KEM Konstruktion Systems Engineering 02.2018

KonradinMediengruppe

Themenschwerpunkte: Methoden, Tools sowie Anwendungen; KEM Porträt: Christian Sallach, Chief Digital Officer, Wago; KEM Perspektiven: Systems Engineering einführen - ein soziales Projekt

Das

Engineering

Magazin

02 2018

www.kem.de

Sonderausgabe Systems Engineering

Titelstory Seite 34

Innovation im Produkt

– Transparenz im Projekt

SE-Einführung ist

soziales Projekt

Methoden

Seite 26

Den Wandel

einplanen

Steuerungstechnik

Seite 44

Künstliche

Intelligenz

Anwendung

Seite 64

Im Gespräch | „Kundenschnittstelle steht im Fokus“

Christian Sallach, Chief Digital Officer, Wago-Gruppe – Seite 18

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 1


Industrie

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2 K|E|M Konstruktion Systems

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Engineering 02 2018


EDITORIAL

Systemdenken liefert

das entscheidende Plus

Keine Sorge – wenn an dieser Stelle von der Dieselthematik die Rede ist, soll es

nicht um diese an sich gehen. Aber an dieser Diskussion lässt sich sehr deutlich

erkennen, was passiert, wenn es nicht gelingt, Zusammenhänge im System greifbar

zu machen. So werden in der öffentlichen Auseinandersetzung um Schadstoffe

munter Begriffe wie Feinstaub und NO x -Emissionen fast gleichbedeutend verwendet,

was außer Acht lässt, dass weit mehr Quellen für Feinstaub existieren als

nur der Dieselmotor. Zudem führt die Konzentration auf das Thema NO x dazu, dass

die CO 2 -Emissionen völlig in den Hintergrund rutschen – ein klassisches Beispiel

dafür, wie die Lösung eines Problems andere verschärft. Warum? Weil es den

Beteiligten nicht gelingt, das System im Ganzen zu erfassen.

Zugegeben: Die Lösung der Dieselproblematik ist auch deswegen so komplex, weil

(zu?) viele Interessengruppen – neudeutsch Stakeholder – involviert sind. Das Interessante

daran ist, dass sich diese Situation mit der in der Produktentwicklung

vergleichen lässt. Vordergründig scheint hier eine Lösung einfacher zu sein, weil im

Sinne des Unternehmens alle an einem leistungsfähigen und innovativen Produkt

interessiert sind. Sind aber die Folgen eigener Entscheidungen (innerhalb einer

Fachdisziplin) nicht klar zu erkennen, kann die Umsetzung ebenfalls misslingen.

Klingt ‚banal‘ – aber genau hier liegt der Vorteil des Systems Engineering. Indem

das System greifbar wird, lassen sich Entscheidungen zugunsten des Gesamtsystems

treffen. Letztlich zum Wohle aller ‚Stakeholder‘ – was möglicherweise auch

in der Dieseldiskussion zu einem sinnvollen Ergebnis führen könnte.

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„Die Basics des Systems Engineering sind beinahe banal – aber mit ihnen wird die

Zusammenarbeit elegant, schlank und wirksam auf eine neue Stufe gehoben“, sagt

auch Dr.-Ing. Christian Tschirner, der vom Fraunhofer IEM kommend nun einer der

Geschäftsführer von Two Pillars ist. Das Unternehmen bietet das in Japan bewährte

SE-Tool iQuavis nun auch in Deutschland an und betont, dass dies den Einsatz des

System Engineering deutlich vereinfacht (siehe Titelstory ab S. 34). Das macht das

Tool für KMU interessant, obwohl der ‚soziale Aspekt‘ des SE nicht vernachlässigt

werden sollte, wie das Beispiel Miele zeigt (siehe KEM Perspektiven ab S. 26,

weitere Details zum Beispiel des Hausgeräteherstellers lieferte zudem unser

Bericht in KEM Systems Engineering 02/2017, S. 28ff).

Dipl.-Ing. Michael Corban

Chefredakteur KEM Systems Engineering

michael.corban@konradin.de

Tel. +49 8542 1680

www.micro-epsilon.de/tim

Besuchen Sie uns

Besuchen Sie uns

electronica / München

SPS/IPC/Drives

Halle A3 / Stand 462

Halle 7A / Stand 130


Inhalt

Sonderausgabe Systems Engineering

02 2018

TITELSTORY

Innovation im Produkt

– Transparenz im Projekt

18

Das aus Japan stammende Tool iQuavis wird nun im

deutschsprachigen Raum vom neu gegründeten Unternehmen

Two Pillars angeboten. Es verändert grundlegend

die Art und Weise, wie in der Produktentwicklung

zusammengearbeitet wird.

Bild: Phoenix Contact

Bild: Wago

Christian Sallach, Chief Digital Officer, erläutert die

Strategie der Wago-Gruppe. Diese setzt einen klaren

strategischen Fokus auf die digitale Transformation.

44

Phoenix Contact hat eine Steuerung entwickelt, die aufgrund

offener Schnittstellen und standardisierter APIs auch zukünftige

Technologien und Protokolle unterstützten kann.

Menschen und Unternehmen

Meldungen

Kaspersky-Analyse zu Fernwartungssoftware .................................. 6

Dinko Eror von Dell EMC zu ethischen Grenzen .............................. 8

Forscher am inIT entwickeln einheitliche Architektur ..................... 10

Aus dem MES D.A.CH Verband

MES bringen die digitale Transformation voran .............................. 11

Veranstaltungen/Publikationen

Das Berufsbild des Ingenieurs in der Digitalen Transformation ...... 12

Comsol Konferenzen 2018 und Vorteile für Studenten ................... 13

Best Practices für Industrie 4.0 und das Internet of Things ........... 14

Köpfe des Systems Engineerings

Two Pillars entwickelt erweiterten

Ansatz für das Model-based Systems Engineering ........................ 16

KEM Konstruktion Porträt

Christian Sallach, Chief Digital Officer, Wago

„Wir stellen die Weichen für die digitale Zukunft“ ......................... 18

Systems Engineering im Fokus

GfSE e.V. veranstaltet EMEA-Systems-Engineering-Konferenz ..... 22

it´s OWL treibt die digitale Transformation voran ........................... 24

Methoden

KEM Konstruktion Perspektiven

Systems Engineering einführen – ein soziales Projekt

Experten zur Entwicklung und Implementierung

eines unternehmensweiten System-Engineering-Konzepts .......... 26

Bild: ustas/Fotolia.com

64

Längst ist der Einsatz von Künstlicher Intelligenz in der Produktion

keine Zukunftsmusik mehr. Sie kommt auf unterschiedlichen Ebenen

und für verschiedene Aufgaben in Betracht, wie Anwenderbeispiele

von IBM zeigen.

Hardware in the Loop

Hella und Fraunhofer IEM bauen

Hardware-in-the-Loop-Prüfstand für Prototypen ............................ 30

FMEA

Herausforderungen im Qualitäts- und Risikomanagement ............ 32

Tools

Titelstory

SE-Tool iQuavis: Mehr Schub für

Innovations- und Entwicklungsprozesse ........................................ 34

4 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


Industrie

Tools

Zusammenarbeit/E-CAE

Wenn zwei miteinander „reden“ .......................................... 39

Anlagen-Engineering wie aus einer Feder ............................ 42

Anwendungen

Steuerungstechnik

Heute den Wandel von Morgen einplanen ............................ 44

Sensorsysteme

Das Dual-Channel-Prinzip von Leuze Electronic .................... 48

Mechatronische Komponenten

Beliebig miteinander kombinierbare Mechatronikmodule ..... 50

Kommunikation/Security

Akzeptanz für das Internet des Vertrauens ........................... 52

Airbus unterstützt bei Cyber-Security .................................... 54

Per Blockchain Supply-Chain-Prozesse optimieren ............... 56

Manufacturing Execution Systems (MES)

Ein Digitaler Zwilling wirft seinen Schatten ........................... 58

Industrie 4.0

Intelligenter durch Sensoren ................................................. 60

Auf dem Weg zu einer neuen Weltanschauung .................... 62

Künstliche Intelligenz

Anwenderbeispiele zeigen die Verbreitung in der Produktion .. 64

Rubriken

34

Editorial ................................................................................... 3

Wir berichten über ................................................................ 10

Cartoon ................................................................................. 67

Vorschau ............................................................................... 67

Inserentenverzeichnis ........................................................... 67

Impressum ............................................................................ 67

Bild: Two Pillars/team::mt/Konradin Mediengruppe

Das

Kompetenz-

Netzwerk

der Industrie

18 Medienmarken für alle wichtigen

Branchen der Industrie

Information, Inspiration und Vernetzung

für Fach- und Führungskräfte in der Industrie

Praxiswissen über alle Kanäle:

Fachzeitschriften, Websites, Events,

Newsletter, Whitepaper, Webinare

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und Ihre Branche:

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media.industrie.de K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 5


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

MELDUNGEN

Kaspersky-Analyse zu Fernwartungssoftware

Gefahr für industrielle Netzwerke

Legitime Fernwartungssoftware – Remote Administration Tools (RAT) – kann

ernstes Gefährdungspotenzial für industrielle Netzwerke darstellen.

Bild: momius/fotolia.com

Laut einer aktuellen Untersuchung von Kaspersky

Lab sind RATs weltweit auf 31,6 %

der Rechner industrieller Kontrollsysteme

(ICS) installiert – in Deutschland (35,1 %), der

Schweiz (33,2 %) und Österreich (32,7 %)

sogar noch häufiger. Das Problem: Dass die

Fernwartungssoftware im eigenen Netzwerk

aktiv ist, wird von den Sicherheitsteams der

betroffenen Organisationen oft erst bemerkt,

wenn Cyberkriminelle diese zur Installation

von Malware, Ransomware oder Kryptominern

nutzen oder sich damit Zugriff auf Informationen

beziehungsweise finanzielle Ressourcen

des betroffenen Unternehmens verschaffen.

RATs sind legitime Softwaretools,

mit denen Dritte aus der Ferne Zugriff auf

einen Rechner erlangen können. Sie bieten

Mitarbeitern einen ressourcensparenden

Zugang ins Unternehmensnetzwerk, können

allerdings auch von Cyberkriminellen für den

Kaspersky Lab ICS CERT rät Unternehmen, alle in ihrem Netz verwendeten Anwendungen und Tools zur

Fernwartung zu überprüfen

unerlaubten Zugriff auf damit ausgestattete

Rechner genutzt werden. RATs werden

beispielsweise in SCADA-Systemen oder

HMIs von Arbeitsplatzrechnern zur Steuerung

industrieller Prozesse eingesetzt. Weltweit

wird etwa jede fünfte Fernwartungssoftware

automatisch zusammen mit der ICS-

Software installiert. Dies führt zu einer mangelnden

Sichtbarkeit für Systemadministratoren

und macht RATs damit umso attraktiver

für Angreifer. Die größte Gefahr durch sie

besteht darin, dass erweiterte Systemrechte

erlangt werden können. Dies kann in der

unbegrenzten Kontrolle über ein Industrieunternehmen

resultieren und damit zu massiven

finanziellen Verlusten bis hin zu physischen

Schäden führen. Bei den Angriffen

handelt es sich häufig um standardmäßige

Brute-Force-Attacken, bei denen das Passwort

durch Ausprobieren sämtlicher Zeichenkombinationen

ermittelt wird. Neben dieser

Methode könnten Angreifer jedoch auch

Schwachstellen in der RAT-Software ausnutzen.

