Sprungverzeichnis zu den Themen auf dieser Seite:

Schneidtechnik – ready for Industrie 4.0!

Strategien und Geschäftsmodelle für eine vernetzte Fertigung in der Schneidindustrie

Autor: Dr.-Ing. Klaus Middeldorf, conversio change management, Köln

Anlass: Referat am Deutschen Schneidkongress® 19.04.2018 in Essen

Ausgangssituation

Die schneidtechnische Fertigung wird sich – wie andere Fertigungen auch - zu einer vernetzten, smarten Fertigung weiterentwickeln. Dies wird durch die gezielte und pragmatische Anwendung von „Kernelementen Industrie 4.0“ möglich. Smarte Vernetzung bedeutet in diesem Zusammenhang die noch weitergehende Verzahnung der Fertigungstechnik mit der Informationstechnik und der Kommunikationstechnik. Fertigungstechnische Systeme werden mehr noch als bisher die Fähigkeit zur Aufnahme und Verarbeitung von Daten (möglichst in Echtzeit oder Echtzeit nah) und zur weitgehenden Kommunikation mit anderen Elementen der Fertigung, mit der Umgebung und mit den Mitarbeitern haben.

Eine solche vernetzte, smarte Fertigung wird dadurch beschrieben werden können, dass Produkte (vom Kunden) im Internet (über eine digitale Plattform) konfiguriert und ohne Umwege in einem weitgehend automatisierten Maschinenverbund gefertigt werden können. Der (sehr weitreichende) Ansatz Industrie 4.0 dabei lautet, dass eine solche Fertigung die Fähigkeit haben muss, die vom Kunden erdachte Produkte selbstständig zu fertigen, ohne dass das Fertigungssystem produktspezifisch vorgedacht werden muss.

Eine solche Fähigkeit ist für die schneidtechnische Fertigung (noch) nicht gegeben. Die aktuelle Einschätzung zur Schneidtechnik liefert dazu die Internetseite des Schneidforums www.schneidforum.de. Unter der Überschrift „Lieber Industrie 3.0 in der Hand als Industrie 4.0 auf dem Dach“ wird hier eine Steuerung und Überwachung der gesamten Wertschöpfungskette eines Produktes bis zum Recycling und eine vernetzte industrielle Produktion mit der Fähigkeit zum Selbstlernen und zur Selbstorganisation grundsätzlich positiv beschrieben. Thematisiert wird dabei, dass es einen erkennbaren ökonomischen Nutzen für die Schneidbetriebe dann geben kann, wenn es diesen Unternehmen gelingt, auf der Basis der Vernetzung neue Geschäftsmodelle zu entwickeln. Voraussetzung dafür ist die (Daten-) Transparenz in der Produktion. Keine Vorteile ergeben sich allerdings, solange Kosten des Zuschnitts noch immer unbekannt sind, keine Termine für die Fertigstellung von Zuschnitten gegeben werden kann, Rüstzeiten, Verbrauchs- und Prozesskosten unbekannt bleiben und unklar ist, welche Anlagen welche Kosten auftragsbezogen erzeugen.

Darüber hinaus wird thematisiert, dass Automatisierung und Vernetzung bei Dünnblechzuschnitt und bei 3D generierenden Verfahren eher möglich sind als bei Mittel- und Grobblechzuschnitt. Ferner muss bei Schneidbetrieben (zum Beispiel im Vergleich zu Unternehmen aus dem Maschinenbau) berücksichtigt werden, dass die Komplexität in den Abläufen anders, die Anarbeitungstiefe geringer, die Randbedingungen für eine wirtschaftliche Fertigung unterschiedlich und die Geschäftsmodelle noch erweiterbar sind.

Zu berücksichtigen ist auch, dass der Fertigungsschritt "Schneiden" häufig am Anfang einer fertigungstechnische Prozesskette mit mehreren nachfolgenden Fertigungsschritten liegt, damit kann durch den Fertigungsschritt Schneiden die Grundlage für durchgehende Datenflüsse gelegt werden (auf diese Überlegung wird bei den smarten Bauteilen und smarten Werkstücken näher eingegangen).

Gefordert wird daher eine differenzierende Betrachtung für jeden einzelnen Schneidbetrieb und eine unternehmensspezifische, stufenweise Umsetzung konkreter Maßnahmen Industrie 4.0.

Zum Stand der Vernetzung in der Schneidtechnik wird auf die geplante Auswertung einer Branchenbefragung durch das Schneidforum verwiesen, Interessant wäre eine Abschätzung darüber, wie hoch bereits heute der Anteil der Wertschöpfung in der schneidtechnischen Fertigung ist, der durch vernetzte digitalisierte Schneidmaschinen erbracht wird. Die Branchenbefragung erhebt dazu Informationen über das Alter der genutzten Schneidmaschinen und über den Rhythmus, in dem Schneidmaschinen ausgewechselt werden. Ferner werden Daten zum Stand der Digitalisierung der Schneidmaschinen und über die wichtigsten Faktoren beim Kauf einer Schneidmaschine erhoben

Die sich abzeichnende vernetzte, smarte Fertigung wird auch Auswirkungen auf alle fertigungsgestaltenden Elemente haben, nicht nur, was die Entwicklung und Optimierung von Schneidverfahren und der vor- und nachgeschalteten Prozesse angeht. Auch die Standardisierung und Normung, die Erarbeitung von Regelwerken und die Aus- und Weiterbildung werden unter diesen Voraussetzungen wesentlich stärker beschleunigt und parallelisiert ablaufen müssen als bisher. Auch die technisch – wissenschaftliche Gemeinschaftsarbeit in den Verbänden und in den Normungsgremien wird beeinflusst, zusätzlich wird sich die Aus- und Weiterbildung von Fach- und Führungspersonal in den Unternehmen und in den Bildungseinrichtungen verändern. Dabei wird sich die schneidtechnische Branche – wie andere Branchen auch – weiterhin mit einem Mangel an Fachkräften auseinandersetzen müssen. Als Maßnahmen dafür gelten zum Beispiel der nachhaltige Aufbau von Qualifikationen, der Einsatz kreativer Rekrutingmaßnahmen und eine verstärkte Kooperation mit anderen Unternehmen, Bildungseinrichtungen und Forschungsinstituten. Möglicherweise können Digitalisierung und Umsetzung von Industrie 4.0 auch diese Fragen adressieren /HOFFMANN 1/.

 

1. Industrie 4.0: Umsetzung in der Schneidtechnik

 

In aktuellen Handbüchern zum Thema Industrie 4.0 liegt für verschiedene Fertigungstechniken (zum Beispiel für die spanende Fertigung mit Werkzeugmaschinen und für die Montage, Logistik, und Instandhaltung) und für mehrere Branchen (zum Beispiel: Automobilbau, Flugzeugbau, Elektronikproduktion und weitere Verarbeitungstechniken) bereits umfangreiches Anwenderwissen vor, vergleiche /2-6/.

Für die Schneidtechnik liegen solche Handbücher noch nicht vor. Literaturauswertungen und Messeauswertungen zeigen jedoch die zunehmende Bedeutung, die einer vernetzten, smarten schneidtechnischen Fertigung sowohl von Herstellern als auch von Anwendern beigemessen wird. Die Fachmesse Schweißen und Schneiden 2017 (vergleiche /7/) und die Messe Cutting World 2018 mit dem Deutschen Schneidkongress im April 2018 ermöglichen eine diesbezügliche Statusbeschreibung (einige Beispiele vom Deutschen Schneidkongress 2018 sind im Folgenden mit Nennung der Autoren im Text erwähnt).

