Die Zukunft hautnah zum Anfassen auf der Ligna: Bei der Vorführung der Homag-Produktionsanlage

Die Zukunft hautnah zum Anfassen auf der Ligna: Bei der Vorführung der Homag-Produktionsanlage stahl Roboter Titan dem Moderator mit seinen Zwischenfragen und Kommentaren beinahe die Show – auf jeden Fall aber, als er mit der aparten Co-Moderatorin zu „Samba de Janeiro“ eine heiße Sohle aufs Parkett legte. Foto: Ligna

Losgröße 1 – das ist das erklärte Ziel von Industrie 4.0. Auf diesen Zug in Richtung intelligente, vernetzte Fertigung springt auch die Holzverarbeitung mit auf, wie während der Weltleitmesse Ligna in Hannover zu sehen war. Die Kunden können sich jetzt Möbel nach eigenen Entwürfen fertigen lassen.

Wer früher einen Stuhl nach eigenen Vorstellungen wollte, der ging zum Schreiner und bezahlte ein Vielfaches dessen, was ein skandinavischer Möbelhändler für einen Standardstuhl verlangte. Dieses Teil war dann zwar preiswert, dafür musste man aber auch nehmen, was gerade so im Angebot war – ob das nun hundertprozentig in die Küche oder unter den Po passte oder nicht.

Virtual Reality

Virtual Reality: Mithilfe der App von Homag können Kunden ihr Wunschmöbelstück in ihrer Wohnung aufstellen und die Wirkung prüfen, bevor es überhaupt produziert wurde. Bild: Homag Group

Mittlerweile ist es fast schon Standard, dass die moderne Möbelfertigung die Vorteile beider Welten vereint: Individuelle und maximal flexible Produktion zu Preisen, die der Massenfertigung nahe kommen oder sie sogar erreichen. Losgröße 1 ist das Zauberwort und Industrie 4.0 mit Traceability, vernetzter Fertigung und dezentralen Steuerungssystemen soll diese Vision wahr werden lassen.

Die Thematik ist allerdings komplex. Die Ligna zeigte deshalb nicht nur das Ausmaß des Potenzials dieser Idee, sondern auch, an wie vielen Baustellen hier noch gearbeitet werden muss. Um das Ergebnis vorweg zu nehmen – die Probleme sind eher marktpolitischer und struktureller als technischer Art.

Innerhalb eines Unternehmens lassen sich meist nämlich durchaus durchgängige Informationsflüsse herstellen, solange man die gesamte Anlage eines Anbieters nutzt. Sobald Module unterschiedlicher Hersteller eingesetzt werden, oder es sich um die Zusammenarbeit unterschiedlicher Partner handelt, wird es schwierig, da die Softwareschnittstellen in den meisten Fällen nicht kompatibel sind, und hier keine marktübergreifenden Standards bestehen: Vertriebspartner, Zulieferer, Logistiker und Produzenten sprechen meist nicht dieselbe Sprache.

Individualisierte Produktion

Am Anfang des Prozesses steht der Kunde mit seinem Wunsch nach einem Möbel, das nicht mehr nur aus einem Katalog ausgewählt werden muss, sondern auch nach Kundenvorgaben gefertigt werden kann. Die Vorlagen können eingescannt und virtuell samt digitaler Bauanleitung simuliert werden. Eine standardisierte Software löst die Kette von Beschaffung und Fertigung aus – bis zum Versand des fertigen Stückes ist durchgängig jederzeit nachvollziehbar, in welchem Status sich der Auftrag befindet. Soweit ist es in der Realität noch nicht, wenngleich auch Ansätze hierfür bestehen.

Mit den heute gängigen industriellen Anlagen lassen sich immer noch keine organischen Formen herstellen, und der 3D-Druck ist in der Fertigung auch noch nicht angekommen – wenn man von dem Erstellen von Modellen absieht.
Einen kleinen Vorgeschmack auf die Vision bietet die von Homag für die Nutzung an Homag-Maschinen entwickelte Software Woodnet, die unter dem Slogan Design-to-Machine den Datenfluss von der Planung über die 3D-Konstruktion von Möbeln und Inneneinrichtungen bis zur Produktion organisiert.

