Industrie 4.0: Auswirkungen auf das Engineering von Elektro- und Automatisierungstechnik

BITKOM, VDMA und ZVEI haben eigens eine Geschäftsstelle gegründet, die sich nur mit diesem Thema befasst. Doch was waren eigentlich 1.0 bis 3.0? Als erste industrielle Revolution sieht man die Erfindung des mechanischen Webstuhls, 2.0 ist nach dieser Zählung die Elektrifizierung der Produktion und 3.0 die Einführung von SPS- und Bus-Technologie. Jetzt also 4.0: Dabei werden Elektro- und Automatisierungstechnik enorm an Bedeutung gewinnen und damit auch das entsprechende Engineering.
Statt starrer Fertigungsstraßen für ein Produkt mit hoher Stückzahl sollen Einzelaufträge für individuelle Produkte mit der der hohen Effizienz und den niedrigen Kosten der Serienproduktion abgearbeitet werden. So würde z. B. nicht mehr wie bisher eine Fertigungsstraße ausschließlich für den Bau eines bestimmten Autotyps aufgebaut.  Stattdessen soll so flexibel produziert werden, dass eine Straße Limousinen, SUVs und Cabrios in wechselnder Reihenfolge baut, aber so schnell wie vorher. Eine Abfüllanlage wird in der Lage sein, verschiedene Rezepturen in entsprechende Behältnisse zu füllen und empfängerbezogen zu konfigurieren. Mit solch einer sich selbst den Produkt- und Auftrags-Anforderungen anpassenden Fertigungsstraße entfallen aufwändige Hallen-Umbauten oder Hardware-Umrüstungen bei jeder Produktänderung.
Welche Rolle spielt dabei das Engineering von Elektro- und Automatisierungstechnik? Diese Frage lässt sich aus zwei Perspektiven angehen: zum einen wird die zunehmende Individualisierung deutlichen Einfluss auf das Engineering des Produkts selbst haben, zum anderen in hohem Ausmaß auch auf die Fertigungs-Anlagen. Zunächst die Produktsicht:
 

Individualität gewinnt

Dabei geht es um die individualisierte Planung des Produktes selbst, sofern es e-technische Anteile hat. Die Automobilindustrie ist hier bereits sehr weit. Die großen deutschen Hersteller setzen auf kundenspezifische Kabelstränge (KSK) und Modularität. Das ist das große Plus der deutschen Premium-Hersteller, denn ihre Kunden erwarten absolute Freiheit in der Zusammenstellung ihres Wunschfahrzeugs. Nicht die maximale Luxus-Ausstattung ist das Optimum, sondern die individuelle Konfiguration von Assistenzsystemen, Infotainment, Licht und Ähnlichem. Diese modulare Vielfalt ist nicht vergleichbar mit den vordefinierten Ausstattungsmöglichkeiten, wie z. B. U.S.-Hersteller sie anbieten. Dort kommt man auf etwa 150 Varianten, bei den KSK-Verfechtern ergeben sich einige 100.000.

Beispiel: Oystar Hassia
Das verlangt vom Engineering höchste Flexibilität und bestmöglichen Überblick. Dabei muss der Leitungsstrang mit allen Varianten (150%-Entwurf) abbildbar sein, um alle kombinatorischen Möglichkeiten im Planungstool vorausdenken zu können und dann auf 100% herunterzubrechen. Die datenbankbasierte Software-Plattform Engineering Base (EB) von Aucotec kann alle modularen Beziehungen darstellen, indem sie die Grafik mit einer intelligenten, flexiblen Datenbank verbindet. Das garantiert, dass die komplette Logik aller Verbindungen immer von überall nachvollziehbar und aktuell ist. Bei großen deutschen Autobauern ist dieses System bereits seit Jahren erfolgreich im Einsatz. Diese Erfahrungen aus einer Industrie mit allerhöchster Variationsbreite erlauben auch den Umgang mit den Flexibilitäts-Anforderungen anderer Branchen im Hinblick auf Industrie 4.0.
 

Fertigungssicht

Der zweite Bereich, der eklatanten Veränderungen entgegensieht, ist der Maschinen- und Anlagenbau. Fertigungsstraßen mit immer mehr Robotik und hochflexiblen Fertigungszellen werden entstehen, um variierende Produktmodule im Takt der Serienfertigung herzustellen. Zum Erkennen der Produktgeometrie und dem Reagieren darauf in Bruchteilen von Sekunden ist ein Vielfaches an Sensoren und Aktoren zu planen und dokumentieren. Deren Intelligenz wird ebenfalls zunehmen. SPSen für Sensoren mit Zweidrahttechnik haben dann ausgedient, Kamera- und Scannertechnik muss via Ethernet eingebunden werden. Das Mehr an Informationen ergibt komplexere Datenströme und erfordert größere Rechenkapazität. Auch für die aufwändigere Steuerung und deren Technik ist ein adäquates Planungssystem notwendig.
Im selben Maß, wie sich die Automatisierungstechnik vervielfacht, steigt auch der Engineering-Aufwand – vermutlich aber wegen des allgegenwärtigen Kostendrucks ohne zusätzliche Ressourcen. Daher muss das Engineering diese Entwicklung mit zeitgewinnender Flexibilität, Durchgängigkeit und Qualität ausgleichen.
 

