Basislager oder Gipfeltreffen?

Industrie 4.0

Wie ist der Stand bei der Digitalisierung der Spritzgießfertigung – 
und welches Plus bringt diese hinsichtlich Effizienz? Antworten 
auf diese Fragen lieferte das K-Gespräch der K-ZEITUNG.

Wir reden und schreiben sehr viel über Industrie 4.0 – über die Möglichkeiten und Chancen der Digitalisierung. Doch stellt sich für uns nach wie vor die Frage, was Industrie 4.0 denn letztlich an Effizienzgewinn für die Verarbeiter bringt“, sagte Günter Kögel, Chefredakteur der K-ZEITUNG, zur Begrüßung der Teilnehmer am 39. K-Gespräch, das Mitte September in Ochsenfurt stattfand. Das Thema der Traditionsveranstaltung lautete daher denn auch „Effizienz 4.0“ – und griff damit das Thema des K-Gesprächs 2015 auf.

„Damals wussten wir noch nicht so recht, wie lange uns das Thema erhalten bleiben wird. Die Verarbeiter hatten Zweifel daran, dass sich durch die Digitalisierung der Produktion Geld verdienen lässt und ob sie nicht letztlich durch die Vernetzung ausgespäht werden von ihren Auftraggebern“, erinnerte Professor Christian Hopmann vom Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk (IKV) an der RWTH Aachen an die Diskussion vor zwei Jahren an gleicher Stelle. Er vergleicht den Weg zu Industrie 4.0 mit dem Besteigen eines Achttausenders: „Wir sind wahrscheinlich gerade erst mal im Basislager angekommen.“

8.000  Meter hohe Berge zu besteigen – damit vergleicht Professor Christian Hopmann (IKV) den Weg zu Industrie 4.0. Seiner Meinung nach sind wir erst im Basiscamp angekommen.

Doch wie können sich Spritzgießer heute schon auf den Weg machen? Welche intelligenten Lösungen gibt es für sie? Und vor allem: Was bringen sie für die Effizienz in der Fertigung? Darauf gaben die Geschäftsführer der drei Spritzgießmaschinenbauer Engel, Wittmann Battenfeld und Arburg auf dem K-Gespräch Antworten.

Stefan Engleder, Vorsitzender der Geschäftsführung von Engel: "Treiber für die Entwicklung von IQ Weight Control war die Effizienzverbesserung der Maschinen - und nicht der Hype um Industrie 4.0. Unsere Vision ist es, intelligente Maschinen einfacher bedienbar zu machen. Es darf nicht geschehen, dass die Mitarbeiter noch mehr Spezialwissen benötigen." Foto: K-MAGAZIN
Stefan Engleder, Vorsitzender der Geschäftsführung von Engel: „Treiber für die Entwicklung von IQ Weight Control war die Effizienzverbesserung der Maschinen – und nicht der Hype um Industrie 4.0. Unsere Vision ist es, intelligente Maschinen einfacher bedienbar zu machen. Es darf nicht geschehen, dass die Mitarbeiter noch mehr Spezialwissen benötigen.“ Foto: K-MAGAZIN

„Allgemein meint Effizienz Wirtschaftlichkeit – und die berechnet sich aus dem Quotienten aus Ertrag zu Aufwand“, so Stefan Engleder, Vorsitzender der Geschäftsführung von Engel. Heruntergebrochen auf die Kunststoffverarbeitung berechne sich Effizienz aus der Anzahl der Bauteile in gewünschter Qualität dividiert durch den Aufwand an Energie, Arbeitszeit und Material. „Wenn man dieser Definition folgt, dann besteht für mich kein Zweifel daran, dass Spritzgießer die Effizienz in der Fertigung systematisch steigern können durch smarte Industrie-4.0-Lösungen“, stellte Engleder klar. Engel hat unter dem Oberbegriff Inject 4.0 verschiedene Lösungen für die „smarte Fabrik“ im Programm, die das Unternehmen in Anlehnung an die VDMA-Deklination in die Bereiche Smart Machine, Smart Service und Smart Production unterteilt.

