Stufenmodell Industrie 4.0.

Roadmap Industrie 4.0 in zwei Phasen.

Marix zur Identifikation von Industrie 4.0-Potenzialen.

Vom Schlagwort zum konkreten Nutzen

Publiziert

Industrie 4.0 ist gerade in aller Munde. Für viele KMU ist es allerdings schwierig den Trend in die Tat umzusetzen, da es die finanziellen und personellen Möglichkeiten sprengt. Der Artikel zeigt auf, wie pragmatisch erste Erfolge erzielt werden können.

Entscheidungsträger in der Industrie werden derzeit geradezu überflutet von Angeboten zum Thema Industrie 4.0: Von Konferenzen über Beratungsdienstleistungen bis hin zu umfassenden Angeboten einschlägiger Technologieanbieter. Im Vordergrund stehen dabei oftmals die Digitalisierung und Automatisierung von Prozessen, Produkten und Services, wobei die Verbesserung der Produktivität und Flexibilität als die wichtigsten Vorteile angesehen werden. Die aufgezeigten Visionen einer sich selbst organisierenden und optimierenden Produktion sprengen jedoch den Rahmen der Möglichkeiten von KMU.

Von «Technologie sucht Anwendung» hin zu «Problem sucht Lösung» Die Nutzenversprechen von Industrie 4.0 sind zahlreich: Über Steigerung der Produktivität, Schaffung von Zusatznutzen für Kunden bis hin zur Erschliessung neuer Geschäftsfelder ist alles dabei, allerdings fehlen die Anknüpfungspunkte für die Realisierung dieser Nutzenversprechen. Grund dafür ist die Ausrichtung von Investitions- und Entwicklungsaufwendungen an Technologien statt an konkreten Anwendungsfällen.

Als Folge herrscht Zurückhaltung und grosse Verunsicherung aufgrund einer heterogenen und unübersichtlichen Angebotslandschaft von Industrie-4.0-Lösungen. Dies bestätigt eine Befragung der Schweizer Maschinen-, Elektro- und Metall-Industrie zur Umsetzung von Industrie 4.0, aus der hervorgeht, dass Industrie 4.0 bei Schweizer KMU noch kein flächendeckendes Thema ist und erst in einzelnen Bereichen zum Tragen kommt. Als Hauptgrund dafür wird der unklare Nutzen genannt. Nötig ist ein Perspektivenwechsel von «Technologie sucht Anwendung» hin zu «Problem sucht Lösung». Folgender Dialog des IT-Verantwortlichen mit dem CEO eines automobilen Werkzeugbaus ist symptomatisch: Leiter IT: «Mit Industrie 4.0 werden die Werkzeuge selbst die nächsten Bearbeitungsschritte anfordern und sich eigenständig untereinander organisieren!» Antwort CEO: «Ich habe andere Probleme. Sieben Personen sind fortlaufend damit beschäftigt, Teile zu suchen! Wenn wir da etwas Zeit einsparen könnten, wäre ich schon äusserst zufrieden!»

Der realistische Weg: Top-down vs. Bottom-up
Das Beispiel zeigt: Industrie 4.0 ist kein Selbstzweck – sie erfordert eine konsequente Orientierung an Problemstellungen und Zielgrössen der Produktion. Der «Grüne-Wiese»-Ansatz funktioniert nicht, aber auch durch Nachrüsten von bestehenden Anlagen allein lässt sich eine vollautomatisierte und smarte Produktion nicht umsetzen. Erforderlich ist eine Langfriststrategie mit evolutionärer Entwicklung, die es ermöglicht, neue Technologien und Funktionen in bestehenden Teilbereichen bereits zu nutzen, während neue Anlagen und Fabriken automatisiert, digitalisiert und vernetzt geplant werden.

Ein Stufenmodell hilft bei der schrittweisen Umsetzung einer Smart Factory. Dabei wird der Fokus auf Einzelprojekte in konkreten Anwendungsfällen und nicht auf ganzheitliche Universallösungen gelegt. Wichtig ist, die top-down entwickelte Vision – das «Big Picture» – nie aus den Augen zu verlieren, während dieses Bottom-up «Stufe für Stufe» umgesetzt wird.

Beispiel «Intelligentes Presswerkzeug»: Audi nutzt seit einigen Jahren Sensorik, um den Prozess im Werkzeug sichtbar zu machen – um zu erkennen, wie das Material fliesst und welche Kräfte auf das Blech einwirken. Die Daten zeigen, ob die Prozesse in den schmalen Fenstern bleiben, für die sie ausgelegt sind. Falls nicht, steuert eine Aktorik im Werkzeug die Verteilung der Kräfte selbsttätig um. Damit wird eine Präzision sichergestellt, die im Bereich von Hundertstelmillimetern liegt. Diese Lösung entspricht der Ebene 3 im Stufenmodell. Mit dem intelligenten Werkzeug 2.0 wird nun die Stufe 4 erreicht, nämlich die Regelung am Serienwerkzeug mit Datenübertragung in den Karosseriebau. Die für ein bestimmtes Blechteil charakteristischen Daten werden automatisiert erfasst und weitergeleitet. Auf Basis dieser Informationen werden die Karosseriebauanlagen automatisiert an die Blechteilcharakteristika angepasst.