2. Digitalisierungsstrategien und Umsetzung Industrie 4.0

Eine überzeugende Digitalisierungsstrategie und eine konsequente Umsetzung dieser Strategie sind für jedes Unternehmen unerlässlich. Grundsätzlich gilt für Unternehmen aus der Fertigungstechnik aber auch die Forderung, schnell mit konkreten Umsetzungen von Kernelementen Industrie 4.0 zu beginnen. Deshalb wird Unternehmen eine Vorgehensweise empfohlen, die aus der Umsetzung einer schlüssigen Strategie (top – down) mit einer parallelen und stufenweisen Umsetzung von Kernelementen Industrie 4.0 (bottom – up) besteht. Eine solche Vorgehensweise ist auch deshalb sinnvoll, weil sich (viele) Kernelemente von Industrie 4.0 schnell gewinnbringend einsetzen lassen - zum Beispiel die Datenerfassung und Verarbeitung zur Echtzeitkontrolle von Fertigung und Qualität, predictive maintenance für Geräte der Schneidtechnik und der Einsatz von Assistenzsystemen. Grundsätzlich wird eine stufenweise Umsetzung von Kernelementen Industrie 4.0 empfohlen, vergleiche /8-9/.

Die Umsetzung von Kernelementen Industrie 4.0 muss dabei immer realistisch und strikt kundenbezogen sein: nur die Generierung eines Zusatznutzens (für Hersteller und Anwender) rechtfertigen die notwendigen Investitionen in neue Fertigungsanlagen oder die Umrüstung oder Erweiterung existierender Fertigungsanlagen. Beispiele für eine solche pragmatische Umsetzung in die Praxis der Schneidbetriebe zeigte /STEINBRÜCK 10/.

Im Folgenden werden Definitionen (Kapitel 3), Grundelemente und Kernelemente von Industrie 4.0 (in Kapitel 4) und die Gestaltungsfunktionen der Mitarbeiter (Kapitel 5) beschrieben.

 

3. Definition von Industrie 4.0

 

In der Literatur existiert eine Reihe von Definitionen für Industrie 4.0, im Folgenden wird eine für die schneidtechnische Fertigung nutzbare Definition abgeleitet, vergleiche /2, 11-18/. Grundsätzlich gilt Industrie 4.0 als die komplette Vernetzung aller „Elemente“ der Fertigung: dies umfasst die zu fertigenden Werkstücke und Bauteile, alle eingesetzten Maschinen, Anlagen und Systeme, alle Fertigungs- und Managementsysteme, alle damit verbundenen Dienstleistungen und immer auch die beteiligten Mitarbeiter. Industrie 4.0 forciert und kanalisiert dabei die Interaktionen zwischen diesen Elementen der Fertigung in „smarten Systemen“ und in autonomen, sich selbstoptimierenden „smarten Fabriken“ (Smart Factory).

Im Kern geht es dabei darum, alle Elemente der Fertigungsprozesse, die sie flankierenden Dienstleistungen und die sie verbindenden Logistikprozesse durchgängig digital zu vernetzen. Von einer lokalen Fertigung bis zu globalen Wertschöpfungsketten erfolgt eine dezentrale Steuerung der Fertigung über elektronisch eindeutig identifizierbare Werkstücke, Bauteile, Maschinen und Systeme („smarte Produkte“ / „cyber-physische Systeme“).

3.1 Definitionen: cyber physische Systeme

Durch die letztgenannte Definition wird ein wesentliches Kernelement von Industrie 4.0 eingeführt, nämlich die cyber physischen Systeme CPS. Nach /17/ kann von Industrie 4.0 Anwendungen überhaupt nur dann gesprochen werden, wenn erstens eine Ausrichtung von Produkten und Fertigung auf den gesamten Lebenszyklus erfolgt, und wenn zweitens cyber physische Systeme zum Einsatz kommen und wenn diese CPS auch konkrete Funktionen innerhalb einzelner Prozesse entlang des Lebenszyklus übernehmen. Eine „echte“ Industrie 4.0 Anwendung ist gemäß dieser Definition somit dann gegeben, wenn physische Prozesse und digitale Daten von mindestens zwei Phasen des Produktlebenszyklus durchgängig synchron integriert sind.

3.2 Definitionen: vertikale und horizontale Vernetzung

Ferner werden über die Definitionen weitere Kernelemente von Industrie 4.0 eingeführt, nämlich die vertikale und horizontale Vernetzung (womit auch die Notwendigkeit nach geeigneten Schnittstellen thematisiert wird) /13/. Industrie 4.0 bezeichnet demnach die digitale Vernetzung der Fertigung mit dem Ziel, Gesamtproduktivität, Flexibilität und Prozessstabilität zu steigern (dies bezieht sich auf die vertikale Integration) und unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke zu schaffen (dies bezieht sich auf die horizontale Integration). Umsetzung von Industrie 4.0 fordert demnach mit der vertikalen Integration eine „technische“ Umsetzung unter Berücksichtigung der „Automatisierungspyramide“ und einer dezentralen Steuerung der Fertigung innerhalb eines Unternehmens und eine „wertschöpfungsorientierte“ Umsetzung unter Berücksichtigung aller (auch externen) Wertschöpfungspartner des Unternehmens und des damit gebildeten Wertschöpfungssystems („eco system)“ /19/. Beide Aspekte – sowohl die technische, vertikale Integration als auch die wertschöpfungsorientierte, horizontale Integration – müssen gleichermaßen berücksichtigt werden, um deutliche Vorteile im Vergleich zur bisherigen schneidtechnischen Fertigung zu erreichen. Untersuchungen zeigen, dass der Unternehmenserfolg unter den Gesichtspunkten der Digitalisierung ganz klar mit dem Grad der internen und externen Integration korreliert ist. Diese beiden Formen der Integration treiben maßgeblich die erforderliche Reaktionsfähigkeit der Wertschöpfungsketten, was sich durch Kenngrößen zu Liefertreue, Kapitalbindung und Unternehmensprofitabilität nachweisen lässt /20/.

Die vertikale Vernetzung kann grundsätzlich eine autonome Bewegung eines Werkstücks oder eines Bauteiles durch die Fertigung ermöglichen. Dazu müssen Werkstücke und Bauteile als smarte Werkstücke und Bauteile, das heißt als cyber physische Systeme ausgestaltet sein. Cyber physische Systeme entfalten nur dann ihre Wirkung, wenn sie mit anderen CPS zusammen wirken. Bei der autonomen Bewegung eines Werkstücks oder eines Bauteils bedeutet dies die Wechselwirkung mit einem smarten Werkzeug, welches ebenfalls als CPS ausgestaltet ist. Dadurch kann das Werkstück oder Bauteil selbstständig erkennen, welche aufeinander folgenden Fertigungsschritte notwendig sind, diese Information an das Werkzeug übermitteln und dadurch „seine eigene Fertigung“ aktiv und autonom steuern und dabei kontinuierlich fertigungs- und qualitätsrelevante Daten in Echtzeit senden.

Die vertikale Vernetzung kann dabei nicht auf die autonome Bewegung eines Werkstücks oder Bauteil durch die Fertigung beschränkt bleiben, vielmehr können alle beteiligten Elemente einer vernetzten, schweißtechnischen Fertigung smart werden und damit die Fähigkeit aufweisen, ihr „Wissen“ mit den anderen Elementen zu teilen. Diese Fähigkeit ermöglicht die Umsetzung der bereits oben zitierten umfassenden Forderung von Industrie 4.0, nach der ein Fertigungssystem die Fähigkeit haben muss, ein vom Kunden erdachtes Produkt selbstständig zu fertigen, ohne dass das Fertigungssystem produktspezifisch vorgedacht werden muss.