Das Kaspersky Lab ICS CERT rät Unternehmen

deshalb, alle in ihrem Netz verwendeten

Anwendungen und Tools zur Fernwartung

zu überprüfen. Den vollständigen Bericht

„Threats posed by using RATs in ICS”

von Kaspersky Lab ICS CERT finden Sie auf

der Unternehmenshomepage.

ik

ics-cert.kaspersky.com

Riverbed-Technology-Studie zu digitalen Services und Apps

Kritische Anwendungen fallen mehrmals im Monat aus

Die Digital Performance Company hat die

Ergebnisse ihrer Digital Performance Global

Survey 2018 veröffentlicht. Für die Studie

wurden über 1000 Entscheidungsträger aus

Deutschland, USA, Großbritannien, Brasilien,

Frankreich, China, Australien, Indien und Singapur

befragt, die in einem Unternehmen mit

einem Umsatz von 500 Mio. US-Dollar oder

mehr arbeiten. Zentrale Ergebnisse: 99 %

der befragten Personen und alle deutschen

Teilnehmer sind der Meinung, dass eine optimierte

Digital Experience essenziell für den

Geschäftserfolg ist. Zudem sind sich 98 %

aller Befragten einig, dass digitale Services,

Apps, etc. in Zukunft geschäftskritische Komponenten

sein werden. Zugleich sehen 95 %

dieser Entscheider (in Deutschland 91 %)

große Hürden, wie beschränkte Budgets,

Legacy-Netzwerke oder mangelnde Transparenz,

die sie daran hindern, Digitalstrategien

umzusetzen und die heute erforderliche Performance

sowie Kundenerfahrung sicherzustellen.

Zudem geben 80 % der Befragten

weltweit – in Deutschland sogar 84 % – an,

dass kritische Services und Anwendungen

mehrmals im Monat ausfallen. „Unsere Studie

zeigt einerseits die erheblichen Möglichkeiten,

die eine maximierte digitale Performance

für Nutzerfahrung und Geschäftserfolg

haben kann. Andererseits unterstreicht

sie die erheblichen Herausforderungen, mit

denen Unternehmen heute zu kämpfen

haben“, erklärt Subbu Iyer, CMO bei Riverbed

Technology.

ik

www.riverbed.com

6 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


MELDUNGEN

MENSCHEN & UNTERNEHMEN

Systems Engineering – Anwendung in der industriellen Entwicklung

Ganzheitliches Vorgehen bei der Produkt-Entwicklung

Bild: fotohansel/fotolia.com

Vom 19. bis zum 20. Februar 2018 veranstaltet

die Technische Akademie Esslingen in

Ostfildern ein Seminar zum Thema Systems

Engineering – Anwendung in der industri -

ellen Entwicklung: Kennen Sie die Kern -

elemente einer ganzheitlichen Vorgehensweise,

die in vielen Bereichen der Technik

schon erfolgreich eingesetzt wurden? Sie

unterstützt Spezialisten bei der disziplinübergreifenden

Zusammenarbeit. Systems Engineering

bietet die Methoden und Vorgehensweisen,

die zur Realisierung erfolgreicher

Systeme erforderlich sind – vom autonomen

Fahren bis zur sicheren Küchenmaschine.

Es umfasst alle Aktivitäten von der Ermittlung

der notwendigen Anforderungen über

Architektur und Design, Produktion und

Erprobung, Betrieb und Wartung bis hin zur

Entsorgung. Erlernen Sie das ganzheitliche

Vorgehen bei der Entwicklung von Produkten

und Dienstleitungen.

www.tae.de/35244

Weitere Seminare aus dem Themenbereich

Maschinenbau, Produktion und Fahrzeugtechnik

finden Sie unter:

hier.pro/xkEgy

Start des Kompetenzprogramms für industrielle Software

AWS Transformation Day 2018

Land und Industrie stellen Fördermittel zur Verfügung

Konkrete Herausforderungen lösen

Bild: Amazon Web Services

Am 18. September hat der AWS

Transformation Day 2018 Munich

stattgefunden. In seinem Rahmen

hat Klaus Bürg, General

Manager für AWS in der DACH-

Region, den Start des AWS-

Kompetenzprogramms für industrielle

Software (AWS Industrial

Software Competency Program)

bekannt gegeben. Das Kompe-

Klaus Bürg, General Manager für

AWS in der DACH-Region

tenzprogramm soll die besten

Partnerlösungen für eine durchgängige

Industrial Software Toolchain

aus dem AWS Partner Network

(APN) hervorheben und

Kunden bei der Auswahl der richtigen

Partner unterstützen. Erste

Eindrücke aus Kundenberichten

von APN-Partnern wie Siemens

Teamcenter, Gräbert GmbH,

ZeroLight, Cadence und Actyx

werden unter hier.pro/vG4iy in

einem englischsprachigen Blog

zusammengefasst. Außerdem

konnten sich am Transformation

Day über 1000 Teilnehmer vor

Ort zur Frage informieren, wie

die Cloud die Transformation von

Unternehmen vorantreiben kann.

Führungskräfte der Wirtschaft

und Technologie-Entscheider hatten

dabei Gelegenheit, mögliche

Vorteile der Cloud zu erkunden

und Ihre Fragen rund um

Kosten, Compliance, Daten -

sicherheit, Enterprise Appli -

cations oder Innovationskultur zu

stellen.

ik

www.aws.amazon.com

Das Technologie-Netzwerk it‘s

OWL startet ab Herbst weitere

Projekte. Darin entwickeln Unternehmen

und Forschungseinrichtungen

Ansätze in den Bereichen

Künstliche Intelligenz, Digitale

Plattformen, Digitaler Zwilling

und Arbeitswelt der Zukunft. Darüber

hinaus können sich Unternehmen

für Transferprojekte bewerben,

in denen sie gemeinsam

mit einer Forschungseinrichtung

konkrete Herausforderungen

der digitalen Transformation

lösen. Das Land NRW stellt für

Projekte Fördermittel im Umfang

von 50 Mio. Euro zur Verfügung,

mindestens die gleiche Summe

kommt aus der Industrie. Insgesamt

sollen im Spitzencluster bis

2022 Projekte im Umfang von

200 Mio. Euro umgesetzt werden.

Die 24 Kernunternehmen

und sechs Hochschulen des

Netzwerks haben bereits fünf

Projekte in den oben genannten

Themenfeldern entwickelt. Dabei

geht es beispielsweise um

maschinelles Lernen in der Produktion:

Das Ziel ist, dass Maschinen

und Anlagen nicht nur

Bringen die Zukunft von it‘s OWL auf den

Weg: Prof. Dr. Ingeborg Schramm-Wölk,

Präsidentin der FH Bielefeld und Vorsitzende

Campus OWL, Günter Korder,

Geschäftsführer it‘s OWL Clustermanagement,

Regierungspräsidentin Marianne

Thomann-Stahl, Herbert Weber, Geschäftsführer

it‘s OWL Clustermanagement,

Prof. Dr. Jürgen Gausemeier, Vorsitzender

Clusterboard it‘s OWL, Dr. Stefan

Breit, Geschäftsführer Miele, sowie Prof.

Dr. Roman Dumitrescu, Geschäftsführer

it‘s OWL (v.l.) Bild: it´s OWL Clustermanagement

auf einprogrammierte Muster

reagieren, sondern aus Erfahrungen

lernen. Sechs Unternehmen

– darunter Miele – und vier Forschungseinrichtungen

wollen dafür

neue Methoden entwickeln

und auf einer Plattform für weitere

Unternehmen verfügbar machen.

ik

www.its-owl.de

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 7


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

MELDUNGEN

Dinko Eror von Dell EMC

Die Selbstverpflichtung der Industrie reicht nicht aus

Innovation ist wichtig, aber kein Selbstzweck.

Deshalb sollten sich Unternehmen und Wissenschaftler

ethische Grenzen setzen und

notfalls müssen die Gesetzgeber nachhelfen,

sagt Dinko Eror, Senior Vice President and

Managing Director von Dell EMC in Deutschland.

Demnach sollte nicht alles, was technisch

möglich ist, auch erlaubt sein. Gerade

im Umfeld der Künstlichen Intelligenz (KI) sei

eine Diskussion entstanden, die stark an die

Kritik der ersten Atombombe erinnert: Viele

Menschen fürchten eine Entwicklung, die

unumkehrbar ist und weitreichende Gefahren

birgt und auch viele KI-Forscher betrachten

solche Entwicklungen selbst mit besonderer

Skepsis – tausende von ihnen haben

deshalb eine freiwillige Selbstverpflichtung

unterschrieben, nicht an autonomen Waffensystemen

zu forschen. Gefahr kommt aber

auch aus ganz anderen Bereichen: „Mit KI,

künstlichen neuronalen Netzen und erschreckend

wenig Aufwand können mittlerweile

beispielsweise mit sogar kostenlosen Apps

täuschend echte Fake-Bilder und -Videos hergestellt

werden. Nicht auszudenken, was

passiert, wenn durch ein Fake-Video eines

Fake-Politikers ein Krieg entsteht“, gibt Dinko

Eror zu bedenken. Ist die Selbstverpflichtung

von Industrie und Forschung also der richtige

Bild: Dell EMC

Weg, um ethische Innovationen – auch fernab

von KI – sicherzustellen? „Nein. Die Wirtschaftsgeschichte

hat gezeigt: Die Selbstverpflichtung

von Industrie und Forschung führt

nicht zu ethischen Innovationen“, erklärt Eror.

„Sei es beim Dieselskandal, dem Rauchverbot,

der Frauenquote oder der Nahrungs -

mitteltransparenz. Mögliche Absatzvorteile

haben Unternehmen immer höher bewertet

als ethisches Handeln. Ich bin mir sehr sicher,

dass das auch in Zukunft so bleiben wird.“

Eine gesetzliche Regulierung sei deshalb

unabdingbar. „Die angekündigte Strategie

„Die Selbstverpflichtung

von

Industrie und

Forschung

führt nicht

zu ethischen

Innovationen.“

Dinko Eror, Senior Vice President

and Managing Director von Dell

EMC in Deutschland

der Bundesregierung zur Künstlichen Intelligenz

kommt zwar sehr spät, berücksichtigt

aber Datenschutz und Informationssicherheit

und betont an vielen Stellen die Notwendigkeit

von ethischen Standards, das ist sehr zu

begrüßen“, erklärt Eror. Auch die EU hat kürzlich

ein KI-Maßnahmenpapier angekündigt, in

dem ethische Rahmenbedingungen im Vordergrund

stehen. Die Frage bleibt, ob auch

andere Regierungen ein Interesse daran

haben, sich in diesem Sinne selbst einzuschränken.

ik

www.dellemc.com

HOUSE OF

MECHATRONICS

Besuchen Sie uns auf der SPS IPC Drives, Halle 6, Stand 210

8 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


MELDUNGEN

MENSCHEN & UNTERNEHMEN

Prostep-Ivip-Symposium 2018

Die wichtige Rolle der IT

Fraunhofer IOSB und UTT kooperieren

Deutsch-französische Zusammenarbeit

Rund 700 Experten aus 17 Ländern haben sich

im April auf dem Prostep-Ivip-Symposium in

München zu Lösungen und Erfahrungen rund

um die digitale Transformation von Produkten

und Prozessen ausgetauscht. Es wurde aufgezeigt,

wie die Digitalisierung voranschreitet

und wie wichtig die Rolle der IT dabei ist. Im

Fokus standen flexible und intelligente Systeme

sowie automatische Prozesse. Ein Trend,

den beispielsweise Invenio VT mit der VT-

DMU-Strategie bereits seit Jahren verfolgt.

Am Stand des Unternehmens konnten sich

Besucher unter anderem zur aktuellen Lösung

für statische Außen- und Innenhüllen aus dem

Software-Baukasten VT-DMU informieren. Das

nächste Prostep-Ivip-Symposium findet vom

9. bis zum 10. April 2019 unter dem Titel „Collaboration

in the Age of Smart Products and

Services“ im ICS in Stuttgart statt.

ik

www.invenio.net

Die einzelnen

Bausteine der

Technologie

VT-DMU können

legoartig kombiniert

werden

Bild: Invenio

Mit grenzüberschreitenden Projekten die Forschung,

den Technologietransfer und vor

allem die Digitalisierung der Industrie voranbringen:

Mit dieser Zielsetzung haben das

Karlsruher Fraunhofer-Institut für Optronik,

Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

und die Technische Universität aus dem französischen

Troyes (UTT) bei der im Mai durchgeführten

Konferenz IWOLIA 2018 einen

Kooperationsvertrag unterzeichnet. „Wir wollen

Studierende austauschen, gemeinsame

Forschungsprojekte angehen und gegenseitig

bei Weiterbildungsangeboten mitwirken“,

erklärt Dr.-Ing. Thomas Usländer, Abteilungsleiter

am Fraunhofer IOSB und einer der Leiter

der Konferenz dazu. Das Abkommen

betrifft auch die seit 2010 jährlich stattfindende

IWOLIA-Konferenz (Internationaler Workshop

zu Optimierung in Logistik und industriellen

Anwendungen). In früheren Jahren

ein reines UTT-Projekt, fand sie 2018 erstmals

in Karlsruhe statt und soll nun als

Kooperationsprojekt weitergeführt werden.

