6 Beispiele, wie man mit Industrie 4.0 Geld sparen kann

Industrie und Wirtschaft dürfen die Vernetzung der digitalisierten Automatisierung im Rahmen von industrieller Revolution und digitaler Transformation einfach nicht ausblenden. Denn die smarten Technologien bringen den Unternehmen bares Geld. Nachfolgend gibt es konkrete Anwendungen aus der Industrie, wie das gelungen ist.

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1. Ausfallzeiten an mobilen Maschinen reduzieren
2. Stromverbrauchsspitzen in der Fertigung aufdecken und auch in mittelständischen Betrieben Geld sparen
3. Roboter-Schweißanlagen online überwachen und Fertigungskosten senken
4. Ungeplante Stillstände reduzieren und so die Maschinenverfügbarkeit steigern
5. Formatverstellung bei Verpackungsmaschinen vereinfachen dank Augmented Reality im Lager
6. Funkgesteuerte Gasdruckfedern machen Presswerk effizienter

1. Ausfallzeiten an mobilen Maschinen reduzieren

Elisabetta Castiglioni, A1 Digital: „Die technischen Entwicklungen in der vernetzten Produktion und Industrie 4.0 geben Unternehmen neue Möglichkeiten in der vorausschauenden Wartung. Unvorhergesehene Maschinenausfälle und unflexible Wartungszyklen kosten Unternehmen bares Geld – und die IT-Abteilung Ressourcen. Mit Predictive Maintenance vernetzen wir Maschinen und erfassen mithilfe von integrierten Sensoren eine große Menge an Rohdaten und Messwerten zum Zustand der Anlagen.

Automatisierung der Prozesse

Konkret ist eine solche Machine-to-Machine-Lösung bei unserem Kunden, dem Maschinen- und Anlagenbauer Komptech, weltweit in 60 Ländern bei 4 000 Fahrzeugen im Einsatz: Die Auswertung der erfassten Daten erfolgt automatisch in Echtzeit über Daten-Roaming unserer SIM-Karten, das heißt auch im laufenden Betrieb wird der Wartungsbedarf von Maschinen erkannt. Diese Fülle an Informationen können Unternehmen nutzen, um Ausfallzeiten zu reduzieren, Produktivität und Produktqualität zu steigern und natürlich auch Kosten zu sparen.

Unternehmen, die noch keine Predictive-Maintenance-Lösungen in der Praxis anwenden, sollten zunächst mit kleinen Leuchtturmprojekten starten. Am Anfang fehlt es oft an Mut, neue Wege zu gehen und Fehler zu machen. Dabei sprechen aktuelle Studien eine klare Sprache: Predictive Maintenance kann Wartungskosten bis zu 30 Prozent und Maschinenstillstände bis zu 70 Prozent senken. Das Sparpotenzial bezüglich Kosten und Zeit ist also immens, sodass sich Investitionen schon in relativ kurzer Zeit rechnen.“

2. Stromverbrauchsspitzen in der Fertigung aufdecken und auch in mittelständischen Betrieben Geld sparen

Stefan Bley, EY: „Im Energie-Management sind deutliche Kostensenkungen durch I 4.0-Lösungen möglich. Durch intelligente Steuerung vernetzter Maschinen und voller Transparenz der Fertigungsauftragssituation in der Halle lassen sich Stromverbrauchsspitzen vermeiden. In einem Bearbeitungszentrum sind zum Beispiel acht von zehn Maschinen mit Arbeitsvorgängen belegt. Mit Start der neunten Maschine würde eine vereinbarte Pik-Last überschritten und somit der Energiepreis für den Gesamtverbrauch höher.