Die Augmented-Reality-Funktion dieser Software ermöglicht es dem Kunden, über eine App und die Kamerafunktion seines Handys sein vorab individuell geplantes Möbelstück virtuell in seiner Wohnung aufzustellen und die Wirkung zu prüfen. Gefällt das Möbel, kann es sofort über dieselbe App bestellt werden, und die Auftragsdaten werden in die Software WoodCAD/CAM 11.0 eingebunden. Mit ihr beginnt der Fertigungsprozess beim Möbelhersteller. Allerdings funktioniert diese Software nur bei Produktionsanlagen des Softwareherstellers selber.

QR-Codes

QR-Codes ermöglichen die Übertragung von Maschinendaten, wie zum Beispiel Wartungshinweisen, auf das Smartphone. Mit der firmeneigenen Software PowerTouch kann der Anwender alle Maschinen aus dem Homag-Programm auf die gleiche Art und Weise bedienen. Bild: Homag Group

Etwas flexibler arbeitet die niederländische Numdata BV mit ihrer webbasierten Software Ivenza. Dieser 3D-Konfigurator meistert ebenfalls alle Aufgaben der Konfiguration, Auftragsverwaltung und Produktion, ermöglicht aber auch einen umfangreichen Datenaustausch zu anderen Lagerverwaltungssystemen oder Datenbanken wie die von IBM in der Cloud. Schreiner, Händler und Endkunden können das Tool online im Internet nutzen.

Über Benutzerrechte werden mehr oder weniger Funktionalitäten freigeschaltet. Schreiner zum Beispiel haben aufgrund ihres technischen Hintergrunds mehr Möglichkeiten als Händler. Endkunden können sich anonym einloggen und ihre Entwürfe unter ihrer Emailadresse speichern, die dann beispielsweise nachträglich vom Händler geöffnet und weiterbearbeitet werden können.

Cloudbasierte Systeme wie diese haben insbesondere für kleine bis mittelständige Unternehmen den Vorteil, dass sie selber keine Investitionen für Software und Steuerung tätigen und sich nicht um Updates und Wartung kümmern müssen, sondern den Service quasi leasen – solange und in dem Umfang, wie sie ihn benötigen.

Der Nachteil ist, dass damit die Fertigungsdaten, die Entwürfe und das Know-how dieser Unternehmen beim Softwareanbieter liegen, und es eine Sache von Vertrauen und Bewusstheit in Bezug auf diese Datensicherheitsproblematik ist, ob die Zusammenarbeit gedeihlich gelingt. Wegen der Vorteile aber und weil es zunehmend Zertifizierungen gibt, die den sicheren Umgang von Firmen mit Fremddaten belegen können, werden solche Ansätze des Steuerungs-Outsourcings aller Wahrscheinlichkeit nach weiter wachsen.

Selbststeuernde Produktion

Sobald der Auftrag dann in die Fertigung geht, sollte das Werkstück nicht nur gekennzeichnet und jederzeit zweifelsfrei identifizierbar sein, sondern auch sämtliche, für seine spezifische Bearbeitung notwendigen Arbeitsaufträge selbständig der jeweiligen Maschine mitteilen: Das intelligente Werkstück spricht mit der intelligenten Maschine. Nur so lässt sich die Effizienz der betrieblichen Abläufe überwachen und steigern. Alle beteiligten Systeme müssen jederzeit wissen, welche Arbeitsschritte bereits abgearbeitet sind und welche nun anstehen.

Dafür eignet sich neben dem etablierten Barcode-Klebeetikett die Verwendung von RFID-Chips. Sie bieten nicht nur die eindeutige Identifizierung, sondern auch die Möglichkeit weitere Informationen weiterzugeben. Die Identifizierung erfolgt nach EPC, dem Elektronischen Produktcode, mittels Zuweisung einer eindeutigen Identifikationsnummer, gespeichert als elektronisches Signal mit einer Länge von mindestens 64, mittlerweile bis zu 204 Bit. Dieser Code ist an den bereits gebräuchlichen EAN, den European Article Numbers, angelehnt und wird durch den GS1, einem internationalen, industriellen Interessenverband mit Sitz in Brüssel gegen eine Lizenzgebühr vergeben.

