Interface Die richtigen Schnittstellen für die individualisierte Produktion finden

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Individuelle Kundenwünsche verändern die Produktionstechnik. Für OEMs gilt die Modularisierung als Schlüssel. Ein wichtiger Bestandteil sind dabei die Schnittstellen. Sind nun standardisierte oder individualisierte Schnittstellen von Vorteil?

Eine individualisierte Produktion lässt sich mit den Mitteln der klassischen Fertigung nicht mehr bewerkstelligen. Prozesse einschließlich der Maschinen und Anlagen müssen hierfür gänzlich anders gestaltet werden. Die daraus abgeleitete Herausforderung an die Hersteller von Produktionssystemen (OEM) lautet: Wie soll das erforderliche Equipment und die Prozesse für eine individualisierte Produktion ausgestaltet werden, damit die Kosten nicht explodieren?

Laut dem Robotik-Anbieter Kuka aus Augsburg liegt der Schlüssel zur massenhaften Individualisierung in einem hohen Standardisierungs- und Automatisierungsgrad, der gleichzeitig Raum für Variationen von kundenrelevanten Produktmerkmalen lässt [1]. Für das Unternehmen stellt das Konzept der Modularisierung eine kosteneffiziente Möglichkeit dar.

Drei zentrale Perspektiven für OEMs:

• Wandel hin zur individualisierten seriellen Maßanfertigung.

• Modularisierung als Schlüssel, im Verbund mit Automatisierung und Standardisierung.

• Freiräume bewahren für die Variation kundenspezifischer Produktmerkmale.

Schnittstellen als wichtiger Bestandteil der Modularisierung

Mit wachsendem Automatisierungsgrad und tiefer greifender Modularisierung spielen Schnittstellen als Bindeglied zwischen den Elementen bzw. Modulen eine immer entscheidendere Rolle. Sie bestimmen nicht die ganze Modularität, aber ohne Interfaces wird aus den Modulen nie ein Ganzes. Wann sind also standardisierte oder individualisierte Schnittstellen von Vorteil?

Die Bedeutung kundenspezifischer Produktdefinitionen für die OEMs im Maschinen- und Anlagenbau folgt einer entsprechenden Systematik: Der mögliche Individualisierungsgrad von Produkten durch den Endanwender wird in Bezug zum Lebenszyklus von Produktionssystemen gesetzt. Je weiter der Zyklus voranschreitet, desto geringer ist der verbliebene Individualisierungsspielraum [2] .Um als OEM den richtigen Grad der Individualisierung für die eigene Maschinen zu bestimmen und mit den Automatisierungs- und Modularisierungsanforderungen in Einklang zu bringen, ist es hilfreich, in unterschiedlichen Clustern bzw. Funktionsgruppen zu denken.

Cluster für Individualisierungsgrad bilden

Sensor- und Aktuator-Technologie: Der technologische Fortschritt in diesem Cluster macht es leichter, Maschinen zu dezentralisieren, zu modularisieren und zu skalieren. Jedoch wird ein Denken in immer kleineren Bausteinen und elementaren Funktionen erforderlich. Auch der Initialaufwand bei der Entwicklung der Systeme wächst.

Trotz der teilweise negativen Implikationen überwiegen die Vorteile einer kundenorientierten Individualisierung der Produktpalette im Maschinenbau. Denn die passende gesamtheitliche Anordnung von Sensoren, Aktuatoren und anderen Komponenten der Maschinensteuerung sowie deren Verknüpfung sind die Domäne der OEMs.

Antriebstechnik: Lag in der Vergangenheit das Know-how im Kern bei der mechanischen Entwicklung, so ist es in den letzten Jahrzehnten fast komplett in die Software-Abteilung bzw. die elektrische Konstruktion gewandert. Durch die Performance-Steigerung bei elektronischen Antriebsregelungen bei gleichzeitig sinkenden Preisen sind neue Konzepte für Maschinen- und Produktionsanlagen entstanden. Auch die Funktionsgruppe für die komplexe Steuerung der Bewegungsabläufe ist eine zentrale Kompetenz der Maschinenhersteller.

Spezialisierte Technologie-Einheiten: Auffällig ist, dass sich die Hersteller von Produktionssystemen in der Entwicklung immer stärker auf einige wenige Technologien konzentrieren. Die generalistische Perspektive verbleibt bei den Gesamtsystem-Lieferanten. Für die Frage nach den richtigen Schnittstellen sind die spezialisierten Technologie-Einheiten interessant. Diese Funktionsgruppen haben gemeinsam, dass sie als fertige Einheiten oder Aggregate mit fest umschriebenen physikalischen und technischen Funktionen sowie festgelegten Schnittstellen eingesetzt werden. Die Verknüpfung der Einheiten bildet das zentrale Know-how des OEMs, nicht die eingesetzten Komponenten selbst.