Ein sinnvolles Vorgehen: Erst «lean», dann «smart»
Um das Thema gerade in KMU systematisch anzugehen hat sich folgendes Vorgehen in zwei Projektphasen bewährt. Die Phase 1 steht unter dem Motto: «erst lean». Noch komplett unabhängig von Industrie-4.0-Lösungsansätzen und Technologien werden die Performancehebel in der Produktion identifiziert. Dies können zum einen relevante Problemstellungen entlang der Kernprozesse und zum anderen die für die Strategieumsetzung kritischen Zielgrössen (KPIs) sein. Das Resultat der Phase 1 sind Industrie-4.0-relevante Fragestellungen. In Phase 2 werden, gemäss dem Motto «Problem sucht Lösung» strukturiert, «smarte» Lösungsansätze zur Beantwortung dieser Fragen abgeleitet. Dazu eignet sich die folgende Matrix. In der Vertikalen werden die in Phase 1 identifizierten relevanten Problemstellungen beziehungsweise die strategisch zu verbessernden KPIs aufgelistet. Im Beispiel in Bild 3 sind dies die grossen «Pains» der Audi-Produktion, zum Beispiel zu geringe Anlagenverfügbarkeit, Störungen wie Bandstillstand oder hoher Prüfaufwand. Horizontal sind generische Problemlösungsstrategien dargestellt – von der vollständigen Elimination des Prozessschritts bis zur Reduktion der Auswirkungen des Problems. In die entsprechenden Kreuzungsfelder werden dann mögliche Industrie-4.0-Lösungstechnologien eingetragen.

Im Beispiel bietet die «Virtuelle Aufbausimulation» eine Lösung, um das Problem «Nacharbeit/Ausschuss aufgrund Masshaltigkeit der Bauteile» bereits im Vorfeld zu erkennen und zu beheben. Wird dieser Ansatz als interessant angesehen, werden in einem nächsten Schritt der Reifegrad der Technologie beurteilt, passende, bereits in der Industrie realisierte Anwendungsfälle als Beispiel gesichtet und – im positiven Fall – ein für das Unternehmen spezifischer Projektantrag formuliert. Die «Virtuelle Aufbausimulation» wird heute unter anderem zur Optimierung der Passgenauigkeit von Scheinwerfern und Karosserien verwendet, womit die Nacharbeit
massiv gesenkt werden konnte.

Fazit: Es ist eigentlich «nur» konsequentes Innovationsmanagement
Nicht das «Big Picture», sondern der «nächste sinnvolle Schritt» ist gerade für KMU die grosse Herausforderung. Das dargestellte Vorgehen hilft dabei, den omnipräsenten, aber häufig nur schwer greifbaren Begriff «Industrie 4.0» tatsächlich auf den Shopfloor zu bringen. Die Prinzipien eines modernen Innovationsmanagements gelten auch hier. Und jeder erfolgreich umgesetzte Anwendungsfall stärkt das Vertrauen, den eingeschlagenen Weg hin zur Smart Factory konsequent weiterzugehen!

Dr. Harald Brodbeck, Dozent für Smart Factory im Studiengang MAS Industrie 4.0 an der FFHS sowie Leiter Industrie Schweiz bei Horváth & Partner AG

Sabrina Ernst, Business Development Industrie Schweiz im Team Strategy, Sales and Innovation bei Horváth & Partner AG

EVENTS

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 17. - 18. August 2021

Ort: Zürich (CH)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 31. August - 02. September 2021

Ort: Bern (CH)

Topsoft

Alles rund um Business Software - Vergleichen. Verstehen. Vernetzen.

Datum: 01. September 2021

Ort: Umweltarena Spreitenbach (CH)

Midest Chassieu

Midest ist eine der weltweit größten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft.

Datum: 06. - 09. September 2021

Ort: Lyon (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und für die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 07. - 09. September 2021

Ort: Hannover (D)

AM Expo

Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 14. - 15. September 2021

Ort: Luzern (CH)

Swiss Medtech Expo

Advanced Manufacturing

Datum: 14. - 15. September 2021

Ort: Luzern (CH)

EPHJ-EPMT-SMT

Interantionale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 14. - 17. September 2021

Ort: Palexpo Genf (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 28. - 30. September 2021

Ort: Nürnberg (D)

EMO Hannover

Weltleitmesse für Werkzeugmaschinen und Metallbearbeitung

Datum: 04. - 09. Oktober 2021

Ort: Mailand (D)

Motek

Internationale Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung

Datum: 05. - 08. Oktober 2021

Ort: Stuttgart (D)

parts2clean

Internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung

Datum: 05. - 07. Oktober 2021

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 05. - 07. Oktober 2021

Ort: Stuttgart (D)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 19. - 21. Oktober 2021

Ort: Basel (CH)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 26. - 29. Oktober 2021

Ort: Düsseldorf (D)

transport-CH

Schweizer Nutzfahrzeugsalon

Datum: 10. - 13. November 2021

Ort: Bern (CH)

