Industrie 4.0

Freiheitsgrade in der Konzeptphase nutzen

Zum Wandel, den die Digitalisierung in der Industrie und in der Produktentwicklung ausgelöst hat, nimmt Dr.-Ing. Walter Koch, Leiter Vorentwicklung F&E-PMT der Schaeffler AG, im Interview mit Hajo Stotz Stellung.

02. Oktober 2018
Freiheitsgrade in der Konzeptphase nutzen
Schaeffler VarioSense: Der konfigurierbare Sensorcluster bietet sieben verschiedene Kenngrößen in einem Baukastensystem. (Bild: © Schaeffler)

Herr Dr. Koch, sind durch die Digitalisierung bereits Veränderungen in der Produktentwicklung erkennbar, und falls ja, woran erkennt man diese?

Wir befinden uns bereits mitten in einem Paradigmenwechsel: Wenn Produkte sowohl mechanische Funktionen als auch informationstechnische Funktionen bieten sollen, dann muss schon das Verständnis des Begriffs Produktentwicklung angepasst werden. Genauer betrachtet befinden wir uns dann in der Produkt-Service-Entwicklung und die entwickelten Produkte werden zu Produkt-Service-Systemen (PSS). Mit dem physikalischen Produkt muss ein Service auf Basis von Software-Funktionalitäten entstehen, den das Produkt leisten kann, wenn man es verkauft. Damit entsteht eine völlig neue Situation: Digitalisierte Produkte können miteinander kommunizieren und Daten austauschen.

So erhält man plötzlich die Möglichkeit, während des Einsatzes des physikalischen Produktes – oder besser Erzeugnisses, wie es die DIN beschreibt – neue Funktionen in das schon lange ausgelieferte Produkt hineinzupflegen. Das ist neu, zumindest im Maschinenbau. In der Vergangenheit waren ja ein Produkt und dessen Funktion nach dem Ausliefern unveränderlich.

Welche Konsequenzen hat das für die Konzeption von Produkten und für den Entwicklungsprozess?

Es genügt nicht mehr, nur über die »Gestaltung« des Produktes nachdenken. Die Herausforderung besteht darin, die neuen Freiheitsgrade bei der Konzeption von Produkt-Service-Systemen gezielt so zu nutzen, dass diese einen erst in der Zukunft nachgefragten Einsatzzweck erfüllen können – im Optimalfall lediglich durch ein Software-Update. Entwicklungsingenieure müssen also darüber nachdenken, welche Funktionen die Kunden in Zukunft noch wünschen könnten, um einen zusätzlichen Nutzen zu erzielen oder – was auch sehr wahrscheinlich ist – sich entscheiden, es für ganz andere Zwecke einzusetzen. Dadurch ändert sich plötzlich das eigene Geschäftsmodell – ohne es gar selbst initiiert zu haben. Auch als Unternehmen muss man lernen, damit umzugehen.

Wie stellen sich Unternehmen allgemein und Schaeffler im Speziellen auf diese Veränderungen ein?

Als Basis benötigt man ein Systemarchitektur-Engineering, das heißt, ein Engineering, welches die verschiedenen Entwicklungsdisziplinen von Mechatronik, Software und IT, und hier insbesondere die Entwicklung von Kommunikation, Safety und Security absichert und steuert. Letztere Punkte sind wichtig, da ein Produkt-Service-System in aller Regel mit unternehmensfremden Systemen zusammenwirkt. Organisatorisch haben wir diese Veränderungen zum 1.1.2018 in der Sparte Industrie mit dem strategischen Geschäftsfeld »Industrie 4.0« umgesetzt. Die technische Basis stellt unser Smart EcoSystem dar. In der Sparte Automotive OEM ist das Geschäftsfeld E-Mobility diejenige Organisationseinheit, in der die Elektrifizierung des Antriebsstrangs, die Digitalisierung und die Vernetzung des Automobils zusammengefasst sind.

