Schneidtechnik – ready for Industrie 4.0!

Strategien und Geschäftsmodelle für eine vernetzte Fertigung

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.

 

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