Industrie 4.0 mit Prozess-Know-how

Industrie 4.0

Der Technik- und Prozessexperte GWK setzt auf die Chancen intelligenter ­Vernetzung in der Kunststoffverarbeitung.

Die GWK Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH liefert Geräte und Maschinen für Produktionsprozesse mit thermodynamisch anspruchsvoller Verfahrenstechnik. Bereits seit Jahren gehört dazu auch eine durchdachte Vernetzung und Kommunikation, sowohl zwischen den gwk-Komponenten als auch mit den Systemen der Kunden. Zur K demonstriert das Unternehmen nun live neue Industrie-4.0-Ansätze. Im Gespräch mit K-MAGAZIN erläutert Technik-Geschäftsführer, Dr. Michael Zaun, die Chancen intelligenter Vernetzung in der Kunststoffverarbeitung und die künftige Rolle von GWK.

Dr. Michael Zaun, gwk, Technik-Geschäftsführer Foto: GWK
Dr. Michael Zaun, GWK, Technik-Geschäftsführer Foto: GWK

Herr Dr. Zaun, was passiert bereits heute in der intelligenten Vernetzung von GWK-Geräten untereinander?
Dr. Michael Zaun: Alle GWK-Geräte und -Anlagen können natürlich heute schon mit Datenschnittstellen ausgestattet werden, so wie auf der anderen Seite die Maschinentechnik auch. Profinet, Profibus, Devicenet, Canbus, das Varan-Protokoll, die seriellen Schnittstellen sogar Ethernet stehen für eine Vernetzung zur Verfügung. OPC-UA wird als künftiger Standard ganz heiß diskutiert, ist aber in die Gerätetechnik noch nicht implementiert. Die Vernetzung von Geräten und Maschinentechnik gibt es längst, eine „intelligente“ Vernetzung aber eher nicht.
Bei unseren Kunden stoßen wir generell auf großes Interesse bezüglich Industrie-4.0-Themen. Selbst von der OPC-UA-Technologie hat man dort sehr oft schon gehört. Es besteht aber meist ein gewisser Abstimmungsbedarf, wie dieser Standard umgesetzt werden kann. Welche Möglichkeiten der Verschlüsselung sind gewünscht? Welche Sicherheitstechnik ist erforderlich und welche gegebenenfalls störend? Wie sieht die physikalische Schnittstelle aus? Welche Datenmodelle werden für welchen Anwendungsfall benötigt und wie werden diese mit einem System mitgeliefert? Manchen Kunden fehlen heute leider der Background und die Standards, um uns mit einer Lösung moderner Industrie-4.0-tauglicher Prozesse und Technik zu beauftragen.

Mehr Sensoren
Wichtig ist es laut Dr. Michael Zaun, schnell ins „Machen“ zu kommen. Viele Fragestellungen würden sich erst danach ergeben. Konkret bedeute das auch, mal einen Sensor mehr einzubauen, auch wenn dessen künftiger Nutzen im ersten Schritt noch ungeklärt ist.