Bei Smart Machine geht es um die Erhöhung der Prozessqualität – beispielsweise durch Assistenzsysteme, die Schwankungen im Spritzgießprozess mittels aktiver Prozesskontrollmechanismen kompensieren. Sie finden automatisch die richtigen Einstellungen, sorgen für eine aktive Prozesskontrolle beziehungsweise stellen den Mitarbeitern an der Maschine die nötigen Informationen zur Verfügung, um Entscheidungen treffen zu können. „Die Zahl der möglichen Fehlerquellen, die bei den Mitarbeitern liegen, reduziert sich dadurch deutlich“, so Engleder. Dabei widersprach er Hopmann hinsichtlich der Reife dieser Assistenzsysteme: „Verglichen mit der Besteigung eines Achttausenders sind wir damit schon bei 3.000 oder 4.000 Metern angekommen. Die Systeme sind ausgereift, bei der Entwicklung wird für uns die Luft schon dünner.“

Das Tool IQ Weight Control beispielsweise sorgt für das selbstständige Einregeln eines konstanten Bauteilgewichts während des Spritzgießens, indem es beim Einspritzen die aktuelle Druckkurve mit einer gespeicherten Referenzkurve vergleicht. Die Abweichung von der Referenz wird anhand der Schneckenpositionen kontinuierlich hinsichtlich Volumendifferenzen, Viskositätsänderungen und Druckverlauf gemessen.

1.500 Softwarepakete IQ Weight Control hat Engel mittlerweile schon verkauft, die sowohl für elektrische als auch für hydraulische Spritzaggregate verfügbar sind. Engleder präsentierte auch Zahlen zur Wirkung der Inline-Prozesskontrolle: Braun beispielsweise hat den Ausschuss bei Schwingungsarmen aus PPS für Elektrorasierer durch den Einsatz von IQ Weight Control auf einer elektrischen E-Victory Maschine von 0,12 % auf 0 % gesenkt, so dass eine 100-%-Kontrolle entfallen kann. Die Streuung der Bauteilgewichte reduzierte sich sogar um 85 %, so dass neben der Qualitätssteigerung ein effizienterer Umgang mit Material erzielt werden konnte. „Bei anderen Bauteilen, die ich leider nicht zeigen darf, konnte der Ausschuss sogar von 25 auf 10 Prozent verringert werden“, verriet Engleder beim K-Gespräch. Auch beim Kaskadenspritzgießen auf hydraulischen Großmaschinen spielt IQ Weight Control seine Stärken aus, weil es laut Engel-CEO dafür sorgt, dass die Nadelverschlussdüsen nicht immer gleichgeschaltet, sondern Einspritzprofil und Umschaltpunkt in Echtzeit angepasst werden. „Bei der Produktion von Instrumententafeln wird dadurch eine deutlich bessere Gewichtskonstanz erzielt“, so Engleder.

„Führen intelligente Systeme dazu, dass wir in zehn Jahren keine Maschineneinrichter mehr brauchen? Sorgen Sensoren, IT und küstliche Intelligenz dafür, dass wir die Produktionsschichten von zu Hause aus per Smartphone oder Tablet steuern können?“ – Michael Weigelt, Geschäftsführer des GKV

Engleder gestand: „Treiber für die Entwicklung von IQ Weight Control war die Effizienzverbesserung der Maschinen – und nicht der Hype um Industrie 4.0. Unsere Vision ist es, intelligente Maschinen einfacher bedienbar zu machen. Es darf nicht geschehen, dass die Mitarbeiter noch mehr Spezialwissen benötigen.“

„Führen intelligente Systeme dazu, dass wir in zehn Jahren keine Maschineneinrichter mehr brauchen? Sorgen Sensoren, IT und künstliche Intelligenz dafür, dass wir die Produktionsschichten von zu Hause aus per Smartphone oder Tablet steuern können?“, fragte Michael Weigelt, Geschäftsführer des GKV, provozierend in die Runde der Teilnehmer. „Nein, wir wollen keine Arbeitsplätze damit wegrationalisieren, sondern den Maschinenbediener bei seiner Arbeit unterstützen oder ihm lästige Arbeit abnehmen“, entgegnete Engleder. „Wichtig ist dabei, dass wir als Maschinenhersteller nicht over-engineeren.“ Dieser Meinung ist auch Michael Wittmann, Geschäftsführer von Wittmann Kunststoffgeräte: „Wir müssen darauf achten, dass wir den versierten Bediener nicht bevormunden.“