Digitale Vernetzung als Bedingung

Konkret sieht das dann so aus, dass der Start des Bearbeitungsvorgangs an der neunten Maschine verzögert wird, wenn in der Gesamtlast der Halle ein Vorgang an einer anderen Maschine zeitnah endet und im Gesamtdurchlauf keine auftragsrelevante Verzögerung entsteht. Hierzu gibt es konkrete Industrie 4.0-Lösungen am Markt, die auch im Mittelstand klar rechenbare Einsparungen im fünfstelligen Bereich bringen können. Voraussetzung sind natürlich vernetzte Maschinen, die jederzeit Auskunft über ihren Zustand geben können, und Transparenz der Auftragslage in der Fertigung.“

3. Roboter-Schweißanlagen online überwachen und Fertigungskosten senken

Ralf Pfeifer, Cloos: „Mit dem neuen Cloos-Gateway können unsere Kunden ihre Roboteranlagen vernetzen und durch neu gewonnene Informationen die eigenen Produktionsprozesse beziehungsweise die Produktqualität verbessern. Mit dem Gateway ist die Anbindung an Industrie 4.0-Umgebungen realisierbar. Es werden Betriebs- und Schweißprozessdaten gesammelt, aufbereitet und visualisiert. Über standardisierte Schnittstellen können die Daten an übergeordnete IT-basierte Lösungen, wie beispielsweise MES, Cloud-Anwendungen oder Systeme, übergeben werden.

Digitale Technologie erkennt Schwachstellen

Das Gateway-Softwaremodul ‚Produktion‘ ermöglicht ein umfassendes Online-Monitoring der Roboteranlagen mit einem detaillierten Reporting zur Verfügbarkeit, Leistung und Qualität.

So werden Schwachstellen im Produktionsablauf frühzeitig erkannt. Darüber hinaus werden etwaige Anlagenausfälle oder Wartezeiten durch Rüsten und Einrichten sowie sonstige Leerlaufphasen deutlich reduziert. Die effiziente Maschinenauslastung, der verbesserte Ressourceneinsatz sowie die reduzierten Durchlaufzeiten ermöglichen eine erhebliche Senkung der Fertigungskosten.“

4. Ungeplante Stillstände reduzieren und so die Maschinenverfügbarkeit steigern

Christian Liedtke, Kuka: „Grundsätzlich lassen sich konkrete Kosteneinsparungen mit der Digitalisierung in drei Kategorien ‚Reduzierung der absoluten Kosten‘, ‚Reduzierung von Stillständen‘ und ‚Reduzierung der Stückkosten durch Erhöhung des Outputs‘ einteilen – wobei diese Kategorien durchaus zusammenhängen und sich auch überschneiden. Blicken wir auf die Reduzierung der absoluten Kosten, so kommt hier relativ schnell die Implementierung von Predictive Maintenance ins Spiel.

Damit können sowohl Material-, Lohn- als auch Folgekosten deutlich reduziert werden. Dazu wird eine Beurteilung des Zustands von Komponenten vorgenommen, aufgrund dessen Instandhaltungsmaßnahmen nur bedarfsbezogen zu einem optimalen, vorgeplanten Zeitpunkt durchgeführt werden.

Sind Instandhaltungsmaßnahmen erforderlich, muss eine Maschine aus der Produktion genommen werden und kann kein Geld erwirtschaften. Spare ich mir solche geplanten oder auch ungeplanten Stillstandszeiten, erreiche ich sofort eine Kostenreduktion.

Digitalisierung erlaubt smarten Blick in die Zukunft

Ebenfalls ist es möglich, Kosten zu sparen, indem man Stillstände reduziert. Eine vorausschauende Planung von den gerade erwähnten Aktionen ist dabei essenziell. Die Digitalisierung erlaubt es aus Sicht einer einzelnen Maschine, in die Zukunft zu schauen. Maschinensteuerung erfolgt in der Regel immer zustandsbezogen.

Mittels Digitalisierung kenne ich aber auch den Zustand des Umfelds mit all seinen Einflüssen und kann darüber Entscheidungen mit einer Approximation der Zukunft positiv beeinflussen. Eine dritte Möglichkeit ist es, die Stückkosten zu reduzieren, in dem der Output erhöht wird.

