Fakuma 2021: Branchentreffen in Friedrichshafen vom 12. bis 16. Oktober

Aufgrund von aktuellen Auflagen werden die Gänge breiter und die Hallen „etwas luftiger“, wie Messe-Chefin Bettina Schall der Kunststoffe berichtet.

Aufgrund von aktuellen Auflagen werden die Gänge breiter und die Hallen „etwas luftiger“, wie Messe-Chefin Bettina Schall der Kunststoffe berichtet. In diesem Messeherbst geht es weniger um Rekordzahlen – im Vordergrund steht das physische Treffen auf einer Präsenzmesse. Neben den Themen Spritzgießen, Thermoformen, Extrusion und 3D-Druck wird auch die Kreislaufwirtschaft eine große Rolle spielen.

Mit Spannung erwarten Aussteller und Fachbesucher die 27. Fakuma in Friedrichshafen. Neben der Weiterentwicklung bei der digitalen Transformation in der kunststoffverarbeitenden Industrie steht der Wandel von der linearen zur Kreislaufwirtschaft im Fokus der Messe.

„Die Aussteller wollen ihre Neuheiten endlich wieder live vorstellen,“ sagt Bettina Schall, Geschäftsführerin der P. E. Schall GmbH & Co. KG. „Deshalb freuen sich Anwender und Kunden auf die reale Präsentation neuer Produkte und technologischer Lösungen.“ Die Fakuma als anerkannte Fachmesse in Sachen Spritzgießen, Extrusionstechnik, Thermoformen und 3D-Druck will zeigen, dass sich viel getan hat sowohl bei der Maschinen- und Produktentwicklung als auch bei Verfahrens- und Prozessverbesserungen.

Das aktuelle Produkt- und Leistungsangebot liefert Maschinenherstellern, Anwendern und Endverbrauchern neue Ansätze und Lösungen für die Bereiche Nachhaltigkeit, Umweltschutz, Recycling und Kreislaufwirtschaft. Die Messe thematisiert neben der Produktionseffizienz auch die Ressourcenschonung und die Unverzichtbarkeit von Kunststoffen, um die gesetzten Klimaziele erreichen zu können. „Es ist deutlich zu spüren, dass die Aussteller zunehmend auf das leider existierende negative Image, das dem Kunststoff anhaftet, eingehen wollen“, sagt Annemarie Schur, Projektleiterin der Fakuma. „Die Fakuma wird dazu beitragen, noch mehr über Circular Economy, Recyclingfähigkeit, Produktlebenszyklus und Produktdesign aufzuklären.“

… Bettina Schall, Geschäftsführerin des Messeveranstalters P. E. Schall GmbH & Co. KG

Endlich wieder Präsenzmesse! Ihr persönliches Highlight dabei?

Für mich ist die Fakuma Highlight an sich. Denn ich freue mich, dass wir die veranstaltungsfreie Zeit überwunden haben und sich die Aussteller jetzt wieder mit ihren Kunden persönlich treffen können.

Wie viele Aussteller haben sich angemeldet? Sind alle Hallen belegt?

Alle Hallen sind belegt. Wir werden eine gut besuchte Fakuma erleben, die natürlich aufgrund der geltenden Schutz- und Hygienevorschriften ein bisschen „luftiger“ als bisher gewohnt ausfallen wird. Aber in diesem Messeherbst kommt es nicht auf Rekordzahlen an, sondern auf die Präsenz an sich und auf einen qualitativ hochwertigen Businessaustausch.

Was wird sich aufgrund von Corona-Auflagen in den Hallen ändern?

Es existiert das Schutz- und Hygienekonzept der Messe Friedrichshafen, dem wir uns vollumfänglich anlehnen. Hierin sind sämtliche Einzelmaßnahmen geregelt; sie sind behördlich abgestimmt und basieren auf der Basis der Corona-Verordnung des Landes Baden-Württemberg. Im Rahmen dieses Konzepts sind die persönlichen Geschäftsbegegnungen und der fachliche Austausch auf Augenhöhe möglich, und darauf kommt es jetzt an!

Hat das „Pausenjahr“ den Schwerpunkt der Messe verändert?

Der Themenschwerpunkt der Fakuma bleibt. Aber natürlich hat sich die Branche in vielen Belangen weiterentwickelt. Beispielsweise ist die zunehmende Digitalisierung und Automatisierung eine Chance für bessere Abläufe, mehr Effizienz und Produktivität. Gleichzeitig stellen sich die Kunststoffverarbeiter dem Wandel von der linearen in die Kreislaufwirtschaft. Die Themen Recycling und Produktdesign werden uns vielfach begegnen. In diesem Kontext werden wir sicher viele spannende Neuheiten auf der Messe sehen und erfahren.

Name - Hauptartikel

Fakuma 2021 Internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung Messe Friedrichshafen 12. bis 16. Oktober 2021

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Messe Fakuma

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Den Schwertransport einiger der größten Onshore-Fabrikmodule für die Kunststoffproduktion hat die Gulf Coast Growth Ventures (GCGV) bei Mammoet beauftragt.

Den Schwertransport einiger der größten Onshore-Fabrikmodule für die Kunststoffproduktion hat die Gulf Coast Growth Ventures (GCGV), ein Joint Venture zwischen ExxonMobil und Sabic, bei Mammoet beauftragt. Das Unternehmen ist Spezialist für technische Schwerlasttransporte mit selbstfahrenden Transportmodulen (SPMT). Auf der 8 km langen Schwerlaststrecke an der US-Golfküste in Texas setzten die Teams bis zu acht SPMT-Sets mit jeweils 62 Achslinien und eigenem Antrieb ein. Die Tragfähigkeit beträgt dabei, je nach Ausführung, bis zu 44 Tonnen pro Achslinie. Die Module werden miteinander verbunden und bilden so große Plattformen auf Rädern.

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Nach zwei chaotischen Jahren bleibt sowohl bei Veranstaltern als auch den Besuchern dieser kleine Funken Restunsicherheit: Finden die für den Herbst angekündigten Branchenevents nun digital, hybrid oder tatsächlich in Präsenz statt? Uns geht es da nicht anders. Ein Blick hinter die Kulissen der Kunststoffe-Redaktion.

Wenn Sie dieses Heft in Händen halten (oder das E-Paper nutzen), hat die Regionalmesse Kuteno in Rheda-Wiedenbrück bereits stattgefunden. Wir liefern Ihnen mit dem Special dieser Ausgabe einen umfangreichen Messevorbericht auf die Fakuma, die im Oktober in Friedrichshafen an den Start geht. Als wir mit diesem Heft in die Planung gingen, waren wir zuerst unschlüssig. Werden es 10, 30 oder gar 50 Seiten Messe-Vorschau? Wird die Messe tatsächlich live und in Farbe stattfinden? Am Schluss sind es rund 30 Seiten geworden – gefüllt mit vielen Neuheiten der Aussteller. Die belegen, dass es viel zu zeigen gibt. Auch, wenn es in der Vergangenheit schon umfangreichere Berichte dieser Art gab. Die meisten Betriebe in der Kunststoffindustrie haben sich weitestgehend von den Auswirkungen der Coronapandemie erholt – oder sogar davon profitiert. Und bei vielen ist eine gewisse Vorfreude zu spüren, ihre Kunden endlich mal wieder persönlich zu treffen.