Wittmann nimmt sich der Vernetzung an
Michael Wittmann, Geschäftsführer von Wittmann Kunststoffgeräte: "Industrie 4.0 erhöht die Komplexität in der Fertigung. Wir sehen die durchgängige Integration als Schlüssel zur effizienten Fertigung. Die Vernetzung ist dafür die Grundvoraussetzung." Foto: K-MAGAZIN
Michael Wittmann, Geschäftsführer von Wittmann Kunststoffgeräte: „Industrie 4.0 erhöht die Komplexität in der Fertigung. Wir sehen die durchgängige Integration als Schlüssel zur effizienten Fertigung. Die Vernetzung ist dafür die Grundvoraussetzung.“ Foto: K-MAGAZIN

Auch die Wittmann Gruppe hat sich des Themas Industrie 4.0 angenommen – allerdings aus einer anderen Perspektive als Engel: „Industrie 4.0 erhöht die Komplexität in der Fertigung. Wir sehen die durchgängige Integration als Schlüssel zur effizienten Fertigung. Die Vernetzung ist dafür die Grundvoraussetzung. Doch die Produktions-IT lässt sich nicht so einfach vernetzen wie die Büro-IT mit ihren vielen Clients“, betonte Wittmann auf dem K-Gespräch. „In der Fertigung haben wir sehr viele Server, manche Maschinen sind Server und Clients zugleich. Außerdem trifft man in jeder Fabrik Maschinen unterschiedlicher Marken, verschiedenen Alters und mit verschiedenen Steuerungs- sowie Softwaregenerationen. Wir sind nicht die Handybranche, die alle zwei Jahre neue Geräte ausliefert“, so Wittmann. Hinzu kommen die unterschiedlichsten Kommunikationsprotokolle und Schnittstellen, die bedient werden müssen, um die  Spritzgießfertigung vernetzen zu können.

Für die Vernetzung eines solchen „gemischten Geräteparks“ haben die Österreicher den Wittmann-4.0-Router entwickelt. „Spritzgießer benötigen für eine effiziente Produktion eine hohe Flexibilität. Arbeitszellen werden dem Bedarf entsprechend zusammengestellt. Doch welcher Mitarbeiter in der Produktion weiß schon genau, wo sich gerade welcher Trockner oder welches Temperiergerät befindet – und welche Wartungszyklen jeweils dahinterstehen?“, so Wittmann. In der Regel werden im Wartungsfall mobile Geräte aus der Produktionslinie genommen und der Arbeitszelle manuell ein Ersatzgerät zugewiesen. Das Ergebnis: Die logische Zusammenstellung von Arbeitszellen und die tatsächliche Platzierung der Geräte stimmen nicht mehr überein. Somit ist die Sinnhaftigkeit der gesammelten Daten infrage gestellt.

„Wir müssen dahin kommen, dass ein Netzwerk automatisch erkennt und berücksichtigt, dass ein Gerät neue ortsabhängige Funktionen ausführt. Ein Temperiergerät oder ein Roboter muss sich automatisch identifizieren und sich mit den jeweiligen Funktionen ausweisen können“, betonte Wittmann. „Es braucht im Grunde einen Wunderwuzzi, wie wir Österreicher sagen, der genau weiß, welche Daten wohin geliefert werden müssen, um ein Bauteil in hoher Qualität produzieren zu können.“

Der „Wunderwuzzi“ hat alle Daten im Griff

Der Wittmann-4.0-Router ist ein solcher „Wunderwuzzi“, da er für das Management aller in einer Arbeitszelle befindlichen Geräte sorgt. Die Geräte melden sich eigenständig an ihm an. „Eigentlich handelt es sich um eine vorgeschaltete Steuerung“, gestand Wittmann. Gleichzeitig agiert das Gerät aber auch als Firewall. „Es wird nicht mehr lange dauern, bis es die ersten Denial-of-Service-Attacken von Spritzgießmaschinen geben wird. Der Router verhindert dies, bei einer Attacke geht nur der Router in die Knie, alle Maschinen und Geräte dahinter können weiterarbeiten“, so Wittmann. Das Thema IT-Sicherheit werde im Industrie-4.0-Kontext weiter an Bedeutung gewinnen.