Möchte man das Thema in seiner Gesamtheit beleuchten, lohnt sich ein Blick in die Studie des ifaa-Instituts aus dem Jahr 2017. Laut der Studie ist bis 2025 mit einem durchschnittlichen Produktivitätsgewinn von 32 Prozent durch Digitalisierung zu rechnen. Das entspricht einem jährlichen Zuwachs von 3,5 Prozent. Wir konnten in der eigenen Produktion an einer Produktionszelle, der Heller-Zelle in unserer Zerspanung, in einem Zeitraum von neun Monaten eine Produktivitätssteigerung von 7,8 Prozent erzielen.

Dies gelang in erster Linie durch die Reduzierung ungeplanter Stillstände, also durch die Erhöhung der Verfügbarkeit der Maschine. Ausschlaggebend waren dabei die Transparenz über den Zustand des Gesamtsystems, die Erfassung und Visualisierung von Restlaufzeiten sowie vorausschauende Wartungsplanung und -Durchführung. Ähnliche Erfahrungen konnten im Rahmen von Kundenprojekten gemacht werden.“

5. Formatverstellung bei Verpackungsmaschinen vereinfachen dank Augmented Reality im Lager

Jürgen Siefert, Schneider Electric: „Durch Industrie 4.0-Lösungen wie dem Machine Advisor von Schneider Electric ist es möglich, Wartungen viel schneller zu lösen und somit Kosten zu reduzieren für die Kunden. Denn ein Serviceeinsatz ist extrem teuer. Durch eine Remote-Unterstützung lassen sich die Servicekosten hingegen drastisch senken und die Verfügbarkeit der Maschine deutlich erhöhen.

Kurz gesagt sehe ich zwei Möglichkeiten, um durch Digitalisierung Geld zu sparen. Auf der einen Seite kann man bei den eigenen Ressourcen im Maschinenbau Kosten sparen. Mitarbeiter, die bisher viel zum Kunden rausgefahren sind, sind bei kleineren Unternehmen oft diejenigen, die die Maschinen entwickeln. Sie können sich dank Digitalisierung mehr auf Entwicklung konzentrieren und weniger auf Servicetätigkeiten. Und es besteht auch die Möglichkeit, dass der Kunde des OEMs Geld spart.

Höhere Maschinenverfügbarkeit durch digitale Transformation

Indem man durch Datenanalyse herausfindet, wie es der Maschine beim Endkunden geht, können ihm somit alternative Lösungen angeboten werden. Das kann zum Beispiel bedeuten, künftig kleinere Maschinen einzusetzen oder künftig die Maschine anders zu betreiben, damit weniger Verschleiß entsteht.

Es gibt viele konkrete Beispiele, wie man mit Industrie 4.0 Geld sparen kann. Bei einem Verpackungsmaschinenbauer haben wir mit unserem ‚Augmented Operator Advisor‘ – sprich mit Augmented Reality – die Möglichkeit geschaffen, dass der Endkunde bei sich im Lager die neuen Produkte, die verpackt werden sollen, scannt.

Und bis die Produkte vom Lager an der Maschine ankommen, hat sich die Maschine automatisch auf das neue Format eingestellt. Unter dem Strich bedeutet dies, dass die Maschinenverfügbarkeit und die Effizienz um 20 Prozent steigen.“

6. Funkgesteuerte Gasdruckfedern machen Presswerk effizienter

Ulrich Meyer erinnert sich noch genau an den 10. September 2017. Es war ein Sonntag, als er und seine Kollegen von der Prozessbegleitung an die sogenannte Straße 400 im Presswerk Wolfsburg traten. Im Hinterkopf hatten sie eine Statistik: 2016 konnten mehrere Tausend Teile nicht korrekt gepresst werden. Ein Fall für ihn und sein Team, das seit 2009 im Presswerk die Aufgabe hat, Prozesse zu optimieren und neue Technologien an den Start zu bringen.

„Wir hatten schnell den Verdacht, dass nicht alle Gasdruckfedern mit genügend Stickstoff befüllt waren.“ Der 49-Jährige sollte Recht behalten: Bei der Stichprobe waren drei von zehn Gasdruckfedern nicht in Ordnung, eine weitere hatte einen unklaren Zustand. Wie konnte das sein?