Die RFID-Systeme bestehen aus einem Transponder, der so klein sein kann, dass er die Stärke eines Klebeetiketts nicht überschreitet sowie einem Lesegerät. Die Kosten für einen RFID-Chip variieren je nach Anwendungszweck zwischen rund 13 Cent pro Stück, etwa für die Identifikation der Tür eines bestimmten Küchenunterschrankes bis zu zehn Euro pro Stück, wenn es zum Beispiel um die Zuordnung eines Getriebes in der deutschen Automobilindustrie geht.

Der Kooperationspartner der Ligna zum Thema RFID, die Firma Abaco Informationssysteme mit Sitz in Löhne, hat zur Ligna 2015 eine rund 500 qm umfassende Aktionsfläche – die RFID-Factory – präsentiert. Dort war eine komplette Wertschöpfungskette der Möbelindustrie abgebildet – vom Baum bis zum fertigen Möbelstück – jeweils in einzelnen Stationen, an denen ausgewiesene Projektpartner ihre Produkte passend zum entsprechenden Fertigungsschritt gezeigt und erklärt haben. Abaco selbst beschäftigt sich mit der Planung, Wartung und Implementierung von komplexen und flexiblen IT-Lösungen und hat speziell für die Anwendung in der Möbel-Prozesskette die Abatags entwickelt, ein RFID-Medium, das mittels einer Fräsung in der Seite einer Möbelplatte in diese versenkt wird und dort unsichtbar verbleibt.

Das hat den Vorteil, dass das Werkstück an allen Oberflächen weiterbearbeitet und lackiert werden kann, ohne dass, wie das bei einem Klebeetikett nötig ist, das Etikett abgelöst und auf die andere Seite geklebt werden muss. Die Sensoren dazu stammen von Balluff, bevorzugtem Partner des IIC-Mitglieds Bosch Rexroth.

Aber nicht nur Werkstücke, sondern auch Werkzeuge können intelligent sein. Die Firma Leitz brachte bereits im Jahr 1993 erste Chip-Werkzeuge auf den Markt. Zur Ligna waren erste Prototypen vernetzter Werkzeuge zu sehen. Sie enthalten Datenchips, die in eine Cloud führen werden. Dort werden Stamm- und Einsatzdaten, Standwege und Servicezeiten gespeichert, ständig aktualisiert und dann Maschinen, Servicetechnikern und Anwendern zugänglich gemacht.

Aktuell ist ein Datenaustausch zwischen Maschinen und Werkzeugen allerdings noch nicht möglich, weil sie noch keine einheitlichen Codes benutzen und auf dieselbe Cloud zugreifen können. Ebenfalls in der Planung ist bei Leitz das Projekt „eApss4Production“. Herauskommen soll dabei eine App, die den Anwender über den Zustand von Maschinen und Werkzeugen informiert und bei abweichenden, kritischen Zuständen Alarm schlägt. Beispielsweise könnte der erhöhte Stromverbrauch an einem Werkzeug darauf hinweisen, dass das Werkzeug stumpf geworden sein könnte und ausgetauscht oder nachgeschärft werden muss.

Automatisierte Produktion

Aufs Engste miteinander verzahnt sind naturgemäß die Entwicklungen der Industrie 4.0 mit der Technik der Automation. Homag Automation stellte verschiedene Konzepte vor, mit denen Bearbeitungsmaschinen deutlich effizienter produzieren können. Besonders beeindruckte dabei eine Losgröße-1-Anlage mit einer Länge von über hundert Metern, die den gesamten Prozess vom Zuschnitt inklusive automatischem Restehandlings, über das Entkoppeln der einzelnen Platten in einem automatischen Zwischenlager, die Kantenbearbeitung, dem Sortieren in einer Roboterzelle, der Bohrung und schließlich der Versandverpackung oder Montage im realen Ablauf zeigte. Weiterentwickelte Handhabungssysteme und Robotik dominieren den gesamten Ablauf – laut Aussage des Herstellers sinkt dadurch die Zahl der notwendigen Maschinenführer auf die Hälfte.

