Modulare Maschinen laufen monolithischen Maschinen immer mehr den Rang ab. Das belegt eine Strukturanalyse von Quest TechnoMarketing. Die Herstellung modularer Maschinen wird in den nächsten Jahren mit einem Anteil von rund 50 Prozent den Maschinenbau dominieren. Doch was hat sich im Vergleich zu den letzten 20 Jahren verändert oder was ist hinzugekommen?
Beschränkte sich die Modularisierung bis dato häufig rein auf die Mechanik, so geht es heute darum, Mechanik, Elektronik und Software wirklich aus einem Guss zu erstellen. Bausteine für softwarebasierte Bewegungsführung, strukturierte Steuerungstechnik und moderne Feldbusvernetzung bilden dafür die Basis. Lenze fördert diese effektive Herangehensweise und legt bei seinem Modulkonzept viel Wert auf die Skalierfähigkeit und Individualisierungsmöglichkeit der Bausteine sowie dem nahtlosen Zusammenspiel aller Ebenen.
Mechanik, Elektronik und SW modularisiert
Modularisierung im Bereich der Hardware bedeutet im Wesentlichen, Technik in einem Baukasten bereit zu halten, die sich möglichst fein skaliert miteinander kombinieren lässt, um die Nachteile der Überdimensionierung zu begrenzen. Die Studie von Quest TechnoMarketing belegt diese Aussage, indem die Mehrheit der Maschinenbauer Lieferanten bevorzugen, die eine komplette, skalierbare Angebotspalette bieten, sich dabei auf Standardkomponenten fokussieren und beim Support auch die anwendungsspezifische Anpassung von Hard- und Software erwarten. Der letzte Punkt macht klar, dass Software ebenfalls zur Modularisierung zählt, zumal laut der Studie 92 Prozent der befragten Maschinenbauer Softwarelösungen als wichtigen Wettbewerbsvorteil ansehen.
Lenze geht mit der Softwarelösung FAST den Weg, Standardfunktionen von Antrieben wie elektrische Welle, Positionieren oder Heben in miteinander kombinierbare Technologiemodule zu gießen. Was auf Seiten des Maschinenbauers gilt, zählt auch hier: Es geht darum, häufig wiederkehrende Standardfunktionen zu modularisieren und wiederverwendbar zu gestalten. Kein OEM wird sich in seinem Markt mit Standardfunktionen differenzieren können. Diese Aussage lässt den Rückschluss zu, Antriebstechnik einzusetzen, mit der sich der Standard schnell erledigen lässt – um damit mehr Zeit für die wirklich wichtigen Arbeiten zu erhalten. Lenze hat die Technologiemodule innerhalb von FAST zudem so aufgebaut, dass der Maschinenbauer diesen Freiraum nutzen kann, um sich eigene Module schreiben zu können.
Während der geschilderte Ansatz sich auf vergleichsweise eng umrissene Maschinenfunktionen konzentriert, besteht die zukünftige Herausforderung der Modularisierung darin, diese ebenfalls standardisiert miteinander zu verknüpfen. Auf der horizontalen Ebene greifen hier von Lenze genutzte Kommunikationsstandards wie Ethercat oder CANopen. In vertikaler Richtung kommen Standards der PLCopen sowie PackML der OMAC zum Einsatz. Die Modularisierung im Maschinenbau kann erst dann ihre gesamten Vorteile zeigen, wenn die Datendurchgängigkeit innerhalb einer Produktion wirklich sichergestellt ist – Stichwort Industrie 4.0.
Hierbei wird es auch darum gehen, wie sich modulare Projekte künftig ohne aufwendige Softwareanpassungen realisieren lassen. Damit ein „Mal kurz raus – und dann wieder schnell rein“ eines Maschinenmoduls in der Praxis mit wenigen Klicks möglich ist, sind konfigurierbare Maschinenkonzepte gefragt. Je nach Ausführung eines Maschinentyps wird die endgültige Ausbaustufe durch einen Konfigurator festgelegt, in dem bestimmte Funktionalitäten und damit Module wahlweise zusammenstellbar sind. Auch Busarchitekturen müssen darauf vorbereitet sein, dass hier bestimmte Module und damit Busteilnehmer optional hinzugefügt oder auch eliminiert werden können.
Optionale Netzwerkteilnehmer
Die Funktion „Optionale Teilnehmer“ hat Lenze jetzt in Ethercat integriert. Bei klassischen Feldbussystemen müssen Entwickler vorher wissen, welche Teilnehmer an Bord sind und auf welchem Platz sie sitzen. Das widerspricht aber der geforderten Flexibilität in einem modularen Maschinenbau. Fehlt nämlich ein Teilnehmer, geht der Bus auf Fehler, wenn er nicht entsprechend neu konfiguriert wurde. Das macht die Modularisierung in diesem Bereich so aufwendig. Mit dem Prinzip der optionalen Teilnehmer sind Maschinenbauer in der Lage, die größte Grundkonfiguration anzunehmen - und daraus durch Aus- oder Abwahl eine kundenindividuell abgespeckte Variante zu definieren. Dieses Verfahren spart einerseits Zeit und macht auch den Weg frei für virtuelle Maschinen inklusive einer virtuellen Inbetriebnahme.
Modularität bei Industrie 4.0 heißt, dass es Stellen geben muss, die den Takt samt einem einzig gültigen Zeitstempel vorgeben. Diese für eine synchrone Produktion unerlässliche Funktion wird bei Lenze über die Verwendung einer Ethercat-Bridge gelöst. Die auf Ethercat-basierende technische Einheit synchronisiert die Uhren unterschiedliche Teilnehmer, die für sich zwar ebenfalls in Echtzeit arbeiten, dessen Verbund es aber an einer Masteruhr fehlt. Die Sync Bridge wird damit zur Instanz, die für alle auf die Uhr schaut.
Modulen gehört die Zukunft
Die genannten Beispiele zeigen, wo die Zukunft der Modularisierung hingehen wird – nämlich noch ganzheitlicher zu verknüpfen. Lenze arbeitet daran, Technologiefunktionen weiter zu größeren Funktionseinheiten zu verbinden. Auf diese Weise bilden dann antriebstechnische Einzeltechnologien im Verbund universell einsetzbare Maschinenmodule. Liegt der Fokus aktuell noch darauf, Motion Control Funktionen wie Kurvenscheiben, Fliegende Sägen oder elektrische Welle als individuell anpassbare Standardbausteine ins Engineering zu integrieren, gehört bei Lenze die Zukunft den Maschinenmodulen.
Gesprochen wird dann beispielsweise von fertigen Lösungen für ein Förderband, eine Siegelstation, einen kompletten Wickler oder einer Stanzeinrichtung. Graben die Hersteller von Antriebs- und Automatisierungstechnik damit ihren Maschinenbaukunden durch die Ausweitung der Wertschöpfung mehr und mehr das Wasser ab? Natürlich nicht. Die Branche hat auf diese Weise auf jeden Fall die Möglichkeit – letztlich auch angesichts der Vorzeichen des Fachkräftemangels – aus der Not eine Tugend zu machen. Wenn bei der Modularisierung nämlich größer gedacht wird, öffnet sich der Weg, um zeitfressende Standardtätigkeiten einzusparen und damit mehr Luft zu haben, sich wirklich zu differenzieren.
