Die vielen Möglichkeiten, wie die Digitalisierung die Fertigung verändert

Es gibt viele Aspekte und Formen der Digitalisierung in der Fertigung, die von Industrie 4.0, dem Internet der Dinge (IoT), künstlicher Intelligenz und additiver Fertigung bis hin zu Augmented und Virtual Reality, 5G-Konnektivität, mobilen Apps, Blockchain-Technologie und mehr reichen. Diese digitalen Tools und Strategien tragen zur Automatisierung, zu intelligenten Fabriken, zur Fernüberwachung, zur vorausschauenden Wartung und zur Erfassung und Auswertung von Big Data bei.

Dieser weit verbreitete digitale Wandel revolutioniert die Art und Weise, wie wir Produkte entwerfen, Dinge herstellen, Fabriken betreiben und Kundenfeedback bewerten, auf eine Art und Weise, die sich vor ein paar Jahrzehnten noch niemand hätte vorstellen können.

Generell ist die Fertigungsindustrie heute ebenso sehr auf Automatisierung wie auf Menschen angewiesen. Doch wie Jabil Inc. kürzlich in einem Online-Posting feststellte, erfordert die Fabrik der Zukunft, in der physische und digitale Fähigkeiten verschmelzen, mehr Echtzeitdaten, Konnektivität und KI-Technologie an vorderster Front. Laut einer Studie von Accenture sind 84 Prozent der Führungskräfte der Meinung, dass sie künstliche Intelligenz (KI) nutzen müssen, um ihre Wachstumsziele zu erreichen. Und drei von vier dieser Führungskräfte sind der Meinung, dass sie Gefahr laufen, ganz aus dem Geschäft auszusteigen, wenn sie KI in den nächsten fünf Jahren nicht skalieren.

KI kann Fertigungsunternehmen in vielerlei Hinsicht helfen, zum Beispiel bei der Verfeinerung von Produktinspektion und Qualitätskontrolle, bei der Ergänzung menschlicher Fähigkeiten und bei der Ermöglichung vorbeugender Wartung – all dies kann zu einer Produktivitätssteigerung beitragen.

Ein Beispiel dafür ist Volkswagen, das am 10. August bekannt gab, dass es die digitale Transformation in seinen Montagewerken in den Vereinigten Staaten und Mexiko vorantreibt. Als Teil seiner geschätzten Investition von 1 Milliarde Dollar in Elektromobilität und Digitalisierung in Nordamerika bis 2025 arbeitet das Unternehmen daran, Technologien wie cloudbasierte Industriesoftware, intelligente Robotik und künstliche Intelligenz in die Werksabläufe zu integrieren. Bis 2025 will das Unternehmen die Produktionsleistung in der Montage von Elektrofahrzeugen und Großserienfahrzeugen in Chattanooga, Tennessee, und Puebla, Mexiko, um 30 Prozent steigern. Um die Digitalisierung voranzutreiben, will Volkswagen auch die Schulungen seiner nordamerikanischen Belegschaft vor Ort verstärken.

"Wir treiben unsere ehrgeizige digitale Transformation voran, um die Volkswagen Werke in der Region Nordamerika produktiver, vernetzter und nachhaltiger als je zuvor zu machen", sagte Johan de Nysschen, Chief Operating Officer der Volkswagen Group of America. "Unsere digitale Transformation unterstützt auch qualifizierte Arbeitskräfte und hochqualifizierte, zukunftssichere Arbeitsplätze in ganz Nordamerika."

Es gibt zahlreiche Belege dafür, dass Kunststoff- und Kautschukunternehmen diese Technologien nutzen, um eine neue Ära der Fertigung einzuläuten. Hier sind nur einige Beispiele für die Digitalisierung in Aktion.

Die österreichische Engel-Gruppe spielt seit langem eine führende Rolle bei den Bemühungen, die Industrie stärker zu vernetzen. Digitale Technologien ermöglichen innovative Geschäftsmodelle und bieten zahlreiche Chancen, so das Unternehmen, erfordern aber auch neue Denkansätze.