UTT-Professor Farouk Yalaoui, der zweite Konferenzleiter,

hob hervor, dass es dabei nicht

nur um die Überwindung von Ländergrenzen

geht: Ebenso gelte es, Industrie und akademische

Forschung miteinander ins Gespräch

Dr.-Ing. Thomas Usländer moderierte die

IWOLIA-Konferenz

Bild: Fraunhofer IOSB

zu bringen, beide könnten viel voneinander

lernen. Thomas Usländer liegt neben dem

inhaltlichen Austausch allerdings auch die

politische Dimension am Herzen. „Die Kernbotschaft

ist: Wir möchten Menschen und

Gemeinschaften zusammenbringen, nicht

auf Ebene der Staaten und Hauptstädte, sondern

auf Ebene der Regionen.“

ik

www.iosb.fraunhofer.de

Mechatronisches Engineering

durch interdisziplinäres Teamwork

Syngineer – Die Lösung für effiziente Kommunikation zwischen Mechanik,

Elektro-/Steuerungstechnik (ECAD/CAx) und IT/Software.

Schnellere Prozesse – steigende Anzahl an Projekten im Jahr

Geringere Fehlerquote – Reduzierung von Nacharbeiten

Einhalten von Lieferterminen

www.syngineer.de

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 9


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

MELDUNGEN

Forscher am inIT entwickeln einheitliche Architektur

Maschinenoptimierung durch Big Data

Rasante Änderungen auf den globalen Märkten,

steigende Variantenvielfalt und Produktkomplexität

sowie erhöhte Softwareanforderungen

lassen herkömmliche Produktionsanlagen

schnell an ihre Grenzen stoßen. Ressourcen

könnten gespart werden, indem die

Produktionsanlagen durch die Analyse von

Daten Fehler erkennen und sich selbstständig

optimieren – doch die Integration geeigneter

Lösungen in den Unternehmen scheitert

oft. Die benötigten Technologien sind

anwendungsspezifisch und mit einem hohen

Aufwand für die Umsetzung verbunden. Forscher

am Institut für industrielle Informa -

tionstechnik (inIT) der Hochschule OWL

möchten Abhilfe schaffen – durch eine Refe-

Auftakt-Projekttreffen:

Vertreter der beteiligten

Forschungsinstitute und

Unternehmen trafen sich

am 11. September 2018

in Lemgo

renzarchitektur soll eine einfache und kostengünstige

Umsetzung dieser Technologien ermöglicht

werden. Das Bildungsministerium

für Bildung und Forschung ist vom Ansatz

überzeugt und fördert die Lemgoer mit einer

halben Million Euro. „Es gibt bereits viele

Beispiele für eine erfolgreiche Integration

von künstlicher Intelligenz in Produktionsanlagen,

doch der Aufwand für die Integration

dieser Technologien ist zu hoch und meist

nicht umsetzbar“, schildert KOARCH-Projektleiter

Professor Dr. Oliver Niggemann vom

inIT das Problem. KOARCH (Kognitive Architektur

für Cyber-physische Produktionssysteme

und Industrie 4.0) möchte den manuellen

Aufwand verringern und Technologien der

künstlichen Intelligenz in die Breite tragen. ik

www.ciit-owl.de

Bild: Centrum Industrial IT (CIIT)

Eine neue Wirtschaftsordnung als Folge der Digitalisierung

Die Menschheit befindet sich im Umbruch

Übernehmen bald die Roboter? Hat die

Menschheit noch eine Zukunft? Und was hat

das mit der Ausbreitung des Populismus zu

tun? Der Amtsantritt von US-Präsident

Donald Trump, die Abstimmung für den Brexit

und die Abschaffung demokratischer

Grundregeln in Ungarn, Polen und der Türkei

haben nach Meinung von Ulrich Sendler

eines gemeinsam: „Die aktuellen Angriffe auf

die demokratischen Freiheiten kamen nicht

durch einen Militärputsch, sondern durch

demokratische Abstimmungen zustande.“

Der Autor des bei Springer erschienenen

Sachbuchs „Das Gespinst der Digitalisierung“

vermutet, dass dieses Bröckeln

gedachter demokratischer Gewissheiten etwas

mit einer allgemeinen Entwicklung in

der Welt zu tun hat, die einem großen Teil der

Menschheit Angst macht: mit der globalen

Digitalisierung, der digitalen Vernetzung und

dem Eindringen künstlicher Intelligenz in

scheinbar jede Ritze unseres menschlichen

Lebens. Ulrich Sendler ist seit mehr als drei

Jahrzehnten als Fachjournalist, Technologie -

analyst und Autor rund um die Digitalisierung

der Industrie tätig. Sein Buch Industrie 4.0

wurde in China ein Bestseller und ab Seite 62

dieser Ausgabe bietet er selbst auch einen

tieferen Einblick in sein neues Buch. ik

www.springer.com

Wir berichten über

Airbus CyberSecurity ................. 54

Amazon Web Services ................ 7

Aucotec ..................................... 42

Audi ........................................... 22

B&R ........................................... 11

Centrum Industrial IT ................. 10

Cideon ....................................... 39

Claas .......................................... 22

Comsol ...................................... 13

ContiTech Air Spring Systems .... 11

Dassault Systèmes .............. 22, 25

DE Software & Control .............. 11

Dell EMC ..................................... 8

Drafz Consulting ........................ 42

EFRE.NRW ................................ 30

Eplan ................................... 39, 41

Festo ......................................... 41

Fraunhofer IEM .. 16, 25, 26, 30, 34

Fraunhofer IOSB .......................... 9

GfSE .................................... 22, 25

Grundfos A/S ............................. 22

Heinz-Nixdorf-Institut ................. 30

Hella .......................................... 30

HIR ............................................. 11

Hochschule OWL ....................... 10

IBM ........................................... 64

IDC ............................................ 64

IEEE ........................................... 22

IGZ Ingenieurgesellschaft .......... 11

INCOSE ..................................... 22

Industrie Informatik .................... 11

Invenio VT .................................... 9

ISID ...................................... 16, 34

it’s OWL ................................. 7, 24

Kaspersky Lab ICS ...................... 6

Lenze ................................... 24, 41

Leuze electronic ........................ 48

Lockheed Martin ....................... 22

MES D.A.CH Verband ................ 11

Miele ................................... 24, 26

Mitsubishi .................................. 64

Netscout .................................... 56

NXP Semiconductors ................ 52

OPC Foundation ......................... 11

Orbis .......................................... 11

OWL Maschinenbau .................. 25

OWL ViProSim ........................... 25

Phoenix Contact .................. 24, 44

Pickert & Partner ........................ 11

Plato .......................................... 32

Prozesswerk .............................. 22

Riverbed ...................................... 6

Robodev .................................... 50

SIM-ERP .................................... 11

Stevens

Institute of Technology ............... 22

Tebis .......................................... 58

Technische Akademie

Esslingen ................................ 7, 14

Technische Universität Troyes ...... 9

Thyssenkrupp Marine Systems .. 22

Toyota ........................................ 34

TU Dortmund ............................ 30

Tünkers Maschinenbau ............. 60

Two Pillars ............................ 16, 34

Universitätsklinikum Essen ....... 22

VDI Wissensforum ..................... 12

Volkswagen ............................... 12

Wago ......................................... 18

Wieland-Werke ........................ 119

10 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


AUS DEM

MENSCHEN & UNTERNEHMEN

MES D.A.CH Verband veranstaltet siebte Anwendertagung ‚MES im Focus‘

MES bringen die

digitale Transformation voran

Manufacturing Execution Systems (MES) verbinden die Automatisierungs- mit der Unternehmensleitebene

und sind damit wesentlicher Treiber einer durchgängigen vertikalen Integration und der digitalen

Transformation in Unternehmen. Am 6. und 7. Dezember 2018 findet die Neuauflage des Techno -

logie- und Anwenderkongresses ‚MES im Fokus‘ statt, die vom MES D.A.CH Verband veranstaltet wird.

Sie richtet sich an Anwender von Manufacturing Execution Systems in der fertigenden Industrie.

Ronald Heinze, 3. Vorstand MES D.A.CH Verband e.V.

Bei der Digitalisierung geht es für Anwender darum, interne

Wertschöpfungsprozesse ganzheitlich zu optimieren. Eine wesentliche

Aufgabe dafür besteht darin, mit integrierten und durchgängigen

Digitalisierungslösungen basierend auf MES-Lösungen einen

schrittweisen Einstieg in die vernetzte Produktion zu ermöglichen.

MES verbindet Menschen im Unternehmen und vernetzt verschiedene

Disziplinen zum Nutzen einer höheren Produktivität. Dies

gilt umso mehr im Zusammenhang mit Industrie 4.0 sowie im Spannungsfeld

der digitalen Transformation: In der intelligenten, vollständig

vernetzten Fabrik wächst die Bedeutung von MES als Datendrehscheibe

signifikant.

Die siebente Fachtagung ‚MES im Fokus‘ findet in Eggelsberg in

Österreich statt. Gastgeber ist die B&R Industrial Automation

GmbH, einer der führenden Hersteller von Automatisierungssystemen,

der bereits zum zweiten Mal mit Freude diese Rolle übernimmt.

Anwender können sich auf dieser kompakten und erfolgreich

bewährten Plattform ein Bild von dem hohen Anwendernutzen

machen, der sich mit MES-Lösungen in der modernen Fertigung erzielen

lässt.

Praxisnahes Veranstaltungsprogramm

Viele anwenderbezogene Vorträge zeigen die neusten Trends und

bereits erfolgreich realisierte Lösungen aus den Bereichen MES und

Industrie 4.0/IIoT. Zum Beispiel berichtet Wolfgang Haginher von der

Industrie Informatik GmbH über Traceability als Nebenprodukt der

Prozessintegration. Stefan Hoppe von der OPC Foundation gibt einen

Überblick über Secured Industrial Interoperability mit OPC UA.

Dr. Harald Hoff von der HIR GmbH vermittelt Durchblick bei IIoT und

Ernst-August Stehr von der SIM-ERP GmbH nennt die Erfolgsfaktoren

für MES. Rene Blaschke, B&R Industrial Automation, berichtet

über Industrial IoT für Bestandsanlagen. Aus Anwendersicht referiert

Evelyn Volz, Wieland-Werke AG, über die Herausforderungen

bei der MES-Einführung in einem mittelständischen Unternehmen.

Für Ismail Söyleyici von der Pickert & Partner GmbH ist die Null-Fehler-Produktion

das erklärte Ziel. Gerhard Eichner von der DE Software

& Control GmbH fokussiert sich auf Assistenzsysteme als

neues Werkzeug in der Produktion und Erich Übelmesser, IGZ Ingenieurgesellschaft

mbH, spricht über SAP ME bei ContiTech Air

Spring Systems. Dennis Jetter stellt MES in den Kontext zu Industrie

4.0. Franz Wilhelm von der Orbis AG berichtet über die Smart

Factory mit der Software Orbis MES.

Bild: MES D.A.CH Verband e.V.

Am 25. und 26. Januar 2018 veranstaltete der MES D.A.CH Verband die

sechste Fachtagung ‘MES im Fokus’. 65 Anwender informierten sich an

den beiden Tagen über Trends zu MES, Digitalisierung und Industrie 4.0

Ein Highlight am ersten Veranstaltungstag ist die Werksführung bei

B&R. Die Führung im B&R-Stammhaus in Eggelsberg bietet den

Teilnehmern einen Einblick, wie die Fertigung des Automatisierungsspezialisten

gesteuert und organisiert ist. Geboten werden

den Kunden Individualisierungsmöglichkeiten mit hohen Qualitätsansprüchen

und Zuverlässigkeit bis hin zur Stückzahl Losgröße 1.

