erfordert optimiertes Engineering in der Automatisierung sowie möglichst kurze Aufbau- und Inbetriebnahme-Zeiten für neue Produkte. Einen entscheidenden Vorteil bietet hier die Simulationssoftware. Dadurch wird ein durchgängiger Entwicklungsprozess bis hin zum Endprodukt begleitet. Die Simulation begleitet die Entwicklung und Fertigung.

Systemintegration: Dabei sind Menschen, Werkstücke und Anlagen – mittels modernster Informations- und Kommunikationstechnik – miteinander verknüpft. Es werden sämtliche produktionsbezogenen Informationen jederzeit in Echtzeit verfügbar – Werker, Objekte und Systeme können direkt miteinander kommunizieren und kooperieren. Dazu bedarf es der Einbindung verschiedenster Teile zu einem sich selbstorganisierenden Netz. Kleinste Anlagenkomponenten wie Temperaturregelung oder Fahrwagensteuerung, weiter zu der überwachenden und steuernden Anlagensteuerung, weiter in der Ebene das Leitsystem mit entsprechenden Schnittstellen zu Auftragsbearbeitung und Produktionsplanung. Alle diese Komponenten arbeiten zusammen und tauschen über entsprechende Schnittstellen Daten und Informationen aus.

IoT (Internet of Things): Das Internet der Dinge be-schreibt intelligente Gegenstände, welche die Schnittstelle zwischen der Realität und der virtuellen Welt (Internet) realisieren. Es handelt sich dabei um immer kleinere Computer, die möglichst unauffällig Daten und bestimmte Funktionen erfüllen und sammeln. Sie dienen z. B. zum Identifizieren von Werkstücken, zum Erfassen von Messwerten, etc. und stellen diese Daten Anderen zur Verfügung.

 

Wie kann man profitieren?

Experten sehen Potenziale für das gesamte produzierende Gewerbe, unabhängig von der Größe. Viele Industriekonzerne haben bereits vernetzte Produktionsstätten in Betrieb genommen. So z. B. im Siemens-Elektronikwerk in Amberg, Deutschland, tragen Chips, Stecker und jedes Bauteil einen Strichcode. Roboter lesen die Codes aus und bauen daraus verschiedene Steuerungseinheiten zusammen – für Anwendungen wie Bordsysteme von Kreuzfahrtschiffen oder Skilifte.

Auch für mittelständische Betriebe können vernetzte Produktionsanlagen Vorteile bringen. So lassen sich Maschinen aus der Ferne warten und individuelle Kundenwünsche berücksichtigen. Diesen Unternehmen bereiten allerdings die hohen Kosten bei der Einführung solcher Technologie Probleme, sie sind noch zögerlich. Hier sind jedoch fünf gute Gründe dafür, Industrie 4.0-Anwendungen umzusetzen:


• Hohe Wettbewerbsstärke
• Flexible Fertigung
• Individuelle Fertigung
• Innovative Geschäftsmodelle
• Neues Arbeiten

 

Oberflächenanlagen und Industrie 4.0

Sehen wir uns die Möglichkeiten einer Galvanikanlage an, die nach den Vorstellungen von Industrie 4.0 realisiert ist. Kleine und schwankende Losgrößen bei stabilen Produktionskosten zu fertigen, ist ein wachsender Bedarf in der Galvanotechnik. Doch wo die Produktion flexibler wird, steigt auch die Komplexität der Abläufe und damit die Gefahr, dass unbeherrschbare Prozesse die Fertigung unwirtschaftlich machen. Eine flexibel organisierte Produktion sorgt für den nötigen Durchblick. Dabei werden entlang einer Prozesskette vom unternehmensweiten Auftragsmanagement über die Fertigungsorganisation bis zur Arbeit an der einzelnen Maschine Aufgaben und Tätigkeiten von Mitarbeitern in der Produktion neu definiert.

So können die Aufträge vom Kunden direkt an die entsprechend ausgerüstete Anlage gesandt werden. Hier werden die Teile möglichst energie- und kosteneffizient produziert. Dabei wird jeder Teil der Herstellung und des Durchlaufs durch die Anlage protokolliert und kann vom Kunden eingesehen und überprüft werden. Die gefertigten Teile werden überprüft und wieder automatisch an den Kunden zurückgemeldet.

 

Sicherheitsaspekte

Mit der zunehmenden Digitalisierung der Industrie gewinnt das Thema IT-Sicherheit noch stärker an Bedeutung. In der hochgradig automatisierten Produktion der Industrie 4.0 fallen große Datenmengen an. Einerseits erhalten Anlagen Steuerbefehle und stimmen sich untereinander sowie mit anderen Systemen und Produkten ab. Andererseits entstehen im Laufe der Zeit umfassende Protokolle. Diese Daten enthalten ein enormes Wissen über Anlagen, Kunden und Märkte und werden in Datenbanken zusammengeführt und für vielfältige Zwecke eingesetzt. Einzelne Unternehmen, aber nicht selten auch ganze Verbände von miteinander in länderübergreifenden Wertschöpfungsnetzwerken kooperierenden Unternehmen, sind auf die Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit dieser Daten angewiesen. Sie erlauben tiefe Einblicke in die Produktion und stellen somit meist auch sensible Unternehmensgeheimnisse dar. Genau das macht diese Daten aber auch zu einem interessanten Ziel für Angriffe. Denn … das Böse schläft nicht.

Verlässliche Konzepte, Architekturen und Standards im Bereich der IT-Sicherheit sind für Industrie 4.0 weiter zu entwickeln. Die Herausforderung dabei ist, bestehende Strukturen für die neuen Anforderungen auszurüsten und gleichzeitig Lösungen für neue Einrichtungen zu entwickeln – und dieses Prinzip in der Unternehmenskultur zu verankern.Eine Gefahr für die Privatsphäre ist die eine Seite. Die andere ist: Was passiert mit den Daten? Wem gehören sie? Hier sind noch viele Überlegungen zu tätigen und rechtliche Grundlagen zu schaffen.

 

Fazit

Mit Hilfe der Technologie von Industrie 4.0 soll eine weitestgehend selbstorganisierte Produktion möglich werden: Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte kommunizieren und kooperieren in der Industrie 4.0 direkt miteinander. Durch die Vernetzung soll es möglich werden, nicht mehr nur einen Produktionsschritt, sondern eine ganze Wertschöpfungskette zu optimieren. Das Netz soll zudem alle Phasen des Lebenszyklus des Produktes einschließen – von der Idee eines Produkts über die Entwicklung, Fertigung, Nutzung und Wartung bis hin zum Recycling.
Hier entstehen große Chancen für alle, aber auch vor allem für kleine und mittelständische, produzierende Unternehmen. Um in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben und flexibel auf Anforderungen des Marktes zu reagieren.

-Dipl.Ing. (FH) Richard Utikal-

Galvanotechnik 2/2017 | Eugen G. Leuze Verlag

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