Inwieweit sind denn schon bisher GWK-Geräte mit Kundensystemen vernetzt worden?
Dr. Michael Zaun: Grundsätzlich werden bei der Bestellung unserer Systeme sofort auch die notwendigen Schnittstellen zum Maschinenbestand spezifiziert. In aller Regel findet in der Anwendung ein Datenlogging statt. Im Übrigen müssen Peripheriegeräte, wie etwa unsere Temperiergeräte, ganz selbstverständlich mit der Verarbeitungsmaschine vernetzt sein, da sie durch die Maschine getriggert werden. Bei all dem handelt es sich aber noch um eine reine Datenübermittlung. Nach meinem Verständnis sollte Industrie 4.0 mehr sein, als der einfache Informationsaustausch. Maschinen und Peripherie sollten in der Lage sein, eigenständig in der jeweiligen Situation angemessene Entscheidungen zu fällen. In der bisherigen Praxis bedeutet „Vernetzung“ lediglich „Kommunikation“.
Fragen GWK-Anwender ganz konkret nach Industrie 4.0-Lösungen?
Dr. Michael Zaun: Vereinzelt treffen wir auf ganz konkrete Vorstellungen. Dann ist es unsere Rolle, mit kundenindividuellen Gerätekonfigurationen und zusätzlich eingebauten Sensoren die für den Anwendungsfall geforderte Datenbasis bereitzustellen. Ich wünschte mir allerdings, dass GWK bereits in einer früheren Phase mit ins Boot geholt wird. Aufgrund der Kompetenz unserer Experten und ihrer verfahrenstechnischen Erfahrung können sie mehr liefern als nur die Antworten auf konkrete Anfragen. Und das vollständige Wissen über die verfügbaren Gerätebaureihen und Erweiterungsmöglichkeiten gibt oft weitere Anstöße. Gemeinsam können wir mit dem Kunden anwendungsspezifisch neuartige Lösungen konzipieren und Ideen für Industrie-4.0-Prozesse entwickeln. Es sind eine Vielzahl nutzbarer Daten vorstellbar: Welche Pumpenleistung wird abgerufen? Was lässt sich aus der Durchflussmessung ableiten? An welcher Stelle kann eine zusätzliche Temperaturmessung sinnvoll sein? Mit dem richtigen Datenmaterial und dem entsprechenden Prozesswissen könnten unsere Systeme selbst produktionsabhängig Entscheidungen treffen. Mir schwebt letztlich eine andere Art der Zusammenarbeit mit unseren Partnern vor, nämlich die frühere Einbeziehung in die Entscheidungsprozesse beim Kunden.

„Informationsaustausch. Maschinen und Geräte sollten in der Lage sein, in der jeweiligen Situation angemessene Entscheidungen zu fällen“, Dr. Michael Zaun

Spricht man denn GWK in der Spritzgieß-Peripherie die Industrie-4.0-Kompetenz zu?
Dr. Michael Zaun: Bei wirklich intelligent vernetzten Systemen für meinen Geschmack noch zu wenig. Kunststoffverarbeiter kommen heute schon Rat suchend auf uns zu, wenn es um zusätzliche Sensorik, um verfügbare Schnittstellen und Protokolle oder um die Basics geht. Generell spricht und diskutiert man gern mit GWK-Spezialisten und schätzt unsere Expertise. Ich strebe heute aber weitergehende Geschäftsmodelle an. Wir können in Zukunft in Bezug auf Industrie 4.0 unterschiedliche Szenarien anbieten.

An was für Szenarien denken Sie da?
Dr. Michael Zaun: Wir denken konkret über ein Drei-Schichten-Modell nach: Auf der unteren Ebene können wir die Vernetzung von Peripherie und Maschinentechnik samt Beachtung firmenspezifischer Protokolle ermöglichen. Auf der zweiten Stufe würden wir darüber hinaus die Kommunikation mit den Soft- und Hardwaresystemen des Kunden integrieren. Hier spielen dann schon Aspekte wie eine permanente Produktionsüberwachung hinein. Die Verfügbarkeit von Geräten wird ständig erfasst, Predictive Maintenance ist implementierbar. Auf der dritten Stufe könnte dann ein App-System auf einer eigenen GWK-Internet-Plattform stehen. Damit hat dann der Anwender im geschützten Kundenbereich Zugriff auf alle Gerätedaten und auf übergreifende Funktionen. Arbeiten die Systeme Energie sparend? Werden die Temperaturverläufe eingehalten? Welche Geräte stehen zur Instandhaltung an? Bei Neuentwicklungen der GWK: Wo lohnt sich ein Geräteupdate, was wird im individuellen Produktionssystem mit neuer Technik möglich?
Wir sprechen über drei Ebenen: Von der Gerätesicht, über das unternehmensinterne Bussystem, bis hin zu einem komfortablen Online-System, das Geräte- und Prozessdaten geschützt in unserem GWK-Netz zur Verfügung stellt und zudem Zugriff auf unseren vollständigen Erfahrungsschatz bietet.