Dieser Anspruch wird mit moderner Produktionstechnik und innovativer

Prozesssteuerung ermöglicht. Beispiele sind die Leiterplattenbestückung

und Prüfung sowie die robotergestützte Assemblierung

der Bauteile. Die automatisierte Prozesskette der Fertigung reicht

dabei vom Einlagern der Bauteile bis zum vollautomatisierten Hochregallager

für den Versand an die Kunden.

Mit ‚MES im Fokus‘ veranstaltet der MES D.A.CH Verband nun bereits

zum siebenten Mal seinen Technologie- und Anwenderkongress,

der ein Muss ist für alle, die sich ein Bild machen wollen von

dem hohen Anwendernutzen, der sich mit MES-Lösungen in der

modernen Fertigung erzielen lässt. Nicht zu vergessen ist, dass sich

neben dem umfangreichen Rahmenprogramm der Veranstaltung

die Möglichkeit des Erfahrungsaustauschs mit vielen anderen MES-

Anwendern und -Herstellern bietet: Die MES-Community trifft sich

in Salzburg.

eve

www.mes-dach.de

Zur Anmeldung zur Fachtagung:

hier.pro/weAL0

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 11


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

VERANSTALTUNGEN/PUBLIKATIONEN

Das künftige Berufsbild des Ingenieurs in der Digitalen Transformation

„Das Berufsbild des Ingenieurs hat Zukunft“

Falk Bothe ist Director Digital Transformation Office bei Volkswagen. Als einer der Keynote-Sprecher wird

er auf der #nwing – dem New Work Event für Ingenieure des VDI Wissensforums – am 07. und 08.11.2018

in Düsseldorf über Transformationsprozesse in Unternehmen und das zukünftige Berufsbild des Ingenieurs

sprechen. Im Interview hat er dem VDI Wissensforum bereits vorab einige Fragen beantwortet.

VDI Wissensforum: Der Dipl.-Ing. ist ein deutsches Erfolgs -

modell. Welche Bedeutung wird das Berufsbild des Ingenieurs

in Zukunft noch haben?

Falk Bothe: Es steht außer Frage, dass wir uns aktuell in einem nachhaltigen

Veränderungsprozess befinden. Data Science, künstliche

Intelligenz, Quantencomputer, neue Arbeit – die Ingenieurs-Genera -

tion, die heute in die Arbeitswelt einsteigt, wächst in einer völlig

anderen Umgebung als vor 10 oder 20 Jahren auf. Die digitale Transformation

ist die größte Führungsherausforderung, die wir momentan

haben. Die Mechanismen und Gewohnheiten der Vergangenheit

werden nicht helfen, in der digitalen Landschaft zu überleben. Daher

ist Leadership auf allen Ebenen der Organisation erforderlich, vom

einzelnen Mitarbeitern bis zu Teams, vom Lehrling am ersten Tag bis

zum Vorstandsmitglied und CEO. Das Berufsbild des Ingenieurs hat

noch sehr viel Zukunft – allerdings unter gänzlich neuen Vorzeichen.

VDI Wissensforum: Wird also der Mensch in vielen Arbeits -

bereichen und Prozessschritten überflüssig werden?

Bothe: Das trifft zumindest in gewisser Weise auf einige Aufgabenbereiche

zu. Die Ressourcenverwaltung und Zuteilung von Kapazitäten

zum Beispiel sind Aufgaben, die in sinnvoller Weise von der

Technik übernommen werden können. Konkret auf den Ingenieur

bezogen bedeutet das: Den Entwickler oder Konstrukteur, der im

stillen Kämmerlein arbeitet, wird es in Zukunft viel weniger geben.

Auch Ingenieure werden viel stärker im Kundenkontakt stehen und

mit ihnen zu interagieren haben – das bedeutet einen Lernprozess.

Auch die klassischen Abteilungen von heute wird es immer weniger

Die Digitalisierung

des Dipl.-Ing.

PLUS

Hat das Erfolgsmodell des „Dipl.-Ing.“ noch eine Zukunft? Und wenn

ja, wie sieht sie aus, welche neuen Anforderungen stellt sie an die

rund 1,5 Millionen Ingenieure, die in deutschen Unternehmen tätig

sind? Antworten gibt es auf der #nwing, dem New Work Event für

Ingenieure. Gastgeber der Tagung mit angeschlossener Ausstellung

am 7. und 8. November 2018 im Boui Boui Bilk in Düsseldorf ist das

VDI Wissensforum. Hier gelangen Sie direkt zur Homepage:

hier.pro/SV8o6

Bild: Privat/Bothe

Falk Bothe, Director Digital Transformation

Office bei Volkswagen,

und Keynote-Sprecher auf der

#nwing – dem New Work

Event für Ingenieure

geben. Sie werden ersetzt durch

das Arbeiten in agilen, bereichsübergreifenden

Teams. Technik

wird sich in Zukunft viel stärker

buchstäblich selbst konstruieren

und dabei schneller, effizienter und

materialsparender sein als der

Mensch. Kurzum: Der Beruf des

klassischen Ingenieurs gehört zu

den meistgefährdeten, gerade im

Automobilbau, aber auch in anderen

Industriebereichen. Ingenieure

werden sich also buchstäblich neu

zu erfinden haben – im Sinne eines Problemlösers in agilen, kundenorientierten

Projekten.

VDI Wissensforum: Bedeutet das aus Ihrer Sicht zugleich,

dass der Bedarf an Arbeitskräften sinkt?

Bothe: Der Bedarf sinkt nicht zwangsläufig, er wird sich in jedem Fall

aber verändern. Klassische Verwaltungstätigkeiten und auch klassische

Wissensarbeit sind am gefährdetsten. Für Unternehmen verbindet

sich damit zweifelsohne die Verantwortung, neue Aufgaben

für die betreffenden Mitarbeiter aufzubauen – und damit schon frühzeitig

zu beginnen. Indes bin ich optimistisch: Noch jede industrielle

Revolution hat am Ende zu mehr Arbeitsplätzen geführt. Ich bin mir

sicher, dass dies in Folge der Digitalisierung nicht anders sein wird.

VDI Wissensforum: Was sind die wesentlichen Schritte, damit

die Unternehmens-Transformation erfolgreich gelingen kann?

Bothe: Zu Beginn der Transformation braucht es eine klare Vision

der digitalen Version des Unternehmens und eine Roadmap, um

dorthin zu gelangen. Unerlässlich ist es dafür, ein gemeinsames Verständnis

und gemeinsames Verstehen zu finden, also eine gemeinsame

Sprache und unmissverständliche Definitionen rund um den

Veränderungsprozess. Als nächstes braucht es schnelle und einfache

Erfolge, wie zum Beispiel ein analoger Prozess in eine digitale

Version geändert werden kann, für jeden Nachvollziehbar, so dass

die Beteiligten sehen, dass etwas passiert, mit dem sie sich identifizieren

können. Leadership muss vorhanden sein, wenn wir mit

adaptiven Problemen konfrontiert werden – wenn wir unsicher und

anderer Meinung sind, was das Problem wirklich ist und nicht über

die technischen und notwendigen Fähigkeiten oder Ressourcen verfügt,

um das Problem zu lösen. Leadership bedeutet daher auch

konstantes Lernen, sowohl auf individueller als auch auf organisatorischer

Ebene.

www.vdi-wissensforum.de

12 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


VERANSTALTUNGEN/PUBLIKATIONEN

MENSCHEN & UNTERNEHMEN

Comsol Konferenzen 2018 und Vorteile für Studenten

Multiphysik-Modellierung

Die Comsol Konferenz 2018 findet in sieben großen Städten rund um den Globus statt und kommt vom

22. bis zum 24. Oktober nach Lausanne. Darüber hinaus wird der in der Comsol Multiphysics verfügbare

Application Builder weltweit an Universitäten eingesetzt.

Simulationsexperten aus verschiedenen Branchen präsentieren im

Rahmen der Comsol Konferenzen 2018 erfolgreiche Anwendungen

von Multiphysik Modellierung: Erfahren Sie beispielsweise vom 22.

bis zum 24. Oktober an der Comsol Konferenz in Lausanne, wie

Multiphysik Modellierung und Simulation Apps die Forschung und

Entwicklung in verschiedenen Industriesektoren revolutionieren

können – darunter die Bereiche Medizintechnik, Lebensmittelindustrie,

Energietechnologie, Prozesssimulation, Akustikindustrie sowie

die Designoptimierung zukünftiger Transportsysteme.

Unter anderem folgende Experten werden dabei ihre Lösungen

vorstellen: Adrien Charmetant, Nexans Research Center, Thijs

Defraeye, EMPA, Laboratory for Biomimetic Membranes and Textiles,

Florian Klunker, Huntsman Advanced Materials, sowie Mario

Paolone und das EPFLoop Team, Swiss Federal Institute of Technology

of Lausanne (EPFL). Die dreitägige Veranstaltung bietet ihren Teilnehmern

zudem viele parallele Sitzungen zu Themen wie Strukturmechanik,

Akustik, Elektromagnetik, Strömungsmechanik, Wärmetransport

und chemische Reaktionen. 2018 gastierte die Konferenz

bereits in Bangalore sowie Boston und wird nach Lausanne auch in

Shanghai, Taipei, Seoul sowie Tokyo stattfinden.

Simulation-Apps an Hochschulen

Lehrende im Ingenieurwesen und in der Wissenschaft sind sich bewusst,

dass potenzielle Arbeitgeber nach Hochschulabsolventen mit

Kenntnissen über Produktdesign- und Simulationssoftware suchen.

Deshalb lässt beispielsweise Ivana Milanovic, eine Professorin an der

Mit dem in Comsol Multiphysics verfügbaren Application Builder werden

Studierende an multiphysikalische Softwarelösungen herangeführt

Universität Hartford, ihre Studenten mit Simulations-Apps arbeiten:

„Unsere Studierenden berichten, dass der Einsatz von Simulationssoftware

ihren Lernprozess verbessert hat und sie dabei unterstützt,

schwierige theoretische Konzepte darzustellen, ohne die zugrundeliegende

Komplexität komplett erfassen zu müssen.“ Die Apps

bieten spezialisierte Anwenderoberflächen für realistische Simulationen,

ohne dass ein vorangegangenes Training erforderlich ist. Außerdem

können die Studenten im Application Builder, der in der Comsol

Multiphysics Software verfügbar ist, auch eigene Apps erstellen. ik

www.comsol.ch

BU: Comsol

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K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 13


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

VERANSTALTUNGEN/PUBLIKATIONEN

In seinem Produktions- und Logistikzentrum legt Pilz großen Wert auf eine ergonomische Arbeitsumgebung für die Mitarbeiter und ein flexibles

Fertigungs-Layout – und sammelt mit Blick auf Industrie 4.0 kontinuierlich Erfahrung

Bild: Pilz

Best Practices für Industrie 4.0 und das Internet of Things (IoT)

Umsetzung jetzt angehen

Gerade der Mittelstand fragt zurecht, welche Potenziale die Digitalisierung eröffnet und wie sich diese mit

vertretbarem Aufwand erschließen lassen. Best Practices für Industrie 4.0 zeigt am 21. und 22. November 2018

die Fachtagung ‚Industrie 4.0 und das Internet of Things‘. Vorgestellt werden Lösungswege, um die Vernetzung

und den Umgang mit den Daten offensiv anzugehen.

Birgit Binnenböse, Technische Akademie Esslingen (TAE), Ostfildern

Es gibt viele Spekulationen und Strategien zum Thema Industrie

4.0. Große Firmen bearbeiten dieses Thema mit Workshops,

Strategieteams und Beratern. Doch was macht der Mittelstand?

Gibt es für diese Unternehmen auch eine Strategie? Die Herausforderung

liegt gerade für kleinere Unternehmen darin, den Nutzen für

das jeweilige Geschäftsmodell zu bestimmen und einen individuellen

Weg zu finden. Dabei gilt es, insbesondere die Menschen mitzunehmen.