Im Interview mit der Kunststoffe bringt es die Messe-Chefin Bettina Schall ganz gut auf den Punkt: „Natürlich wird die Messe aufgrund der geltenden Schutz- und Hygienevorschriften ein bisschen luftiger als bisher gewohnt ausfallen. Aber in diesem Herbst kommt es nicht auf Rekordzahlen an, sondern auf die Präsenz an sich und auf einen qualitativ hochwertigen Austausch.“

Dem können wir uns nur anschließen. Statt Speed-Dating und Gedrängel werden wir uns in diesem Jahr geordneter übers Messegelände bewegen und vielleicht gezielter im Vorfeld Termine vereinbaren. Gerade diese Beschränkung führt uns wieder vor Augen, wie wertvoll der persönliche Kontakt doch ist. In diesem Sinne: Friedrichshafen, wir kommen!

Susanne Schröder [<a href="mailto:Susanne.Schroeder@hanser.de">Susanne.Schroeder@hanser.de</a>]

Editorial Susanne

Schröder, Susanne

Interview mit Benedikt Ruf, einem der beiden Geschäftsführer der Gindumac Group

Gebrauchtmaschinen aus Deutschland sind enorm gefragt. „Weil sie in der Regel top gewartet sind“, sagt Benedikt Ruf. Im Interview mit Kunststoffe spricht der Plattform-Chef über ganzheitliches Transaktionsmanagement mit globaler Reichweite, die Wechselwirkung mit Listing-Plattformen und teilautomatisierte Verkaufsprozesse.

Was haben Modehandel, Juweliere, Schuhe und Lederwaren mit dem Gebrauchtmaschinenhandel gemein? Für jede dieser Branchen gibt es digitale Plattformen, deren Mehrheitsgesellschafter die The Platform Group GmbH & Co. KG ist. Im Falle der B2B-Plattform Gindumac, die Gebrauchtmaschinen in bisher über 30 Länder verkauft, sind die weiteren Gesellschafter die KraussMaffei Technologies GmbH, die Leis-Holding und die beiden Gründer Janek Andre und Benedikt Ruf. Mit letzterem haben wir uns via Videotelefon verbunden.

Kunststoffe: Zahlreiche Plattformaktivitäten im Maschinengeschäft und insolvente Kunststoffverarbeiter – der Gebrauchtmaschinenmarkt scheint seit einiger Zeit in Bewegung geraten zu sein. Herr Ruf, wie ist Ihr Eindruck?

Benedikt Ruf: Durch die Brille des Gebrauchtmaschinenhandels gesehen, sehr positiv. Auf der einen Seite gibt es derzeit viele Betriebsschließungen in unseren Verkäufermärkten, das heißt, es kommt ein großes Angebot auf den Markt. Gleichzeitig sehen wir, dass sich Kunststoffverarbeiter seit etwa Anfang des Jahres verstärkt mit Ersatzinvestitionen beschäftigen und besonders die Nachfrage nach Spritzgießmaschinen ab 500 Tonnen Schließkraft signifikant anzieht. Wir können also optimistisch auf dieses Jahr blicken, denn das Geschäft läuft ja auch perspektivisch: Wenn zum Beispiel eine Maschine im September auf den Markt kommt, erfahren wir das schon im Frühjahr. Und weil wir global agieren – wenn sich beispielsweise ein Markt in der Türkei eröffnet, können wir den bedienen durch Beschaffung in Deutschland.

Kunststoffe: Sie haben kürzlich angekündigt, in Wachstum investieren zu wollen. Von welcher Umsatzgröße reden wir hier und was heißt das konkret?

Ruf: Wir kommen von einem mittleren einstelligen Millionenbetrag. Ziel ist, unser Umsatzvolumen 2021 im Vergleich zum Vorjahr zu verdoppeln. In den Märkten, die für uns besonders wichtig sind – die DACH-Region, Osteuropa, Spanien und Italien –, wollen wir verstärkt investieren, in Online-Marketing und Google-Präsenz. Wir arbeiten daran, in diesen Ländern Kontakte mit Handelsvertretern auszubauen und Vertriebskooperationen zu vertiefen, die uns im Beschaffungsnetzwerk unterstützen. Eine weitere Komponente ist der Direktankauf von Maschinen. In der Vergangenheit war unser Geschäft ausgelegt auf Back-to-back-Geschäft, das heißt, wir kaufen in dem Moment an, wo wir einen Käufer haben. Das ist auch weiterhin unser Kerngeschäft im Plattformmodell, aber Investitionen in Direktankäufe geben uns zusätzliches Wachstumspotenzial. Das schließt auch ein, bei Betriebsschließungen oder Umstrukturierungen größere Projekte anzukaufen, bei denen es um Werte geht, die deutlich höher liegen als unser durchschnittlicher Transaktionswert von 40 000 Euro.

Kunststoffe: Welchen Anteil hat jeweils das Geschäft mit kunststoff- und mit metallverarbeitenden Maschinen bei Gindumac?

Ruf: Metall bildet den Großteil unserer Transaktionen, das liegt aber auch an der größeren Sortimentstiefe, weil wir im Metallbereich Zerspanung und Umformung abbilden und im Kunststoff fokussiert auf Spritzgießen arbeiten. Der Anteil der metallverarbeitenden Gebrauchtmaschinen beläuft sich auf 70 Prozent. Kunststoffverarbeitende Maschinen machen 30 Prozent aus.

Kunststoffe: Wie groß ist der Markt für gebrauchte Spritzgießmaschinen?

Ruf: Diese Größe validiert zu erfassen, ist sehr schwer. Wir sprechen insgesamt von einem zweistelligen Milliardenbetrag im Bereich der Werkzeug- und Kunststoffmaschinen, also beides zusammen.

Kunststoffe: Wie ist die Wettbewerbssituation im Plattformgeschäft? Welche Plattformtypen mischen dabei überhaupt mit?

Ruf: Wenn man von Online-Plattformen ausgeht, gibt es die sogenannten Inserat-Plattformen, auch Classifieds- oder Listing-Plattformen genannt. Das sind, wenn man so will, Gelbe Seiten, auf denen man seine Maschine inserieren kann. Deren Geschäftsmodell ist darauf ausgelegt, Anzeigen zu verkaufen und Angebot und Nachfrage miteinander zu verbinden. Maschinensucher ist hier einer der Marktführer. Dann gibt es die vertikal integrierten Handelsplattformen, wie wir originär eine sind. Das sind digitale Plattformen, die online ihr Portfolio darstellen und die gesamte Transaktion abwickeln. Im Prinzip sind wir ein Hybrid, denn wenn eine Maschine bei uns angeboten wird, ist sie gleichzeitig automatisch bei allen relevanten Listing-Plattformen inseriert. Wir nutzen also Inserat-Plattformen als Treiber für unsere Verkäufe. Der Dritte im Bunde ist der klassische lagerhaltende Händler mit oder ohne eigene Webseite, die eine mehr oder minder begrenzte bzw. fokussierte Reichweite abbildet.

Kunststoffe: Worauf kommt es in diesem Geschäft an?

Ruf: Aus Käufersicht das Wichtigste ist ein ganzheitliches Transaktionsmanagement, eine professionelle Abwicklung von A bis Z, zu guten Konditionen und mit globaler Reichweite. Für den Verkäufer ist entscheidend, dass wir einen guten Preis bieten und die Maschine schnell vermarkten können. Dafür ist eben die weltweite Anbindung an die Inserat-Plattformen notwendig. In Zukunft wollen wir beide Optionen anbieten: Vermarktung und Direktkauf. Wobei beim Direktkauf der Preis niedriger ist, weil für uns damit ein höheres Risiko verbunden ist.