Bei gwk wird derzeit die intelligente Vernetzung der eigenen Produkte untereinander und mit der Umgebung der Kunden vorangetrieben.  Foto: GWK
Bei GWK wird derzeit die intelligente Vernetzung der eigenen Produkte untereinander und mit der Umgebung der Kunden vorangetrieben. Foto: GWK

GWK als Komplettanbieter für Industrie 4.0 – auf diesem Feld sehen sich sonst neben den Maschinenanbietern vor allem die MES-Spezialisten.
Dr. Michael Zaun: MES-Systeme bieten eine Sicht von ganz oben, meist recht abstrakt. Letztlich gibt es über die gesamte Wertschöpfungskette Überlegungen, sich als Unterstützer für die Industrie-4.0-Bestrebungen der Anwender anzubieten. Wir kommen konkret aus der Kunststofftechnik und kennen die Tücken der technischen Anwendungsprozesse sehr genau. Wir kennen die alltäglichen Probleme in der Produktion. Und mit der Temperiertechnik sind wir beispielsweise in der Spritzgießtechnik an vorderster Front, wenn es um Fertigungsprozesse mit hohen Qualitätsansprüchen geht. Was muss die Pumpe leisten, was das Heizsystem? – und zwar zu jedem Zeitpunkt im Prozesszyklus. Welche Sensorik wird benötigt, um die Einhaltung enger Prozessfenster einzuhalten? Wir kennen uns genau mit der Peripherie aus und ebenso mit den technischen Vorgängen in der Verarbeitungsmaschine selbst.
Wer letztlich langfristig die höchste Kompetenz in Industrie 4.0 aufbauen wird, weiß heute keiner. Wir zeigen zur K 2016 unser Know-how und stellen uns diesem Markt.

Welche Herausforderungen sehen Sie mit der Digitalen Produktion auf den Kunststoffverarbeiter zukommen?
Dr. Michael Zaun: Industrie 4.0 verlangt eigenes Know-how im Haus, zum Beispiel bezüglich einer Internet-of-Things-Plattform oder über benötigte Kommunikationsschnittstellen. In den Unternehmen herrscht oft viel Halbwissen und das kann gefährlich werden, Projekte können auch an vermeintlichen Kleinigkeiten scheitern. Am Ende steht man da und der benötigte Steckeranschluss ist nicht vorhanden.
Zumeist treffen wir bei den Verarbeitern auf einen ganzen Blumenstrauß an guten Ideen und Anstößen, aber auch auf Unsicherheit: Was ist kompatibel, was ist sicher? Und natürlich ist die Partnerwahl ganz entscheidend für den Projekterfolg. Es reicht nicht, dass ein Partner heute gut aufgestellt scheint; Partnerschaften sollten langfristig ausgerichtet sein und zumindest für den Zeitraum der Gerätelaufzeit eine sichere Zusammenarbeit versprechen. Ich sehe heute gerade im Bereich der Sensorik und Gateways zum Stichwort „Internet of Things“ eine Vielzahl junger Unternehmen auf dem Markt. Die langfristige Perspektive bei der Partnerwahl ist für uns in der GWK-Produktion stets ein Hauptthema und diesen Aspekt lege ich auch unseren Kunden ans Herz.

Sie raten Verarbeitern, schon heute bei Neubestellungen viele zukünftig denkbare Anforderungen abzudecken und beispielsweise auch mal einen Sensor mehr einzubauen, auch wenn dessen konkreter Nutzen zunächst noch ungeklärt ist. Bauen Sie in Kundenprojekten heute schon zusätzliche Industrie-4.0-Komponenten ein?
Dr. Michael Zaun: In der Serie noch nicht, bei Produktneuentwicklungen finden diese Überlegungen statt. Projektbezogen für einzelne Kunden wird tatsächlich heute schon der eine oder andere Sensor zusätzlich eingebaut, Temperatursensoren etwa, oder Durchflusssensoren. Es gibt dazu verschiedene Überlegungen. Wenn wir beispielsweise den Zustand eines Systems genauer beschreiben können, bekommen wir auch Anhaltspunkte über den aktuellen Verschleiß. Wir können Temperaturdrifts interpretieren, wenn wir sie wahrnehmen, oder die Entwicklung der Stromaufnahme einer Heizung. So kann etwa ein wesentlicher Schritt in die Predictive Maintenance getan und der teure Komplettausfall eines Systems vermieden werden. Im Weiteren entstehen mit den zusätzlichen Daten Expertensysteme, die uns bei der Wartung helfen, die die Verfügbarkeit der Systeme sowie die Produktionsqualität verbessern und etwaige Ausfälle verkürzen können.