3.3 Definitionen: Industrie 4.0 als Impuls für die Schneidtechnik

Die bisher genannten Definitionen sind deshalb hilfreich, weil sie bereits die Kernelemente Industrie 4.0 beschreiben, die gezielt in der schneidtechnischen Fertigung eingesetzt werden können. Als pragmatischer Einstieg in die Umsetzung dieser Kernelemente in die vernetzte schneidtechnische Fertigung kann daher gelten: Industrie 4.0 ist kein Produkt, kein Prozess, kein Projekt, sondern ein Impuls an die produzierende (schneidtechnische) Industrie, durch die Integration moderner Informations- und Kommunikationstechniken neuartige, intelligente und vernetzte Fertigungsanlagen und Fertigungssysteme zu entwickeln (dies ist die Aufgabe der Hersteller), die es den Anwendern dieser Fertigungsanlagen erlauben, mit einer digitalen Transformation ihrer bisherigen Wertschöpfung zu beginnen, vergleiche /2, 11, 14/.

3.4 Definition: Digitale Transformation

Die digitale Transformation (der Wertschöpfung) ist die Nutzung der Informations- und Kommunikationstechnik zur Optimierung der Wertschöpfung, was unter anderem bedeutet, mit digitalen Werkzeugen sowohl in der physischen als auch in der virtuellen Welt zusätzliche Werte für die Unternehmen und für deren Kunden zu schaffen.

Bild 1 zeigt, dass sich dazu die Elemente Dinge, Prozesse, Services und Netzwerke jeweils zu smarten Elementen (smart operations, smart factory) weiterentwickeln müssen, wie sie in den vorangegangenen Kapiteln bereits erläutert wurden.

„Dinge“ umfassen dabei intelligent verbundene Dinge des Internets und interagierende cyber physische Systeme.
„Prozesse“ umfassen dabei smarte Prozesse, die erst stabil, dann effizient, dann digital, dann smart ausgebildet werden müssen /HOLTHAUS 21/. Speziell bei der Laserstrahlbearbeitung können auch Verfahren der künstlichen Intelligenz (KI) bei der Prozessüberwachung eingesetzt werden /ABELS 22/.

„Services“ umfassen datenbasierte, digitale Dienstleistungen (auch KI – gestützt) und Netzwerke umfassen dynamische, digitale Vernetzungen dezentral gesteuerter, autonomer Elemente. Diese Elemente werden natürlich durch Führung und Strategie zur Wirkung gebracht und durch die Mitarbeiter, Ressourcen und Kompetenzen gesteuert.

Eine vernetzte, smarte schneidtechnische Fertigung ist somit nicht lediglich die Fortführung der Automatisierung, sondern es sind Änderungen notwendig: die bisherige Automatisierung ist im Wesentlichen durch die Vernetzung mechatronischer Systeme beschrieben, bei der die Werkstücke und Bauteile eine passive Rolle spielen. Eine smarte schneidtechnische Fertigung ist dagegen durch die Vernetzung cyber physischer Werkstücke, Bauteile, Maschinen und Systeme beschrieben, was zum Beispiel Schneidbrenner, Stromquellen und Messeinrichtungen und – um es noch einmal zu betonen – aktive, fertigungsgestaltende Werkstücke und Bauteile umfasst.

Bild 1 zeigt als Ergebnisse der digitalen Transformation Umsatzsteigerungen, kontinuierliche und dynamische Optimierungen sämtlicher Prozesse und Systeme entlang der Wertschöpfungskette (operational excellence) und neue Geschäftsmodelle.

Bild 1: Digitale Transformation
Bild 1: Digitale Transformation

4. Grundelemente und Kernelemente Industrie 4.0

Bild 2: Elemente Industrie 4.0
Bild 2: Elemente Industrie 4.0

 

Das Internet der Dinge und Cloud Services ermöglichen zum einen eine praktisch uneingeschränkte Kommunikation und zum anderen eine umfassende und flexible Erfassung, Dokumentation und Verarbeitung von Daten. Damit bilden diese Grundelemente die „Leitplanken“ für die Kernelemente von Industrie 4.0. Diese Grundelement und Kernelemente sind in Bild 2 zusammengefasst.

Es sind dies die folgenden Kernelemente:

  • Cyber physische Systeme (CPS) und deren Wechselwirkungen untereinander in cyber physischen Produktionssystemen (CPPS) /23/

  • Vertikale und horizontale Vernetzung /24/

  • Data Analytics /25/

  • Digital Engineering /26, 27/

  • Gestaltungsfunktion der Mitarbeiter: durch Mensch – Maschine – Interaktionen und durch physische und kognitive Assistenzsysteme wird auch bei einer vernetzten schweißtechnischen Fertigung der Einfluss der Mitarbeiter sichergestellt /2, 15, 17, 28, 29/.

    Diese Kernelemente sind untereinander in Wechselwirkungen verbunden. CPS ermöglichen dezentrale Steuerungen und eine vertikale Integration, somit verknüpfen CPS mehrere Kernelemente für die Umsetzung von Industrie 4.0. Alle Kernelemente müssen unter dem Aspekt der Vernetzungsfähigkeit aller oben genannten Elemente der Fertigung, der geeigneten Schnittstellen und zusätzlich unter dem Gesichtspunkt Datenqualität, Datensicherheit und Cybersicherheit betrachtet werden (Konnektivität).

 

Aus den erfassten Daten ergeben sich die folgenden Nutzungsmöglichkeiten:

  • Informationen: Generierung von Information auf Basis der gesammelten Daten (zum Beispiel in smart cockpits mit digitalen Echtzeit-Informationen)

  • Wissen: Aufbau und Teilung von analysiertem, kontextualisiertem Wissen (zum Beispiel zur Unterstützung der Werker, Operatoren, Meister, Aufsichtspersonen)

  • Prognose: Auf Basis vorausschauender Mustererkennung (zum Beispiel predictive maintenance)

  • Autonomie: Selbstständige Abstimmung der Elemente der Fertigungssysteme mit der Möglichkeit zu autonomen Systementscheidungen und damit zur autonomen Fertigung

Alle Kernelemente haben Potentiale zur Kostenreduzierung und zur Umsatzsteigerung. Die Bilder 3 und 4 zeigen dazu Effekte und Potentiale bei den Bestandskosten, Fertigungskosten, Logistikkosten, Instandhaltungskosten und Komplexitätskosten. 

Bild 4: Wirtschaftliche Potentiale Industrie 4.0

Bild 3:  Wirtschaftliche Potentiale Industrie 4.0

 

Bild 3: Wirtschaftliche Potentiale Industrie 4.0

Bild 4: Wirtschaftliche Potentiale Industrie 4.0

 

Alle Kernelemente haben darüber hinaus Potentiale zur Produktinnovation, zur Prozessinnovation und zur Geschäftsmodellinnovation. Gerade die Geschäftsmodellinnovationen sind dabei von Bedeutung, weil besonders diese zur Erschließung von Wettbewerbsvorteilen und zum Unternehmenswachstum beitragen: Unternehmen, die ihr Geschäftsmodell (und nicht nur ihre Produkte und Prozesse) regelmäßig innovieren, wachsen überdurchschnittlich schnell /30/.

Zu den Geschäftsmodellinnovationen können zum Beispiel „Everything as a Service XaaS“ gezählt werden /31/. Darunter fallen

Value as a Service: Personalisierte Dienste zur Bedürfniserfüllung
Value as a Service umfasst zum Beispiel Cutting as a Service, also nicht den Kauf von Schneidanlagen, sondern den „Kauf“ von Brennschneidzeiten, Plasmazeiten, Laserstrahlzeiten unter Nutzung von schneidtechnischen Fertigungsplattformen, ein solcher Service wird über Fertigungsplattformen wie zum Beispiel die Fertigungsplattform www.emachineshop.com angeboten, über die zum Beispiel Schneidaufgaben mittels Laserstrahl oder Wasserstrahl geordert werden können (Platform as a Service).

