Ratgeber: Maschinenanbindung. Die erfolgreiche Digitalisierung des Shopfloors

… und Hindernisse, die keine sind

Maschinenanbindung kann Probleme machen. Und – wie das mit Problemen so ist – sie zeigen sich erst, wenn man schon mitten drinsteckt im Projekt. Die Folgen: zeitliche Verzögerungen und erheblich erhöhte Kosten. Doch das lässt sich verhindern. In der Praxis wird nämlich deutlich, dass der Großteil aller Schwierigkeiten im Connectivity-Bereich auf zwei Ursachen zurückgeht: Die Anbindung der Maschinen wird entweder überschätzt – oder sie wird unterschätzt. Beides können Sie mit dieser praxiserprobten Roadmap vermeiden.

Die Krux der Maschinenanbindung liegt auf der Hand: Digitalisierungsprozesse werden in der Fertigung meist als Einzelprojekte gestartet. Die Einführung eines MES-, TDM- oder CAQ-Systems deckt in Folge nur Teilaspekte der Produktion ab. Im Laufe der Zeit führt das zu zahlreichen Insellösungen bei der Datenerfassung. Die Herausforderung ergibt sich im nächsten Schritt. Dann nämlich, wenn der Weg in Richtung Smart Factory, Industrie 4.0, IoT, IIoT fortgesetzt werden soll. Denn er setzt voraus, dass bisherige Digitalisierungslücken geschlossen werden.

Den produzierenden Unternehmen, die die Shopfloor-Digitalisierung realisieren, wird ein Produktivitätszuwachs-Effekt in zweistelligen Prozentsätzen prognostiziert*. Die Zauberformel: Die lückenlose Nutzung von Performance-Daten. Dafür müssen „nur“ alle Maschinen und Anlagen so verbunden werden, dass sie gemeinsam beplant, gesteuert und kontrolliert werden können – und das in Echtzeit.

Die Voraussetzungen für diese datengetriebene Produktion schaffen modernste Geräte plus ausgefeilte Software-Lösungen. Sie ermöglichen es …

  • Effizienz, Transparenz, Komplexität, Flexibilität und Qualität zu steigern
  • Kosten für Ressourcen zu senken
  • Kundenzufriedenheit, Umsätze und Gewinne zu erhöhen

Doch halt! Was sagt die Realität?

Fertigungshallen werden nicht am Reißbrett entworfen. Zumindest nicht im unternehmerischen Alltag. Fertigungsunternehmen sind gewachsene Strukturen. Strukturen, die die technischen Entwicklungen der vergangenen Jahre weder voraussagen noch vorwegnehmen konnten. Und daher nicht (durchwegs) auf sie vorbereitet sind.

Für die automatisierte Datengewinnung müssen Maschinen mit entsprechenden Komponenten bzw. Sensoren ausgestattet sein. Sie ermöglichen ihren Anschluss an ein Netzwerk und damit den Datenfluss, der der Rohstoff der Digitalisierung ist.

Sprich: Die zielführenden Software-Lösungen setzen voraus, dass sie mit einheitlichen, strukturierten Daten aus allen Maschinen des Shopfloors gespeist werden. Eine Voraussetzung, die gewachsene Shopfloors nicht „einfach so“ erfüllen können.

An diesem Punkt kommt es zur angesprochenen Über- bzw. Unterschätzung. Der Datenfluss muss erst (a) zum Fließen gebracht, (b) vereinheitlicht und (c) strukturiert werden. DIESE Aufgaben werden unterschätzt (Das kriegen wir schon hin) oder überschätzt (Das klappt nicht. Das erfordert eine neuere Maschinen-Generation).