Doch wo stehen wir heute? Für Klaus Stark, Leiter Innovationsmanagement

beim mittelständischen Automatisierungstechnikspezialisten

Pilz in Ostfildern, „wird gegenwärtig an vielfältigen Projekten

gearbeitet, die einen Modellcharakter haben. Aber genau das ist

wichtig, um vorhandene und neue Technologien im Umfeld der intelligenten

Fabrik von morgen erproben und einarbeiten zu können“.

Diese Projekte würden sowohl auf Produktebene als auch beispielsweise

in der eigenen Produktion laufen, weiß Stark.

Mit „dem Blick ins hier und heute“ hält Prof. Dr. Oliver Riedel, Leiter

des Fraunhofer-Instituts IAO in Stuttgart, „die Zeit reif für Umsetzungsprojekte,

die die Ideen der Industrie 4.0 mit realen Geschäftsmodellen,

realen Produkten und Prozessen verknüpft“. Aus der Projekt-

und Beratungserfahrung der IAO-Forscher müsse man hinsichtlich

dem aktuellen Umsetzungsstand der Industrie 4.0 unumwunden

jedoch zugeben, dass es inzwischen viele Leuchtturm-Projekte

gebe, die Fläche aber noch nicht erreicht sei, betont der Univer -

sitätsprofessor.

Verstehen alle unter Industrie 4.0 das Gleiche?

Vereinfacht könnte man Industrie 3.0 als Zeitalter der Automatisierung

und Industrie 4.0 als Zeitalter der Autonomisierung benennen.

Dies unterstützt beispielsweise die Herausforderungen der zukünftigen

Produktion, eine Vielzahl an Varianten und Versionen in Europa

zeit- und vor allem kostengerecht produzieren zu können. Maschinen

und Anlagen werden deutlich modularer, flexibler und mit Funktionen

ausgestattet sein, die weit über das bisherige Verständnis

einer Maschine hinausgehen.

14 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


VERANSTALTUNGEN/PUBLIKATIONEN

MENSCHEN & UNTERNEHMEN

„Bei Industrie 4.0

müssen insbesondere

die Menschen mit -

genommen werden,

damit das Thema

‚getragen‘ wird.“

„Es gibt viele

Leuchtturmprojekte,

die Fläche ist aber

noch nicht erreicht.“

Bild: Pilz

Klaus Stark,

Innovationsmanager, Pilz

Bild: Fraunhofer IAO

Prof. Dr. Oliver Riedel,

Fraunhofer IAO

Laut dem Pilz-Manager Klaus Stark wird „die zukünftige Produktion

deutlich agiler ausgestaltet sein“. Beispielsweise kann eine Maschine

parallel zum aktuellen Arbeitsschritt prüfen, ob alle Werkzeuge

und alle Materialien vollständig vorhanden sind, bevor der „nächste

Job“ gestartet wird. Nun ist aber bekannt, dass die einzelnen Maschinen

für sich schon sehr ausgereift sind und weitere Optimierungen

sich nicht gravierend auswirken würden. Dieses gilt aber nicht

für die Optimierung von übergreifenden Logistik- und Fertigungsprozessen.

Der wesentliche Mehrwert liegt in der Prozess- oder in

der Gesamtoptimierung. Die sich abzeichnende berührungslose Indoor-Ortung

von Objekten wird in der Intralogistik eine vergleichbare

Veränderung herbeiführen, wie es das GPS in unserem Alltag getan

hat. Aber auch das Thema vorhandener und vernetzter Datennutzung

darf nicht vernachlässigt werden. „Daraus können sich

Möglichkeiten ergeben, ganz andere Zusammenhänge in der Prozesskette

zu erkennen“, weist Prof. Riedel auf den Nutzen hin. Diese

würden über die singulären Maschinen hinausgehen und Geschäftsmodelle

und Prozesse in den Fokus stellen.

Wodurch unterscheidet sich eine Industrie-4.0-

Fertigung von einer konventionellen?

Aus Forschungssicht gibt es Schlagworte wie Machine Learning,

Künstliche Intelligenz (KI) oder Predictive Maintenance. Doch was

steckt wirklich dahinter? Kurz gefasst: Vernetzung und Daten. „Wird

die Vernetzung von Maschinen, Menschen, Prozessen und Produkten

beherrscht und alle Daten erfasst, die in der Produktion anfallen,

dann befindet man sich auf dem richtigen Weg“, sagt Fraunhofer-Institutschef

Riedel. Seinem Dafürhalten nach spielt aber der Mensch

bei alldem eine entscheidende Rolle. Riedel: „Er besitzt das Domänenwissen,

kann Wichtiges von Unwichtigem unterscheiden und ist

mehr als jeder Algorithmus in der Lage, die passenden Rückschlüsse

zu ziehen.“ Künstliche Intelligenz und Machine Learning würden

den Menschen dabei unterstützen, ihm aber die Entscheidungen

nicht abnehmen können.

Ein weiteres Schlagwort im Zusammenhang mit Industrie 4.0 heißt

„Digitaler Zwilling“. Dieses virtuelle Modell lässt sich für verschiedene

Zwecke verwenden. Allerdings ist der digitale Zwilling immer nur

so gut, wie sein analoges Gegenüber. Auch dieses Thema beschäftigt

schon lange die Industrie. Technisch betrachtet, stellen Digitalisierung

und Vernetzung im industriellen Umfeld nicht die Herausforderung

dar. Vielmehr geht es darum, die Komplexität vernetzter Anlagen

zu beherrschen, die Prozess- und Produktkomplexität in den

Griff zu bekommen und die Benefits daraus zu heben. Doch was bedeutet

dies nun für den Arbeitsplatz und die Mitarbeiter? Sind die

Auswirkungen von Fehlern nicht mehr abzusehen? Werden dann

demnächst alle Arbeitsabläufe, etwa in der Produktion, von Maschinen

gelöst? Keine Angst, die Fabriken von morgen werden trotz allem

nicht menschenleer sein, wohl aber werden die Mitarbeiter veränderte

und neue Tätigkeiten wahrnehmen. Eine Weiterbildung der

Mitarbeiter ist somit unumgänglich, denn noch steuern sie die Maschinen

und nicht umgekehrt. Dies hat auch die Bundesregierung

erkannt und kürzlich einen Digitalrat eingerichtet.

Zehn Mitglieder aus Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft wollen

Deutschland beim Thema Digitalisierung voranbringen. Ganz oben

auf der Themenliste steht „Veränderung von Arbeitswelt und Wirtschaft“.

Hier geht es in erster Linie darum, die Möglichkeiten der Digitalisierung

der breiten Masse an Entscheidungsträgern bekannt zu

machen. Zudem ist bei der Infrastruktur flächendeckend dafür zu

sorgen, dass die Digitalisierung des Mittelstands unabhängig vom

Firmensitz in Deutschland möglich ist.

Digitalisierung ist also keine Bedrohung, sondern eine Chance. Allen

dürfte klar sein, dass massive Veränderungen anstehen. Zwar

wird nicht jeder ab morgen ein Programmierexperte werden müssen.

Aber jeder sollte die Grundlagen der Digitalisierung beherrschen

und einen individuellen Zugang zu diesem Thema besitzen.

Die Zeit ist reif für Umsetzungsprojekte, die die Ideen der Industrie

4.0 mit realen Geschäftsmodellen, realen Produkten, Prozessen und

Services verknüpfen. Deshalb haben Prof. Oliver Riedel und Klaus

Stark mit dem Programm-Komitee bei der Fachtagung ‚Industrie 4.0

und das Internet of Things‘ der Technischen Akademie Esslingen

(TAE) den Fokus auf Best Practice gelegt, um möglichst viele Verantwortliche

zum Reflektieren ihrer eigenen Prozesse und Produkte

anzuregen.

www.tae.de

Die Fachtagung ‚Industrie 4.0 und das Internet of Things‘

findet am 21. und 22. November 2018 in der Technischen

Akademie Esslingen in Ostfildern bei Stuttgart statt.

Ausführliche Angaben zum Programm und

Infos zur Anmeldung finden sich hier:

hier.pro/OEA2s

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 15


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

KÖPFE DES SYSTEMS ENGINEERINGS

Two Pillars entwickelt erweiterten Ansatz für das Model-based Systems Engineering

„Wir setzen weit

vor den CAD-Tools an“

Das Systems Engineering ruht auf den Säulen Produktarchitektur und Projektmanagement – beides

zusammen adressiert das Unternehmen Two Pillars, das im Mai 2018 mit dem Fraunhofer-Institut für

Entwurfstechnik Mechatronik (Fraunhofer IEM) gegründet wurde und als Joint Venture mit dem

japanischen IT-Spezialisten ISID agiert. KEM Konstruktion sprach mit Dr. Christian Tschirner,

Christian Bremer und Atsushi Yoshida, den Geschäftsführern des Unternehmens, über die Ziele

und das Portfolio.

Interview: Michael Corban, Chefredakteur KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Herr Dr. Tschirner, Herr Bremer, Herr Yoshida,

das neue Unternehmen heißt Two Pillars – steht es auch auf

zwei Säulen und welche Ziele verfolgen Sie?

Dr. Christian Tschirner (Two Pillars): In der Tat spielt der Unternehmensname

bewusst mit den zwei wesentlichen Bestandteilen des

Systems Engineering, die hervorstechen: Erstens das ‚Architecting‘

und zweitens das ‚Technische Projektmanagement‘. Beim Architecting

geht es um die Produktarchitektur, die aus dem Re -

quirements Engineering – also der Festlegung der Anforderungen –

abgeleitet wird. Darauf baut idealerweise das Projektmanagement

auf. Diese beiden Punkte definieren die Grundbestandteile des Systems

Engineering – nur beide zusammen führen eine Entwicklung

zum Erfolg. Daher der Name ‚Two Pillars‘. Was die Ziele anbelangt:

Wir wollen, dass sich Ingenieure auf die wertschöpfenden Tätigkeiten

konzentrieren können und Spaß an ihrer Arbeit haben – das permanente

Suchen von Informationen und Dokumenten ist kein Zustand;

die bisherige – nicht-modellbasierte – Arbeitsweise fördert

das jedoch und kostet einfach nur Zeit und Nerven!

KEM Konstruktion: Geht Ihr Ansatz denn mit Blick auf die interdisziplinäre

Produktentwicklung über das Model-based Systems

Engineering (MBSE) hinaus?

Tschirner: Rund um das Model-based Systems Engineering werden

gerade viele Ideen umgesetzt, allerdings werden derzeit zwei

Aspekte nicht weitgehend genug berücksichtigt: Einerseits der

Schulterschluss zum Projektmanagement, zum Prozess der Produktentwicklung,

und andererseits die Integration der Analyse der

Kundenbedürfnisse.

Atsushi Yoshida (Two Pillars): Genau an dieser Stelle setzt das Tool

iQuavis von ISID an. Mit der zugrundeliegenden Methodik setzen

wir direkt beim Kunden an, identifizieren die Kundenbedürfnisse

und setzen das strukturiert in System- und Komponentenanforderungen

um…

Christian Bremer (Two Pillars): … um auf dieser Basis das Projekt

steuern zu können. Wichtig dabei ist, dass wir keine bestehenden

Autorentools im Engineering ersetzen. Will heißen: Sowohl der

Elektro- als auch der Mechanik-Konstrukteur arbeitet weiter mit seinen

ihm vertrauten Tools. Die Produktarchitektur wird allerdings vorab

in iQuavis definiert – also auf einer noch grundlegenderen Ebene

– und begleitet die Projektmitarbeiter über das gesamte Projekt.

Tschirner: Also ja – unser Ansatz geht über das reine MBSE hinaus.

Systems Engineering ist für uns auch eine Denkweise, die das ganze

Handeln in der Produktentwicklung positiv prägen kann – so wie

Lean Production der Produktion eine Art Heimat gegeben hat. Und

MBSE ist der Ausgangspunkt für viele neue Arbeitsweisen – solange

man sich auf Transparenz in der Zusammenarbeit einlassen will.