  • Platform as a Service: Life Cycle Umgebung und Kommunikation zum wirtschaftlichen Bereitstellen der Soft- und Hardwaremodule

  • Module as a Service: Offene Hard-und Softwaremodule zur Komposition personalisierter Dienste

  • Infrastructure as a Service: Infrastrukturlandschaft als Basis für Plattformen und zur Bereitstellung von Modulen.

 

Die Fähigkeit der schneidtechnischen Unternehmen, neue Geschäftsmodelle zu entwickeln und umzusetzen, wird also von der Fähigkeit abhängen, das Internet der Dinge und cloudbasierte Services und Plattformen zu nutzen und gezielt Kernelemente Industrie 4.0 einzusetzen. Dazu werden die Kernelemente im Folgenden näher erläutert.

 

 

4.1 Kernelemente Industrie 4.0: Cyber physische Systeme

Die technischen Potentiale der CPS und der CPPS liegen unter anderem in weiteren Qualitätsverbesserungen in der Fertigung. Durch die ständige Erfassung der Umgebungsbedingungen mittels Sensoren kann eine schnelle Anpassung des Fertigungsprozesses erfolgen. Durch die genaue Kenntnis der Auslastung der Fertigung und des Fertigungszustandes der einzelnen Produkte kann eine situative Steuerung der (schneidtechnischen) Fertigung erfolgen, wodurch Flexibilisierungspotentiale erschlossen werden können.

 

Cyber physische Systeme sind somit die großen „Befähiger“, sie ermöglichen unter anderem jederzeit eindeutig identifizierbare Werkstücke, Bauteile, Maschinen, Anlagen und Systeme, und sie bilden die Brücken zwischen der physischen und der digitalen Welt, sie ermöglichen echtzeitnahe Kommunikation und stellen im Zusammenwirken von CPS zu CPPS mächtige Werkzeuge für eine vernetzte (schneidtechnische) Fertigung dar. Bild 5 fasst wesentliche Charakteristika von CPS und CPPS zusammen.

Bild 5: Cyber physische Systeme CPS

Bild 5: Cyber physische Systeme CPS

 

Bei cyber physischen Systemen handelt es sich um mechatronische Systeme (das heißt um Systeme mit Elementen aus Mechanik, Elektronik und Informatik), die über eine Dateninfrastruktur – zum Beispiel über das Internet – kommunizieren können (dieser Datenaustausch erfolgt in Echtzeit). Diese Echtzeit – Kommunikation mit anderen CPS, mit globalen Netzen und mit den Mitarbeitern ist – wie bereits oben genannt - der wesentliche Unterschied zu der bisherigen Automatisierung durch Vernetzung von mechatronischen Systemen.

Durch diese Kommunikation wird eine durchgängige Betrachtung des vollständigen Fertigungsprozesses – vom Bauteil über die Werkzeuge, über die beteiligten Maschinen und Systeme bis zu den Produktionsmanagementsystemen – möglich. Die dafür benötigten Daten werden nicht mehr auf den verschiedenen Ebenen der Automatisierungspyramide abgelegt oder weiterverarbeitet, sondern sie sind dort gespeichert und werden dort weiterverarbeitet, wo sie aus Sicht einer flexiblen und effizienten Fertigung benötigt werden (zum Beispiel in einer Cloud oder auf einer Cloud-Plattform).

Dadurch erfolgt teilweise eine Auflösung der klassischen Automatisierungspyramide, wobei die echtzeitkritische Feldebene (Sensoren und Aktoren) weitgehend bestehen bleibt, die darüber liegenden Ebenen allerdings nicht mehr streng hierarchisch strukturiert sind, vielmehr entsteht ein Netz aus verschiedenen CPS-basierten Automatisierungselementen, was als vertikale Integration bezeichnet werden kann. In der Schneidtechnik könnte man diese vertikale Integration „vom Bauteil zum ERP – System“ beschreiben.

Bild 6 fasst diese Entwicklung zusammen. Ausgehend von der bekannten Automatisierungspyramide (auf der linken Seite) wird dessen Veränderung gezeigt. Dabei sind die Bauteile auf der Produktionsebene nicht passiv, sondern sie nehmen aktiv und steuernd am Fertigungsprozess teil, Aktoren und Sensoren werden zu smarten Feldgeräten und die Managementsysteme sind modular und cloudbasiert.

 

Bild 6: Automatisierungspyramiden

Bild 6: Automatisierungspyramiden

 

Smarte Bauteile und smarte Schneidbrenner

CPS können sich bezüglich ihrer Fähigkeiten und ihres jeweiligen Zustandes vollständig selbst beschreiben. Sie können diese Beschreibung kommunizieren und situationsbezogen Entscheidungen treffen. Angenommen ein „smartes“ Werkstück oder Bauteil fungiert als CPS und ein „smarter“ Schneidbrenner fungiert ebenfalls als CPS, dann hat dieser Schneidbrenner Kenntnis darüber, ob und wie er das entsprechende Bauteil fertigen kann, und er kommuniziert seine Fähigkeiten und seinen Zustand an das Bauteil, welches wiederum „weiß“, welche Bearbeitungsschritte vorgesehen sind.

Bauteile können dazu eine Kennzeichnung zum Beispiel durch magnetische Enagramme erhalten, die zur Identifizierung und zur Verfolgung der Bauteile über ihre Lebensdauer hinweg dienen und damit auch zur Fälschungssicherheit der Bauteile beitragen können /HERWIG 32/. Die Identifikationsmöglichkeit von Bauteilen ermöglicht darüber hinaus die Hebung von Optimierungspotentialen in der Fertigungs- und Lagerlogistik der Schneidbetriebe /KNOP 33/.

Bauteile können ferner Kennzeichnungen erhalten, mit der Informationen über den Werkstoff (Beispiel Werkstoffzeugnis), über den Schneidprozess (Beispiel Schneidparameter) und über die anschließenden Fertigungsstufen (Beispiel Schweißprozess mit Schweißanweisungen) kommuniziert werden können /BYSTRONIC 34/. Eine weitergehende Ausrüstung der Bauteile mit Speicherplatz, Sensorik, Kommunikation und Entscheidungsfähigkeit kann zu sogenannten „gentelligenten Bauteilen“ führen, bei denen eine bauteilinhärente Speicherung und Nutzung von Daten möglich ist. Die bisherige physikalische Trennung von Informationen und Bauteilen ist damit aufgehoben, Daten stehen jederzeit zum Abruf zur Verfügung und sind eindeutig zuzuordnen. Gentelligente Bauteile können damit ein zentrales Element der Umsetzungsmöglichkeiten von Industrie 4.0 in der Fertigung sein /35/.

Somit kann davon ausgegangen werden, dass die Bauteile immer mehr Intelligenz und Kommunikationsmöglichkeit erhalten, gleiches gilt für die Bearbeitungswerkzeuge. Zukünftig könne Werkzeuge selbst die Rolle eines cyber physischen Systems übernehmen. Durch integrierte Sensorik und Aktorik erlangen Werkzeuge die Fähigkeit, Prozessdaten aufzunehmen, zu verarbeiten und zu kommunizieren /36/. Erste Ansätze für eine solche Entwicklung zeigt Bild 7 am Beispiel eines Autogenschneidbrenners /NACHBARGAUER 37/.

Konsequenterweise wird es zu einer Kommunikation zwischen Bauteilen und Schneidbrennern kommen. Weitere Entwicklungen und Forschungsarbeiten werden zeigen, welche Elemente des Schneidprozesses bevorzugt als CPS fungieren und wechselwirken. Es ist davon auszugehen, dass solche „CPS – gestützten Schneidprozesse“ in Zukunft zur Anwendung kommen werden.

