Die Geometrie der Digitalisierung

Der Monitoring-Bericht des Bundesministeriums für Wirtschaft für das Jahr 2018 belegt, dass die digitale Transformation auch in der Industrie vorankommt Mit 45 von 100 möglichen Punkten habe sich der Digitalisierungsgrad der deutschen Industrie um sechs Punkte im Vergleich zum Vorjahr verbessert, heißt es in dem Bericht. Allerdings schaffen es rund 34 Prozent der deutschen Unternehmen nur ins Mittelfeld des Digitalisierungsrankings und 19 Prozent gelten als digitale Anfänger.

Technologischen Herausforderungen mit Digitalisierung meistern

Michael Wittmann, Wittmann Battenfeld

Die Grenzen der Digitalisierung in den einzelnen Firmen sind ein uneinheitlicher Maschinenpark, der teilweise ältere Maschinen umfasst, die nur sehr bedingt
digital eingebunden werden
können.

Wesentliche Gründe für die Zurückhaltung vieler Unternehmen sind eine Verunsicherung darüber, wie Automatisierung und Digitalisierung in der Produktion und im Unternehmen umgesetzt werden können. Da ist der Mangel an Kompetenz und Personal für viele eine Hürde.

Michael Däbritz, Varioplast

Die Digitalisierung wird neue Möglichkeiten eröffnen, gerade in Hochlohnländern die Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen und neue, zukunftsträchtige Berufsfelder zu begründen.

Vor allem aber gilt, dass sich eine Investition in die Digitalisierung lohnen muss. „Die Verarbeiter, auch wir, setzen da auf Digitalisierung, wo es insgesamt Vorteile bringt. Digitalisierung darf kein Selbstzweck werden, da Zulieferer das Geld für jegliche Investition hart verdienen müssen. Digitalisierungsprojekte die aus harten Kundenforderungen resultieren, setzen wir dabei natürlich bevorzugt um,“ erläutert Michael Däbitz, Geschäftsführer der Varioplast, Ötisheim.

Michael Wittmann, Geschäftsführer der Wittmann Battenfeld, Kottingbrunn, Österreich, sieht bei den meisten Firmen eine schrittweise Umsetzung: „Die Grenzen der Digitalisierung in den einzelnen Firmen sind ein uneinheitlicher Maschinenpark, der teilweise ältere Maschinen umfasst, die nur sehr bedingt digital eingebunden werden können.“

Doch die großen technologischen Herausforderungen, wie maximale Kapazitätsauslastung, zunehmende Variantenzahl bei kleineren Losgrößen und volatile Märkte bedingen mehr Transparenz, merkt Jürgen Schwarz, Leiter der Geschäftsentwicklung, SAR Elektronic, Unzenhausen.

Jürgen Schwarz,SAR

Die heutigen technologischen Herausforderungen bedingen mehr Transparenz.

Je nach Markt sind die Anforderungen an Kunststoffverarbeiter jedoch unterschiedlich. So gehört die Automobilindustrie zu den Branchen, in denen eine durchgängige vertikale Digitalisierung mehr und mehr gefragt ist. Neu ist eine Übermittlung von Produktionsinformationen von Bauteilen nicht. Doch die Zahl der Parameter und Übermittlung der Daten entlang der gesamten Wertschöpfungskette (horizontale Vernetzung) hatte an Konsequenz zugenommen. „Daher wird in der Kunststoffverarbeitenden Industrie die Digitalisierung vor allem durch die Vernetzung, den Datenaustausch entlang der Wertschöpfungskette genutzt und sich hier in weiterer Automatisierung auswirken. Das umso stärker, „je enger die Kunden-Lieferanten-Beziehung ist bzw. je mehr Durchgriff der Kunde auf den Lieferanten bzw. den Kunststoffverarbeiter hat. Und die Kunden-Lieferanten-Beziehung ist typischerweise im Kfz-Bereich enger als im Verpackungs- oder im Baubereich.“ [Stieler, Digitalisierung in der Kunststoffverarbeitenden Industrie, 2015, IMU Institut].

Fit für Industrie 4.0

Andrè Brandt,Hasco Hasenclever

Wir gehen auf die Bedürfnisse des Marktes weitestgehend ein und passen unsere Prozesse immer mehr dem Anspruch einer digitalen Welt an.