Dr. Christian Tschirner (li.), Christian Bremer und Atsushi Yoshida haben die

Leitung von Two Pillars übernommen. Das Unternehmen bringt sein Knowhow

in der Systemarchitekturentwicklung und dem Projektmanagement in

den Mittelstand

Bild: David Gense

KEM Konstruktion: Könnte man die zwei Säulen auch als Beratung

plus Tool verstehen, da Sie Unternehmen ja bereits in einer

frühen Phase der Produktentwicklung unterstützen wollen?

Tschirner: Daran haben wir zugegeben bei der Definition des Unternehmensnamens

nicht gedacht, aber es trifft zu: Ein Tool wie iQuavis

mit dem Potential, Prozesse radikal zu verändern und zu verbessern,

erfordert einen gewissen Beratungs- und Trainingsanteil – und

16 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


KÖPFE DES SYSTEMS ENGINEERINGS

MENSCHEN & UNTERNEHMEN

genau diesen wollen wir ebenfalls bieten. Rund ein Drittel der aufzubauenden

Belegschaft wird sich diesem Aspekt widmen, ein weiteres

Drittel der Tool-Entwicklung. Von Vorteil ist dabei, dass wir nicht

bei Null starten, sondern mit ISID einen starken strategischen Partner

an Bord haben – mit der Erfahrung aus erfolgreichen Projekten

in Japan. Herr Yoshida hatte in seiner früheren Tätigkeit bereits an

iQuavis maßgeblich und richtungsweisend mitgearbeitet und unterstützt

unsere Ideen nun ebenfalls. Wenn man so will, ergeben sich

daraus übrigens wiederum zwei Säulen, eine in Deutschland und eine

in Japan. Oder anders formuliert: Faszinierende deutsche Ingenieurkunst

und japanische Gründlichkeit und Akribie ergänzen sich

hervorragend.

Yoshida: Bei ISID waren und sind wir ähnlich aufgestellt. Man kann

bei einem solch wichtigen Thema – immerhin geht es um den Ausbau

von Innovationskompetenz – potentiellen Kunden nicht einfach

nur ein Werkzeug zur Verfügung stellen. Das heißt aber nicht, dass

dauerhafte Beratung notwendig ist – wir sind nur erfolgreich, wenn

unsere Kunden erfolgreich mit unserem Tool arbeiten. Zum Start

heißt es gemeinsam – ichigan könnte man auf japanisch sagen, später

müssen die Kunden aber flügge werden – hitoridachi.

Bremer: Exakt, wir sprechen auch von einem Joint Venture. Fraunhofer

bringt aus der Forschung kommend sein methodisches Knowhow

ein, ISID sein Tool. Zugute kommt uns hier, dass sich kaum einer

länger mit dem Thema Model-based Systems Engineering be-

schäftigt als Fraunhofer. Und mit Professor Roman Dumitrescu, Direktor

des Fraunhofer IEM, steht uns auch künftig ein starker Partner

zur Seite, der ganz entscheidend Anteil an der Umsetzung dieser

Thematik hat.

zung des Projektes. Niederschlag findet dies in der radikal anderen

und einfachen Bedienung – wer heute PowerPoint beherrscht, kann

morgen auch iQuavis einsetzen und dabei alle Vorteile des MBSE-

Modellers nutzen, inklusive der Wiederverwendung vorhandener

Elemente und zielgenauer Auswertungen.

Das in der Software iQuavis verankerte

Wechselspiel von Analyse und Modellierung

führt zu Systems Engineering. Auf Basis der

gemeinsamen Produktarchitektur gelingt die

interdisziplinäre Zusammenarbeit

Bild: Two Pillars

KEM Konstruktion: Deswegen ist das Fraunhofer IEM als Partner

auch mit an Bord?

KEM Konstruktion: Welche Stärken bringt ISID ein?

Yoshida: Information Services International-Dentsu – kurz ISID –

wurde 1975 ebenfalls als Joint Venture von Dentsu und General

Electric gegründet. Nachdem anfangs IT-Dienstleistungen im Vordergrund

standen, gewann nach und nach das Thema Engineering an

Gewicht. Zu den Kunden gehören dort viele OEMs im Automobilbereich

sowie bekannte japanische Maschinen- und Anlagenbauer. Die

Stärken des Tools liegen deswegen auch in den Bereichen Risikound

Projektmanagement. Erkannt haben wir zudem, dass das Model-based

Systems Engineering eine sehr wichtige Rolle spielen

wird. Entstanden ist daraus das bereits genannte Systems-Engineering-Tool

mit inzwischen nahezu 40.000 Anwendern in Japan. Als

wir die beiden Kollegen bei Fraunhofer IEM und ihre Arbeiten kennengelernt

haben, wussten wir schnell, dass das eine gute Sache

für ISID und das Systems Engineering werden kann, wenn wir zusammenarbeiten.

Tschirner: Spannend ist für uns – aus dem Fraunhofer IEM kommend

–, dass wir aus technischer Sicht all das, was wir uns bislang

überlegt und konzipiert haben, jetzt in die weitere Entwicklung des

Tools einbringen können – das wird auch hier in Deutschland erfolgen.

Hinzu kommt, dass ISID das Tool sehr stark aus Sicht der Anwendung

– und nicht der Softwarespezifikation – entwickelt hat.

Das beginnt beim Systems Engineering und reicht bis zur Umset-

KEM Konstruktion: Die Integration der eingangs angesprochenen

spezifischen Autorentools bleibt dabei aber erhalten?

Bremer: So ist es, wobei es hier verschiedene Ausbaustufen geben

wird und wir derzeit natürlich noch nicht sämtliche Autorenwerkzeuge

integrieren können. Wir setzen aber auch weit vor den CAD-Tools

an: Da bislang etwa PowerPoint und Excel die Hauptwerkzeuge der

Requirements Engineers sind, kann ich auch Tabellen laden und bearbeiten.

Digitalisierung bringt uns nichts, wenn wir erst beim CAD

mit dem ersten digitalen Artefakt anfangen. Konsequenterweise

wird das Tool auch cloudbasiert laufen und damit eine zentrale Datenhaltung

und die Plattform zur Kollaboration bieten.

Yoshida: iQuavis wird eng aufeinander abgestimmt in Japan und

Deutschland weiterentwickelt. So haben wir nicht nur ein starkes

Team, sondern können auch zielgerichtet für die Bedürfnisse der

beiden Märkte entwickeln. Wir haben in Paderborn gerade die ersten

Software-Entwickler eingestellt und setzen erste Features um –

und wir suchen noch weitere Mitarbeiter.

www.two-pillars.de

Mehr zum Systems-Engineering-Tool iQuavis in der

Titelstory ab S. 34 sowie unter:

hier.pro/oKlQE

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 17


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

PORTRÄT

Im Gespräch, Christian Sallach: Wago ist Enabler für die Industrie 4.0

„Wir stellen die Weichen

für die digitale Zukunft“

Die Wago-Gruppe in Minden setzt einen klaren strategischen Fokus auf die digitale Transformation und

treibt das Thema direkt auf Ebene der Geschäftsleitung voran. Das Digital Transformation Office bündelt

die Digitalthemen und stellt die Entwicklung neuer Produkte und Services in den Vordergrund.

Christian Sallach, Chief Digital Officer, erläutert die Strategie des Unternehmens.

Interview: Andreas Gees, stv. Chefredakteur KEM Konstruktion

KEM Konstruktion: Herr Sallach, Sie haben vor einiger

Zeit neben dem weltweiten Marketing auch die

Aufgabe des Chief Digital Officer bei Wago übernommen.

Welche Aufgaben hat das Digital Transformation

Office unter Ihrer Leitung?

„Im Rahmen der Digitalisierung

müssen wir

als produzierendes Unternehmen

sehr genau

prüfen, wer zukünftig

die Kundenschnittstelle

besetzt.“

Christian Sallach,

Chief Digital Officer

Bild: Wago

Christian Sallach (Wago): Es hat die Aufgabe, alle Digitalisierungsthemen

im Unternehmen zu bündeln. Um

uns dem Thema zu nähern, haben wir die Begrifflichkeiten

der Digitalisierung definiert und uns einen Überblick

verschafft, welche Projekte das Unternehmen dazu bereits

unternommen hat. Wir sammeln alle relevanten Informationen

und priorisieren die Einzelthemen. Die eigentliche

Digitalisierungsstrategie betreffend prüfen wir,

welches Engagement wir im Hinblick auf unsere Kunden,

die Mitarbeiter und die zukünftigen Partner betreiben

müssen. In den Vordergrund stellen wir dabei unsere Rolle

als Digital Enabler, der mithilfe der Digitalisierung das

Geschäft seiner Kunden vereinfacht. Wir prüfen, welche

IT-Systeme wir benötigen werden und welche Technologien

wir einsetzen müssen, um die Anforderungen unserer

Kunden optimal zu erfüllen. Wir stellen uns auch die

Frage, welche zusätzlichen Fähigkeiten wir als Organisation

aufbauen müssen, um den Herausforderungen zu

begegnen. Wir beobachten außerdem intensiv das Start-

Up-Umfeld und analysieren innovative Technologien und

bereits realisierte Use-Cases. Dazu haben wir eigens ein

strukturiertes Start-up-Screening aufgebaut. Darüber hinaus

treiben die Mitarbeiter eigene Projekte zu den wichtigen

Themen voran. Diese entwickeln wir unternehmensintern

oder in Zusammenarbeit mit Partnern.

KEM Konstruktion: Digitalisierung und Industrie 4.0

– wie ordnen Sie die Begrifflichkeiten ein und worin

sehen Sie die Triebkräfte für den digitalen Wandel?

Sallach: Mit den Digitalisierungsthemen beschäftigen

wir uns eigentlich schon seit 15 Jahren. Wir befinden uns

zurzeit jedoch in einer Phase der exponentiellen Entwicklung.

Technologien bieten heute Funktionalitäten, die

noch vor fünf Jahren undenkbar waren. Wir beobachten

auch eine exponentielle Entwicklung im Wissenschaftsbereich

– selbst komplexe Algorithmen können heute mit

hoher Dynamik abgearbeitet werden. Im Unternehmen

haben wir drei Kerntreiber für die Digitalisierung definiert.

An erster Stelle steht das veränderte Kundenverhalten.

Wie sich unsere Kunden informieren, wie sie mit uns

kommunizieren und wie Verkäufe zustande kommen, all

das hat sich in den letzten Jahren deutlich geändert.

Zweiter großer Treiber ist die Verfügbarkeit moderner

Technologien, und dritter Treiber ist das Wettbewerbsumfeld.

Das sind nicht die Marktbegleiter, sondern das bezieht

sich vielmehr auf die Kundenschnittstelle. Im Rahmen

der Digitalisierung müssen wir als produzierendes

Unternehmen sehr genau prüfen, wer diese Kundenschnittstelle

zukünftig besetzen wird. Airbnb oder Uber

beispielsweise besetzen eine Schnittstelle, sie haben

sich als reine Vermittler zwischen Anbieter und Kunden

positioniert. Auf eine solche Entwicklung müssen wir uns

auch im B2B-Bereich einstellen und entsprechend Einfluss

auf die Entwicklung nehmen. Industrie 4.0 ist für

uns ein Subset der Digitalisierung in der Fabrikautomation.

Wago hat hier bereits eine sehr gute Position im

Markt erlangt und bietet heute als Enabler Komponenten

und Lösungen an. Damit können unsere Kunden Digitalisierung,

IoT und Industrie 4.0 im eigenen Unternehmen

konsequent umsetzen.

Bild: Wago

18 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


Christian Sallach, Chief Digital

Officer bei Wago Kontakttechnik

in Minden

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 19


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

PORTRÄT

Bild: Wago

Fertigungsdaten aus China und anderer Standorte zugreifen.

Wir haben viele Prozesse digitalisiert. Aufgrund unseres

umfangreichen Know-hows können wir deshalb auch

beraten. Die Zusammenarbeit und die Informationsflüsse

werden sich zukünftig auch bei Wago weiter ändern. Die

Digitalisierung wird es ermöglichen, die Prozesse weit effizienter

zu gestalten.