Kunststoffe: Inwieweit ist der Verkaufsprozess digitalisiert?

Ruf: Der Prozess ist teilautomatisiert. Jede Maschine, die uns angeboten wird, wird von uns kuratiert. Im ersten Schritt wird die Maschine nach verschiedenen Kriterien bewertet, zum Beispiel technische Ausstattung, Baujahr, Wartungshistorie. Und: Wann ist sie verfügbar? Auf Basis dieser Informationen erstellen wir – kostenlos und unverbindlich für den Verkäufer – eine Preiseinschätzung. Wenn beide Seiten sich einig sind, wird die Maschine von unserem Content-Team aufbereitet und über Schnittstellen automatisch auf den Inserat-Plattformen angeboten. Eingehende Anfragen gehen automatisch an den jeweiligen Account-Manager, und jeder Lead bekommt automatisch eine Antwort aus dem System.

Kunststoffe: Gibt es Länder mit einem besonders aktiven Käufer- bzw. Verkäufermarkt?

Ruf: Bei Spritzgießanwendungen ist Deutschland der Beschaffungsmarkt. Der Großteil der Maschinen, die wir anbieten, stammt aus Deutschland und den angrenzenden Ländern Österreich und Schweiz. Im Abverkauf ging von Anfang an sehr viel nach Osteuropa, in den letzten Monaten hat vor allem der Markt in Russland und der Türkei angezogen. Es gibt daneben aber auch ein starkes Binnengeschäft in Spanien und in Deutschland, wo wir auch jüngere Spritzgießmaschinen innerhalb des Kernmarkts vermarkten.

Kunststoffe: Wie lässt sich das interpretieren – die Verarbeiter in Deutschland erneuern ihren Maschinenpark früher?

Ruf: Im globalen Vergleich kann man diese Tendenz sicherlich ableiten, denn die häufigeren Ersatzinvestitionen fußen auf dem Anspruch, auf Hochtechnologiestandard arbeiten zu wollen. Dazu kommt ein statistischer Effekt, dass wir in den deutschsprachigen Märkten per se eine starke Kunststoffindustrie mit einer großen Maschinenpopulation haben. Die Frage ist: Warum sind die Maschinen aus Deutschland so gefragt? Weil sie in der Regel top gewartet sind. Wegen dieser Wartungshistorie ist in Indien die Nachfrage nach Maschinen aus Deutschland trotz der Importzölle hoch. Obwohl die Firmen dort ein chinesisches Produkt beziehen könnten. Aber die Marken und Hersteller aus dem deutschsprachigen Raum haben eine sehr hohe Reputation. Da kommt es zu Kontraktionswegen, die man in der Kalkulation nicht erwarten würde.

Kunststoffe: Wenn wir bei Deutschland bleiben: In welchem Bereich bewegt sich das Alter der Maschinen, wenn sie den Besitzer wechseln?

Ruf: Marktrelevant sind die Maschinen bis Baujahr 2000 aufwärts. Bei noch älteren Maschinen wird es in der Regel schwierig, weil die teilweise über 100 000 Betriebsstunden auf dem Buckel haben.

Kunststoffe: Welches Qualitätsrisiko trägt der Käufer? Oder anders gefragt: In welchem Zustand sind die gehandelten Maschinen?

Ruf: Der Kunde kauft die Maschine wie gesehen. Das ist im Gebrauchtmaschinenmarkt so üblich. Es sei denn, wie einige Marktbegleiter das tun, man nimmt die Maschine zu sich, überholt sie, stattet sie neu aus und gibt dann auch eine Ersatzteilgarantie. Für uns gilt: Wir wollen maximale Transparenz schaffen, deshalb geben wir die vorhandene Dokumentation, wie Serviceberichte vom Hersteller oder interne Wartungsberichte, komplett weiter. Das Restrisiko trägt der Käufer, der in seiner Kalkulation immer auch eine gewisse Reparaturpauschale einplant. Aus Erfahrung weiß man: Es gibt ein paar Teile wie zum Beispiel Dichtungen, die man austauschen muss. Da unsere Kunden in der Regel erfahrene Unternehmer sind, wissen sie ganz genau, was sie vorplanen müssen.

Kunststoffe: „Wie gesehen“ heißt was – ist es üblich, dass der Käufer sich die Maschine vor Ort anschaut?

Ruf: In 80 Prozent der Fälle haben die Kunden einen Vor-Ort-Besuch organisiert, um die Maschine einmal live in Produktion zu sehen. Das hat sich durch Corona geändert und haben wir durch digitale Inspektion substituiert. Das hängt aber auch von der Kundenregion ab. Deutsche Kunden möchten die Maschine in der Regel schon einmal sehen, um ihr Risiko abzuwägen.

Kunststoffe: Wie transparent ist die Preisbildung auf Ihrer Plattform?

Ruf: Es ist unser Alleinstellungsmerkmal, dass wir jede Maschine mit Preis darstellen. Transparenz war von Anfang an unser Leitgedanke, damit der Kunde nicht jedes Mal den Preis anfragen muss. Der Angebotspreis ergibt sich aus einer Mischkalkulation aus Verkäufererwartungen und Marktwertmöglichkeiten. Entsprechend ihrer Ausstattung wird die Maschine bepreist. Dann kommt es zu Transaktionsverhandlungen, daraus ergibt sich ein Transaktionspreis, weil alle Maschinen zunächst mal ab Werk eingepreist sind. Dazu kommen dann Logistikaufwendungen, deren Höhe sich nach dem Transaktionsweg richtet.

Kunststoffe: Wie viel verdient Gindumac dabei mit?

Ruf: Die Marge bewegt sich bei uns in einem fairen Rahmen. Warum? Weil wir die Maschine im Back-to-back-Geschäft nicht einlagern. Das bedeutet, dass wir unterhalb der Marge bleiben können, die man vom lagerhaltenden Händler kennt. Dazu trägt auch unser teilautomatisierter Prozess bei. Außerdem hängt die Marge von äußeren Faktoren ab, zum Beispiel, wieviel Zeit haben wir, um die Maschine zu verkaufen. Es gibt Fälle, in denen der Kunde sehr schnell verkaufen muss, weil er den Platz in seiner Halle braucht. Und es macht natürlich einen Unterschied, ob wir eine Maschine für 5000 Euro durchhandeln oder, wie bei großen Tonnagen, für 250 000 Euro. Die Margen liegen zwischen 15 und 30 Prozent.

Kunststoffe: In welchem Rahmen bewegen sich die logistischen Anforderungen?

Ruf: Das hängt nicht zuletzt vom Anspruch des Kunden ab, ob er zum Beispiel die Maschine frei Haus geliefert haben will. Aber Logistik ist ein Thema, das mitunter sehr herausfordernd ist. Weniger bei kleinen Spritzgießmaschinen – die werden auf einen Lkw verladen, das ist relativ simpel. Komplex wird es vor allem bei Handelswegen außerhalb der EU, also zum Beispiel, wenn die Maschine von der Schweiz nach Indien geht. Wir unterstützen dabei sowohl den Verkäufer als auch den Käufer mit der kompletten Dokumentation. Am Ende verkauft der Verkäufer an uns und wir verkaufen an den Käufer. Wir müssen uns also in vielen Fällen auch um die Exportdokumentation kümmern, weil die Maschine bei uns die eine symbolische Sekunde in den Büchern steht.