Die Prozessindustrie macht’s vor

In der Prozesstechnik und EMSR-Planung ist das Handhaben von Massendaten längst Alltag. EB ist dort in Großanlagen von der Zucker-Raffinerie bis zur Zement-Herstellung im Einsatz. Davon kann auch der Maschinen- und Anlagenbau profitieren. Z. B. mit dem in der Prozesstechnik verbreiteten tabellarischen Bearbeitung von Messstellendaten. Beim Design-Prozess geht der Trend ohnehin in diese Richtung, ist aber nur mit einer zentralen Datenbank umsetzbar. Nur so lassen sich zeitintensive grafische Arbeitsschritte einsparen oder automatisieren. EB aktualisiert automatisch alle weiteren Darstellungen, wenn ein Objekt in Report, Arbeitsblatt oder Zeichnung bearbeitet wurde.
Die datenbankgestützte Verwaltung der Mess- und Stell-Stellen sowie automatisierte Zuordnungen der Ein-/Ausgänge von SPSen und Leitsystemen sind weitere in der Prozesstechnik erworbene Fähigkeiten von EB, die die zukünftige Datenflut der Industrie 4.0. beherrschbar machen.
 

Zentrales Änderungsmanagement

Allein die Anforderungen an das Änderungs-Management werden durch die wachsende Vielfalt à la 4.0 noch einmal deutlich potenziert. Es muss zwei unterschiedliche, aber parallel existierende Arbeitsweisen unterstützen, um den zukünftigen Aufgaben gerecht zu werden. Zum einen das kooperative Arbeiten einer Gruppe an einem Versionsstand eines bestimmten Themas – schon das ist effizient nur mit zentraler Datenhaltung machbar – zum anderen das asynchrone Arbeiten unterschiedlicher Disziplinen an einem Produkt. Z. B bei der Zusammenarbeit von Elektrik und Hydraulik, oder wenn eine Gruppe bereits an der nächsten Version eines Produktes arbeitet. Ändern sich Anschlüsse oder Kabellängen, muss jeder betroffene Bereich davon wissen. Das ist sofort der Fall, wenn alle auf derselben Datenbasis arbeiten – wie bei EB. Nur eine zentrale Datenbank erkennt automatisch Änderungen an jeder Stelle und zeigt sie an, so dass jede Gruppe ihren Anteil unmittelbar anpassen kann.
 

Maschinen-Modularität wächst

Bei Betrachtung der einzelnen Maschinen einer Anlage wird aus der Fertigungssicht wieder die Produktsicht und der Kreis schließt sich: Eine Maschine, die 10 verschiedene Produkte seriell bearbeiten kann, ist etwa so komplex wie ein Auto. So wird im Sondermaschinenbau das Thema Modularität noch einmal einen gewaltigen Schub erleben. Hochkomplexe Baukastensysteme werden noch notwendiger. Herkömmliche Engineering-Methoden ohne zentrale Datenbank werden der kommenden Datenflut und Kombinatorik nicht gewachsen sein. EB, das schon heute mit der gigantischen Vielfalt in der Automobilindustrie umzugehen weiß, ebnet nicht nur den Weg zum Ziel, es macht ihn erst möglich!
 

„Für Industrie 4.0 gewappnet“

Andreas Kurth ist Engineering Director E-Technik am Oystar Hassia-Standort Ranstadt, der seit einiger Zeit mit EB arbeitet. Die Oystar-Gruppe gehört in Verpackungsfragen weltweit zu den führenden Unternehmen. Da in Hassia-Anlagen verschiedene Maschinenlinien zusammenlaufen, gab es höchste Anforderungen an Durchgängigkeit und Einheitlichkeit im Engineering. EB führte dort zudem die Elektrik und Verfahrenstechnik zusammen. „Diese Know-how-Kombination ist einzigartig“, so Kurth, „und die verschiedenen Fakultäten arbeiten heute praktisch automatisch miteinander auf einer Datenbasis, das beschleunigt erheblich. Dank EBs Datenbank-Konzept haben wir außerdem die Fehlerquote bei der Zeichnungs- und Stücklistenerstellung der unterschiedlichsten Funktionen wie Elektrik, Pneumatik, Verfahrens- und Prozesstechnik deutlich minimiert.“

Hassias Modularisierungs- und Standardisierungskonzept wird durch die nun mögliche virtuelle Baukastenstruktur leichter umsetzbar. „EB sichert uns Wissen durch nur einmal zu erarbeitende Bausteine und schafft Zeit u. a. mit hochflexiblem Variantenhandling und frei skalierbarem Multiuser-Einsatz“, erklärt der Engineering Experte und ergänzt: „Wir denken, dass wir mit diesem System auch den Herausforderungen von Industrie 4.0 gut gewappnet entgegengehen können.“
 
Quelle:
Johanna Kiesel
AUCOTEC AG, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit 
 
Telefon: (05 11) 61 03-186
www.aucotec.com