KEM Konstruktion: Mit der digitalen Transformation

nimmt auch die Komplexität digitaler Vorgänge und

Abläufe zu. Welchen Einfluss haben die Trends auf die

Organisation des Unternehmens? Ändern sich die

Wertschöpfungsketten?

Christian Sallach: „Die

Digitalisierung wird es

ermöglichen, die Prozesse

weit effizienter

zu gestalten.“

Zum Unternehmen

KEM Konstruktion: Sie haben die Algorithmen erwähnt,

wie schätzen Sie die Bedeutung von Künstlicher

Intelligenz ein?

Sallach: Künstliche Intelligenz wird den Menschen am

Arbeitsplatz definitiv nicht ersetzen. Die Stärke von KI

liegt vielmehr darin, den Mitarbeiter im System zu unterstützen.

Auch wir stellen uns die Frage, wie wir KI und

Deep Learning einsetzen können, um zu besseren Entscheidungen

und optimierten Prozessen zu kommen. Wir

sehen aber immer den Zusammenhang mit den Menschen.

Deshalb werden in Zukunft vor allem Routineaufgaben

von digitalen Helfern übernommen.

KEM Konstruktion: Wie weit ist die Digitalisierung

bei Wago vorangeschritten? Wie wird sich das Unternehmen

dadurch verändern?

Sallach: Als fertigendes Unternehmen setzen wir die

Technologien der Digitalisierung bereits intensiv in unserer

Fertigung ein und haben dabei einen hohen Standard

erreicht. So können wir beispielsweise in Echtzeit auf die

INFO

Wago Kontakttechnik, 1951 gegründet, ist Spezialist für Verbindungstechnik.

Mit der Cage Clamp bzw. der Käfig-Zugfeder-Klemme hat das Unternehmen

die Welt der Verbindungstechnik maßgeblich geprägt. Anfang der 80er Jahre

haben die Mindener Interface-Elektronik sowie Relaisbausteine ins Programm

aufgenommen. Später kamen Messwertwandler und Stromversorgungen dazu.

Mitte der 90er Jahre ist Wago in die Automatisierungstechnik eingestiegen,

mit dem Ziel, offene Standards und ein durchgängiges Software-Engineering

zu unterstützen. Das Portfolio reicht heute von Software, HMI-Geräten

und Steuerungstechnik über feldbusunabhängige I/O-Systeme bis hin zu

Switches und Sensor-/Aktorboxen. Wago bietet damit ein komplettes Portfolio

für den Aufbau von Schaltschränken und ist kompetenter Partner für die

Automatisierung von der Feldebene bis in die Cloud.

Sallach: Die Komplexität der technischen Systeme wird

mit der Digitalisierung zunehmen. Das führt andererseits

aber zu effizienteren und sicheren Prozessen. Wertschöpfungsketten

werden transparenter, mit Technologien wie

Block Chain lassen sich mittels sogenannter Smart Contracts

Geschäftsprozesse auch innerhalb von Wertschöpfungsketten

abwickeln. Darüber hinaus ist mit einer weiter

zunehmenden Vernetzung mit Partnern und der Außenwelt

zu rechnen.

KEM Konstruktion: Wie wird die Digitalisierung die

Arbeitswelt verändern und wie unterstützen Sie Ihre

Mitarbeiter auf dem Weg in die digitale Zukunft?

Sallach: Die Diskussion um Arbeitsplätze gleicht den Vorbehalten

bei der Einführung des PCs und der IT in den

90er Jahren. Viele Menschen hatten Bedenken, von Computern

und der Automatisierung ersetzt zu werden. Realität

ist heute, dass wir die höchste Anzahl an Beschäftigten

in der Industrie haben. Auch mit der Digitalisierung

werden sich die Rollen ändern und andere Aufgabenfelder

bzw. neue Berufsbilder entstehen. Letztendlich wird

auch die Digitalisierung zu mehr Beschäftigung führen.

Künstliche Intelligenz ist keine Gefahr für die Mitarbeiter,

sie bietet vielmehr ungeahnte Möglichkeiten. Wir haben

innerhalb unserer Digitalisierungsstrategie verschiedene

Projekte gestartet, um unsere Mitarbeiter bei dem Thema

mitzunehmen. Wago wirtschaftet als mittelständisches

Unternehmen nachhaltig, die Mitarbeiter sind unser

wichtigstes Kapital. Wir haben den Begriff Digitalisierung

definiert, sodass im Unternehmen alle Mitarbeiter

ein einheitliches Bild haben. Die Digitalisierung wollen

wir im Unternehmen von innen heraus voranbringen. Wir

bieten Schulungsprojekte an, die allen Mitarbeitern zur

Verfügung stehen. Wir unterstützen sie dabei, auf der Basis

digitaler und sozialer Medien Domain-Wissen aufzubauen.

Wichtig für unsere Beschäftigten ist es, sich mit

Menschen gleicher Interessen zu vernetzen. In den berufsspezifischen

Medien lässt sich heute einfach erkennen,

welche Themen gerade aktuell sind.

KEM Konstruktion: Welche Chancen bietet die fortschreitende

Digitalisierung der Geschäftsbeziehungen

zwischen Wago sowie seinen Kunden und Partnern?

20 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


Sallach: Die wesentlichen Chancen bestehen im Dialog

und in der engeren Zusammenarbeit und der daraus resultierenden

Kundennähe. Eine Marke wird heute nicht

nur vom Unternehmen geprägt. Viele Beispiele zeigen,

dass sich die Werte einer Marke im Außenraum bilden.

Dank der Digitalisierung sind wir heute in der Lage, sehr

viel schneller ein qualifiziertes Feedback zu bekommen,

das wir in unsere Entwicklungsprozesse einfließen lassen

können. Außerdem haben wir als Hersteller die Möglichkeit,

mehr Kundenschnittstellen zu bedienen, können

mit unseren Informationen direkter an den Kunden herantreten

und ihm gezielt die Informationen zur Verfügung

stellen, die er in seinem Unternehmenskontext benötigt.

Im Komponentenbereich arbeiten wir mit Distributoren

zusammen, die heute zunehmend Plattformen aufbauen,

in die wir unsere Daten liefern müssen. Dabei sind Datenformate,

Qualität und Transparenz gefordert. Es geht

nicht mehr ausschließlich darum, eine Lieferkette zu unterstützen

bzw. ein Produkt in einen Vertriebskanal zu

bringen, im Vordergrund stehen der Bedarf des Kunden

und die optimale Unterstützung seiner Arbeit.

KEM Konstruktion: Wago bietet Komponenten für

die Verbindungstechnik sowie Automatisierungslösungen.

Welche auch disruptiven Geschäftsmodelle

sind zukünftig vorstellbar? Wird es auch Services geben

und wie könnten diese aussehen?

Sallach: Disruptive Geschäftsmodelle entstehen durch

Vernetzung, Kooperation und Kommunikation. Dabei wird

etwas zu Neuem zusammengefügt, was es vorher nicht

gab. Bei Wago konzentrieren wir uns aber darauf, mithilfe

der Digitalisierung das Geschäft unserer Kunden zu vereinfachen.

Deshalb nutzen wir die Digitalisierung, um unser

Stammgeschäft zu optimieren, abseits disruptiver Geschäftsmodelle.

Ergeben sich daraus irgendwann neue

Geschäftsmodelle, sind wir dafür offen. Wir reden bei

Wago zunehmend von der Marktleistung, die aus einem

physischen Produkt aber eben auch aus einem Set digitaler

Informationen besteht. Das kann eine einfache Beschreibung

sein, es kann aber auch ein Tool für Augmented

Reality sein, um direkt in die Produktionsprozesse hinein

zu blicken, oder auch ein digitaler Zwilling.

KEM Konstruktion: Welche Bedeutung haben in diesem

Zusammenhang Daten?

Sallach: Ein Grundprinzip wird zukünftig die Offenheit

sein, proprietäre Systeme werden sich nicht durchsetzen.

Deshalb haben wir uns bei der Wahl der Technologien, gerade

in der Automatisierung, für offene Systeme wie

Linux entschieden. Mithilfe offener Kommunikations-

Standards sind wir ein Schnittstellenweltmeister und können

unsere Geräte an alle möglichen Cloud-Systeme anbinden.

Offenheit steckt in unserer DNA, so schränken wir

Kunden und Partner nicht ein. Herstellerspezifische Plattformen

stehen aus Kundensicht dem Prinzip der Offenheit

entgegen. Wir gehen deshalb eher der Frage nach, welche

Schnittstellen wir zur Verfügung stellen müssen.

KEM Konstruktion: Sie haben formuliert, dass Sie

Ihre Kunden maximal unterstützen, ihnen optimale

Zugänge und Erlebnisse anbieten möchten. Können

Sie das erläutern?

Sallach: Realität in der technischen Kommunikation sind

heute seitenlange Detailinformationen. In Zukunft wird

es jedoch erforderlich sein, auch sehr komplexe Zusammenhänge

kurz und prägnant im sogenannten Story Telling

zu übermitteln. Nicht die technischen Daten stehen

dabei im Vordergrund, sondern Eigenschaften und Vorteile

der Lösungen. ‚Snackable Content‘ soll die immer

komplexere digitale Welt verständlich machen, Zusammenhänge

aufzeigen und die Aufnahmefähigkeit der Ingenieure

und Entwickler nicht überstrapazieren. Kurze Videos

können dabei helfen, Zusammenhänge zu vermitteln.

Das betrachten wir als erlebnisorientierte Komponente.

Ein Beispiel stellen unsere Controller dar sowie

die zur Programmierung erforderlichen Software-Tools.

Die digitale Verschlüsselung der Kommunikation beispielsweise

lässt sich mithilfe einer Animation einfach

und verständlich erklären. Das Internet bietet heute viele

Möglichkeiten zur Darstellung von Inhalten, wie sie im

B2C-Bereich längst etabliert sind. Auch im Business-Bereich

werden solche Funktionalitäten erwartet und die

„Wir fokussieren

auch unsere digitalen

Aktivitäten auf

unser Stammgeschäft.“

Christian Sallach,

Chief Digital Officer

Bild: Wago

Grenzen zwischen B2B und B2C verschwimmen. In nicht

allzu ferner Zukunft werden wir dem IT-System mitteilen

können, welche Komponenten wir für eine Lösung benötigen.

Das System wird uns dann eine Kombination geeigneter

Produkte vorschlagen und dazu alle benötigen

Informationen zur Verfügung stellen.

www.wago.com

Weitere Informationen über die

Digitalisierungsstrategie:

hier.pro/YiPXR

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 21


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

AUS DER

Die Gesellschaft für Systems Engineering GfSE e.V. veranstaltet EMEA-Systems-Engineering-Konferenz

Expertenwissen zu Systems Engineering

Ein Thema, nämlich Systems Engineering (SE), für alle industriellen Anwendungen ist der Gesprächsstoff

für die EMEASEC, die European Middle-East and Africa Systems Engineering Conference, die vom

5. bis 7. November in Berlin stattfinden wird. Die Konferenz ist mit dem Tag des Systems Engineering

2018 (TdSE) zusammengelegt. Der TdSE hat sich in den letzten Jahren zu der Systems Engineering

Konferenz im deutschsprachigen Raum entwickelt und steht für ein Netzwerk an Experten.

Sven-Olaf Schulze, Vorsitzender der GfSE, Senior Expert Unity AG

Das internationale Netzwerk von INCOSE (International Council

on Systems Engineering) ist in den letzten 20 Jahren stetig gewachsen

und in der Zwischenzeit in 63 Ländern aktiv vertreten. Neben

den amerikanischen und ozeanisch/asiatischen Sectoren gibt es

den EMEA Sector. Dort sind unter anderem Länder wie Russland,

Finnland, Norwegen sowie Schweden, Dänemark und Niederlande

vertreten. Darüber hinaus zählen Polen, Frankreich, Schweiz sowie

Israel, England und Spanien dazu. Der Sektor reicht bis hinunter

nach Südafrika. Die Gesellschaft für Systems Engineering e.V.