Benedikt Ruf, Geschäftsführer Gindumac Group

16:9

Benedikt Ruf ist Geschäftsführer der Gindumac Group. Gindumac steht für „Global Industrial Machinery Cluster“ und ist ein führendes Unternehmen im internationalen Gebrauchtmaschinenhandel, das mit einem weltweiten Netzwerk und Büros in Deutschland, Spanien und Indien operiert. Auf der gleichnamigen digitalen Plattform werden vorwiegend Maschinen zur Metallbearbeitung und Kunststoffverarbeitung angeboten und verkauft.

Ruf hat das Unternehmen 2016 zusammen mit Janek Andre gegründet, der als CEO fungiert. Zuvor war Ruf als Mitgründer und Geschäftsführer einer Marketingberatung für Industrieunternehmen aktiv. Ehrenamtlich engagiert er sich bei der Marktspiegel Werkzeugbau e. G. als Vorstandsmitglied und Gutachter.

Doriat, Clemens, Dr.

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Gebrauchtmaschinenhandel

Dienstleistungen

Dienstleistungen in der Metallbearbeitung

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Anwenderfreundlicher Datenaustausch im Digital Engineering

Teil 6 der Serie: Wie eine webbasierte Schnittstelle das Datenhandling erleichtert

Das Digital Engineering umfasst die komplette Entwicklungskette eines Bauteils von der Qualitätsanforderung über die Konstruktion von Bauteil und Werkzeug bis hin zur Prozesssimulation und -auslegung. Die Vielzahl an Softwareanwendungen bedingt häufig ein Handling mit Informationen unterschiedlicher Datenformate. Nicht selten gehen hierbei Informationen verloren, weshalb im PIC 4.0 an Methoden zur Realisierung durchgängiger Simulationsketten geforscht wird.

Die Eigenschaften eines zu entwickelnden Produkts werden im Digital Engineering unter Berücksichtigung des Fertigungsverfahrens durch eine digitale, aber physikalisch adäquate Repräsentation simuliert und digital optimiert. Die durchgängige Nutzung digitaler Methoden und entsprechender Software (CAx) steigert die Planungsqualität entlang des gesamten Produktentstehungs- und Produktionsprozesses [1].

Aufgrund der komplexen Planungs- und Berechnungsmethoden in den jeweiligen Stadien der Produktentstehung (Titelbild) werden häufig viele Softwareanwendungen eingesetzt. Einerseits sind die Anwendungen auf die Simulation im jeweiligen Stadium spezialisiert und verarbeiten gezielt bereitgestellte Informationen. Andererseits sind auch die Anwender häufig speziell im Umgang mit diesen Programmen und ihrer Auswertung geschult. Das Datenhandling über unterschiedliche Formate und Planungsstadien hinweg – im Fall von Iterationsschleifen auch über Domänengrenzen hinweg – ist hingegen oft herausfordernd.

Informationsverlust durch Software-Kombination

Ein Anwendungsfall ist die Verknüpfung einer strömungsmechanischen Simulation (Computational Fluid Dynamics, CFD) mit der Struktursimulation (Bild 1). Auf das Spritzgießen spezialisierte Simulationsprogramme erzeugen auf Basis von STEP-Dateien (*.stp, *.step), Stereolithografie-Dateien (*.stl) oder einer Vielzahl weiterer Geometriedaten in eigenen und allgemein etablierten Formaten ein für den Simulationsfall passendes Berechnungsnetz (Mesh). Sie ermitteln die voraussichtliche Temperatur- und Druckverteilung, geben ein Füllbild einschließlich der zu erwartenden Fehlermerkmale (z. B. Bindenähte) wieder und berechnen Eigenschaften wie Schwindung, Verzug, Faserorientierung und Eigenspannungen.

Das Mesh der Struktursimulation dagegen kann in Form und Granularität der Elemente abweichend erzeugt werden. Um Vergleiche anstellen zu können, muss ein Mapping der Netze aufeinander erfolgen, bei dem z. B. die Knoten und Kanten des starren Berechnungsnetzes einer Füllsimulation den zur Berücksichtigung einer mechanischen Belastung flexibleren Netzen einer Struktursimulation zugeordnet werden. Ein Informationsverlust entsteht dann, wenn zwischen Knoten des einen und eines anderen Netzes z. B. aufgrund abweichender Feinheit interpoliert werden muss.

Selbst beim Mapping zwischen ausgewählten Programmen und Formaten mithilfe kommerziell verfügbarer Schnittstellenprogramme gehen Informationen über die Feinheit des Ausgangsnetzes nach der Interpolation oder nach Rundung von Kantenlängen im Ausgabenetz häufig verloren. Hier ist es notwendig, das Ausgangsnetz ebenso nachzuhalten wie grundlegende Mesh-Informationen wie etwa die Größe, Ordnung und Form der Elemente sowie den Aufbau eines Netzes im jeweiligen Entwicklungsstadium.

Entwicklung von Bediener-Schnittstellen zum Datenhandling

Im Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) steht neben der Verknüpfung von Maschinen und Anlagen im Produktionsumfeld auch der nahtlose Datentransfer zwischen Anwendungen im Digital Engineering im Fokus. Dies umfasst sowohl erweiterte Datenstandards als auch Möglichkeiten, verschiedene Simulationsmodelle inklusive der entsprechenden Berechnungsnetze bedienerfreundlich zu übertragen und nachzuhalten. Eine Lösung für anwenderfreundliches Datenhandling stellt eine neuentwickelte webbasierte Benutzerschnittstelle dar. Sie greift auf eine Datenbank mit verfügbaren Simulationsdateien zu und gibt Einblick, wie sich Berechnungsnetze im Produktentstehungsprozess verändern. Zusätzlich unterstützt sie Simulations- und Produktionsprozesse, indem sie Versuchspläne und automatisierbare Optimierungsroutinen direkt aus der Anwendung heraus erzeugt.

Für die zielgerichtete Entwicklung der Benutzerschnittstelle wird ein Anwendungsfall betrachtet, in dem ein Bauteil für optische Anwendungen gemäß definierten Anforderungen ausgelegt werden soll [3]. Dies betrifft die Materialauswahl und die Bauteilgeometrie ebenso wie den Herstellprozess. Die hohen Anforderungen an das thermooptische Design einer Linse erfordern oftmals einen aufwendigen und mit vielen Iterationen verbundenen Entwicklungsprozess. Selbst wenn die ersten Bauteile bereits produziert wurden, muss die Werkzeuggeometrie oft noch digital vermessen und entsprechend angepasst werden. Neben der Prozesssimulation in Anwendungen wie Moldex3D, Sigmasoft, Cadmould oder Moldflow steht die Struktursimulation mithilfe von Ansys, Abaqus oder Zemax zur Auslegung der optischen Eigenschaften hier im Fokus.

Vom Hochladen der Geometriedaten zum Export eines Einstelldatensatzes

Die im JavaScript-Webframework Vue.js entwickelte webbasierte Benutzerschnittstelle (Bild 2) vereinfacht das Aufsetzen einer Spritzgießsimulation in einer ausgewählten Anwendung. Darüber hinaus unterstützt sie die Optimierung der Einstellparameter durch die automatisierte Auswertung simulierter Versuchspläne (Design of Experiments, DoE). Die Webanwendung führt den Bediener vom initialen Hochladen mehrerer Geometriedateien für Bauteil, Anguss und Kühlkanallayout durch den gesamten Entwicklungsprozess bis hin zum Export eines Einstelldatensatzes einer gewünschten Zielmaschine (Modul-Leiste).