Warum kommt es an diesem Punkt so oft zur Fehleinschätzung? Wir erklären das gerne so: Weil kaum bekannt ist, dass es Menschen wie uns gibt. Maschinenanbinder per Profession, spezialisiert auf genau die Herausforderungen, die anderen als zermürbende Hindernisse entgegenstehen:

  • auch den Maschinen die benötigten Daten entlocken, die sie nicht selbstständig liefern
  • auch die Maschinen-Dialekte in verständliche Sprachen übersetzen, die zuvor keinen Standards entsprechen
  • exakt die Daten aus den Daten-Millionen eines Shopfloors filtern, die zur Verarbeitung benötigt werden

Warum erfordern diese Aufgaben Experten? Weil diese Schritte sinnvoll und effizient auf der Maschinen-Seite gelöst werden, nicht auf der Software-Ebene.

Heterogenität im Shopfloor

„Gewachsene“ Shopfloors bestehen aus Maschinen unterschiedlicher Generationen und verschiedener Hersteller bzw. Entwickler. Das hat zwei wichtige Seiten:

(1) Schnittstellen – hier lassen sich drei Typen von Maschinen unterscheiden:

  • Maschinen OHNE Netzwerk-Komponenten: Das betrifft ältere (aber oft sehr bewährte) Maschinen und Eigenentwicklungen. Hier ist oft keine Netzwerk-Anbindung gegeben.
  • Bussysteme: Als BUS wir die Kommunikation zwischen zwei Hardwarekomponenten bezeichnet. Bei Fertigungsmaschinen sind unterschiedliche Bussysteme im Einsatz, zum Beispiel Modbus, EtherCAT, EtherNet/IP, Profinet, Profibus, CAN.
  • IP-basierte Vernetzung: Die IP basierte Vernetzung (= Internet Protocol) hat sich in der Industrie inzwischen als Standard durchgesetzt. Sie kann (z.B. EtherCat, Ethernet/IP, Profinet, etc), muss aber kein BUS-System sein. Das Medium, über das die IP-Kommunikation läuft, ist z.B. ein EtherNet-Kabel, W-LAN, 5G, etc.


(2) Protokolle und Standards – also die „Sprachen“, die von den einzelnen Maschinen gesprochen werden, oder anders gesagt: die Codes und Regeln, auf die die Maschine reagiert. Hier lassen sich zwei grundsätzliche Typen unterschieden:

  • Herstellergebundene Protokolle: Auch proprietäre Protokolle genannt. Hier hat der Hersteller der Maschine/Anlage ein eigenes Set von Codes und Regeln definiert. Das kann verschiedene Vorteile haben (zum Beispiel ist die Geschwindigkeit der Kommunikation dadurch meist hoch optimiert).
  • Standardisierte Protokolle: Sie wurden von Verbänden und Konsortien definiert, um die Nachteile von proprietären Protokollen zu vermeiden. Denn so geeignet ein „maßgeschneidertes“ Protokoll für einen begrenzten Nutzungsbereich auch ist, zahllose Protokoll-Varianten führen unausweichlich zu Problemen.

Aus diesen beschriebenen Varianten kann es nun verschiedene Mischtypen geben, kunterbunt. Denn obwohl europa- und weltweit einheitliche Schnittstellen und Protokolle angestrebt werden (z.B. OPC UA, umati), Branchenkenner diagnostizieren: Eine gewährleistete Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Geräteherstellern wird auch weiterhin auf sich warten lassen.

Als Maschinenanbieter „per Profession“ zeigen wir in diesem heterogenen Umfeld, was wir können. Wir sorgen dafür, dass Daten …

  • vollständig (= aus allen Maschinen)
  • einheitlich (= im einem gewünschten Protokoll-Standard) und
  • gefiltert (= sinnvoll strukturiert) für die weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen.

Dabei gibt es kaum Maschinen, bei denen uns das nicht gelingt. Mit dem notwendigen (Maschinen-)Know-how und viel Erfahrung ist praktisch jede Maschine anbindbar. Denn durch unsere Maschinenkenntnis können wir auch Daten gewinnen, die die Maschine nicht bereitstellt. Wir greifen sie direkt aus der Maschine ab, bevor wir sie anschließend übersetzen und strukturieren.

