Digitalisierung mit Mehrwert

Industrie 4.0

Die Digitalisierung verändert nachhaltig die Arbeitswelt: Welches Potenzial dahintersteckt und wie die vernetzte Produktion aussehen kann, zeigt Kuka.

Unternehmen im Maschinenbau begreifen die Digitalisierung zunehmend als Chance und identifizieren Potenziale für neue Geschäftsfelder. Mithilfe von Big Data kann auf neue Marktanforderungen schneller reagiert werden. Aber auch Wartung und Service der Maschinen können digital optimiert werden. Folglich investieren mehr und mehr Unternehmen in ihre digitale Infrastruktur und in die Qualifikation ihrer Mitarbeiter. Um auf dem Markt bestehen zu können, ohne die Herausforderung Digitalisierung alleine meistern zu müssen, sind Ecosysteme eine attraktive Lösung.

Digitalisierung ist längst in unserem Alltag angekommen. Die Bedienung von Telefonen erfolgt per Touchscreen, Navis ersetzen Straßenkarten und der Check-in am Flughafen ist digital möglich. In der Arbeitswelt zeigten sich die Nutzer bislang zurückhaltender, vor allem der Maschinenbau hat hier Nachholbedarf. Dabei bietet die Digitalisierung gerade hier enormes Potenzial. Die Herausforderungen für die Branche sind besonders groß und die rasante Geschwindigkeit der technischen Weiterentwicklungen macht es nicht einfacher. Technologische Produkte und Lösungen benötigen enorme Ressourcen. Ein einzelnes Unternehmen kann die Herausforderungen alleine nicht bewerkstelligen. Die Lösung: Partner gewinnen, gemeinsam an offenen Ecosystemen arbeiten und sich so die Wettbewerbsfähigkeit sichern.

Trotz Potenzials geht die Angst um

Eine Studie des VDMA aus dem Jahr 2016 kommt zu dem Ergebnis, dass im Maschinenbau erst 3 % des Umsatzes mit digitalen Geschäftsmodellen erwirtschaftet werden. Als Gründe für den schleppenden Ausbau werden hohe Kosten und die nötige umfassende Weiterqualifizierung der Mitarbeiter genannt. Solche fehlenden Kapazitäten bremsen die Entwicklung. Zudem kursieren in Deutschland Schreckensszenarien zu den Folgen der Digitalisierung. Unter anderem wird befürchtet, dass die Belegschaft radikal abgebaut wird und menschenleere Fabrikhallen entstünden. Diese Angst ist unbegründet, wie wissenschaftliche Erfassungen belegen.

3 Prozent des Umsatzes im Maschinenbau wurden laut einer VDMA-Studie aus dem Jahr 2016 mit digitalen Geschäftsmodellen erwirtschaftet.

Es zeigt jedoch, dass diese Ängste existieren und adressiert werden müssen – und zwar von denjenigen, die die Digitalisierung treiben. Das Gesicht der Arbeitswelt wird sich verändern. Aber die Digitalisierung bietet große Chancen. Ein Umbau ist notwendig und Arbeit 4.0 wandelt sich immer mehr vom Schlagwort zur Realität. Roboterbasierte Automatisierung, die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine sowie mit künstlicher Intelligenz angereicherte IoT-Anwendungen werden Entscheidungen beschleunigen, um schneller und besser Marktbedürfnisse adressieren zu können. Ein Manko ist allerdings die unklare Definition des Begriffs der Digitalisierung.

Treffen diese Befürchtungen zu? Fest steht: Ein Großteil der Ängste lässt sich darauf zurückführen, dass in der Öffentlichkeit über das Thema Digitalisierung ein eher einseitiges Bild vorherrscht. Digitalisierung beschreibt „das Umwandeln von analogen Informationen in digitale Formate“, wie Nico Litzel, Chefredakteur des Branchenmagazins Big Data-Insider, erklärt. In der Industrie geht es bei der Digitalisierung darum, digitale Entsprechungen von analogen Informationen, physischen Objekten oder Ereignissen zu schaffen. In diesem Zusammenhang spricht man auch vom digitalen Zwilling, dem virtuellen Abbild einer realen Maschine oder Anlage. Damit ist es möglich, eine große Menge von digitalen Informationen zu speichern, zu verteilen oder zu verarbeiten. Die Digitalisierung ist die Vorstufe von Industrie 4.0. Denn zuerst müssen die Informationen aller Anlagen digital vorliegen, ehe deren Vernetzung und datenbasierte Optimierung – das wesentliche Element der Industrie 4.0 – erfolgen können. Wenn digitale Informationen von verschiedenen Wertschöpfungskomponenten gesammelt werden, stehen sehr viele Daten zur Verfügung, die durch den Einsatz von Analysewerkzeugen zu Verbesserungen in Prozessen und damit zu Effizienzsteigerungen führen. Damit können Unternehmen schnell Kosten sparen.