Ein Verlust an Stickstoff ist nicht ungewöhnlich, da die Dichtungen an den Gasdruckfedern Verschleißteile sind. Die Liste an Erklärungen, warum offenbar defekte Gasdruckfedern nicht ausgetauscht worden sind, war lang: Anzeigen, die eingetrübt oder schwierig erreichbar sind, etwa weil sie im Werkzeuginneren liegen. Aber vor allem: unterschiedliche Einschätzungen von unterschiedlichen Mitarbeitern.

„Für den einen Kollegen war der Füllstand noch vertretbar, für den anderen bereits kritisch“, erklärt Meyer das Dilemma. Schnell war klar: Es braucht nicht nur klare Standards, sondern auch eine effiziente Methode, um rechtzeitig und zielgenau auf die Stickstoff-Problematik reagieren zu können. Meyer und sein Team bekamen den Auftrag, ein Pilotprojekt zu starten.

Teilweise bis zu 100 Gasdruckfedern pro Werkzeug

Die Erklärung, warum Gasdruckfedern einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität des gepressten Blechs haben, ist etwas technisch: Ein Werkzeug im Presswerk besteht aus einer Matrize und einem Stempel. Erstere ist eine Art Druckvorlage, auf die der Stempel mit einer Kraft von bis zu 2 100 Tonnen den Stahl verformt.

Um zum Beispiel ein Seitenteil eines Golf zu formen, stehen sechs Werkzeuge an einer Pressenstraße nacheinander. In jedem Werkzeug sind Gasdruckfedern vorhanden, teilweise bis zu 100 Stück. Sie unterstützen die Funktionalität von Blechhalter, Stempel und Matrize, damit das Seitenteil passgenau gepresst wird.

Ist der Füllstand an Stickstoff zu gering, arbeitet die Presse ungenau. In der Folge können Risse und Falten in den gepressten Teilen entstehen. Diese können gemäß der hohen Qualitätsstandards nicht weiterverarbeitet werden. Hinzukommt, dass das Prüfen der Gasdruckfedern mit viel Aufwand verbunden ist – und damit unter dem Strich teuer.

Digitale Transformation: Umwandlung analoger Impulse in digitale Impulse

„Im Team kam nach einiger Zeit die Idee auf, dass die Gasdruckfedern sich quasi selber melden müssten, wenn es ein Problem gibt“, sagt Meyer, der als Meister seit 18 Jahren Mitarbeiter führt. Einer davon ist Marc Mehlhaff, der das Thema Gasdruckfedern fachlich betreut und erklärt: „Unsere Herausforderung war es, dass es keine Lösung von der Stange gab.“

Doch nun war der Ehrgeiz geweckt. Auf einer Fachveranstaltung schilderten Meyer, Mehlhaff und ihre Kollegen einem Dresdner Sensorhersteller das Problem. In enger Zusammenarbeit entwickelten sie die heutige Lösung.

Einfach gesagt: Die analogen Impulse der Gasdruckfeder-Kolben werden in digitale Impulse umgewandelt. Über Funk sind die Gasdruckfedern eines Werkzeugs mit dem Computer verbunden und melden so vor und während des Pressvorgangs, ob sie über genügend Stickstoff verfügen.

Einsparpotenziale durch digitale Prozesse

„Unser System benötigt keine Betreuung, ist über eine Ampel sofort zu verstehen“, sagt Meyer, der 1985 seine Ausbildung im damaligen Berufsbild Werkzeugmacher begann. Der Erfolg der Idee ist beeindruckend: Die Störungen konnten seit Beginn im Oktober 2017 um 75 Prozent reduziert werden.

Nach der Straße 400 sollen nun auch die anderen Werkzeuge im Presswerk in Wolfsburg mit funkdatengebundener Gasdrucküberwachung ausgerüstet werden. Die Investitionssumme von insgesamt 190 000 Euro wird sich in weniger als einem Jahr amortisiert haben. Ein ordentlicher Beitrag, um die Produktivität am Standort nachhaltig zu steigern, wie es im Zukunftspakt festgehalten ist. Oder wie Meyer lachend sagt: „Wir haben einen Klumpen Stahl ein gutes Stück klüger gemacht.“

Überarbeitet von Dietmar Poll