In der Projektvorschau werden verfügbare Modelle und Zielanwendungen angezeigt, sodass der Datensatz direkt über die Benutzerschnittstelle bezogen werden kann (Simulations-Setup  Download simulation). Ist ein entsprechender Datensatz für die angefragte Simulations-Software noch nicht verfügbar, kann er über die Anwendung erstellt werden (Simulations-Setup  Create simulation). Einige grundlegende Informationen zu den verfügbaren Datensätzen werden direkt im Vorschau-Bereich (Bauteilinformationen) angezeigt.

Um ein neues Simulationsprojekt aufzusetzen, werden zunächst über den Geometrie-Import entsprechende Dateien in die Benutzerschnittstelle hochgeladen und für die Zielanwendung in einem Simulationsprojekt zusammengesetzt. Hierzu werden die einzelnen Geometriedaten zu Bauteil, Kühlkanallayout oder Sensorpositionen in einer für die Zielanwendung passenden Projektdatei kombiniert. Nachdem die ausgelesenen Stammdaten zum Simulationsprojekt ebenso wie die Mesh-Informationen übernommen oder manuell angepasst wurden, werden die Projekt- und Geometriedaten in der Objekt-Datenbank MinIO der MinIO Inc. (Palo Alto, USA) abgelegt. Im Anschluss stehen sie zur Weiterverarbeitung der Parameter- und Strukturoptimierung im Geometrie-Modul der Webanwendung zur Verfügung.

Optimierung mit Qualitätsmodellen und neuronalen Netzen

Sobald die Geometriedaten verfügbar sind, kann über das DoE-Modul ein Versuchsplan erstellt werden, um die Einflüsse relevanter Parametervariationen durch Simulation zu ermitteln und zu analysieren. Hierzu generiert die Benutzerschnittstelle einen Versuchsplan im Hintergrund auf Basis der gewünschten Faktorkombination und löst gleichzeitig Simulationsaufträge für die jeweiligen Versuchspunkte aus. Diese werden über die Anwendung direkt an das ausgewählte Simulationsprogramm gesendet, sodass der Versuchspunkt unabhängig von der Zielanwendung in der Benutzerschnittstelle aufgesetzt und gestartet werden kann.

Das entsprechende Modul ermöglicht es nun, die Einstellparameter zu optimieren und den maschinenseitigen Einstelldatensatz auf Basis der simulierten Versuchspläne zu generieren. Geplant ist hierzu einerseits die Optimierung auf Basis von Qualitäts- und Prozessmodellen aus der statistischen Analyse sowie andererseits die datengestützte Optimierung, z. B. mithilfe neuronaler Netze.

Im Modul zur Geometrie-Optimierung erfolgt die automatisierbare Iteration der Prozess- und Struktursimulation bis zum simulierten Ideal der Bauteilgeometrie. Jede Iteration umfasst dabei sowohl das notwendige Mapping der Berechnungsnetze aufeinander als auch das Hinterlegen der Netze mit den relevanten Netzinformationen. Dadurch wird gewährleistet, dass Änderungen des Berechnungsnetzes sich durch das Mapping nachverfolgen lassen und zu jedem Zeitpunkt der Iteration gesprungen werden kann. Die finale Geometrie sowie die empfohlenen Prozesseinstellungen werden abschließend im Modul angezeigt.

Datenstandards ergänzen individuelle Workarounds

Die webbasierte Benutzerschnittstelle ist bereits an die Simulationsumgebung Moldex3D angebunden. Simulationsprojekte können somit auch außerhalb der eigentlichen Simulationsanwendung erzeugt und initiiert werden. Aufgrund des modularen Charakters der Benutzerschnittstelle können die implementierten Methoden zudem individuell weiterentwickelt und wiederverwendet werden. So kann das DoE-Modul auch als Service genutzt werden, um einen Versuchsplan zu erzeugen, der anschließend nicht nur Parameterkombinationen für eine Spritzgießsimulation bietet, sondern ebenfalls direkt als Auftrag an die Spritzgießmaschine geschickt werden kann.

In Ergänzung zur Benutzerschnittstelle, würde ein einheitlicher Datenstandard die Anwenderfreundlichkeit fördern und einen Datenaustausch bei ausbleibendem oder minimalem Informationsverlust ermöglichen. Das in dem 2020 abgeschlossenen Forschungsprojekt „Virtual Material Modelling in Manufacturing“ entwickelte Datenformat VMAP geht bereits in diese Richtung [4, 5]. In einem europaweiten Konsortium aus Industrievertretern entlang der Wertschöpfungskette – vom Verarbeiter über den Simulationsdienstleister bis zum Maschinenhersteller – wurde ein Datenstandard entwickelt, der den konsistenten Informationsaustausch zwischen Anwendungen im Digital Engineering erleichtern soll.

Bei der Weiterentwicklung der vorgestellten Benutzerschnittstelle konzentriert sich das PIC 4.0 daher auf das Einsatz- und Erweiterungspotenzial um das Datenformat VMAP, sodass durch die Integration dieses potenziellen Standards die Funktionalität weiterhin gesteigert werden kann. Informationen über das Berechnungsnetz könnten so automatisiert ausgelesen werden, ohne dass die Benutzerschnittstelle jedes anbieterspezifische Datenformat kennen und konvertieren können muss. Gleichzeitig erweitert ein einheitliches Datenformat die Möglichkeiten, den Datenaustausch z. B. auch mit realen und hochfrequenten Prozessdaten aus der Produktion zum Qualitätsabgleich zu automatisieren.

[1] Schumann, M.; Schenk, M.; Schmucker, U.; Saake, G.: Digital Engineering – Herausforderungen, Ziele und Lösungsbeispiele. In: Schenk, M. (Hrsg.): Digitales Engineering und virtuelle Techniken zum Planen, Testen und Betreiben technischer Systeme, 14. IFF-Wissenschaftstage 28.-30.06.2011, S. 191–200

[2] Balcerowiak, D.: Entwicklung eines geschäumten, thermoplastischen und lokal endlosfaserverstärkten Leichtbauteils sowie Konzipierung der erforderlichen Werkzeugtechnologie und Fertigungszelle mit variantenreicher Produktion. Masterarbeit, RWTH Aachen 2016

[3] Hopmann, C.; Loosen, P.; Stollenwerk, J.; Liu, B.; Gerads, J.; Hofmann, J.: Kunststofflinsen im Laser sind möglich. Gekoppelte Prozess- und thermooptische Auslegung. Plastverarbeiter 72 (2021) 4, S. 22–25

[4] Fassas, A.; Mokios, G.: Mapping made easy: How the new VMAP interface standard can be utilized in ANSA towards smooth preprocessing. In: N. N. (Hrsg.): NAFEMS World Congress 2019. Québec City, Canada 2019

[5] Liebold, C.; Haufe, A.; Vinot, M.; Holzapfel, M.; Dittmann, J.; Böhler, P.; Fritz, F.; Finckh, H.: Lessons Learned from Developing a Digital Prototype within the ARENA 2036 Environment and Improvements with the new VMAP Standard. In: N. N. (Hrsg.): NAFEMS World Congress 2019. Québec City, Canada 2019

Stadien des Produktentstehungsprozesses, hier am Beispiel eines mit verschiedenen Tapes belastungsgerecht ausgelegten Fahrradsattels

Bild 1. Verknüpfung von CFD- und Struktursimulation zur idealen Bauteilauslegung [2] 

Bild 2. Mithilfe des webbasierten User-Interface wird das Aufsetzen einer Simulation unabhängig von der Zielanwendung erleichtert

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann ist seit 2011 Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung und Leiter des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen.