Für Sie bedeutet das: Es gibt keinen Grund bestens funktionierende Maschinen nicht in die Anbindung einzubeziehen. Etwa, weil sie nicht über die erforderlichen Schnittstellen verfügen, keines der standardisierten Protokolle verwenden oder nur ungeordnete Daten liefern. Jede dieser drei Aufgaben lässt sich lösen! Wir können das. Und nun kommt das ABER …

Die Roadmap für Ihre erfolgreiche Shopfloor-Digitalisierung

Für den Erfolg Ihrer Shopfloor-Digitalisierung ist ein Punkt unumgänglich: dass Sie die Maschineneinbindung als eigenständige Aufgabenstellung erkennen und in Ihre Planung aufnehmen. Warum ist das so wichtig? Weil hier das häufigste Missverständnis entsteht – und das geht so:

  • Sie gehen davon aus, dass Ihr künftiger Software-Lieferant die Maschinen einbindet – was er nicht kann, da die maschinenseitige Aufbereitung nicht in seine Kompetenz und Zuständigkeit fällt. Software-Lösungen setzen auf standardisierte, geordnete Daten auf.
  • Ihr Software-Lieferant geht davon aus, dass Sie die benötigten Daten in standardisierter Form zur Verfügung stellen – was Sie nicht können, weil Ihre Maschinen nicht oder nicht durchgehend darauf ausgelegt sind.

Genau diese Pattsituation wollen Sie verhindern. Hier liegen die großen Zeit- und Kostenfallen. Wenn Sie erst mitten im Projekt auf die Herausforderung Maschinenanbindung stoßen, haben Sie das weder in die Projektdauer, noch in Ihr Projektbudget eingeplant. Die „Versuchen-bis-es-klappt-Methode“, die dann oft als Weg eingeschlagen wird, ist zeit- und damit kostenintensiv und erfordert starke Nerven.

Die Lösung ist einfach. Planen Sie Ihre Digitalisierung mit dem Wissen, dass Sie beides benötigen: die passende Software-Lösung und die Maschinenanbindung, die Ihre Maschinen verlässlich ins System holt.

Entwerfen Sie Ihre Roadmap praxisnahe entlang folgender Punkte:

(1) Definieren Sie Ihre Digitalisierung von Anfang an als Projekt

Das bedeutet: Verantwortliche bestimmen, Zeit zur Verfügung stellen, Projektphasen definieren. Gehen Sie von einem Zeithorizont von etwa einem Jahr aus – das ist unserer Erfahrung nach eine gute Größenordnung.

Die wichtigsten Eigenschaften Ihres Projektleiters: interessiert, strukturiert, kommunikativ. Auch dazu eine Erfahrung: Es bewährt sich, eher einen Generalisten als einen Spezialisten als internen Projektleiter einzusetzen. Warum? Ihr Projektleiter soll ein Verständnis für alle Seiten des Projektes haben. Das heißt im Projektalltag: interessierte Fragen an alle Beteiligten/Betroffenen stellen, Bedürfnisse neutral auswerten/gewichten, Informationen allgemein verständlich vermitteln. All das fällt Generalisten meist deutlich leichter als Experten.

Je nach Größe Ihres Projektes kann es sinnvoll sein, eine interne Projektgruppe zu schaffen, die für das Projekt verantwortlich ist. Überlegen Sie auch, ob Sie sich von einem erfahrenen externen Berater unterstützen lassen möchten. Er kann die Geschäftsführung mit seiner Expertise bei Einschätzungen und Entscheidungen unterstützen und ein routinierter Ansprechpartner für Ihren internen Projektleiter sein.

(2) Sie finden heraus, was GENAU Sie mit der geplanten Digitalisierung erreichen wollen.

Anders gesagt: Gehen Sie nicht hungrig einkaufen. Das bewährt sich nicht. Technisch ist sehr vieles möglich. Aber nicht alles, was möglich ist, ist sinnvoll – sinnvoll für SIE. Und was das ist, kann kein Software-Anbieter für Sie beurteilen.

Wenn Sie in dieser Phase die richtigen Überlegungen anstellen, stellen Sie Ihr Projekt auf die Erfolgsschiene.

