Industrie 4.0 im mittelständischen Schaltschrankbau

| Autor / Redakteur: Kirsten Harting * / Kristin Rinortner

Schritt für Schritt zu Industrie 4.0: Mitarbeiter Kai Watts testet gemeinsam mit Geschäftsführer Heinz-Dieter Finke derzeit Tablets in der Fertigung der Schaltanlagenbau Westermann. Ein komplett digitales Abbild und eine intuitive Fertigungs-Anleitung erleichtern die Arbeit.
Schritt für Schritt zu Industrie 4.0: Mitarbeiter Kai Watts testet gemeinsam mit Geschäftsführer Heinz-Dieter Finke derzeit Tablets in der Fertigung der Schaltanlagenbau Westermann. Ein komplett digitales Abbild und eine intuitive Fertigungs-Anleitung erleichtern die Arbeit. (Bild: Michael Adamski)

Welche Ansätze kann ein Mittelständler im Rahmen begrenzter finanzieller und innovativer Möglichkeiten verfolgen, um einen Nutzen aus der Digitalisierung zu ziehen? Eine Herangehensweise.

Ein Schaltschrank ist das Herzstück für die richtige Verteilung und den sicheren Umgang mit Strom und Daten. Sicher verpackt befindet sich hier die elektronische Schnittstelle zwischen verschiedenen Geräten, Maschinen und ganzen Anlagen: Kilometerlange verdrahtete Kabel und unzählige eingebaute Steckverbindungen sorgen für eine reibungslose Kommunikation zwischen den verschiedenen elektrischen Geräten. Der Schaltschrankbau ist geprägt von hochindividuellen Lösungen und einer Fertigung mit Losgröße 1.

Visionen von Industrie 4.0 entwerfen nicht nur das Bild von wandlungsfähigen Fabriken mit selbstorganisierender Logistik, sondern auch von einer innovativen Produktentwicklung.

Die Rede ist von durchgängigen, digitalen Modellen, die bei der ersten Produktidee angelegt werden und im weiteren Verlauf nur noch adaptiert werden müssen. Bei einem Auftragseingang, so die Vision, gilt das digitale Modell (der „digitale Zwilling“) dann als zentrales Informations- und Kommunikationsmedium über den gesamten Produktlebenszyklus. Bei den großen Automatisierern in der Schalt- und Steuerungstechnik mag diese Vision zumindest teilweise bereits Realität sein; im mittelständischen Schaltschrankbau ist dies jedoch noch lange nicht der Fall.

Herausforderungen Industrie 4.0 bei kleineren Unternehmen

Die Schaltanlagenbau GmbH H. Westermann steht repräsentativ für die Branche, die sich zum größten Teil aus kleinen und mittleren Unternehmen zusammensetzt. Die 1983 in Minden gegründete Firma sieht sich mit seinen rund 60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an der Schwelle von einem Handwerksbetrieb zu einem Industrieunternehmen.

Historisch gewachsene Prozesse und Strukturen und demografischer Wandel sind Herausforderungen, die Westermann mit den meisten Unternehmen der Branche teilt. „Hinzu kommt die Digitalisierung mit verschiedensten Technologien, die uns oftmals sehr diffus erscheinen. Wir haben uns gefragt, welche Ansätze wir verfolgen können, um im Rahmen unserer Möglichkeiten auch einen Nutzen aus der Digitalisierung ziehen zu können“, erläutert Uwe Friedrichs, Kaufmännischer Geschäftsführer der Schaltanlagenbau GmbH H. Westermann.

Auch diese Fragen an die „Vision Industrie 4.0“ sind symptomatisch für den Mittelstand: Welche Möglichkeiten bietet die Digitalisierung für Produktion, Prozesse, Produkte und Geschäftsmodelle? Und wie macht sich ein Mittelständler mit begrenztem Investitions- und Innovationsbudget diese zu Nutzen? Gibt es eine strukturierte und methodische Herangehensweise zur Erarbeitung einer Digitalisierungsstrategie?

Digitalisierung mit individueller Strategie

Gemeinsam mit „Digital in NRW – Das Kompetenzzentrum für den Mittelstand“ standen der Schaltanlagenbau GmbH H. Westermann Fach- und Methodenexperten des Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik Mechatronik IEM, der Universität Paderborn und der Universität Bielefeld zur Verfügung. Innerhalb eines Jahres erarbeitete das Projektteam wertvolle methodische Ansätze und konkrete technische Lösungen.