Pascal Bibow, M. Sc. RWTH beschäftigt sich am IKV seit September 2016 mit intelligenten Produktionssystemen und ist seit Januar 2020 Geschäftsführer des Plastics Innovation Center 4.0; <a href="mailto:pascal.bibow@ikv.rwth-aachen.de">pascal.bibow@ikv.rwth-aachen.de</a>

Ben Liu, M. Sc. RWTH beschäftigt sich am IKV seit April 2019 mit Fragestellungen des automatisierten Datenaustauschs und der Auswertung von Anwendungen des Digital Engineering im Spritzgießen.

Dank Die Errichtung des Plastics Innovation Center 4.0 wird gefördert durch Mittel des Landes NRW und aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE).

Die Serie geht weiter Im folgenden Beitrag berichten die Autoren über digitale Schatten im Aufbau und Test der initialen PIC-4.0-Testbeds, deren Speicherung und Verarbeitung mithilfe intelligenter Agenten. Er erscheint in Heft 12/21. Teil 5 erschien in der Juni-Ausgabe.

<a href="http://www.ikv-aachen.de/forschung/efre-pic-40/">www.ikv-aachen.de/forschung/efre-pic-40/</a>

Simulation

Software

Spritzgießsimulation

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Virtual Reality für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Umsetzung von Industrie 4.0 beim Spritzgießen und Compoundieren

Teil 1 der Serie: Use-Cases nach strategischen Prioritäten in der Kunststoffverarbeitung

Die Herausforderung bei der Digitalisierung besteht darin, den Überblick über mögliche Technologien zu behalten und ihren Nutzen für Anwendungsfälle im eigenen Unternehmen zu identifizieren. Gerade kleine und mittlere Unternehmen tun sich damit schwer. Auf Basis von Interviews in der Industrie beschreibt der vorliegende Beitrag einen Konsens der wichtigsten Use Cases. Die Ergebnisse halten die aktuelle Stoßrichtung in der Kunststoffindustrie fest.

Industrie 4.0 umfasst eine Vielfalt an möglichen Technologien und Einsatzmöglichkeiten. Durch diese fortschreitende Digitalisierung eröffnen sich neue Chancen für Produktionsbetriebe. Im Rahmen einer dreiteiligen Beitragsreihe werden die Herausforderungen bei der Umsetzung von Industrie 4.0 im Bereich der Produktionstechnologien Spritzgießen und Compoundieren beleuchtet. In dem vorliegenden ersten Beitrag wird der Fokus auf die Anwendungsfälle von Industrie 4.0, den sogenannten Use-Cases gerichtet. Es wird der Frage nachgegangen, wie sich die relevanten Use-Cases für ein Unternehmen ableiten lassen. Eine fokussierte und zielgerichtete Vorgehensweise basierend auf konkreten Anwendungsfällen hat sich als erfolgversprechend gezeigt. Die Herausforderung liegt jedoch meistens in der Vielfalt und Komplexität der unterschiedlichen Anwendungsfälle. Hierbei ist das gemeinsame Verständnis über die Definition der relevanten Use-Cases ein zentraler Punkt. Meist bilden sie die Basis für den Anspruch an die Datenerfassung inklusive den Aufbau der dafür notwendigen IT-Infrastruktur. Mit dieser Sicht auf die Use-Cases wird im Wesentlichen aufgezeigt, welche Signale aufgezeichnet und in welcher Qualität diese vorliegen müssen. Diese Grundlage zeigt den Unternehmen auf, wie mithilfe künstlicher Intelligenz aus den Daten des spezifischen Falls gelernt werden kann.

Mehr darüber folgt in den nächsten beiden Artikeln dieser Beitragsreihe. In diesem ersten Beitrag wird ein Vorgehenskonzept zur Identifikation von Use-Cases in der Kunststoffverarbeitung vorgestellt. Das Ergebnis sind identifizierte Anwendungsfälle anhand der strategischen Prioritäten der produzierenden Unternehmen.

Digitale Technologien bilden den Kern von Industrie 4.0 und die Basis der vielseitigen Anwendungsfälle, die daraus entstehen. Wenn nun vernetzte Produkte und Maschinen in der Produktion zusammenwachsen, führt dies zu einer Smart Factory [1]. Cloud-Computing oder IoT-Predictive-Maintenance sind dabei nur einige Technologien, die in diesem Zusammenhang genannt werden [2]. Auch im Bereich der Kunststoffverarbeitung gibt es verschiedene Ansätze, um Industrie 4.0 umzusetzen [3]. Die Herausforderung besteht darin, den Überblick über mögliche Technologien zu behalten und ihren Nutzen für einzelne Anwendungsfälle für das eigene Unternehmen abzuleiten. Eng verknüpft mit dem effektiven Nutzen eines konkreten Anwendungsfalls ist der Bezug zur Unternehmensstrategie. Weiterhin wird die bestehende IT-Intrastruktur der Unternehmen die Weiterentwicklung und die Identifikation neuer Anwendungsfälle beeinflussen. Eine 2018 unter Schweizer Produktionsunternehmen durchgeführte Studie zeigt, dass gerade kleine und mittlere Unternehmen (KMU) sich bei der Implementierung von digitalen Technologien zurückhalten [4]. Die Vielfalt an möglichen Technologien überfordert insbesondere kleine und mittlere Unternehmen, die für sie relevanten Anwendungsfälle zu identifizieren. Die Untersuchung zeigt weiter, dass die Steigerung des Umsatzes bei den kleineren Unternehmen im Fokus steht, wohingegen mittelständische Unternehmen sich mit der Effizienzsteigerung beschäftigen. Unternehmen ab einer Größe von 500 Mitarbeitern wollen sowohl den Umsatz, als auch die Effizienz durch die Wahl passender Anwendungsfälle steigern [5]. Dies gibt erste Indizien, wo der Schwerpunkt von möglichen Use-Cases liegt.

In sechs Schritten zu den passenden Anwenderfällen

Das strukturierte Vorgehen in der Suche nach passenden Use-Cases ermöglicht Unternehmen, ausgehend von den strategischen Prioritäten, Technologien für die eigene Produktion zu identifizieren. Der vorliegende Beitrag orientiert sich an dem Use-Case Framework für die smarte Fabrik [6]. Tabelle 1 zeigt das Vorgehen gegliedert in sechs Schritten zur Evaluation von passenden Use-Cases.

Das Framework zeigt insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen die schnelle Identifikation von möglichen Use-Cases auf. Mithilfe der generischen Anwenderfällen kann ein gemeinsames Verständnis aufgebaut und die Frage nach der geeigneten Implementierung von Digitalisierungsmaßnahmen diskutiert werden. Dabei steht der möglichst zielgerichtete Einsatz von benötigten Ressourcen in Zusammenhang mit dem Reifegrad der Infrastruktur und den Prozessen des Unternehmens.

Zur Identifikation der relevanten Anwendungsfälle im Bereich der Spritzgießverarbeitung wurden fünf Unternehmen zu den generischen Use-Cases befragt. Die Ergebnisse sind insofern kritisch zu betrachten, als die Stichprobe keinesfalls als repräsentativ für die Grundgesamtheit der Industrie anzusehen ist. Die Ergebnisse des vorliegenden Beitrags eignen sich vorwiegend dazu, allgemeine Tendenzen aufzuzeigen.