  • Was wollen wir in unserer Produktion verbessern?
  • Welche Prozesse sind betroffen?
  • Welche Informationen (Auswertungen, Analysen, Planungsmöglichkeiten) bringt uns wirklich weiter?

Auch dazu eine unserer Erfahrungen: Oft steckt in den kleinen Verbesserungen der größte Nutzen! „Klein anfangen und damit Großes bewirken“, dieser Zugang bewährt sich. Warum? Weil es sehr aufwändig wird, wenn Sie zu viele Bälle gleichzeitig in die Luft werfen und jonglieren müssen. Sie haben ja auch noch einen Alltagsbetrieb mit all seinen Routinen und Herausforderungen zu bewältigen.

Erstellen Sie eine Hierarchie: Was ist Ihnen besonders wichtig – weil es am schnellsten gewünschte Ergebnisse bringt. Laden Sie dafür alle relevanten Stellen und Abteilungen zum Brainstorming ein. Fragen Sie nach, zu welchen Verbesserungen das Projekt aus Sicht der Beteiligten und Betroffenen führen soll.

Denken Sie dabei über die naheliegenden Abteilungen und Personen hinaus. Sie verbessern so zugleich Information und Identifikation – ein wichtiger Beitrag zum Erfolg Ihres Projektes!

(3) Erstellen Sie ein Lastenheft BEVOR Sie mögliche Projektpartner einladen.

Hier kommen wir zum Nicht-hungrig-einkaufen-Gehen zurück. Starten Sie nicht ohne „Einkaufsliste“. Auch lustloses Einkaufen ist gefährlich. Wer nicht weiß, was er will/braucht, kauft oft das, was ihm andere verkaufen wollen. Das führt Sie nicht dorthin, wo Sie hin wollen. Denken Sie bei Ihrer Einkaufsliste – Ihrem Lastenheft – an beide der angesprochenen Ebenen: die Software und die Maschinenanbindung.

Nehmen Sie folgende Punkte mit in Ihr Lastenheft auf, damit sich die von Ihnen ausgewählten Anbieter den notwendigen Überblick verschaffen können:

(a) Führen Sie Ihre Ziele an, inklusive Ihrer Prioritäten. Differenzieren Sie dabei, was Sie im Rahmen des aktuellen Projektes erreichen wollen und welche künftigen Ziele Sie bereits jetzt abschätzen können. Geben Sie zusätzlich an: Was ist ein Must (damit sich Ihr Projekt auszahlt), was Nice-to-have.

(b) Legen Sie ein Maschinenverzeichnis bei. Aus ihm soll ersichtlich sein: (i) wie viele Maschinen und (ii) welche Maschinen – Typ, Versionen, Generation/Baujahr – eingebunden werden sollen.

Maschine / Anlage Baujahr Seriennr. Maschine Steuerung Software Version
Index 2010 ABC123456789 Sinumerik 840d SL SW 4.7 SP6
HERMLE C20 2016 XY1234567892 Heidenhain TNC640 3405994 08 SP2
DMG Mori 2003 123456789XY1 Fanuc 31i-B G022/19.9
MAZAK INTEGREX 800V 2008 205848 Mazatrol Matrix MT siehe Typenschild Foto anbei

Abb. 1: Beispiel für ein Maschinenverzeichnis als Teil des Lastenheftes

Beispiele für CNC Fräsmaschinen: Hermle, Chiron, DMG Mori, Makino, Mazak, Emco, Grob Bearbeitungszentren.
Beispiele für CNC Steuerungen: Siemens, Heidenhain, Fanuc, Mitsubishi. Fagor, Traub.

Die Erfahrung zeigt: Bei Maschinen/Anlagen bis zu einem Alter von 15 bis 20 Jahren besteht eine sehr gute Chance zur Anbindung. Auch bei Maschinen älterer Generationen lohnt sich die Prüfung ihrer Anbindbarkeit.