Zukunfts­fähig
Die elektronische Datenverarbeitung von Industrie-4.0-Komponenten muss ebenfalls zukunftsfähig sein, auch wenn der Kundennutzen in den mittelfristigen Anwendungen derzeit noch nicht zu erkennen ist. Mögliche Schnittstellen müssen laut Zaun eine Performance bieten, die derzeit noch gar nicht gefordert wird. Dank der Fortschritte in der Elektronikentwicklung sei es heute ohne hohe Zusatzkosten möglich, diverse Zusatzfunktionen an Bord zu haben. Wichtig sei es, den Mut zu haben und zu sagen: „Das könnten wir einmal gebrauchen.“

Was erhoffen Sie sich von der K 2016?
Dr. Michael Zaun: Industrie 4.0 wird in Düsseldorf ein zentrales Thema unserer Präsentation sein. Wir freuen uns auf ein Kunden-Feedback zu unseren Ideen. Sind die Anwender interessiert an unserem weitreichenden Angebot einer herstellerunabhängigen Online-Plattform? Oder wollen sie lieber maschinengebundene Herstellerlösungen? Werden wir wahrgenommen und können wir den Mehrwert für die Verarbeiter vermitteln? Letztlich geht es auch darum, unser technisches Know-how zu zeigen. Wir liefern nicht nur Temperiergeräte, sondern kennen uns intensiv mit prozessbestimmenden Aggregaten aus, mit Pumpen, Heizungen, Ventilen und so weiter. Wir sitzen mit allen Maschinenherstellern im Boot und richten unser Fokus aber gemeinsam auf den Verarbeiter.

Welche Visionen entwickeln Sie bei GWK für spätere Industrie 4.0-Prozesse in den kommenden zwei bis drei Jahren?
Dr. Michael Zaun: Es gibt nicht nur eine Vision, sondern wie gesagt eine Art Mehr-Stufen-Modell. Eine Option darin ist, dass GWK mit einer Online-Plattform dem Kunden unser Gesamt-Know-how zugänglich macht. Hier kann es Auswertetools zu Energieverbrauch, Zykluszeiten, Verfügbarkeit von Geräten, Bibliotheken zu technischen Spezifikationen und, speziell für den einzelnen Kunden, eine Übersicht seiner eingesetzten Systeme, aktuelle Wartungshinweise, Geräteupdates und vieles mehr geben. Der Kunde kann dann dieses Angebot komplett annehmen oder sich die für ihn individuell passenden Kuchenstücke herauspicken.

Auf einen Blick
Das Thema Industrie 4.0 wird einen Schwerpunkt beim Auftritt der GWK Gesellschaft Wärme- Kältetechnik mbH, Meinerzhagen, auf der K 2016 bilden. Darüber informierte Helmut Gries, Geschäftsführer Vertrieb/Marketing. Dazu gehöre zum einen ein Monitor, der die vernetzten Geräte, die mit den verschiedenen Anwendungen am Messestand laufen, visualisiert. Zusätzlich ließen sich auch Daten von GWK-Systemen, die an Partnerständen im Einsatz sind, abbilden. „Unser Ziel ist, eine Tendenz aufzuzeigen, wie die Vernetzung aussehen könnte“, so Gries. „Wir bieten die Schnittstelle und die Oberfläche und suchen auf der K 2016 Partner, mit denen wir in Dialog treten können, um die Entwicklung voranzutreiben.“ Als Hersteller von Geräten und Maschinen für Produktionsprozesse mit thermodynamisch anspruchsvoller Verfahrenstechnik sei GWK seit Jahrzehnten in der Lage, diese als Systeme so zusammenwirken zu lassen, dass das Ergebnis für den Kunden mehr als die Summe der Komponenten ist.

Arne Grävemeyer