Höhere Wertschöpfungstiefe als Chance

Die gemeinsame Studie „How to succeed: Strategic options for European machinery“ des VDMA und der Unternehmensberatung McKinsey aus dem Jahr 2016 kommt zu dem Schluss, dass Einsparungen zwischen 5 und 10 % möglich sind. Die Digitalisierung ist aber mehr als ein Instrument zur Effizienzsteigerung: Mit Big Data werden Unternehmen neue Geschäftsfelder und neue Geschäftsmodelle erschließen.

Trends können frühzeitig erkannt, Produkte gezielt nach Kundenanforderungen optimiert und neue Servicemodelle kreiert werden. Durch das digitale Abbild der Produkte, Prozesse und Produktionsanlagen können Handlungsoptionen durchgespielt und bis zur Entscheidungsreife optimiert werden. Dadurch werden Ressourcen effizient gemanagt und das automatisierte, ressourcenoptimale Abarbeiten von Kunden- und Fertigungsaufträgen vorbereitet und angestoßen. Das macht Digitalisierungsinitiativen für die moderne Wirtschaft unerlässlich. Eine Studie des VDI, die zur Hannover Messe 2017 veröffentlicht wurde, kommt zu dem Schluss, dass Unternehmen infolge der Digitalisierung Arbeitsplätze sogar zurück nach Deutschland holen. Der Grund: Unternehmen mit Digitalisierungstechnologien steigern ihre Arbeitsproduktivität um bis zu 30 %.

Herausforderungen der Digitalisierung

Mittlerweile arbeitet der Großteil der deutschen Maschinenbauer aktiv an Digitalisierungsstrategien. Das ist ein gutes Zeichen, denn nur diejenigen Unternehmen werden am Markt weiter erfolgreich sein, die die Herausforderungen der Digitalisierung annehmen. Insbesondere IT-Unternehmen erkennen in der Digitalisierung neue Geschäftsfelder für sich. Es ist zwar nicht zu erwarten, dass Software- und IT-Giganten in naher Zukunft in die Maschinenproduktion einsteigen, aber neue Player könnten in das margenstarke Geschäft mit Wartung und Service investieren und so mit den Maschinenbauern konkurrieren.

„Durch die schnellen technologischen Weiterentwicklungen sind einzelne Unternehmen, egal wie groß sie sind, nicht in der Lage, die Digitalisierung alleine zu stemmen. Silodenken muss der Vergangenheit angehören.“, Dr. Christian Liedtke, Principal Consultant im IIoT Projects and Solutions Team bei Kuka

„Zwar bleibt auch in Zukunft die Mechatronik ein wichtiger und unverzichtbarer Teil der Wertschöpfung, dennoch ist eine Verschiebung in Richtung Software erkennbar“, sagt Dr. Christian Liedtke, Principal Consultant im IIoT Projects and Solutions Team bei Kuka. Die spezielle eingebettete Software, mit der die Maschinenbauer hierzulande bislang die maschinelle Auslastung ihrer Kunden sicherstellten, konkurriert mehr und mehr gegen einfache, standardisierte IT-Lösungen. Neue Anbieter könnten daher die Schnittstelle zwischen Kunde und Maschinenbauer besetzen, Standards schaffen und so einen wesent­lichen Teil der Wertschöpfung für sich beanspruchen. Die Digitalisierung ist damit eine schlichte Notwendigkeit für die Branche. Die Studie „Die digitale Transformation der Industrie“ von Roland Berger und des BDI aus dem Jahr 2015 prognostiziert ein mögliches Verlustpotenzial in Deutschland bei der industriellen Wertschöpfung bis 2025 von insgesamt 220 Mrd. EUR.