Medica

Die Weltleitmesse der Medizinbranche

Datum: 15. - 18. November 2021

Ort: Düsseldorf (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 16. - 19. November 2021

Ort: München (D)

productonica

Innovation all along the line

Datum: 16. - 19. November 2021

Ort: München (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 17. - 18. November 2021

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 17. - 18. November 2021

Ort: Zürich (CH)

Mefa

Fachmesse für Fleischwirtschaft und Lebensmittelproduktion

Datum: 20. - 24. November 2021

Ort: Basel (CH)

SPS IPC Drives

Europas führende Fachmesse für elektrische Automatisierung

Datum: 23. - 25. November 2021

Ort: Nürnberg (D)

BAUMAG Baumaschinen Messe

Schweizer Fachmesse für Baumaschinen, Baugeräte und Werkzeuge

Datum: 13. - 16. Januar 2022

Ort: Luzern (CH)

Swissbau

Die führende Fachmesse der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz Sicherheits-Kongress 2020 parallel zur Swissbau - Praxisnahe Sicherheitsinformationen als Weiterbildung.

Datum: 18. - 21. Januar 2022

Ort: Basel (CH)

NORTEC

Fachmesse für Produktionstechnik und Maschinenbau

Datum: 25. - 28. Januar 2022

Ort: Hamburg (D)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 26. - 27. Januar 2022

Ort: Bern Expo (CH)

aqua pro gaz

DIE SCHWEIZER MESSE DER TRINKWASSER-, ABWASSER- UND GASFACHLEUTES

Datum: 09. - 11. Februar 2022

Ort: Bulle (CH)

Ble.ch

Fachmesse für Metall- und Stahlbearbeitung

Datum: 08. - 10. März 2022

Ort: Bern (CH)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 08. - 10. März 2022

Ort: Stuttgart (D)

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 08. - 10. März 2022

Ort: Köln (D)

embedded world

Als internationale Weltleitmesse mit dem ausschließlichen Fokus auf Embedded-Technologien.

Datum: 15. - 17. März 2022

Ort: Nürnberg (D)

Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 15. - 17. März 2022

Ort: Luzern (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 04. - 08. April 2022

Ort: Frankfurt am Main (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 05. - 08. April 2022

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

Hannover Messe

Heimat der Industriepioniere Jetzt mehr denn je

Datum: 25. - 29. April 2022

Ort: Hannover (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 26. - 29. April 2022

Ort: München (D)

Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Datum: 03. - 06. Mai 2022

Ort: Stuttgart (D)

MedTech Summit

Kongress technologie- und marktrelevanten Themen aus der Medizintechnik- und Gesundheitsbranche

Datum: 03. - 05. Mai 2022

Ort: Online (D)

Medtec Live

ein Joint Venture der MT-CONNECT und Medtec Europe

Datum: 03. - 05. Mai 2022

Ort: Nürnberg (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 10. - 12. Mai 2022

Ort: Online (D)

Tube

Weltweit wichtigste Messe der Rohr- und rohrverarbeitenden Industrie

Datum: 09. - 13. Mai 2022

Ort: Düsseldorf (D)

IFFA

Internationale Leitmesse – Technology for Meat and Alternative Proteins

Datum: 14. - 19. Mai 2022

Ort: Frankfurt (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 30. Mai - 03. Juni 2022

Ort: München (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 01. - 02. Juni 2022

Ort: Bern (CH)

CastForge

Fachmesse für Guss- und Schmiedeteile mit Bearbeitung

Datum: 21. - 23. Juni 2022

Ort: Stuttgart (D)

Automatica

Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 22. -24. Juni 2022

Ort: München (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 30. August - 01. September 2022

Ort: Nürnberg (D)

Drinktec Deutschland

Auf der Weltleitmesse der Getränke- und Liquid-Food-Industrie

Datum: 12. - 16. September 2022

Ort: München (D)

AMB

Internationale Ausstellung für Metallbearbeitung

Datum: 13. - 17. September 2022

Ort: Stuttgart (D)

Chillventa

Fachmesse für Energieeffizienz

Datum: 11. - 13. Oktober 2022

Ort: Nürnberg (D)

BrauBeviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 08. - 10. November 2022

Ort: Nürnberg (D)

electronica

Komponenten, Systeme, Anwendungen, Lösungen

Datum: 15. - 18. November 2022

Ort: München (D)

all4pack Paris

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 21. - 24. November 2022

Ort: Paris (F)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 29. November - 01. Dezember 2022

Ort: Düsseldorf (D)

Hardware

Schweizer Fachmesse für Werkzeuge und Eisenwaren

Datum: 15. - 17. Januar 2023

Ort: Luzern (CH)

InTEC

Internationale Fachmesse für Werkzeugmaschinen, Fertigungs- und Automatisierungstechnik

Datum: 07. - 10. März 2023

Ort: Leipzig (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04. - 10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

Moulding Expo

Internationale Fachmesse Werkzeug-, Modell- und Formenbau

Datum: 13. - 16. Juni 2023

Ort: Stuttgart (D)

NEWCAST

Internationale Fachmesse für Gussprodukte mit Newcast Forum

Datum: 12. - 16. Juni 2023

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis