Modulare mechatronische Produktentwicklung im Maschinen- und Anlagenbau mit Anwendungen zur Smart Factory

Zusammenfassung

Die Maschinen und Anlagen des Maschinen- und Anlagenbaus, speziell auch die Maschinen- und Anlagen des Verpackungsmaschinenbaus, sind einerseits durch eine hohe Produktkomplexität, die sich u. a. durch die komplexe Verfahrenstechnik und die vielfältigen kinematischen Bewegungsvorgänge ergeben, andererseits durch die marketinggetriebenen Entwicklungen der Konsumgüterproduzenten. Dieser Produktkomplexität, aus Sicht der Hersteller handelt es sich um eine externe Varianz, ist durch eine geeignete modulare Gestaltung der Maschinen und Anlagen zu begegnen. Ziel ist es weiterhin alle Anforderung des Marktes mit dem Portfolio abdecken zu können und in den Märkten zu wachsen, ohne ein zu starkes Anwachsen der Produkt- und Prozess- und Organisationskomplexität innerhalb des Unternehmens zu erzeugen.

Der Begriff Smart Factory ist sicher nicht scharf abgegrenzt und wird in verschiedene Branchen teilweise sehr unterschiedlich verwendet. Im Maschinen- und Anlagenbau, welcher vor allem Produktionsanlagen für eine große Produktpalette herstellt, geht es darum die Fabriken der Kunden „smarter“ zu gestalten mit Automatisierungstechnik, Konnektivität und geeigneten Datenauswertungen für z. B. vorbeugende Instandhaltung.

Basierend auf der Automatisierungstechnik sind die Maschinen und Anlagen mit sinnvollen Vernetzungen aus dem Industrie 4.0 Baukasten ergänzbar. Die in der Vergangenheit überwiegend mechanisch geprägten Produktstrukturen sind sinnvoll durch mechatronische Architekturen zu ersetzen und zu ergänzen. Hierzu gehört eine modulare Gestaltung der elektronischen Hardware, wie auch der Softwaremodule. Diese sind maschinennah mit teilweise proprietären Softwarewerkzeugen (SPS) realisiert und werden zunehmend durch Softwaremodule in Hochsprachen ergänzt.

Anhand von realisierten Beispielen werden die modernen Verfahren der Vernetzung und der Drahtlosverbindungen aufgezeigt. Hiermit sind innovative Formen der Mensch-Maschine-Kommunikation möglich. Aufgrund der zunehmenden Komplexität der Maschinen- und Anlagen und der vergleichsweise langen Nutzungsphase (10–30 Jahre), sowie der unterschiedlichen Lebenszyklen von mechanischen, elektronischen und Softwareelementen, ist eine methodische modulare Entwicklungsmethodik unabdingbar geworden.

Im Weiteren geht es auch darum, das eigene Unternehmen als Smart Factory auszugestalten indem eine lückenlose digitale Informationsweitergabe vom Vertrieb, über Entwicklung und Konstruktion bis hin zur eigenen Produktion und Lieferkette realisiert wird. Hier leisten die entsprechenden IT-Werkzeuge wie Konfigurationssysteme, Produktdatenmanagementsysteme und Enterprise Ressource Planning (ERP) Systeme einen wertvollen Beitrag. Vor allem die mechatronische Produktentwicklung ist in einem geeigneten Produktentwicklungsprozess (PEP) und mit einer innerbetrieblichen medienbruchfreien IT-Landschaft abzubilden.