Mit dem Ziel einer übergeordneten Digitalisierungsstrategie führte das Projektteam zunächst eine Ist-Aufnahme bei Westermann durch. In diesem Rahmen wurden unter anderem die gegebenen Strukturen, die IT-Ressourcen, Datensätze und das Geschäftsmodell aufgenommen. Mit der Ist-Aufnahme als Basis erarbeitete das Projektteam Soll-Prozesse. Was ist die Vision? Wo soll es langfristig hingehen? Zahlreiche Potentiale mit denen langfristige Vision erreichbar ist, wurden als Maßnahmen abgeleitet: Prozessuale Anpassungen, organisatorische Aspekte und technische Lösungen wurden bewertet, zeitlich eingeordnet und bilden nun in einer Transformations-Roadmap einen fundierten und strukturieren Maßnahmenplan für die nächsten Jahre.

Das größte Optimierungspotenzial bei Westermann wird durch eine Studie der Universität Stuttgart bestätigt: Das Bestücken und das Verdrahten der Schaltschränke nimmt über 70% des Gesamtaufwandes in Anspruch. Außerdem sind beide Arbeitsschritte im Unternehmen vollständig manuelle Prozesse. Wie könnte hier ein durchgängig digitaler Zwilling des Schaltschrankes Nutzen stiften?

Eines der zentralen Hindernisse für die Nutzung eines entsprechenden digitalen Abbildes von Produkt und Auftrag liegt nicht nur in dem Aufwand für dessen Erstellung, sondern in der Art des Auftragstyps bzw. des Auftragseingangs bei einem mittelständischen Schaltschrankbauer. Bei einem Großteil der Aufträge projektiert der Auftraggeber den Schaltplan selbst und stellt dem Schaltschrankbauer diesen bereit.

Häufig wird der Schaltplan jedoch als nicht maschinenlesbare Datei zur Verfügung gestellt oder die Qualität des Schaltplans reicht nicht aus, um das digitale Modell in weiteren Bereichen einzusetzen. „Das Stichwort hier ist Datendurchgängigkeit“, so Robert Joppen, Projektleiter vom Fraunhofer IEM. „Derzeit ist eine vollständige Datendurchgängigkeit noch Zukunftsmusik, zu unterschiedlich sind die Tools, Formate und Prozesse der verschiedenen Kunden und Zulieferer. Langfristig ist die Datendurchgängigkeit allerdings unverzichtbare Basis für eine erfolgreiche Digitalisierung bei Westermann.“ Die Digitalisierung des eigenen Geschäfts erfordert also einen Ansatz, der über die eigenen Unternehmensgrenzen hinausgeht und die Zusammenarbeit mit Kunden und Zulieferern mit einbezieht.

Hierfür erarbeitete das Projektteam verschiedene Konzepte, um Schnittstellen bzw. Medienbrüche zu reduzieren. Ein Beispiel stellt die automatisierte Übertragung der Daten aus der Projektierung auf die Drucker der Betriebsmittelkennzeichnungen dar. Ein weiteres Beispiel ist eine automatisierte Bereitstellung der Daten aus der Projektierung für den Zuschnitt von Blechen.

Einsatz von Tablets in der Fertigung

Anhand des ersten konkreten Pilotprojektes erleben die Mitarbeiter von Westermann den direkten Nutzen der Digitalisierung am Arbeitsplatz: Derzeit erproben sie den Einsatz von Tablets in der Fertigung. Ziel ist es, dass die Schaltpläne nicht mehr ausgedruckt werden müssen, sondern am Arbeitsplatz als digitale Montageanleitung bereitgestellt werden.

Der offensichtlichste Vorteil: Die Mitarbeiter erhalten Unterstützung beim Verdrahten der Schaltschränke. Wenn die Daten in Zukunft durchgängig in guter Qualität zur Verfügung stehen, können damit noch zahlreiche weitere Schritte, wie die digitale Auftragsverfolgbarkeit, unterstützt werden.

„Wir wollen bei der schrittweisen Digitalisierung alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter mitnehmen. Uns ist es wichtig, die Veränderungen gemeinsam zu bestreiten und das interne Feedback mit zu berücksichtigen“, sagt Heinz-Dieter Finke, Technischer Geschäftsführer der Schaltanlagenbau GmbH H. Westermann.

Top-Player der Branche begleiten das Projekt

Eine Besonderheit war der große und sehr hochkarätige Begleitkreis mit den Unternehmen EPlan, Phoenix Contact, Rittal, Wago und Weidmüller, die das Projekt Industrie 4.0 beim mittelständischen Schaltschrankbau tatkräftig unterstützten.

Die Unternehmen zeigten in zahlreichen Gesprächen Möglichkeiten der Digitalisierung und der Prozessgestaltung auf und unterstützten bei der Erprobung einer Tablet-Lösung für die Fertigung mit Soft- und Hardware. Nicht zuletzt hatten die Teilnehmer des Begleitkreises so einen optimalen Einblick in die Abläufe und Bedarfe des mittelständischen Schaltschrankbaus.

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* Kirsten Harting ist Referentin des Direktors Produkt­entstehung beim Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM in Paderborn.

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