Das Thema Industrie 4.0 begann im Wesentlichen vor einem Jahrzehnt, erzählt Gerhard Dimmler, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung des Unternehmens, und Engel und andere diskutierten auf der K 2013 über die Standardisierung von Kommunikationsprotokollen. Auf der K 2016 habe die Branche standardisierte Kommunikationsschnittstellen für alle Maschinen festgelegt, aber die Bemühungen um eine Vereinheitlichung aller damit verbundenen Aspekte gingen weiter. Engel hat sich entschieden, sich auf drei Bereiche zu konzentrieren: intelligente Maschinen, intelligenter Service und intelligente Produktion.

Mit seiner Plattform Inject 4.0, so das Unternehmen im Internet: "Durch die horizontale Datenintegration sorgen wir für einen nahtlosen Austausch und die Verfügbarkeit relevanter Daten über die gesamte Wertschöpfungskette. Sie profitieren von Plug-and-Produce-Produktionssystemen, die sich einfach in andere Engel-Systeme und Peripheriegeräte integrieren lassen und so maximale Flexibilität garantieren.

"Gleichzeitig", so heißt es weiter, "ermöglicht die vertikale Integration eine durchgängige Kommunikation des einzelnen Sensors, etwaiger Peripheriegeräte und der Maschine mit dem Manufacturing Execution System (MES) und sogar dem Enterprise Resource Planning (ERP)-System."

Ein weiterer großer Maschinenbauer, die Arburg GmbH & Co. KG, baut seine Digitalisierungsstrategie arburgXworld, die er zur K 2019 weltweit eingeführt hat, weiter aus. Das mehrsprachige Portal ermöglicht es Kunden, Maschinen online zu konfigurieren und sowohl Pressen als auch Ersatzteile auf der Seite zu kaufen. Darüber hinaus umfasst arburgXworld verschiedene Apps, die den Anwender bei der Materialverarbeitung und der vorausschauenden Wartung an der Schnecke unterstützen, die Maschinensteuerung simulieren, Fehler und Stillstandsprobleme analysieren und beheben können, sowie weitere Tools.

Arburg wird das Portal nach eigenen Angaben kontinuierlich mit neuen digitalen Services und Funktionen erweitern, darunter ein AnalyticsCenter zur Prozessanalyse. Künftig sollen auch Maschinen und Peripheriegeräte anderer Hersteller in die zentrale Plattform integriert werden können, so das Unternehmen.

Der US-amerikanische Maschinenbauer Milacron Holdings Corp. baut unterdessen M-Powered, eine umfassende Suite von Anwendungen für das industrielle Internet der Dinge (IIoT), weiter aus. M-Powered nutzt die Technologie seines Partners ei3 Corp. und verbindet Milacron-Anlagen mit der Cloud, um Kunden eine breite Palette von Dienstleistungen wie Fernüberwachung der Anlagen, Fehlerbehebung und vorausschauende Wartung zu bieten.

Ende letzten Jahres schloss sich Milacron mit ei3 in der Arbeitsgruppe der Organization for Machine Automation and Control (OMAC) zusammen, um Best Practices für Fernzugriffsmethoden zu entwickeln. Das kollektive Wissen dieser Arbeitsgruppe konzentriert sich auf Timing, Sicherheit und Schutz, was letztendlich ein Modell sein wird, das bei den zunehmenden Fernverbindungen in Spritzgieß-, Extrusionsanlagen und Automatisierungssystemen Anwendung findet.

Auch die deutsche KraussMaffei Gruppe ist über ihren Geschäftsbereich Digital Service Solutions im Bereich der vorausschauenden Wartung und anderer plattformbasierter Analysen aktiv. Und das sind nur einige der Maschinenhersteller, die diese Ziele verfolgen.

Einige Compoundeure sind ebenfalls im IIoT-Bereich aktiv. Alterra Holdings mit Sitz in Clifton, N.J., hat seine eigene Industrie 4.0-Plattform namens SmartChronos in seiner 120.000 Quadratmeter großen Produktionsanlage in Seymour, Ind. Dieses Fernüberwachungssystem wurde Anfang 2020 noch wichtiger, als die Pandemie ausbrach und viele Arbeiter zu Hause bleiben mussten.

Mithilfe eines Netzwerks von Sensoren an allen Maschinen verfolgt das System von Alterra eine Vielzahl von Verarbeitungsparametern in Echtzeit und alarmiert die Produktions- und Qualitätskontrollteams des Unternehmens, sobald ein Parameter von der Norm abweicht. 