Im Fokus der Interviews wurde der aktuelle Stand von bereits umgesetzten Implementierungen und der potenzielle Nutzen in der Zukunft thematisiert. Die Teilnehmer der Befragung setzen sich aus den folgenden Unternehmen in der Wertschöpfungskette der Kunststoffindustrie zusammen:

<ul><li>Zulieferer von Sensoren und Messsystemen (1)</li><li>Maschinenhersteller (2)</li><li>Verarbeitende Industrie (2)</li></ul>

Durch die Wahl der Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette lassen sich für die Kunststoffindustrie die Prioritäten aufzeigen. Die verschiedenen Interviewpartner wurden jeweils gebeten, die Sichtweise der verarbeitenden Industrie einzunehmen, so dass Übereinstimmungen hinsichtlich der priorisierten Use-Cases aufgezeigt werden können. Die nachfolgenden Ergebnisse haben den Anspruch, die aktuelle Stoßrichtung in der Kunststoffverarbeitung festzuhalten.

Mit der Festlegung der strategischen Prioritäten sowie den resultierenden Kernprozessen lässt sich der gemeinsame Konsens über die wichtigsten Use-Cases festhalten. Bild 1 veranschaulicht die gemeinsame Sichtweise der befragten Unternehmen hinsichtlich der Potenziale und dem aktuellen Stand deren Umsetzung. Durch das Use-Case Framework für die smarte Fabrik kann anhand der Unternehmensstrategie auf relevante Use-Cases geschlossen werden (6).

Die Auswertung hat einen gemeinsamen Konsens in sechs Use-Cases hervorgebracht. Diese weisen allesamt ein hohes Potenzial auf. Die genaue Definition der Use-Cases ist in Tabelle 2 festgehalten. Die beiden Anwendungsfälle „Ferngesteuerte Operationen“ und „Fernwartungsunterstützung“ sind bereits teilweise umgesetzt und gewährleisten den dezentralisieren Wissensaustausch zwischen den Maschinenherstellern und der verarbeitenden Industrie. Die übrigen vier Use-Cases werden anhand von Vorstudien oder Konzepten auf deren Umsetzung geprüft. Die Befragung hat aufgezeigt, dass sich der Trend hin zur „Autonomen Prozessoptimierung“ führt, wobei dieser Use-Case den höchsten Reifegrad im Framework darstellt. Das gemeinsame Streben hin zur Reduktion der Stillstandszeiten führt über klar definierte Fehlerzustände hin zur Optimierung der Prozesseffizienz. Der integrierte Datenfluss über eine zentrale Datenbank liefert hier die Basis zur Umsetzung. Das Ziel einer autonomen Prozessoptimierung auf Maschinen- oder Anlageebene setzt voraus, dass die Übertragung und die Analyse der Parameter beherrscht werden.

Die Interviews haben gezeigt, dass die Unternehmen bereits an vielen Anwendungsfällen arbeiten. Das erlernte Wissen bleibt jedoch meist bei dem beteiligten Projektteam. Dies hat zur Folge, dass es den Unternehmen schwerfällt, den Fortschritt hinsichtlich der Umsetzung festzuhalten.

Das vorgestellte Framework unterstützt die Priorisierung von Use-Cases sowie die Umsetzung anhand des spezifischen Kontextes in den Unternehmen. Die Ergebnisse der sechs Vorgehensschritte werden durch ein Projektteam erarbeitet. Das gemeinsame Verständnis führt dazu, dass frühzeitig geklärt wird, was die Umsetzung beeinflusst und welche Vorteile hinsichtlich Kosten, Qualität, Liefertreue und Flexibilität erzielt werden. Durch das mehrstufige Vorgehen in Verbindung mit klaren strategischen Zielen, kann so auf dem bereits vorhandenen Wissen durch bisherige Projekte aufgebaut werden. Die Definition von bestimmten Use-Cases ist von zentraler Bedeutung, wenn es darum geht, unternehmensweit vom gleichen zu sprechen. Generell sollte die Identifikation von Use-Cases anhand einer definierten Methode ablaufen, um die Ressourcen zielgerichtet einzusetzen.

Classen, M., Blum, C., Budde, L., Hänggi, R. & Friedli, T. (2018). Digitalisierung à la carte. ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 113(12), 850–854. <a href="https://doi.org/10.3139/104.112016">https://doi.org/10.3139/104.112016</a>

Friedli, T., Benninghaus, C., Elbe, C. & Remling, D. (2018). Swiss Manufacturing Survey 2018 – A national study. Final Report.

Hopmann, C. & Schmitz, M. (2021). Plastics industry 4.0: Potentials and applications in plastics technology. Hanser Publishers; Hanser Publications.

Huber, W. (2018). Industrie 4.0 kompakt – wie Technologien unsere Wirtschaft und unsere Unternehmen verändern: Transformation und Veränderung des gesamten Unternehmens. SpringerLink Bücher. Springer Vieweg. <a href="https://doi.org/10.1007/978">https://doi.org/10.1007/978</a>–3–658–20799–1

Kagermann, H., Helbig, J., Hellinger, A. & Wahlster, W. (2013). Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0: Deutschlands Zukunft als Produktionsstandort sichern ; Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. Forschungsunion. <a href="https://books.google.ch/books?id=hzmFoAEACAAJ">https://books.google.ch/books?id=hzmFoAEACAAJ</a>

Lichtblau, K., Bertenrath, R., Millack, A., Schröter, M., Institut der Deutschen Wirtschaft Köln und FIR e. V. an der RWTH Aachen, Schmitz, E., Stich, V., Bleider, M., Blum, M. & Schmitt, K. Industrie 4.0-Readiness (FIR – Forschungsinstitut für Rationalisierung e. V RWTH-CONV-207822). <a href="https://publications.rwth-aachen.de/record/569389">https://publications.rwth-aachen.de/record/569389</a>

Tabelle 1. Vorgehensschritte bei der Use-Case Evaluation

Quelle: in Anlehnung an Classen et al., 2018

Tabelle 2. Beschreibung der generischen Use-Cases 

Bild 1. Framework der generischen Use-Cases  Quelle: in Anlehnung an Classen et al., 2018;

Ostschweizer FH - Hauptartikel

Adrian Rüedy, M.Sc., ist Projektleiter am Institut für Produktdesign, Entwicklung und Konstruktion (IPEK) an der OST-Schweizer Fachhochschule in Rapperswil (OST);

Prof. Dr. Roman Hänggi ist Partner am Institut für Produktdesign, Entwicklung und Konstruktion (IPEK) an der Ostschweizer Fachhochschule und Professor für Produktionsmanagement;

Dr. Lukas Budde ist Post-doc und Projektleiter am Institut für Technologiemanagement (ITEM) an der Universität St. Gallen (HSG);

Prof. Dr.-Ing. Frank Ehrig leitet das Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK) OST

Curdin Wick, M.Sc., ist Leiter des Fachbereichs Spritzgießen / PUR am Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK) OST;

Prof. Daniel Schwendemann leitet den Fachbereich Compoundieren und Extrusion am Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK) OST.

Die beiden folgenden Beiträge beleuchten die Herausforderungen bei der Umsetzung spezifischer Use-Cases und dem Lernen aus Daten mithilfe künstlicher Intelligenz im Bereich der Produktionstechnologien Spritzgießen und Compoundieren.