Im Folgenden sollen noch einmal die wesentlichen Potentiale der vertikalen und der horizontalen Integration zusammengefasst werden. Anschließend folgt eine Betrachtung der Kernelemente Data Analytics und Digital Engineering.

 

 

Bild 7: Intelligenter Autogenbrenner

Bild 7: Intelligenter Autogenbrenner

 

4.2 Kernelemente Industrie 4.0: Vertikale und horizontale Integration

Vertikale Integration

Eine vertikale Integration (wie bereits in Bild 6 beschrieben) ermöglicht eine Durchgängigkeit von Daten und Informationen von der Produktionsebene in die Leitungsebene der Unternehmen. Unter anderem kann die bisherige starre Automatisierungspyramide durch ein Netzwerk mit Datenaustausch und Kommunikation mehrere Ebenen der Pyramide hinweg ersetzt werden. Eine vertikale Integration ermöglicht es dabei grundsätzlich, die Funktionalitäten einer Fertigung neu zu gestalten. Zum Beispiel kann ein smartes Werkzeug (als CPS) direkt mit der Maschinensteuerung kommunizieren, zum Beispiel bezüglich seiner Verschleißdaten – auch ein smarter Schneidbrenner (als CPS) kann direkt mit der Maschinensteuerung kommunizieren, was neue zustandsbasierte Wartungskonzepte für diesen Schneidbrenner ermöglichen.

Eine wichtige Rolle bei der Vernetzung spielen die Manufacturing Execution Systeme MES, mit denen eine „digitale Transparenz“ der gesamten Wertschöpfungskette von Blechprodukten erreicht werden können. Dazu werden alle Schritte vom Auftragseingang bis zur Auslieferung der fertigen Produkte digitale erfasst. Das MES verteilt erstellte Schneidpläne auf Ressourcen der verfügbaren Maschinen und liefert Zustandsmeldungen über den Stand der Fertigung in das Enterprise Resource Planning System ERP des Anwenders zurück. Weitere Anwendungen des MES beziehen sich auf die Materialbestellung je nach Auftragslage. Es erfolgt eine kontinuierliche Information über die Fertigungsschritte an den Kunden. Ferner liegen nach Auftragsabschluss die Daten zur Auswertung bezüglich Fertigungskosten, Materialkosten und Zeitaufwand zur Verfügung. Mittels einer solchen Vernetzung lässt sich die in der Einleitung geforderte Datentransparenz herstellen werden, der Schritt von „Lieber Industrie 3.0 in der Hand ...“ zu „Vom File zum Teil ...“ scheint möglich /38, 39, 40/.

Horizontale Integration

Eine horizontale Integration ermöglicht die Bildung von Wertschöpfungsnetzwerken, mit denen es grundsätzlich möglich wird, die Wertschöpfungsbeiträge der Wertschöpfungspartner neu zu gestalten. Bild 8 zeigt in der Mitte die Wertschöpfung des Unternehmens mit einer Vernetzung weiterer Wertschöpfungspartner wie Zulieferer und Kunden.

Bild 8: Wertschöpfungsnetzwerke

Bild 8: Wertschöpfungsnetzwerke

 

Gestaltung von Funktionalitäten und Wertschöpfungsanteilen

In dieser neuen Gestaltung von Funktionalitäten und von Wertschöpfungsbeiträgen liegen große Gestaltungspotentiale für die schweißtechnische Fertigung. Als Ziel für die vernetzte schweißtechnische Fertigung kann dabei gelten, sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Integration zu erreichen, dies deshalb, weil dadurch ein synchroner Austausch von internen und externen Daten möglich ist, mit denen Unternehmen ein durchgängiges und dynamisches Wertschöpfungsnetzwerk managen können. Bild 9 fasst diese Betrachtung schematisch zusammen.

 

Bild 9: Vertikale und horizontale Integration in der Fertigung

Bild 9: Vertikale und horizontale Integration in der Fertigung

 

4.3 Kernelemente Industrie 4.0: Data Analytics und Digital Engineering

Das Management solcher durchgängigen dynamischen Netzwerke bedingt geeignete Werkzeuge. Ein wesentlicher Ansatz dazu liegt in den bereits in der praktischen Anwendung befindlichen modernen Datenerfassungssystemen. Zusätzlich wird im Folgenden auf die Anwendung von Data Analytics und von Digital Engineering eingegangen. Die dadurch mögliche echtzeitnahe Nutzung von Daten innerhalb des Unternehmens und entlang der gesamten Wertschöpfungskette sowie die Möglichkeit zur vollständigen Simulation einer realen Fertigung bieten große Gestaltungsmöglichkeiten für eine vernetzte, schneidtechnische Fertigung.

Bereits heute liegen in der Fertigungsumgebung eine Vielzahl von strukturierten und semistrukturierte Daten vor, diese umfassen Daten aus den verwendeten Maschinen mit ihren Maschinensteuerungen, den verwendeten IT- Systeme zur Führung und Management (MES, ERP - Systeme) und auch Daten, die aus den Sensoren und aus Messungen und Korrelationen aus spezifischen Anwendungen heraus gewonnen wurden. Bei einer Verarbeitung dieser Daten muss die kontextabhängige Echtzeitfähigkeit der Kommunikation berücksichtigt werden (womit die Übergangszeit von der Entstehung bis zur Nutzung der Daten verstanden wird: das Sammeln, Verarbeiten, Auswerten und Bereitstellen von Daten für die Nutzung muss so schnell erfolgen, dass die Anwendung optimal durch Datenkontinuität unterstützt wird). Ein solches „Analytics as a Service“ umfasst das Erkennen von Mustern, Zusammenhängen und Abhängigkeiten aus den gewonnenen Daten (unter Nutzung geeigneter Auswertealgorithmen).

Data Analytics as a Service

Bild 10 zeigt Potentiale, die einer solchen digital analytics in Forschung und Entwicklung, im Supply Chain Management, in der Produktion und im After Sales Service zugeordnet werden können. Deutliche Reduzierungen ergeben sich demnach zum Beispiel in den Entwicklungskosten und in den Fertigungs- und Montagekosten.

Bild 10: Wirtschaftliche Potentiale Industrie 4.0

Bild 10: Wirtschaftliche Potentiale Industrie 4.0

 

Diese vertikalen Datenströme innerhalb eines Unternehmens werden zunehmend um horizontale Datenströme entlang der Wertschöpfungskette – also unternehmensübergreifend – ergänzt. Dabei müssen aber auch unstrukturierte Daten, wie sie aus dem Wertschöpfungssystem durch die horizontale Integration gewonnen werden, ausgewertet und nutzbar gemacht werden. Dazu zählen zum Beispiel unstrukturierte Kundeninformationen.

Nicht immer ist allerdings eine gute Datenverfügbarkeit, gute Datenqualität und gute Datensicherheit vorhanden, selten ist eine digitale Datendurchgängigkeit in Echtzeit mit gleicher Syntax und gleicher Semantik verfügbar. Von daher besteht noch Entwicklungsbedarf.

Der zunehmende Einsatz von CPS sowie der Einsatz von Werkzeugen zum digitalen Engineering generieren zukünftig weitere Daten, die über die Cloud vernetzt sind und zur Verfügung stehen, wobei auch die genannten unstrukturierte Daten verarbeitet werden können.

Durchgängiges digitales Engineering bedeutet die digitale Abbildung eines kompletten physischen Fertigungsprozesses, bei der Datenbasis und Datenmanagement zur Projektion der realen Fabrik in die digitale und in die virtuelle Fabrik genutzt wird. Werkzeuge dazu sind der digitale Schatten und der digitale Zwilling.