Um diesen Verknüpfungen mit entsprechender Technik zu begegnen, haben die Zulieferer der Kunststoff verarbeitenden Industrie in den vergangenen Jahren ihr Angebot unter dem Stichwort Industrie 4.0 weiterentwickelt. „Das Thema Digitalisierung und das damit einhergehende Anpassen des Informationsangebotes ist ein zunehmend wichtiger Bestandteil der Geschäftsentwicklung. Wir gehen auf die Bedürfnisse des Marktes weitestgehend ein und passen unsere Prozesse immer mehr dem Anspruch einer Digitalen Welt an,“ beschreibt Andrè Brandt, Executive Vice President Mould Base Technology von Hasco Hasenclever, Lüdenscheid., die Entwicklung des Werkzeugbauers.

Carsten Koch, Werner Koch

Digitalsierung muss nicht zwangsläufig immer hochkomplex sein.

So Digitalsierung muss nicht zwangsläufig immer hochkomplex sein.ordnet auch Carsten Koch, Geschäftsführer der Werner Koch Maschinentechnik, Ispringen, den Bedarf an technologischen Lösungen ein: „Schon aus Gründen der Wettbewerbsfähigkeit ist es unumgänglich, sich mit diesem Thema zu befassen. Der Bedarf, Umfang und Anspruch an Lösungen und Schnittstellen in diesem Bereich ergibt sich in der Regel aus verschiedenen Faktoren wie z.B. Branche, Produktpalette, Komplexität der Maschinen, Prozessanforderungen, Produktionsabläufe. Er richtet sich unter Umständen aber auch nach Betriebsgröße oder Konzernvorgaben. Digitalisierung muss nicht zwangsläufig immer hochkomplex sein. Wir bieten – ganz individuell – sowohl effiziente Lösungen für Kleinunternehmen und kleine Losgrößen an als auch komplett vernetzte Systeme für eine intelligente Fertigung und Massenproduktion.“

Standards und Schnittstellen sind Enabler

In den vergangenen Jahren wurde die technische Ausrüstung für die Kunststoff verarbeitende Industrie fit gemacht. Anlagen zum Spritzgießen und Extrudieren wurden mit neuen Steuerungen ausgestattet, Peripheriegeräte in die digitalen Netze integriert. Grundlage dafür war unter anderem die Entwicklung der entsprechenden Schnittstellen, wozu der OPC-UA Standard und andere Euromap-Schnittstellen gehören. „Die offene Schnittstellentechnologie OPC UA ist mittlerweile Standard bei Temperiergeräten und erlaubt es somit, alle Daten zu lesen und das Gerät komplett, zum Beispiel über eine Spritzgießmaschinensteuerung, zu bedienen,“ erläutert Reto Zürcher, CEO der HB-Therm, St. Gallen, Schweiz.

Reto Zürcher, HB Therm

Zur Zeit investieren wir viel Entwicklungsarbeit in Themen, die auf den digitalen Möglichkeiten von Bedienern und Servicekräften unserer Kunden basieren.

„In diesem Bereich sind wir also vollständig up to date, unsere Technik bereit. Jetzt stellt sich die Frage, was wir mit dieser Technologie tun und welche Services darauf aufbauen, die dem Kunden zusätzlichen Nutzen bringen. Zur Zeit investieren wir viel Entwicklungsarbeit in Themen, die auf den digitalen Möglichkeiten von Bedienern und Servicekräften unserer Kunden basieren. Da gibt es viele spannende Ideen. “

Wir sind hier bei  vielen Themen auf die Zustimmung der Kunden (Datenhoheit) angewiesen, wenn wir in Richtung IoT gehen wollen.