Standgelände der RFID-Factory

Am Standgelände der RFID-Factory konnten sich Besucher über Traceability-Lösungen und Anwendungen entlang der Wertschöpfungskette vom Baum bis zum gelieferten Möbelstück informieren – von der RFID-getagten Euro-Palette mit Temperatursensor für den temperatursensiblen Spezialtransport bis zum RFID-unterstützen Hand-Ortungsgerät für verloren gegangene Packstücke einer Lkw-Lieferung. Bild: Ligna

Allgegenwärtig waren auf der Ligna auch bei anderen Herstellern Kuka-Roboter, die die ankommenden Möbelplatten sortieren und in definierte Lagerplätze stellen, um später komplette Packungsinhalte zusammenzustellen. Branchengrößen wie IMA Klessmann und die italienische Biesse Group stellten ebenfalls vollständig automatisierte Komplett-Anlagen vor, die sich durch extrem geringe Rüstzeiten von wenigen Sekunden für die Losgröße-1-Fertigung empfahlen. So wurden interessante technische Ansätze und Entwicklungen gezeigt, die sich insgesamt gesehen aber möglicherweise nur durch den Marktdruck großer Händler vereinheitlichen lassen werden.

Um Standards zu schaffen, hat sich die deutsche Plattform Industrie 4.0 aufgestellt. Bemerkenswert ist allerdings, dass diese Initiative gerade dabei ist, von seinem amerikanischen Gegenstück, dem Industrial Internet Consortium (IIC) abgehängt zu werden. Ihm gehören alle global Player im Bereich Automation, Softwareentwicklung und Telekommunikation an. Während in Bezug auf die Plattform 4.0 allgemein bemängelt wird, dass es außer Gremienarbeit und Maßnahmenempfehlungen bisher keine konkreten Ergebnisse und kein konzertiertes Vorgehen deutscher Unternehmen in Sachen Industrie 4.0 gebe, ist die Zusammenarbeit von Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Verbänden in den USA pragmatisch, zielorientiert und unbürokratisch.

Für das deutsche Temperament ist es hingegen bezeichnend, dass es unter deutschen Unternehmen und Verbänden mehr als mildes Befremden ausgelöst hat, dass Bosch, Siemens und SAP sich mittlerweile zusätzlich dem amerikanischen IIC angeschlossen haben. Allerdings muss man auch berücksichtigen, dass die hiesige politische Förderung nicht annähernd mit dem vergleichbar ist, was sich jenseits des Atlantiks abspielt.

Präsident Obama hatte allein für 2014 eine Milliarde US-Dollar bereitgestellt, um seine Industrial-Internet-Initiative NNMI zu befördern. Bei uns werden dieses Jahr 80 Millionen Euro für die Förderung und Entwicklung von Industrie-4.0-Software bereitgestellt – das entspricht etwa dem, was Google pro Tag für Innovationen ausgibt. fa

Autorin Ragna Sonderleittner, freie Autorin für ke NEXT

ke NEXT hakt nach bei Anja M. Kooitka, Abaco

Anja M. Koitka

Anja M. Koitka, GF Abaco, Informationssysteme

Drei Fagen an Anja M. Koitka, Geschäftsführerin der Abaco Informationssysteme

An welcher Stelle der Produktionskette ist der Nutzen von Nachverfolgbarkeit durch RFID-Technik am größten?
Grundsätzlich hat die RFID Technologie Vorteile gegenüber einem auf Barcode-Lesungen basierenden System, wenn die Anzahl der Scans sehr hoch ist und der menschliche Faktor eine Rolle spielt. So kommt es vor, dass Barcode-Scans vergessen oder übersehen werden, oder es werden Teile doppelt gescannt. Außerdem können technologische Unterschiede zwischen beiden Systemen eine Rolle spielen.

RFID beherrscht das Lesen durch Material, Lesen auf große Distanzen oder Lesen von chaotischen Anordnungen von Teilen oder Packstücken, da ein manuelles Handling bei RFID-Lesung entfällt. Darüber hinaus ergibt sich ein Vorteil, wenn der Barcode-Aufkleber für den Prozess störend ist, wie zum Beispiel bei der Oberflächenbearbeitung. Ist ein RFID-Transponder im Teil integriert, entfällt das Entfernen und Wiederanbringen des Aufklebers.