Der digitale Schatten ist die Sammlung von Daten entlang aller wertschöpfenden Prozesse, er ist das hinreichend genaue Abbild des Prozesses in der Produktion mit dem Zweck, eine echtzeitfähige Auswertungsbasis der relevanten Daten zu schaffen.

Der digitale Zwilling überführt den realen Fertigungsprozess in eine virtuelle Fassung und liefert darauf aufbauend durch ein Prozessmodell und durch Simulation ein möglichst identisches Abbild der Realität, in das kontinuierlich Informationen aus der realen Fertigung eingespielt werden. Dies kann einzelne Produkte und Prozesse aber auch die vollständig digitale Abbildung der Fabrik oder die virtuelle Fabrik (digitale Abbildung der Fabrik als Funktion der Zeit) umfassen. Bild 11 zeigt dazu die Wechselwirkung zwischen der realen und der virtuellen Produktion.

Bild 11: Digitales Engineering

Bild 11: Digitales Engineering

 

Die Methoden des Digital Engineering werden heute in der Schneidtechnik (noch) nicht weit genutzt, sie haben aber erhebliches Entwicklungspotential für Produkte und Prozesse. In /41/ wird eine Industrie 4.0 Plattform „Clouver“ beschrieben, mit der die schneidtechnische Fertigung mit ihrem digitalen Abbild verknüpft werden kann. Dies ermöglicht eine tiefergehende Analyse der Fertigungsabläufe. Dazu werden technische und betriebswirtschaftliche Daten während des Schneidprozesses in Echtzeit gesammelt und mit Daten aus Anwendungen des Kunden zusammengeführt. Grundsätzlich stellt also die Verfügbarkeit von „digitalen Identitäten“ aller am Fertigungsprozess beteiligten Elemente eine Informationsgrundlage dar, mit der zukünftig weitere erhebliche wirtschaftliche Potentiale gehoben werden können: es wird möglich sein, Funktionen und Abläufe noch besser zu verstehen und durch das Erkennen von Ursache – Wirkung – Beziehungen datenbasiert Vorhersagen treffen zu können, die in der Konsequenz zu selbstoptimierenden Systemen führen können /26, 27/.

Für ein schneidtechnisches Unternehmen kann eine Reihe von Daten aus unterschiedlichen Datenquellen zur Verfügung stehen. Bild 12 fasst diese Datenquellen zusammen. Neben den Datenmanagementsystemen und den Elementen des digitalen Engineering bleiben nach wie vor auch die Daten aus der Simulation des Blechschneidevorganges von Bedeutung /42/.

Bild 12: Data Analytics

 

Für die schneidtechnischen Fertigungsunternehmen stellt sich dabei die Frage, wie diese Daten gewinnbringend genutzt werden können.

Im Einzelnen geht es um die folgenden Fragen:

  • Welche Voraussetzungen und Werkzeuge sind erforderlich, um die relevanten Daten gezielt zu erfassen und auszuwerten?

  • Wo / Wie führt die gezielte Nutzung von Daten zu einer Verbesserung in den betrieblichen Abläufen der schneidtechnischen Unternehmen?

  • Wo / Wie können Daten dazu verwendet werden, den Kundennutzen weiter zu steigern?

  • Wo / Wie lassen sich mit Daten neue Geschäftsfelder erschließen oder neue Geschäftsmodelle entwickeln?

 

Diese Fragen lassen sich nicht pauschal beantworten, sie hängen von den Gegebenheiten in den jeweiligen Unternehmen ab. Die Fähigkeiten zur Datenanalyse, zum Einsatz von Werkzeugen des digitalen Engineerings und der Simulation werden die Wettbewerbsfähigkeit der schneidtechnischen Unternehmen in der Zukunft wesentlich mit bestimmen.

 

5. Gestaltungsfunktion der Mitarbeiter

Bild 13: Gestaltungsfunktion der Mitarbeiter Industrie 4.0
Bild 13: Gestaltungsfunktion der Mitarbeiter Industrie 4.0

Auch die vernetzte, smarte schneidtechnische Fertigung (die in großen Teilen automatisiert und autonom abläuft) wird durch die Mitarbeiter auf den verschiedenen Funktions- und Qualifikationsebenen aktiv mitgestaltet. Dabei ist es Aufgabe der fertigungsnahen Führungskräfte diese aktive Mitgestaltung der Mitarbeiter geltend zu machen und sie zu ermöglichen.

Es sind zwei Szenarien denkbar: ein ausschließliches Automatisierungsszenario mit einer vollständigen Autonomie der Fertigung und ein aktives Expertenszenario, das für Mitarbeiter Schnittstellen öffnet, Assistenzsysteme installiert und Verantwortung für das Fertigungsergebnis festlegt. Bild 13 zeigt den Entscheidungspfad: nach der Vernetzung kann zum einen eine rein autonome Fertigung und zum anderen eine durch Experten und Assistenzsysteme getragene Fertigung durchgeführt werden /29/. Die genannte Aufgabe der fertigungsnahen Führungskräfte umfasst dabei die Festlegung der Anteile an Automatisierung und an Experteneinsatz.

Grundsätzlich wird die schneidtechnische Fertigung (unabhängig davon, ob sie automatisiert oder vernetzt durchgeführt wird) stärker durch Daten und Informationen bestimmt als bisher. Für Werker / Maschinenbediener kann eine zunehmende kognitive Belastung und verstärkte Kollaboration mit Assistenzsystemen angenommen werden. Für Meister werden sich weiter zunehmend Entscheidungs- und Problemlösungsaufgaben ergeben. Für die bereits genannten fertigungssnahen Führungskräfte und Aufsichtspersonen ergeben sich weiter zunehmende Aufgaben in der Daten- und Informationssteuerung.

Eine weitergefasste Betrachtung zu den Veränderungen in der schneidtechnischen Fertigung zieht auch die Konstruktion, die Fertigungsplanung, die Instandhaltung und Wartung, die Fertigungsaufsicht, die Prüfaufsicht und das Prüfpersonal, die Werkseigene Produktionskontrolle und die Auditierung von Prozessen und Managementsystemen in die Überlegungen mit ein.

Insgesamt wird sich die hier beschriebene Entwicklung der schneidtechnischen Fertigung zu einer vernetzten, smarten Fertigung auch in der Aus- und Weiterbildung - auf allen Funktions- und Qualifikationsstufen - auswirken. Der Grundsatz in der Aus- und Weiterbildung wird zukünftig lauten: vernetzt arbeiten – vernetzt lernen. Die bereits existierenden Konzepte für ein kontinuierliches lebensbegleitendes Lernen werden dazu auch in der Schneidtechnik konsequent eingesetzt und erweitert werden müssen.

6. Zusammenfassung / Ausblick: Industrie 4.0 in der Schneidindustrie

 

  • Industrie 4.0 bedeutet für die Schneidtechnik eine vernetzte smarte Fertigung unter Nutzung des Internet der Dinge und von cloudbasierten Services und Plattformen. Zur Umsetzung von Industrie 4.0 benötigen die Anwender eine überzeugende Digitalisierungsstrategie, parallel besteht die Aufgabe, Basiselemente und Kernelemente von Industrie 4.0 schnell und nutzbringend einzusetzen.

  • Die Hersteller von Geräten, Maschinen und Systemen haben darauf bereits reagiert. Smarte digitalisierte Stromquellen, smarte Elemente des Arbeitsschutzes und smarte Datenmanagementsysteme sind in der Anwendung (diese bilden den Kern für die weitere Umsetzung von Industrie 4.0 auf dem Weg zu einer vernetzten schweißtechnischen und schneidtechnischen Fertigung).