Strategie und Organisation

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Compoundieren

Kunststoff-Aufbereitung

NP Germany: Außergewöhnliche Anlage für Automobilbauteile

Beeindruckender geht es kaum: Die Turnkey-Anlage von NP Germany rund um eine vertikale Arburg-Spritzgießmaschine nimmt ein Viertel der Produktionshalle ein. Während des Betriebs tanzen sechs Robot-Systeme Ballett, um ein Pumpenlaufrad für eine Pkw-Kühlflüssigkeitspumpe eines internationalen Automobilzulieferers herzustellen – ein nicht alltägliches Ausmaß an vollautomatisierter Fertigung.

Mehrere Jahre seines Arbeitslebens als Ingenieur habe er in das Projekt gesteckt, sagt Benedikt Niglis, Head of Project der NP Germany GmbH in Brilon. Und das Ergebnis könne sich sehen lassen, fügt er voller Überzeugung hinzu. Produziert wird ein Pumpenlaufrad für eine Pkw-Kühlflüssigkeitspumpe mit einer hohen Leistung. Damit können z. B. Fahrzeugkomponenten wie Batteriepakete von Hybridfahrzeugen gekühlt werden.

Eine Prämisse für die dafür konzipierte Turnkey-Anlage (Titelbild) war, möglichst alle Arbeitsschritte bis zum fertigen Endprodukt bei einer gleichzeitig hohen Autonomie durch Puffer zu automatisieren. Zur hohen Flexibilität der Anlage gehört aber auch, Bearbeitungsschritte manuell fahren und die beiden Bereiche Spritzgießen und Ultraschallschweißen entkoppeln zu können, damit Störungen in der Schweißzelle nicht zu einer Unterbrechung des Spritzgießzyklus führen.

NP Germany, 1851 gegründet und seit 2012 Mitglied der Clayens NP Group, und Arburg haben sich für die Integration einer vertikalen Spritzgießmaschine des Typs Allrounder 1500 T entschieden, weil die vertikale Arbeitsweise der Maschine gewährleistet, dass die verschiedenen Einlegeartikel positionsgenau im Werkzeug eingesetzt bleiben. Eine große Rolle spielt außerdem die Zykluszeit. Im Vergleich zum Horizontalkonzept konnte diese um über 6 s verkürzt werden. Trotz der verschiedenen Einlegeartikel kann durch den elektrischen Zwei-Stationen-Drehtisch, auf dem sich zwei identische Auswerferseiten mit jeweils vier Kavitäten befinden, wertvolle Zeit gespart werden, weil das Bestücken synchron zum Spritzgießzyklus abläuft.

Die vertikale Maschine ist die erste dieser Art, die bei NP Germany in den Produktionsprozess integriert wurde. Anfängliche Bedenken aufgrund der komplexen Handhabungsvorgänge konnten durch die Arbeit mit der Maschinensteuerung Selogica, deren Bedienoberfläche auch auf die Steuerung der drei im Prozess beteiligten Kuka-Sechsachsroboter implementiert wurde, schnell entkräftet werden. Die Ramp-up-Phase ist für die zweite Jahreshälfte 2021 vorgesehen.

Auf der Anlage entstehen zwei Versionen des Pumpenlaufrads aus PPS mit 40 % Glasfaseranteil. Diese unterscheiden sich durch die Länge der integrierten Magnete und Stanzpakete. Auf diese Weise wird das Produkt in zwei Leistungsklassen unterteilt. Für jede Version stehen zwei Heißkanal-Werkzeuge mit Nadelverschlussdüsen bereit. In jede der vier Kavitäten werden vor dem eigentlichen Zyklusbeginn auf der freien Drehtischseite eine Lagerbuchse und ein Rotorpaket eingelegt, in die zuvor jeweils sechs Magnete automatisch eingepresst wurden. Eine Besonderheit ist die Auswerferseite der Drei-Platten-Werkzeuge: Dort befinden sich neben den mechanischen Schiebern auch Auswerfer, die nach dem Schließen des Werkzeugs genutzt werden, um die Rotorpakete über einen Kernzug exakt zu positionieren.

Filigrane Taschen werden mit hoher Einspritzgeschwindigkeit durchströmt

Ein Sechsachsroboter entnimmt die Zulieferteile von einem Ladungsträger auf einem Trayserver und übergibt sie, bereits lagerichtig positioniert, in eine Vorwärmstation. Danach holt ein lineares Robot-System (Multilift V 30) die Rotorpakete aus der Aufheizstation ab (Bild 1). Zuvor wurden die Lagerbuchsen als Schüttgut aufgenommen. Am Zyklusende entnimmt der dreiachsige Roboter zuerst die Spritzteile vom Rundtisch und bestückt anschließend die Kavitäten mit den Einlegeteilen, die im nächsten Zyklus umspritzt werden. Da die Stanzpakete sehr filigrane Taschen aufweisen, durch die das Material fließen muss, um den unteren Deckel zu füllen, bedarf es dazu einer hohen Einspritzgeschwindigkeit. Nach dem Spritzgießprozess entnimmt das zweite Handlinggerät die Angussspinne.

Die entnommenen Bauteile werden an eine Kameraprüfstation übergeben, die die Oberseite auf Spritzfehler kontrolliert. Nun übernimmt der zweite Sechsachser die Teile und führt sie zu einer weiteren Kamerastation, um auch die Unterseite zu prüfen (Bild 2). Anschließend werden die vier Pumpenlaufräder auf einem Doppelschiebetisch abgelegt und verlassen die Anlage in Richtung Schweißzelle. Dort entnimmt der dritte Kuka-Roboter sie vom Doppelschiebetisch, ehe er Deckel abholt, die als Schüttgut über einen Rütteltopf bereitgestellt werden.

Die Deckel werden vor dem Abholen durch den Sechsachsroboter von einem dritten linearen Handlinggerät lagerichtig in Schweißposition gedreht. Bevor die Spritzteile an die Schweißstation übergeben werden (Bild 3), erfolgt die Entnahme der Fertigteile. Anschließend bestückt der Sechsachser die Schweißstation erneut und verpackt die Fertigteile auf einem Ladungsträger, der ebenfalls durch einen Trayserver bereitgestellt wird. Diese gehen dann direkt zum Kunden.

Neben der Tatsache, dass der Maschinenlieferant Arburg alle für die Turnkey-Anlage erforderlichen Komponenten mit bewährten Partnern bereitstellen konnte, schätzt NP Germany auch „die einheitliche Bedienung der Anlagen samt der gesamten Peripherie sowie den schnellen Support und die kooperative, lösungsorientierte Arbeitsweise von Arburg“, wie Benedikt Niglis hervorhebt.

Bild 1. Ein Multilift V legt die vorgewärmten Rotorpakete in die Auswerferseite des Werkzeugs ein und entnimmt die Fertigteile

Bild 2. Ein Sechsachsroboter führt die Spritzteile der Kameraprüfung (hinterer Bereich) und der Selektierung zu und legt die Gutteile ab (vorderer Bereich)

Bild 3. Die Übergabepunkte der Sechsachsroboter z. B. an der Ultraschall-Schweißanlage lassen sich beim Einrichten auch manuell anfahren

Auf die komplexe Turnkey-Anlage sind Benedikt Niglis, Head of Project (links), und Werksleiter Mario von der Heyde mehr als stolz

Andreas Armbruster ist Abteilungsleiter Automation & Turnkey Solutions der Arburg GmbH + Co KG, Loßburg.