(4) Planen Sie eine Pilotphase ein

Theorie ist Theorie – Praxis ist Praxis. Lassen Sie sich die Chance nicht entgehen, Ihr Projekt rechtzeitig im kleinen Umfang zu testen (– und in diesem Zuge Ihre in Frage kommenden Projektpartner besser kennenzulernen). Schon anhand eines Testlaufs mit einer, zwei oder drei Maschinen können Sie einen sehr guten Eindruck bekommen, welche der angebotenen Lösungen für Sie die richtige sein könnte.

Im Rahmen des Piloten können Sie die Aufgabenstellungen und Szenarien durchzuspielen, die für Sie relevant und interessant sind, und so die in Betracht kommenden Anwendungen KONKRET testen.

Ihr Lastenheft hilft Ihnen bei der Planung des Piloten. Hier steht geschrieben, was genau Sie erreichen wollen. Der Pilot zeigt Ihnen – und Ihren Anbietern –, ob Ihre Erwartungen erfüllt werden.

Planen Sie ausreichend Zeit für den Piloten ein (Größenordnung: ein Tag vor Ort/Software-Anbieter). Bedenken Sie, dass es zu Produktionsstillständen auf den Maschinen kommt, auf denen der Pilot durchgeführt wird. Sie benötigen außerdem Zeit für die Vorbereitung des Piloten (Termine vereinbaren/planen, Kabel legen, IT-System freischalten etc.)

Und – wichtig! – planen Sie Zeit für die umsichtige Auswertung der Pilotphase ein. Beantworten Sie in diesem Schritt gemeinsam mit Ihrem Team folgende Fragen:

  • Was hat sich gezeigt? Wurden unsere Erwartungen umfassend erfüllt?
  • Haben sich neue Ideen ergeben?
  • Wo ist das Lastenheft anzupassen, was muss ergänzt werden, was kann (derzeit) entfallen?

(5) Nutzen Sie Ihre Erfahrungen für die Ausschreibung

Im Piloten haben Sie die verschiedenen Lösungen geprüft und getestet, Ihre möglichen Projektpartner kennengelernt und Ihr Lastenheft geschärft.

Nun geht es an die Ausschreibung. In dieser Phase werden Sie von den bereits durchlaufenen Schritten besonders profitieren. Denn Sie sind nun in der Lage, eine sehr genaue Ausschreibung aufzusetzen – und so Angebote zu bekommen, die Sie auch tatsächlich vergleichen können.

Sie sind außerdem mit allen Dimensionen des Projektes vertraut und können die Angebote der unterschiedlichen Anbieter einschätzen und beurteilen. Denn Sie haben sich nun (– unsere Erfahrung) seit mindestens neun Monaten detailliert mit Ihrem Projekt befasst: sechs Monate interne Klärungsphase, drei Monate Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Pilotphase.

Denken Sie auch in diesem Abschnitt des Projektes weiterhin an die interne Kommunikation. Berichten Sie von der Pilotphase, halten Sie Ihr Team am Laufenden, lassen Sie Ihre Mitarbeiter erleben, dass die Veränderungen für alle Vorteile bringen (– und Befürchtungen unbegründet sind bzw. einbezogen werden und daher zu guten Lösungen führen).

Sie werden sehen: Wenn Sie nach all diesen Schritten zur Auftragsvergabe und Umsetzung kommen, ist beides bestens vorbereitet, die Implementierung und die Veränderungen, die sich daraus für Ihr Unternehmen und Ihre Mannschaft ergeben.

Der hilfreiche Zusatzeffekt: Sie haben zugleich auch die Voraussetzung für alle weiteren Schritte geschaffen. Denn alle, die erleben, dass die ersten Digitalisierungsschritte gelingen (auch wenn es „nur“ kleine Schritte sind), sind für die weiteren Entwicklungen offen. Nichts ist überzeugender als ein gelungenes Projekt!

Lassen Sie uns wissen, wenn wir Sie unterstützen können – auch, wenn Sie schon mitten im Projekt stehen. Es gibt immer einen Weg, Ihre Maschinen anzubinden. Wir finden ihn.

Fußnote (1): vgl. Axel Tome, Artur Mille: „Digitales Shopfloor Management“, 2018 LOG_X Verlag, Ludwigsburg

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