Der CEO von Alterra, Arash Kiani, wird mit den Worten zitiert, sein Unternehmen habe eine produktabhängige Plattform geschaffen, die ein Live-Feedback zwischen der Qualitätskontrolle und dem Bediener an der Linie ermöglicht. Sobald etwas außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, werden die Bediener per Slack-SMS benachrichtigt, damit sie sofort darauf reagieren können." Das System ermöglicht es Alterra, jede vom Compounder produzierte Kiste im Detail zu bewerten – und die Kunden haben Live-Zugriff auf die Prozessdaten von Alterra, was eine unvergleichliche Transparenz bietet.

Harzhersteller nutzen einen weiteren Aspekt der aufkommenden digitalen Technologie. So haben sich beispielsweise die Materiallieferanten Borealis (Polyolefine), Covestro (Polycarbonate) und Domo Chemicals (Polyamide) zusammen mit dem Automobilhersteller Porsche mit Circularise, dem Anbieter von Blockchain-Transparenz in der Lieferkette, zusammengetan, um die Rückverfolgbarkeit von Kunststoffen über Blockchain zu ermöglichen. Damit soll sichergestellt werden, dass die Verwendung nachhaltiger Materialien in Porsche-Fahrzeugen nachgewiesen werden kann.

Durch die Digitalisierung der Materialien konnte Circularise nach eigenen Angaben einen digitalen Faden durch die gesamte Lieferkette legen, der die Rückverfolgbarkeit der Materialien, die Verfolgung des CO₂-Fußabdrucks und andere Nachhaltigkeitskennzahlen wie Wassereinsparungen ermöglicht. Laut Covestro wurde jede Materialcharge in der Blockchain digitalisiert und erhielt eine digitale Kopie, den sogenannten digitalen Zwilling. Der digitale Zwilling enthält alle relevanten Informationen über die Charge, wie etwa ihren ökologischen Fußabdruck und ihre Herkunft. Dieser digitale Faden schuf Transparenz zwischen den Projektpartnern, ohne die zugrunde liegenden sensiblen Daten preiszugeben, was zu einer verbesserten Zusammenarbeit in der Lieferkette führte. 

Die Flaschenblasmaschine Graham Packaging aus Lancaster, Pennsylvania, nutzt eine andere Art von digitaler Technologie, um die Produktleistung und Nachhaltigkeit zu verbessern. Das Unternehmen hat eine Computersimulation mit Strukturanalyse eingesetzt, um die Funktion der Flaschen vorherzusagen, bevor sie die Produktionslinie erreichen. Das Ergebnis ist eine patentierte, vertikal angewandte Verarbeitungstechnologie namens AccuStrength, bei der durch elektronische Programmierung nur in den funktionskritischen Bereichen eines Behälters Material hinzugefügt wird. 

Während die meisten extrusionsgeblasenen Kunststoffflaschen durch horizontale Materialverteilung geformt werden, wodurch die Produktintegrität und die Tragfähigkeit erhalten bleiben, hebt AccuStrength dieses Verfahren laut Graham auf eine neue Stufe, indem auch vertikale Materialbänder verwendet werden, die so eingestellt werden können, dass die Dicke der Flasche an den gewünschten Stellen erhöht oder verringert wird. 

Das Verfahren, bei dem zusätzlicher Kunststoff entlang einer vertikalen Ausrichtung des Vorformlings angebracht werden kann, ermöglicht es dem Hersteller, die Dicke des Behälters nur in den Ecken zu erhöhen und gleichzeitig überschüssiges Material aus Bereichen zu entfernen, in denen es nicht benötigt wird - und das alles ohne Beeinträchtigung der strukturellen Integrität. Außerdem kann mehr PCR-Kunststoff (Post-Consumer-Recycling) verwendet werden, um das Gewicht des Behälters zu reduzieren. Das Endergebnis ist eine nachhaltigere Flasche.

Schon dieser kleine Ausschnitt zeigt die Bandbreite der digitalen Technologien, die der Kunststoffindustrie zur Verfügung stehen – von der Fernsteuerung intelligenter Anlagen über die Rückverfolgung der Geschichte eines Materials bis hin zur Verbesserung der Nachhaltigkeit des Endprodukts. Dies kratzt nur an der Oberfläche der digitalen Revolution, die sich in diesem Moment vollzieht. Bleiben Sie dran, denn Bits und Bytes werden die Art und Weise, wie Geschäfte abgewickelt werden, in Zukunft immer mehr umgestalten.