  • Zur Umsetzung einer vernetzten Fertigung im Sinne von Industrie 4.0 können die folgenden Kernelemente verwendet werden: Cyber physische Systeme und cyber physische Produktionssysteme / Vertikale und horizontale Integration / Data Analytics und Digital Engineering. Diese Kernelemente sind in Wechselwirkung verknüpft und müssen unter Berücksichtigung von geeigneten Schnittstellen und von überzeugenden Maßnahmen der Datensicherheit und von Cyber Security umgesetzt werden.

  • In der Schneidtechnik ist davon auszugehen, dass in Zukunft „CPS – gestützte Schneidprozesse“ angewendet werden. Die Fragen dabei sind: Wer entwickelt digitalisierte Stromquellen zu cyber physischen Stromquellen weiter? Wer entwickelt Schneidbrenner zu cyber physischen Schneidbrennern? Wer entwickelt Bauteile zu cyber physischen Bauteilen, und wer nutzt die Kommunikation zwischen cyber physischen Bauteilen und cyber physischen Schneidbrennern, um eine vernetzte (autonome) schneidtechnische Fertigung aufzubauen?

  • Cyber physische Systeme in einer schneidtechnischen Fertigung ermöglichen sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Integration, damit können sowohl Funktionalitäten als auch Wertschöpfungsbeiträge anders als bisher gestaltet werden. Aus beiden Effekten lassen sich wirtschaftliche Effekte ableiten: sowohl was die Einsparung von Ressourcen / Kostensenkungen als auch was die Entwicklung von Ressourcen / Umsatzsteigerungen angeht. Möglicherweise ist die Fähigkeit, horizontale Wertschöpfungsnetzwerke zu managen, eine der wesentlichen Fähigkeiten für Schneidbetriebe in der Zukunft.

  • Data Analytics umfasst Daten aus realen schneidtechnischen Fertigungsprozessen und aus Datenmanagementsystemen. Zusätzlich können Daten aus Simulationen der schneidtechnischen Prozesse mit den bekannten Simulationswerkzeugen verwendet werden. Digital Engineering verwendet Daten aus der virtuellen Abbildung von Produkten und Prozessen. Zusätzlich können Daten aus ergänzend eingesetzten Hardwarekomponenten mit cps – Funktionen verwendet werden. Alle verfügbaren Daten können cloudbasiert beschrieben, bewertet, genutzt und präsentiert werden.
  • Für die Unternehmen stellen sich dabei als entscheidende Fragen: Wie werden diese Daten gewinnbringend genutzt werden können? Wo und wie führt die gezielte Nutzung von Daten zu einer Verbesserung in den betrieblichen Abläufen der schweißtechnischen Unternehmen? Wo und wie können Daten dazu verwendet werden, den Kundennutzen weiter zu steigern? Wo und wie lassen sich mit Daten neue Geschäftsfelder erschließen oder neue Geschäftsmodelle entwickeln? Diese Fragen können nicht pauschal, sondern nur spezifisch für Unternehmen beantwortet werden.

  • Auch in einer vernetzten schneidtechnischen Fertigung bleiben die Mitarbeiter auf den verschiedenen Funktions- und Qualifikationsstufen handlungsbestimmend

  • Die Möglichkeiten zur Entwicklung neuer Geschäftsmodelle sind für Unternehmen der Schneidtechnik vielversprechend: Nutzenversprechen können dadurch erweitert werden, dass neben optimierten physischen Produkten auch datenbasierte Dienstleistungen angeboten werden können. Kundenbeziehungen können sich durch diese erweiterten Nutzenversprechen und durch die Einbindung der Kunden in die horizontale Integration ändern. Kunden werden in die Wertschöpfungsnetzwerke integriert und nehmen vermehrt bisher klassische Aufgaben der Produktentwicklung wahr, was sich in einer weitergehenden Kundenzufriedenheit niederschlagen kann. Physische Produkte können über den gesamten Produktlebenszyklus mit zusätzlichen digitalen Dienstleistungen ausgestattet werden. Neue Schlüsselpartner mit bisher nicht nutzbaren Kompetenzen können in die Wertschöpfung mit einbezogen werden. Kostenstrukturen und Einnahmequellen können durch den Einsatz von digitalen Plattformen grundsätzlich verändert werden. Kundensegmenten, die bisher nicht erreicht werden konnten, können erschlossen werden.

  • Vorgeschlagen wird, einen „Handlungsrahmen Industrie 4.0 für die Schneidtechnik“ zu entwickeln, in dem besonders die Gestaltungsmöglichkeiten der Mitarbeiter beschrieben werden können, in dem Maßnahmen zur Aus- und Weiterbildung koordiniert werden können und in dem Initiativen zur Normung und zur Regelwerksarbeit umgesetzt werden können. Das Schneidforum stellt die geeignete Einrichtung dar, die Schneidtechnik auf dem Weg zu einer vernetzten smarten Fertigungstechnik aktiv zu begleiten.

 

Curriculum Vitae des Autors: Dr.-Ing. Klaus Middeldorf

DR. – ING. KLAUS MIDDELDORF
DR. – ING. KLAUS MIDDELDORF

 

DR. – ING. KLAUS MIDDELDORF 

Seit Januar 2017 Partner conversio change management ug, Köln

  • Strategien und Geschäftsmodelle für kleine und mittlere Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Bildungseinrichtungen
  • Digitalisierungsstrategien / Umsetzung Industrie 4.0
  • Personalentwicklung / Leadership – Programme

2013 - 2016: Geschäftsführer GSI Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH Duisburg / Düsseldorf

2006 - 2013: Hauptgeschäftsführer DVS Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V., Düsseldorf

1999 - 2013: Geschäftsführer Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V., Düsseldorf

1988 – 1999 Sekretär des Wissenschaftlichen Rates Mitglied der Geschäftsführung AiF e. V. Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln

1987 – 1888 Projekt Manager Produktion Papierprodukte Procter & Gamble GmbH, Euskirchen

1982 – 1987 Wissenschaftlicher Mitarbeiter / Werkstofftechnik Universität Essen / Technische Universität Berlin

1987 Promotion

1982 Abschluss Diplomhauptprüfung

1977 - 1982 Studium Maschinenbau / Verfahrenstechnik / Werkstofftechnik

Kontakt Autor:

Verantwortlich für diesen Beitrag:

Dr. – Ing. Klaus Middeldorf
E-Mail: km@conversio-changepartner.com

Anschrift:
conversio change management ug
Weidenpescher Straße 95
50735 Köln

Bei weiteren Fragen, wenden Sie sich bitte direkt an den Autor Dr. Klaus Middeldorf.

Quellangaben: Literatur (zitiert im Text und in den Bildern)

 

  1. /1/  Hoffmann, G.; Statement; Deutscher Schneidkongress; Essen 2018

  2. /2/  Jodlbauer, H.; Digitale Transformation der Wertschöpfung; Kohlhammer; 2018

  3. /3/  Reinhart, G.; Handbuch Industrie 4.0; Carl Hanser Verlag 2017

  4. /4/  Roth, A.; Einführung und Umsetzung von Industrie 4.0 – Grundlagen, Vorgehensmodell und Use Cases aus der Praxis; Springer Gabler 2016

  5. /5/  Schircks, A. D. und andere; Strategie für Industrie 4.0; Springer Gabler 2017

  6. /6/  Vogel-Heuser, B. und andere; Handbuch Industrie 4.0 Band 1; Springer Vieweg 2017

  7. /7/  Middeldorf, K.; Schweißtechnische Fertigung – Ready for „Industrie 4.0“; Der Praktiker 1-2, 2018, Seiten 34-41

  8. /8/  Universität St. Gallen; Forschungsprogramm Digital Business and Transformation; 2016; www.iwi.unisg.ch/forschung/forschungsprogramm

  9. /9/  Schircks, A. D..; Strategie 4.0 in der Organisation 4.0; in: /5/ a.a.O.