Digitalisierung: Angewandt auf Schnittstellen im Maschinenbau bezieht sich dieser Begriff auf Technologien der Datenübertragung. Bussysteme und Industrial Ethernet werden von Akteuren der Produktionstechnik seit langem mitgestaltet und genutzt. Es bieten sich die Möglichkeit einer kostengünstigen Datenanbindung an überlagerte Systeme bis in die Cloud mit immer größerem Datendurchsatz und Echtzeitfähigkeit. Damit lässt sich der gesamte Business-Ansatz der OEMs im Maschinen- und Anlagenbau neu gestalten.

Ratschläge für individualisierte Schnittstellen

Das Unternehmen Harting bietet Lösungen für alle elektromechanischen Interfaces an, die in der modernen Steuerungs-, Antriebs-, HMI- und Kommunikationstechnik für Produktionssysteme in allen Industriezweigen notwendig sind. Aus der Analyse bereits realisierter Kundenapplikationen ergeben sich folgende Ratschläge für individualisierte Schnittstellen der beschriebenen Funktionsgruppen:

• Es ist sinnvoll, individualisierte bzw. kundenspezifische elektromechanische Schnittstellen für die Funktionsgruppen zu verwenden, die in hohem Maße das Kern-Know-how des OEM darstellen.

• Kundenspezifische Interfaces werden häufig für Module und Aggregate verwendet, die direkt vom jeweiligen Hersteller entwickelt oder hergestellt werden. Das trifft zu für alle Grade der Produktindividualisierung im Maschinenbau – von der Soft Customisation über die verschiedenen Stufen der Hard Customisation bis hin zur Einzelanfertigung.

• Bei Sensoren und Aktuatoren werden meist die für den jeweiligen Industriezweig typischen Schnittstellen einsetzt. Bei den Datenschnittstellen verlassen sich Maschinenbau-Hersteller auf standardisierte Lösungen. Das betrifft sowohl die eingesetzten Industriebus- sowie Ethernet-Verbindungen als auch alle anderen Formen der digitalen Datenübertragung.

Was sind die wichtigsten Gründe für die Auslegung der Interfaces?

Bezüglich Datenübertragung gilt, dass sowohl Industrial Ethernet und Bussysteme in der Produktion als auch die Datenschnittstellen der höheren Ebenen einem enormen Wandel unterworfen sind. Die eingesetzten Technologien werden maßgeblich von den Zulieferern der Steuerungskomponenten bestimmt. Daher lautet die Empfehlung an die OEMs von Produktionssystemen:

• Diese Schnittstellen sollten den jeweils neuesten Standards der eingesetzten Steuerungstechnologie folgen und die Modularität sowie Skalierbarkeit der Maschinen und Anlagen sichern.

• Bei den Schnittstellen jenseits des Maschinen-Edge – z. B. zur Anbindung an übergeordnete Systeme – sollten stets die Interfaces auf dem neuesten Stand der Technik genutzt werden.

Gründe für individuelle Interfaces

Bei anderen Funktionsgruppen sollten Anwender systematisch die Vor- und Nachteile individualisierter Schnittstellen abwägen und einzeln auflisten. Was spricht für kundenspezifisch ausgelegte Interfaces, was dagegen?

Die wichtigsten Gründe:

• Es liegen Anforderungen von Endanwendern vor, die spezifische Produktionslinien betreiben und sich bewusst von einzelnen Zulieferern abgrenzen oder auf diese fokussieren wollen;

• Abgrenzung gegenüber Wettbewerbern, wenn Business-Modelle wie After-Sales-, Service- und ähnliche Dienste ausgeweitet werden, die auf einen langen Gesamtlebenszyklus der Produktionssysteme abzielen. Individualisierte Schnittstellen erlauben den kontrollierten und anwenderfreundlichen Ausbau dieser Dienste;

• Bewusst nicht-standardisierte Auslegung von Maschinen-Interfaces oder die Ausstattung von Technologie mit spezifischen Schnittstellen, um sich vom Wettbewerb abzusetzen.

• Sensoren/Aktuatoren oder deren Kombination nutzen, die nach spezifischen Vorgaben einzelner Hersteller entwickelt wurde: Auch an diesen Stellen ist der Schutz des eigenen Know-hows das stärkste Motiv, individualisierte Schnittstellen einzusetzen.

[1] Kuka, Megatrend Individualisierung, www.kuka.com

[2] Piller, F. T.; Stotko, C. M. (HRSG.): Mass Customization und Kundenintegration. Düsseldorf: Symposion 2003.

* Jakob Dück, Global Industry Segment Manager, Harting Electric

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