Und Heiko Becker, Director Sales & Market, Regloplas, Zürich, Schweiz ergänzt: „Ein weiterer Schritt wird das Sammeln und die Auswertung von Betriebsdaten sein. Das wird unseren Kunden und uns die Möglichkeit geben, Prozesse zu analysieren und Verbesserungen abzuleiten.“ Die Verfügbarkeit der Systeme werde erhöht, wenn aus der Auswertung der Prozessdaten ein individualisiertes Servicekonzept abgeleitet wird, so Becker. Intelligente Assistenzsysteme und Datenanalysen zur zustandsbasierten Instandhaltung sind wesentliche Punkte, für die sich die Investition in digitale Technik lohnen kann. „Hier wird sich in den kommenden Jahren sehr viel tun, […]. Wichtig bei der Digitalisierung und Vernetzung ist, dass immer der Kundennutzen im Vordergrund steht und wir ein teures Overengineering vermeiden,“ betont Stefan Engleder, CEO von Engel Austria, Schwertberg, Österreich. “Zuhören und die Kundenwünsche mit einer maßgeschneiderten bedienbaren Lösung erfüllen, ist unsere oberste Prämisse. Unsere Erfahrung zeigt, dass die Verarbeiter bereit sind, neue Wege zu gehen, wenn sich für ihren Betrieb klare Vorteile ergeben.“ Das unterstreicht auch Uwe Rothaug, CFO, Kurtz Ersa, Wertheim: „Wir implementieren digitale Produkte und Industrie 4.0 nur dann, wenn es Nutzen für unsere Kunden und damit auch für uns bringt.“

Klaus Geimer,Dr. Boy

Unser Entwicklungsfokus liegt darauf, Maschinen und Services gemeinsam zu entwicklen.

Den nächste Schritt mit KI

Bei der automatisierten Prozesssteuerung und zustandsbasierte Instandhaltung kommt heute auch die Frage nach den Einsatzmöglichkeiten von Künstlicher Intelligenz (KI) hinzu. Ging es bisher nur um die Transformation von Daten, wird es in Zukunft mehr und mehr um die Analyse und intelligente Auswertung der Informationen gehen. Machine Learning ist ein Teilgebiet der KI, das Potenzial zur Optimierung von Produkten und Prozessen birgt. Der VDMA hat dazu im September einen Leitfaden herausgegeben, der Schritt für Schritt aufzeigt, wie die die Einführung im eigenen Unternehmen ablaufen kann.

Ein interessantes Machine Learning-Verfahren ist Reinforcement Learning, welches auf dem Prinzip der Belohnung basiert und Lernen durch Ausprobieren bedeutet. Es ist besonders vielversprechend für die Steuerung von industriellen Prozessen, und eignet sich insbesondere darin, intelligente Steuerungsstrategien im Industrie 4.0-Kontext zu erlernen. Mithilfe von Reinforcement Learning können Steuerungsstrategien sowohl für sehr komplexe Prozesse als auch für komplexe Umweltbedingungen von Maschinen gelernt werden, ohne diese explizit modellieren zu müssen. Ein weiterer Vorteil von Reinforcement Learning ist die Möglichkeit eine Steuerungsstrategie in Echtzeit zu ermitteln, während dies mithilfe einer Simulation zu rechenintensiv wäre. „In unserem Anwendungsbeispiel bei AZO konnte gezeigt werden, dass Machine Learning Verfahren das Potenzial haben, komplexe Prozesse effizienter zu steuern“, sagt Dieter Herzig, CDO der AZO, Osterburken und Obmann im projektbegleitenden VDMA-Arbeitskreis.

„Die Grenzen der IoT-Lösungen nehmen täglich ab
und skalierbare Lösungen sind in Sicht.“
Mac Jones, Präsident des Geschäftsbereichs Advanced Plastics Processing Technologies
bei Milacron, Cincinatti, USA.

Für diese Entwicklungen ist ein noch stärkerer Schulterschluss zwischen den Fachgebieten der Kunststofftechnik und den Informationswissenschaften erforderlich, wie Ralf Mayer, Chefredakteur Plastverarbeiter, die Diskussionen auf der VDI Jahrestagung Spritzgießen im Frühjahr 2019 resümierte. Beispiele aus der Praxis sind bereits vorhanden. So optimiert die Symate die Fertigungsprozesse der Weidplas Germany mit Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI). Der Hersteller von anspruchsvollen Kunststoffkomponenten bzw. -systemen für die Automobil- und Industrietechnik hat sich entschieden, das KI-Dashboard ‚Detact‘ in seiner Fabrik im sächsischen Treuen einzusetzen. Hier werden vor allem Automobilteile im Spritzgussverfahren hergestellt. Mit Hilfe dieses selbstlernenden Softwaresystems möchte Weidplas einen tieferen Einblick in laufende Fertigungsprozesse gewinnen und neue Wege zur Optimierung von Prozessen beschreiten. Bereits im vergangenen Jahr berichtet der Ingenieurdienstleister  M.Tec, Herzogenrath, über die Verzugsoptimierung am digitalen Zwilling mit Hilfe von KI. Sämtliche Einflussgrößen aus Bauteilgeometrie und Spritzgießprozess werden in einem mathematisch-virtuellen Abbild der physikalischen Zusammenhänge abgebildet. Dieser digitale Zwilling macht innovative, ganzheitliche Optimierungen möglich und eröffnet neue Wege, Zeitaufwände und Kosten zu reduzieren.

