Die Veränderungen durch höheres Umweltbewusstsein und Digitalisierung bedeuten für die Industrie nicht nur Herausforderungen, sondern bieten auch neue Möglichkeiten. Stefan Selke, Segment Manager Maschinenbau bei Eaton, Anbieter von Energiemanagement-Lösungen, zeigt vier Themenfelder auf, die den Maschinenbau im nächsten Jahr prägen werden.
Steigerung der Energieeffizienz
2021 wird die neue EU-Ökodesign-Richtlinie in Kraft treten. Für die Industrie sind zusätzliche Energieeinsparungen bei Elektromotoren geplant. Neu ist, dass nun auch Drehzahlregelungen einbezogen werden. Ab dem 1. Juli 2021 gilt, dass die Energieeffizienz von Drehstrommotoren mit einer Nennleistung von 0,75 kW oder mehr und unter 1.000 kW, mit 2, 4, 6, oder 8 Polen dem Wirkungsgrad IE3 entsprechen muss.
Ausgenommen davon sind Ex eb Hochsicherheitsmotoren. Um das Energieeinsparpotenzial von Anwendungen voll auszuschöpfen, gilt es, die nötige Antriebsform zwischen Motorstarter, Drehzahlstarter oder Frequenzumrichter zu bestimmen. Bevor hier eine Wahl getroffen wird, sollten Unternehmen eine umfassende Systemanalyse durchführen, um die effizienteste Lösung für die jeweilige Anwendung zu ermitteln. So ist es in den meisten Fällen sinnvoll, drehzahlverändernde Antriebe nur dort einzusetzen, wo sie verfahrenstechnisch notwendig sind.
Ein wichtiges Instrument zur Steigerung der Energieeffizienz in Unternehmen ist die Einführung eines Energiemanagementsystems nach ISO 50001. Damit lassen sich Abläufe und Prozesse etablieren, die den Energieverbrauch deutlich reduzieren. Auf der einen Seite lässt sich so durch den reduzierten Verbrauch Geld sparen, auf der anderen Seite lassen sich in vielen EU-Ländern auch steuerliche Effekte realisieren. Grundvoraussetzung hierfür ist allerdings die Messbarkeit des Verbrauchs und dessen Dokumentation. Ein geeigneter Weg dies umzusetzen, ist durch die Nutzung von digitalen Leistungsschaltern, mit integrierter Class 1 Energiemessung.
Standardisierung von Kommunikationsprotokollen in Smart Factories
Die richtigen Grundlagen für Industrie 4.0 und Smart Factories zu schaffen, ist vielmals noch eine große Herausforderung – besonders, wenn es um die Kommunikation der eingesetzten Maschinen untereinander geht. Mit einer babylonischen Verwirrung diverser Kommunikationsprotokolle lässt sich dies nicht umsetzen. Mit OPC Unified Architecture (OPC UA) existiert bereits seit längerem ein plattformunabhängiger Standard für den Datenaustausch zwischen Maschinen. Aktuell dominieren noch herstellerabhängige Protokolle, doch in nächster Zeit werden Maschinen- und Anlagenbetreiber voraussichtlich zunehmend einheitliche Standards fordern.
OPC UA, gegebenenfalls in Verbindung mit dem TSN Standard (Time Sensitive Networking) für Echtzeitkommunikation, scheint dafür eine vielversprechende Plattform zu sein. Dabei geht es darum, dass zunächst gleiche Maschinentypen die gleiche Sprache sprechen. Dieser Ansatz ist sinnvoll, da sich die Kommunikationsanforderungen stark unterscheiden. Werkzeugmaschinen liefern andere Daten, als sie etwa in der Nahrungsmittelproduktion entstehen. Dafür werden aktuell für viele Industriesegmente sogenannte Companion Specifications entwickelt, in denen Informationsmodelle für Maschinentypen in den einzelnen Industriesparten vereinbart werden.
Fortschrittlich ist zum Beispiel die Companion Spezifikation der Verpackungsindustrie. Dass bei solchen hochautomatisierten, langen Prozessketten zuerst der Wunsch nach Standardisierung aufkommt, ist nachvollziehbar. Andere Branchen wie die Robotik ziehen aktuell nach. Hersteller sollten für das nächste Jahr mit entsprechenden Kundenanforderungen rechnen.
Evolution des Digital Twin
Aktuell sind sogenannte Digital Twins ein Ansatz, der vor allem in der Entwicklung Verwendung findet. Die digitalen Abbilder von Maschinen werden etwa für Simulationen genutzt, um damit Entwicklungszyklen zu verkleinern. Es ist naheliegend, dass das Konzept noch einen Schritt weitergedacht wird: Auch im laufenden Betrieb bietet ein virtuelles Abbild von Maschinen oder kompletten Anlagen und ganzen Fabriken, Vorteile.
Wurde für die Produktentwicklung ein digitaler Zwilling verwendet, der den aktuellen Zustand einer Maschine oder Produktionsanlage widerspiegelt, ist es naheliegend, dieses einmal erstellte Datenmodell auch für die Betriebsphase weiter zu verwenden. Sensordaten aus dem laufenden Betrieb könnten so mit „Sollwerten“ aus dem digitalen Zwilling verglichen werden, um so Abweichungen leicht zu erkennen und die Verfügbarkeit der Maschine zu verbessern. Auf Basis dieses „Ist-Soll-Vergleiches“ ließen sich die Vorarbeiten, um Methoden wie Predictive Maintenance sinnvoll nutzen zu können, deutlich reduzieren.
Konsumerisierung der Industrie
Die Maschinenbedienung hat sich in den letzten Jahrzehnten stark gewandelt. Hebel, Räder und Stellschrauben wichen zunehmend Displays und Drucktastern, später kamen Displays mit Touch-Bedienung. Vor allem die jüngere Generation erwartet auch am Arbeitsplatz den Einsatz von Touchdisplays. Zwar erfüllen Displays der ersten Generation, die nur auf Druck reagieren und häufig noch mit komplizierten Menüs aufgebaut sind, einfache Anforderungen, Multi Touch wird seinen Siegeszug jedoch auch in der Industrie weiter fortsetzen.
Ein nächster Schritt wäre sogar, das Display von der Maschine zu trennen, sodass sich die Daten von einem Tablet oder Mobiltelefon zumindest auslesen lassen. Die Remote-Bedienung mit diesen Smart Devices ist dann ein weiterer Schritt, der aber in puncto Sicherheit im Betrieb gut bedacht werden sollte.