In eine ähnliche Richtung verläuft die Entwicklung im Maschinenbau – mit einem Unterschied. „Durch die schnellen technologischen Weiterentwicklungen sind einzelne Unternehmen, egal wie groß sie sind, nicht in der Lage, die Digitalisierung alleine zu stemmen. Silodenken muss der Vergangenheit angehören“, sagt Dr. Liedtke. Kooperationen sind das Gebot der Stunde. „In Ecosystemen können sich die einzelnen Akteure mit ihren verschiedenen Stärken einbringen. Davon profitieren alle“, umreißt Dr. Liedtke die Lösungsvorschläge. Ein solches Ecosystem kann beispielsweise eine cloudbasierte IoT-Plattform sein. Darüber kann von überall und zu jeder Zeit auf den digitalen Zwilling, das virtuelle Abbild einer Maschine oder einer Anlage, zugegriffen werden. Die zahlreichen Kooperations- und Kollaborationsmöglichkeiten ermöglichen es, dass alle beteiligten Unternehmen an der Etablierung neuer Geschäftsfelder partizipieren können.

„Zwar bleibt auch in Zukunft die Mechatronik ein wichtiger und unverzichtbarer Teil der Wertschöpfung, dennoch ist eine Verschiebung in Richtung Software erkennbar.“, Dr. Christian Liedtke

Auch die Software nimmt in der Produktion der Zukunft eine immer größere Rolle ein. Dennoch bleibt die Mechanik immer die Basis. Ohne die passende Mechatronik hilft die beste Software nichts und umgekehrt. Der digitale Zwilling kann ohne die entsprechende Maschine nicht entstehen. „Die entscheidende Herausforderung für den Maschinenbau liegt darin, die beiden Bereiche so effizient wie möglich zusammenzubringen“, sagt Dr. Liedtke. Die Lösungen liegen in den entsprechenden Ecosystemen.

Analog und digital vereint
Vollautomatisierte und vernetzte Roboterzelle: Ein Roboter produziert in Zusammenarbeit mit zwei Bearbeitungszentren von Heller Roboterbauteile. Foto: Kuka

Mit der vollautomatisierten, vernetzten Roboter­zelle, in die zwei Heller-Bearbeitungszentren integriert sind, verbindet Kuka die analoge und die digitale Welt. Die Zelle zeigt, wie ein Roboter in der Zusammenarbeit mit zwei Bearbeitungszentren Roboterbauteile produziert. Dazu greift der Roboter vom Typ KR 500 L480-3MT Gussbauteile mithilfe pneumatischer Greifer auf und führt sie einem der Heller-Bearbeitungszentren zu. Nachdem die Bauteile gebohrt und gefräst sind, werden sie in der Außenposition vom Roboter noch entgratet und anschließend entnommen. Um beide Bearbeitungszentren aus insgesamt vier Zuführstationen versorgen zu können, ist der Roboter auf der Linear­einheit KL 1500-3 verbaut.

Die Verbindung zur digitalen Welt erfolgt durch die Vernetzung aller beteiligten Komponenten miteinander und mit der Kuka Cloud. Das bedeutet, dass nicht nur Kuka-Produkte in die Smart-Production-Umgebung eingebunden sind, sondern alle aktiven Komponenten der Zelle. Die Daten werden in der Kuka-Connectivity-Box gesammelt und an die Cloud weitergegeben. In der Cloud erfolgen die Services wie Authentifizierung und Verwaltung der Zugriffsrechte, Datenspeicherung und -verarbeitung, Verwaltung der Komponenten, vorausschauende Wartung, Ereignisauswertung, -bearbeitung sowie -signalisierung. Sämtliche Daten der Maschinen, der Roboter, der Bearbeitungsspindel und der Werkzeuge werden dem Werker, der Instandhaltung und dem Management in konfigurierbaren Übersichten, den sogenannten Dashboards, visuell dargestellt. Alle Beteiligten haben zu jeder Zeit und an jedem Ort die volle Übersicht und Kontrolle über den Produktionsprozess.

Autor: Ulrike Götz

Aufmacher: Kuka