„Wir verzichten bewusst auf Cloud-Lösungen,
um dem hohen Sicherheitsanspruch unserer Kunden
im Bereich Produktentwicklung gerecht zu werden.“
Thomas Teufel,geschäftsführender Gesellschafter bei Teufel Prototypen, Nersingen.

Ein weiteres spannenden Einsatzgebiet der KI ist die Entwicklung von Hochleistungs-Kunststoffen, wie sie das Chemieunternehmen Lanxess verfolgt. Dafür kooperiert man mit Citrine Informatics, einem KI-Unternehmen aus den USA, das sich auf die softwaregestützte Entwicklung chemischer Produkte spezialisiert hat. Durch den Einsatz von KI will der Spezialchemie-Konzern die Entwicklungszeit neuer Materialien deutlich verkürzen. Beide Unternehmen haben jetzt ein Pilotprojekt gestartet, um das Potenzial von KI bei der Kunststoffherstellung auszuloten. Ziel ist es, die Glasfasern, mit denen Lanxess viele seiner Hochleistungs-Kunststoffe verstärkt, weiter zu optimieren und somit letztlich die Leistungsfähigkeit der Werkstoffe weiter zu erhöhen.

Horizontale Vernetzung entlang der Wertschöpfungskette

Gerhard Böhm, ARBURG Geschäftsführer Vertrieb (ARBURG Managing Director Sales)

Die große Vielfalt der
Möglichkeiten, die die Digitalisierung bietet, ist jedoch noch lange nicht ausgeschöpft,
zumal kontinuierlich neue
Ansätze hinzukommen.

Doch noch ist der Einsatz von KI die Ausnahme und eher ein Ausloten von Möglichkeiten. „Grundsätzlich besteht seitens der Verarbeiter ein großes Interesse an den Themen Digitalisierung und Industrie 4.0. Die große Vielfalt der Möglichkeiten, die die Digitalisierung bietet, ist jedoch noch lange nicht ausgeschöpft, zumal kontinuierlich neue Ansätze hinzukommen,“ wie Gerhard Böhm, Arburg, Loßburg, betont. „Wir holen den Kunden dort ab, wo er aktuell steht, und begleiten ihn auf seinem Weg der digitalen Transformation. Und auf diesem Weg kommen immer wieder digitale Neuheiten hinzu.“

Dr. Stefan Engleder, Engel Austria

Wichtig bei der
Digitalisierung und
Vernetzung ist, dass immer der Kundennutzen im Vordergrund steht.

Heute folgt nach der vertikalen, digitalen Verbindung der Anlagen die horizontale Vernetzung der Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette. „Entlang der Wertschöpfungskette eröffnen sich Chancen und es werden neue Geschäftsmodelle entstehen, die wir uns heute vielleicht noch gar nicht vorstellen können“, sagt Stefan Engleder, CEO von Engel Austria, Schwertberg, Österreich.

Dr. Axel Tuchlenski, Lanxess

Initiativen über mehrere Ebenen der Wertschöpfungskette sind selten und das auch aus nachvollziehbaren Gründen.

Doch Initiativen über mehrere Ebenen der Wertschöpfungskette seien eher selten und dies auch aus nachvollziehbaren Gründen, erklärt Dr. Axel Tuchlenski, Head of Global Product & Application Development bei Lanxess, Köln. „Es gibt viele gute Ansätze. Die Schwierigkeiten liegen oftmals aber im Detail. Ein gutes Beispiel für die Herausforderungen, die sich stellen, sind unterschiedliche Planungs- und Produktionsansätze zwischen den Herstellern und den Verarbeitern. Das Matching von Auftragsdaten zwischen einer diskreten, ggf. auch anonymen Produktion und einer teilebezogenen Auftragsfertigung ist kaum sinnvoll darzustellen.“