»Wiederverwendbarkeit von Entwicklungsergebnissen.«

— Dr.-Ing. Walter Koch, Schaeffler AG

Erhöhen die Freiheitsgrade nicht die Unsicherheiten der Entwicklung?

Die relativ neue Möglichkeit, Funktionen sehr spät oder auch nach dem Produktverkauf integrieren zu können, führt zu mehr »Unsicherheiten« während der Entwicklung. Für die Entwicklungsroadmaps von Produkt-Service-Systemen bedeutet das, dass der Zeitpunkt eines Designfreeze undefinierbarer wird. Dies haben wir gelöst, indem wir neben einem Hardware-Designfreeze, der relativ früh stattfindet, noch einen deutlich späteren Designfreeze für die Software eingeführt haben. Mit Letzterem werden auch alle Anforderungen an Safety und Security und an die Kommunikation abgedeckt. Der Zeitpunkt für den Software-Designfreeze kann auch nach dem Serienstart liegen. Software bietet diesbezüglich viele Kalibriermöglichkeiten.

Komplexere Produkte reagieren doch aber auch empfindlicher auf Störungen?

Durch die Kombination von Mechanik, Elektronik, Software und Kommunikation genügen Methoden wie die FMEA nicht mehr. Die Tabellenform ist für komplexe Systeme zu unübersichtlich. Mit der softwaregestützten Fehlerbaumanalyse (FTA) hat man aber ein gutes Instrument, funktionale Zusammenhänge, mögliche Fehlfunktionen und Fehlerfolgen sehr gut zu verknüpfen und hinsichtlich des Risikos zu untersuchen und zu bewerten.

Werden bisherige Systemgrenzen durch diese Veränderungen hinfällig?

Systemgrenzen, die früher durch einfache Hardware-Schnittstellen definiert waren, sind letztlich nicht mehr gültig. Die Entwicklungsthemen von Maschinenherstellern, Maschinenbetreibern und Systemlieferanten verflechten sich in einem digitalisierten Umfeld stark. Mehrere Unternehmen bringen ihr Domain-Know-how in eine Gesamtlösung mit ein. Bei Schaeffler kommt dies durch eine steigende Zahl an Kooperationen mit anderen Unternehmen zum Ausdruck.

Können Sie Beispiele für digitalisierte Produkte nennen, und warum sie diese für erfolgreiche Entwicklungen halten?

Als einen richtungsweisenden Schritt sehe ich die Produkt-Service-Systeme Schaeffler VarioSense, DuraSense und SpindleSense. Dies sind Kombinationen aus Wälzlagerungen, Sensoriken und Software und die ersten Schaeffler-»Produkte«, die Betriebs- und Lastdaten in eine digitale Plattform liefern können. Die Daten dienen für verschiedene Zwecke, wie Predictive Maintenance, die Prozessüberwachung und -optimierung oder auch für Steuerungszwecke. Unsere Entwickler haben erkannt, dass man für die Digitalisierung von Wälzlagern einen »Plattform-Ansatz« benötigt – im Fall von Schaeffler VarioSense ist dies ein Sensorcluster, mit dem man sensorische Funktionen modular zusammenfügen kann. Das ist neu und keine spezifische Lösung mit einer spezifischen Ausprägung eines Sensors. Der Entwicklungsaufwand lässt sich so auf mehrere Projekte bzw. Produkte aufteilen. Oder allgemeingültig ausgedrückt: Um ein positives Betriebsergebnis zu erzielen, muss man über die Wiederverwendbarkeit von Entwicklungsergebnissen nachdenken. Skalierbarkeit und Baukastensysteme sind hier passende Stichworte. Beides ist uns mit Schaeffler VarioSense und SpindleSense sehr gut gelungen. Mit Schaeffler DuraSense entwickelten unsere Ingenieure darüber hinaus einen lokalen Regelkreis, der dazu dienen kann, automatisiert und bedarfsgerecht die Wälzlagerung nachzuschmieren. Auch diese Technologie, die im Wesentlichen auf Wälzlager- und schwingungstechnischem Know-how basiert, können wir prinzipiell auf jede andere Wälzkörperumlaufführung adaptieren. Wiederverwendbarkeit von Entwicklungsergebnissen, Skalierbarkeit und der Plattformgedanke wurden bei diesen Produkt-Service-Systemen gänzlich umgesetzt. Das sind gute Gründe, von erfolgreichen Entwicklungen zu sprechen. hjs