Wo sehen Sie in der Praxis die größten Entwicklungsbedarfe und Potenziale?
Unternehmen, die sich mit der Einführung von RFID beschäftigen, sollten sich über die strukturellen Unterschiede zwischen klassischen ID-Verfahren und RFID im Klaren sein.
Die größten Potenziale sehen wir in der Verwendung von Standards, die es erlauben, ein RFID-getaggtes Produkt durchgängig über die Wertschöpfungskette identifizierbar zu machen. Interessanterweise sind die Werkzeuge dafür durchaus vorhanden, nämlich EPC analog dem EAN.

Was oftmals fehlt, ist die Betrachtung diese Kette über das eigene Unternehmen hinaus. Ein Hersteller wird seine Identnummern-Systeme nur dann umstellen, wenn er vom Handel dazu aufgefordert wird. Der Handel wiederum wird nur dazu auffordern, wenn dort RFID tatsächlich verwendet wird und alle Hersteller in der Lage sind, getaggte Ware etwa mit EPC-Codes zu liefern.

Welche systematischen Voraussetzungen sollte ein Unternehmen mitbringen, um von der RFID-Technologie zu profitieren?
Ein Wissen um die eigenen Prozesse ist natürlich Grundvoraussetzung. Je detaillierter, desto besser. Die oben schon erwähnte Anpassung der Prozesse auf die verwendete Technologie passiert im Regelfall im Projektverlauf. Eine gewisse Aufgeschlossenheit für Veränderung ist natürlich hilfreich. Schädlich ist ein zu dogmatisches Denken, unbedingt entweder nur Barcodes oder nur RFID einsetzen zu wollen. Am Ende sind beides sinnvolle Verfahren für den richtigen Anwendungsfall. In der Praxis finden sich ohnehin häufig Hybriden aus beiden Systemen.

Die Fragen stellte Ragna Sonderleittner, freie Autorin für ke NEXT

ke NEXT hakt nach bei Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, it‘s OWL

Dr. Roman Dumitrescu

Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Geschäftsführer für den Bereich Strategie, Forschung und Entwicklung von it´s OWL Clustermanagement.

Zwei Fagen an Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Geschäftsführer für den Bereich Strategie, Forschung und Entwicklung von it´s OWL

Ein wichtiger Punkt für eine effektive Prozesskette ist die Einheitlichkeit aller Schnittstellen. Welche Probleme ergeben sich bei der Integration einzelner neuer Module oder im Datenaustausch zwischen zwei Unternehmen?
Die Integrationsfähigkeit hängt maßgeblich von standardisierten Schnittstellen und Austauschformaten ab. Unterschiedliche Standards führen zu einem erhöhten Aufwand für Engineering und Betrieb und verhindern bei bestehenden Anlagen sogar die Durchgängigkeit der Prozesskette. Die aktuellen Standardisierungsbemühungen der Plattform Industrie 4.0 gehen in die richtige Richtung. Schon jetzt gibt es Lösungsansätze: Im Spitzencluster it´s OWL erarbeitet Wago Kontakttechnik etwa adaptive Koppler für industrielle Automationsnetze. Dadurch können unterschiedliche Standards miteinander in Einklang gebracht werden.

Stichwort Datenschutz: Theoretisch steht es jedem Teilnehmer in der Fertigungskette frei, zu entscheiden, welche Daten freigegeben werden. Ist das eine rein technische Aufgabenstellung?
Grundsätzlich kann jeder Teilnehmer von Fall zu Fall entscheiden, welche Daten freigegeben werden, um beispielsweise Produktivität oder Benutzerfreundlichkeit zu steigern. Der Wettbewerbsdruck nimmt jedoch teilweise die Freiheit: Wenn ein Hersteller von seinem Zulieferer die Freigabe fordert, muss dieser dem oft nachkommen – oder er verliert den Auftrag. Allianzen mit vertrauenswürdigen Partnern bieten hier hervorragende Geschäftsperspektiven. Die Preisgabe von Daten bietet große Potenziale, Transparenz und Kundenzufriedenheit zu erhöhen.

Die Fragen stellte Ragna Sonderleittner, freie Autorin für ke NEXT