Dies gilt nach seiner Ansicht auch für die Speicherung der Produktionsdaten einer Spritzgießzelle: „Die Datenvolumen werden immer größer – und eine Spritzgießmaschine ist kein Datenbankserver. Wir brauchen Lösungen für Big Data in der Kunststoffverarbeitung.“ „Die Basisinfrastruktur von Wittmann ist ein richtiger Ansatz“, lobte Engel-CEO Engleder. „Erst wenn wir eine passende Infrastruktur aufgebaut haben, können wir über neue Geschäftsmodelle in diesem Umfeld diskutieren.“

4.000 Meter – auf diesem Level sind smarte Assistenzsysteme in Spritzgießmaschinen heute laut Engel-CEO Stefan Engleder angekommen, um im Bild der Bergsteiger zu bleiben.

Datenanalyse – Aufgabe von Google & Co?

Aus dem Publikum kam indes der Wunsch nach einer Software, mit der wie auf einem Dashboard die Auslastung aller Maschinen und Geräte eines Unternehmens unabhängig von Fabrikat und Standort zusammengeführt wird. Dafür müsse man heute mühselig alle Daten zusammentragen. „Das Zusammentragen aller Daten ist nicht unser Geschäft“, wiegelte Wittmann ab. Engleder widersprach: „Man könnte Google Analytics als Open-Source-Lösung nutzen, so dass wir Maschinenbauer dafür nur Schnittstellen zur Verfügung stellen müssen. Doch wir sollten den Googles, Amazons und Siemens’ nicht das Feld über die Datenhoheit überlassen.“

Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik bei Arburg: "Spritzgießmaschinen verfügen schon heute über alle Sensoren und Daten, die für deren Selbstoptimierung benötigt werden." Foto: K-MAGAZIN
Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik bei Arburg: „Spritzgießmaschinen verfügen schon heute über alle Sensoren und Daten, die für deren Selbstoptimierung benötigt werden.“ Foto: K-MAGAZIN

Auch Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik bei Arburg, räumte in seinem Vortrag dem Thema Daten und Datenanalyse eine entscheidende Rolle für eine Effizienzsteigerung in der Fertigung ein: „Spritzgießmaschinen verfügen schon heute über alle Sensoren und Daten, die für deren Selbstoptimierung benötigt werden“, stellte er klar. „Geregelte Prozesse, lagegeregelte Schnecken und die Regelung des Nachdrucks – das alles gibt es heute schon. In der Zukunft wird sich die Maschine selbst überwachen.“ Dies bringe zwangsläufig ein Plus an Komplexität mit sich. „Gleichwohl verlangen unsere Kunden verstärkt eine einfache Bedienung der Maschinen. Das ist eine harte Anforderung, mit der wir uns aber befassen müssen“, so Gaub.

Analyse der Sensordaten der Maschinen

Auch das Thema Fernwartung von Spritzgießmaschinen werde sich weiterentwickeln: Die Sensordaten der Maschinen werden dafür analysiert, der Service erfolgt dann last- oder zustandsabhängig – und nicht mehr in festgelegten Zeitintervallen. Und mittels Predictive Maintenance lassen sich Reparatur- und Wartungsarbeiten besser planen und damit ungeplante Maschinenstillstände vermeiden.

Um herauszufinden, wie hoch die statistische Wahrscheinlichkeit ist, dass ein Bauteil ausfällt, müssen die Daten einer Spritzgießmaschine aber richtig interpretiert werden. Dafür benötige man Data Analytics und Machine Learning. Das heißt zum Beispiel, die Maschine leitet aus dem Signalspektrum, das zu einem Stillstand geführt hat, bessere Prognosen für die Zukunft ab.
Gaub prognostizierte in Ochsenfurt außerdem, dass in Zukunft immer mehr Daten für die Fertigung auf mobilen Endgeräten verfügbar sein müssen. „Die Daten werden dezentral bereitgestellt – bis hin zu Informationen zur Energieeffizienz von Maschinen“, sagte er. In der Produktionsplanung und für die Maschinenbediener werde künftig die Prozessoptimierung auf virtuellen Maschinen eine immer größere Rolle spielen, um die Effizienz zu steigern. Das 3D-Volumenmodell der Spritzgießmaschine lasse sich in Simulationsmodelle einbinden, so dass Spritzgießprozesse simuliert und optmiert werden können, bevor sie dann auf der echten Maschine ablaufen. Der Arburg-Geschäftsführer: „Bei Werkzeugmaschinen ist dieses Verfahren bereits verbreitet. Wir gehen davon aus, dass es auch bei Spritzgießmaschinen kommen wird.“

Sabine Koll

Aufmacherbild: K-MAGAZIN