Industriezulieferer

Die Schaeffler-Gruppe ist ein global tätiger Automobil- und Industriezulieferer. Mit Präzisionskomponenten und Systemen in Motor, Getriebe und Fahrwerk sowie Wälz- und Gleitlagerlösungen für eine Vielzahl von Industrieanwendungen erwirtschaftete er im Jahr 2017 mit mehr als 92.000 Mitarbeitern einen Umsatz von rund 14 Mrd. €. Die Sparte Industrie liefert Komponenten und Systeme für rund 60 verschiedene Industriebranchen. Das Portfolio reicht von millimetergroßen Miniaturlagern bis zu Großlagern mit einem Außendurchmesser von mehreren Metern.

www.schaeffler.com

Für Nachrüstung wie auch für Neukonstruktionen geeignet

Verschiedene Einsatzmöglichkeiten sowie günstige Montage- und Installationsprozesse in das Produkt-Service-System hinein konstruiert: Wie man Nachschmierungen vereinfacht und Montagezeiten für Abdeckbänder für Profilschienenführungen reduziert.

Mit Schaeffler DuraSense kann die Nachschmierung auf verschiedene Arten gelöst werden. In der einfachen Ausbaustufe dient das System zur Grenzwertüberwachung einer manuellen Nachschmierung oder einer installierten Intervallschmierung. Wird der Schmierindikator-Grenzwert überschritten, muss ein manueller Nachschmierimpuls erfolgen. In der automatisierten Variante wird gänzlich auf feste Schmierintervalle verzichtet und ausschließlich aufgrund des ermittelten Schmierindikators über die Schmieranlage nachgeschmiert. Damit ist das System sowohl für die Nachrüstung bestehender Systeme als auch für Neukonstruktionen sehr gut geeignet. Ebenso offen ist, ob der Maschinenhersteller eine Zentralschmierung für die komplette Maschine oder einen automatischen Schmierstoffgeber wie beispielsweise Schaeffler Concept2 oder Concept8 für ausgewählte Schmierstellen bzw. Achsen verwendet.

Neues Stahl-Abdeckband für Profilschienen

Zusätzliche Vorteile in der Lagerhaltung, Montage oder auch Instandhaltung können den Mehrwert digitalisierter Lösungen erhöhen. So entwickelten die Lineartechnikspezialisten ein wiederverwendbares Abdeckband für Profilschienenführungen. Es wird in eine in die Profilschiene integrierte Nut eingeschoben und ist in wenigen Minuten montiert. Die Montagezeit reduziert sich um bis zu 90 Prozent. Außergewöhnlich: Während des Maschinenaufbaus muss das Abdeckband nicht in die Profilschiene montiert werden. Dies kann auch im Nachgang geschehen.

Alle Befestigungsschrauben der Achse bleiben zugänglich und lassen sich bei montierten Laufwagen perfekt ausrichten. Die Dichtlippen der Laufwagen berühren die Senkbohrungen der Profilschiene nicht und eine Beschädigung der Dichtung ist somit ausgeschlossen. Sind die Schienenmontage und die Geometrieprüfung abgeschlossen, werden die Abdeckbänder einfach in die Profilschienen eingeschoben. Die Laufwagen können dabei auf den Profilschienen verbleiben – das Abdeckband ADE lässt sich einfach unter die Dichtlippe der Laufwagen einschieben. Aktuell steht das neue Abdeckband ADE für Rollenumlaufeinheiten RUE 35, 45 und 55 zur Verfügung – weitere Varianten werden folgen.

Erschienen in Ausgabe: 07/2018