  10. /10/  Steinbrück, J.; Die digitale Zukunft des Schneidbetriebs gestalten; Deutscher Schneidkongress; Essen 2018

  11. /11/  Reinhart, G.; Vorwort; in: /3/ a.a.O.

  12. /12/  Schleidt, D., Das Ende eines Kunstwortes; Frankfurter Allgemeine Zeitung Verlagsspezial Industrie 4.0; 18. November 2014

  13. /13/  Löffler, K., Hengesbach, S.; Photonik – ein integraler Bestandteil der Industrie 4.0; Lasertagung 2016; DVS – Bericht 328

  14. /14/  FIR RWTH Aachen; Smart Operations – Whitepaper; 2015

  15. /15/  DIN / DKE; Deutsche Normungs-Roadmap Industrie 4.0; 2015

  16. /16/  Pfeiffer, S.; Industrie 4.0 und die Digitalisierung der Produktion – Hype oder Megatrend; Aus Politik und Zeitgeschichte 31-32 / 2015

  17. /17/  Bauer, W. und andere; Weiterbildung und Kompetenzentwicklung für die Industrie 4.0; in: /6/ a.a.O

  18. /18/  Fecht, N., Thoss, A.; Que vadis, Industrie 4.0?; www.euroblech.com

  19. /19/  Kleinemeier, M.; Von der Unternehmenspyramide zu Unternehmenssteuerungs- Netzwerken; in: /6/ a.a.O.

  1. /20/  Bölzing, D.; Digitale Transformation – Richtig handeln durch eine zielgerichtete Evolutionsstrategie; Zeitschrift Führung+Organisation; 2/2016

  2. /21/  Holthaus, M.; Fertigungsnahe Prozessoptimierung in Schneidbetrieben; Deutscher Schneidkongress; Essen 2018

  3. /22/  Abels, P.; Selbstlernende Prozessüberwachung für die Marerialbearbeitung mit Laserstahlung; Deutscher Schneidkongress; Essen 2018

  4. /23/  Nyhuis, P. und andere; Veränderung in der Produktionsplanung und –steuerung; in: /3/ a.a.O.

  5. /24/  Gorecky, D. u. a.; Wandelbare modulare Automatisierungssysteme; in: /3/ a.a.O.

  6. /25/  WGP – Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik; WGP-Standpunkt Industrie 4.0; 2016

  7. /26/  Schuh, G. und andere; Geschäftsmodell-Innovationen; in: /3/ a.a.O.

  8. /27/  ROI Management Consulting AG; Digital Process Twin – Effizienzschub für die Fertigung; München 2018

  9. /28/  Pfeiffer, S. und andere; Industrie 4.0 – Qualifizierung 2025; VDMA 2016

  10. /29/  Reinhart, G. und andere; Der Mensch in der Produktion von Morgen; in: /3/ a.a.O.

  11. /30/  Gausemeier, J., Wiesecke, J.; Mit Industrie 4.0 zum Unternehmenserfolg – Integrative Planung von Geschäftsmodellen und Wertschöpfungssystemen; Heinz-Nixdorf Institut, Universität Paderborn, 2017

  12. /31/  Schatz, A., Bauernhansl, T.; Geschäftsmodell-Innovationen: profitabler wirtschaften mit hohem Vernetzungsgrad; in: /6/ a.a.O.

  13. /32/  Herwig, P.; Produktverfolgung und Produktmarkierungen in Schneid- und Druckbauteilen; Deutscher Schneidkongress; Essen 2018

  14. /33/  Knop, W.; Lokalisierung von Werkstücken in der Lagerlogistik; Deutscher Schneidkongress; Essen 2018

  15. /34/  Bystronic Deutschland GmbH; Messepräsentation, Cutting World; Essen 2018

  16. /35/  Denkena, B. und andere; Das gentelligente Werkstück; in /3/ a.a.O.

  17. /36/  Zäh, M. und andere; Das intelligente Werkzeug; in /3/ a.a.O.

  18. /37/  Nachbargauer, K.; Digitalisierung macht Autogen wieder attraktiv; Deutscher Schneidkongress; Essen 2018

  19. /38/  Bystronic Deutschland GmbH; Das MES für die Blechfertigung; www.bystronic.de

  1. /39/  Bansemer, B.; Industrie 4.0 im Schneidprozess: vom File zum Teil – vollautomatisches Laserschneiden – eine Fertigung im Fluss; Deutscher Brennschneidtag; Essen 2018

  2. /40/  Lantek Sheet Metal Solutions S.L.; Digitale Bearbeitung für die blechbearbeitende Industrie; Schweißen und Schneiden; Essen 2017

  3. /41/  ProCom; Industrie 4.0 Plattform für Schneidprozesse; Der Praktiker 4, 2018, Seite 141

  4. /42/  Lantek Systemtechnik GmbH; Interaktive 3 D Simulation für thermische Blechschneideverfahren; Stahlmarkt 4, 2018, Seite 73

 

Literatur (ausschließlich zitiert in den Bildern)

  • Berger, C. u. a.; Characterization of Cyber Physical Sensor Systems; Procedia CIRP 41 (2016)
  • Dombrowski, U. u. a.; Aspekte der Fabrikplanung für die Ausrichtung auf Industrie 4.0; in: /3/ a.a.O.
  • Graef, N.; Industrie 4.0 – Gesamtkonzept: Zusammenspiel von intelligenten Infrastrukturen, Paradigmen und technologischen Komponenten; in: /4/ a.a.O.
  • Kaufmann, Th., Forstner, L.; Horizontale Integration der Wertschöpfungskette in der Halbleiterindustrie; in: /6/ a.a.O.
  • Lechler, A., Schlechtendahl, J.; Steuerung aus der Cloud; in: /6/ a.a.O.
    Lucke, D. und andere; Cyber physische Systeme für die Instandhaltung; in: /6/ a.a.O.
  • Niehues, M. und andere; Organisation, Qualität und IT-Systeme für Planung und Betrieb; in /3/ a.a.O.
  • Schneider, R.; Supply Chain Management 4.0 – der Einstieg in eine intelligente Unternehmenssteuerung; in: /5/ a.a.O.
  • Siepmann, D.; Industrie 4.0 – Fünf zentrale Paradigmen / Technologische Komponenten; in: /4/ a.a.O.
  • Steinhaus, I.; Umsatzquelle Big Data; CEDO Magazin; September 2016

 

 

Anzeige

Pressemeldungen - Anzeigen - das könnte Sie auch interessieren

Voller Fokus auf Technologie hieß das Motto bei der Eröffnung des neuen MicroStep CompetenceCenter Nord in Dorsten (NRW).

MicroStep Europa stellt mit einem Tag der offenen Tür sein neues CompetenceCenter Nord der Öffentlichkeit vor. Überwältigende Resonanz auf die neue Infrastruktur und das vielseitige Technologieangebot am Standort in Dorsten (NRW).

Weiterlesen …

Oliver Baudson

Die Eckelmann AG hat Oliver Baudson (52) zum 1. April 2022 die Leitung des Bereichs Maschinenautomation übertragen.

Weiterlesen …

Anzeige

Events - Termine - Messen - Anzeigen

Besuchen Sie AlmaAsco auf der EuroBLECH

Die EuroBLECH ist die größte Fachmesse für die …

Weiterlesen …

KeyVisual "Deutscher Schneidkongress®"

DEUTSCHER SCHNEIDKONGRESS 2023: "Trends der Schneidbranche"

Weiterlesen …


© 2011 - 2022, Schneidforum Consulting GmbH & Co.KG, Solingen