(GfSE) als deutsches Chapter von INCOSE vertritt die deutschsprachigen

Mitglieder in diesem Netzwerk. Fast 50 % der Mitglieder

von INCOSE kommen aus diesem EMEA Sector. Auf der EMEASEC

treffen sich daher Interessierte und Wissende von Russland bis

Südafrika und Israel bis England in Berlin zum Thema Systems Engineering.

Industrie, Forschung und Lehre berichten über aktuelle und

zukünftige Lösungsansätze zu den Themen der Digitalisierung und

Vernetzung aus verschiedenen Industriebereichen. Die Konferenz

findet alle zwei Jahre statt. Die letzte wurde parallel mit dem INCO-

SE Symposium in 2016 in Edinburgh veranstaltet. In 2020 wird die

EMEASEC wieder zusammen mit dem International Symposium

von INCOSE in Kapstadt organisiert.

In diesem Jahr fokussiert sich der Themenbereich auf die steigende

Digitalisierung und den Nutzen von Systems Engineering im Bereich

Internet der Dinge (IoT), Industrie 4.0 und der Vernetzung von Systemen.

Viele Industrien haben in den letzten Jahren Systems Engineering

Vorgehensweisen auf Grund steigender Software und

Elektronik anteile in den Produkten eingeführt. Mit der Vernetzung

zu sogenannten System-of-Systems, das eigene System ist abhängig

von anderen selbstständig betriebenen Systemen, steigen die

Parameter und die Komplexität weiterhin. Systems Engineering ist

dabei die wesentliche Hilfe, um diesen Herausforderungen strukturiert

zu begegnen und sie zu lösen. Das betrifft nicht nur die klassische

Luft- und Raumfahrt, sondern auch die Medizintechnik, die Automobilindustrie

und alle Transportsysteme, den Schiffbau, die

Landmaschinenindustrie und die Schieneninfrastruktur. Neben den

sicherheitskritischen Anwendungen steigt die Anzahl der Firmen

PLUS

Der nationale GfSE

Workshop im März 2019

Während der EMEASEC Konferenz werden die Themen

für den GfSE Workshop 2019 bekanntgegeben. Auf dem

Workshop, der vom 7. bis 8. März in Hannover stattfindet,

werden Kurzprojekte von den Arbeitsgruppen oder Mitg -

liedern durchgeführt. Die Projekte sind so angelegt, dass

am Ende der zwei Tage alle Teilnehmer Ergebnisse und

Erfahrungen mitnehmen und in der Firma direkt einbringen

können. Das Programm und aktuelle Informationen

sind auf der GfSE Homepage unter Veranstaltungen oder

via Shortlink zu finden:

hier.pro/uJnvJ

Bild: GfSE

Die EMEASEC wurde mit dem Tag des

Systems Engineering zusammengelegt.

Dieser hat sich in den letzten Jahren

als die Systems Engineering Konferenz

im deutschsprachigen Raum etabliert

22 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


AUS DER

MENSCHEN & UNTERNEHMEN

Bild: GfSE

Unter den eingeladenen Vortragenden befindet sich der INCOSE

Präsident Garry Roedler, der unter dem Titel „Shaping Systems

Engineering and INCOSE for the Future“ etwas über die Vision 2025

von INCOSE berichten wird

aus dem Maschinen- und Anlagenbau stetig, die SE nutzen. Die Vernetzung

hält bei klassischen Produkten, wie Pumpen, Sägen und

Bohrmaschinen, Verpackungsmaschinen, Fahrstühlen und auch in

Krankenhäusern Einzug. Dabei sind sowohl die herzustellenden Produkte

und Services mit eingebunden, als auch deren Produktionsund

Prozesssysteme.

Die Konferenz besteht aus zwei Hauptelementen, dem Seminarund

Tutorialtag am 5. November und der zwei-tägigen Konferenz am

6. und 7. November. Der Tutorialtag ist kostenlos und in den Gebühren

der Konferenz enthalten. Er bietet viele Möglichkeiten zum Einstieg

sowie eine Vertiefung von Systems Engineering Themen an.

So werden von erfahrenen Experten in vier stündigen Seminaren

Themen zu modellbasierter Entwicklung mittels MBSE, Sicherheit

in Systemen, Product Line Engineering und Architektur angeboten.

Außerdem präsentieren die Hersteller von Softwarewerkzeugen in

kurzen Seminaren ihre Lösungen zu einem Tool Vendor Project, das

sich in den letzten Jahren als Referenzmodell und -projekt am TdSE

etabliert hat. Neben diesen Seminaren gibt es auch die Möglichkeit

für die Industrie sich zu einem internationalen Austausch mit dem

GfSE Best Practice Circle (BPC) zu treffen. Dieser BPC besteht aus

deutschen Industrievertretern der verschiedenen Branchen, die zum

Beispiel die Anforderungen an zukünftige IT Software für die durchgängige

Unterstützung der Entwicklung definieren. Zum Abschluss

des Tages gibt es auf dem Marktplatz der Konferenz die Möglichkeit

zum Kennenlernen und zu einem erstem Erfahrungsaustausch.

Der zweite Teil ist durch die eingeladenen Vorträge, den Industrieund

Forschungsvorträgen, den Podiumsdiskussionen und der Zeit

zum Netzwerken geprägt. Unter den eingeladenen Vortragenden

befindet sich der INCOSE Präsident Garry Roedler, der unter dem Titel

„Shaping Systems Engineering and INCOSE for the Future“ etwas

über die Vision 2025 von INCOSE berichten wird. Herr Roedler

ist Programm Manager bei Lockheed Martin, einem der INCOSE

Firmenmitglieder in den USA. Weiterhin wird Prof. Dr. Jochen

Werner, Ärztlicher Direktor und Vorstandsvorsitzender des Universitätsklinikum

Essen einen Vortrag mit dem Titel „Smart Hospital –

Challenges and Opportunities“ halten. Zum Abschluss wird Jan Harding

Gliemann, Senior Direktor bei Grundfos A/S in Dänemark, über

die Herausforderungen der Pumpenindustrie im Zusammenhang

von vernetzten Städten und dem Einsatz von Systems Engineering

berichten.

Weitere industrieübergreifende Vorträge zu den verschiedenen Themen

des Systems Engineering, so zum Beispiel aus den Bereichen

Anforderungen, Architektur, MBSE allgemein und PLE erwarten die

Besucher. Am Mittwoch wird es wieder die Endrunde des GfSE Studentenwettbewerbes

geben. Hier werden die besten fünf Finalrundenteilnehmer

den Teilnehmern und dem Bewertungsgremium die

Zusammenfassung ihrer Master- oder Bachelorarbeiten präsentieren.

Der Preis wird in der Abschlussveranstaltung verliehen und ist

insgesamt mit 5000 Euro dotiert.

Die Podiumsdiskussionen sind vielfältig und werden unter anderem

Themen wie Systems Engineering of the Future, gewidmet werden

und aus Kurzbeiträgen von Prof Heinz Stoewer, der in diesem Jahr

die Simon Ramo Medaille von IEEE verliehen bekommen hat, Berber

De Liefde-Vogt vom Ministry of Infrastructure & Water Management

in Holland bestehen. William Miller vom Stevens Institute of

Technology, einer der Pioniere des SE, ist der Moderator. Weiterhin

gibt es eine Podiumsdiskussion von der INCOSE Oil & Gas Working

Group, einen Beitrag „Overcoming MBSE adoption challenges“ mit

den Experten Tim Weilkiens, Sven Kleiner und aus der Industrie

Piotr Malecki von Thyssenkrupp Marine Systems. Martin Neff von

der Audi AG, Nico Michels von Claas KGaA mbH, Georg Kraft und

Mike Felten von Dassault Systèmes Deutschland GmbH geben Stellungnahmen

zum Thema „Systems Engineering in Germany – Strategies

for Introducing to Industrial Practice“ ab, die von Benno Stützel,

Prozesswerk GmbH, moderiert wird.

Eingebettet sind diese einzelnen Highlights in viele Pausen und einem

Konferenzdinner, das zum Intensivieren und Kennenlernen auf

internationaler Bühne einlädt. Den Abschluss bildet optional eine

Auswahl an technischen Touren in und um Berlin.

eve

www.gfse.de

Zu dieser Rubrik

Die Gesellschaft für Systems Engineering

(GfSE) e.V. als deutsches Chapter des International

Council on Systems Engineering (INCOSE) ist seit 1997 die

größte deutschsprachige Interessensvertretung rund um das

Thema Systems Engineering. In der Rubrik ‚Aus der GfSE‘

berichten wir regelmäßig über aktuelle Aktivitäten und

Initiativen. Mitglieder der GfSE erhalten die KEM Systems

Engineering (ehemals develop 3 systems engineering)

digital im Rahmen ihrer Mitgliedschaft über den

Newsletter der GfSE. Zusätzlich besteht die Möglichkeit,

ein Printabonnement zum ermäßigten Mitgliederpreis zu

beziehen. Interessenten wenden sich dazu bitte mit dem

Stichwort ‚Abo GfSE‘ an die Redak tion unter:

kem.redaktion@konradin.de

INFO

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 23


MENSCHEN & UNTERNEHMEN

AUS DER FACHGRUPPE SE

PLM Architect Lothar Kolm stellt der Fachgruppe Systems Engineering vor, wie er bei Phoenix Contact mit dem Digitalen Zwilling arbeitet

BU: Fraunhofer IEM

Technologie-Netzwerk it´s OWL treibt digitale Transformation voran

OWL fokussiert Systems Engineering

Technologien der Digitalisierung stehen auch in diesem Jahr im Fokus der Fachgruppe Systems Engineering.

Ob Digitaler Zwilling oder Künstliche Intelligenz – mit Praxisberichten und Diskussionen setzt

die Erfahrungsaustauschgruppe des Technologie-Netzwerks it’s OWL aktuelle Trendthemen in Bezug

zur Entwicklung und fragt, was Systems Engineering hier leisten kann. Mittelständische Unternehmen

aus Nordrhein-Westfalen können hierfür ab Herbst Transferprojekte beantragen.

Kirsten Harting, Kommunikation Produktentstehung, Fraunhofer IEM, Paderborn

Der Begriff Digitaler Zwilling ist bei produzierenden Unternehmen

in Mode – doch was versteht man genau darunter? Diese

Frage wurde von den rund 60 Teilnehmerinnen und Teilnehmern der

Fachgruppe Systems Engineering am 13. Juni 2018 bei Lenze auf

sehr unterschiedliche Art beantwortet. Für die einen waren mit dem

Digitalen Zwilling (Digital Twin) CAD-Modelle, Tests und Simulationen

gemeint – und damit erst einmal nichts grundsätzlich Neues.

Andere Teilnehmer beschrieben ihn ganzheitlicher als „Platzhalter

Kontaktdaten zur

Förderung

PLUS

Informationen zu den Förderbedingungen gibt es unter

www.its-owl.de. Interessierte Unternehmen können sich an

Christian Fechtelpeter wenden (c.fechtelpeter@its-owl.de,

Tel. 05251 5465 –267). Gemeinsam werden dann Projektideen

weiterentwickelt. Auch der Kontakt zu einem Forschungspartner

kann vermittelt werden.

des Produktes in verschiedenen Anwendungsfällen“. „Der digitale

Zwilling lebt also in jedem Fall!“, so Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu,

Geschäftsführer it’s OWL und Direktor am Fraunhofer IEM. „Es

ist erfreulich, dass wir den oft noch unklaren Begriff schnell mit konkretem

Inhalt aus unserer Arbeit füllen können. Denn für eine ganzheitliche

Betrachtung sind natürlich umfassende Konzepte nötig.“

Das Konzept des Digitalen Zwillings wird oftmals nur im Bereich

Produktion angesiedelt. Dieses Verständnis ging der Fachgruppe

Systems Engineering jedoch nicht weit genug. „Wo fängt der Digitale

Zwilling an und wo hört er auf?“, fragte Dr.-Ing. Lydia Kaiser, Abteilungsleiterin

Fraunhofer IEM und verortete verschiedene Anwendungsbeispiele

im Produktlebenszyklus. Beiträge von Dr.-Ing. Heiko

Stichweh, Abteilungsleiter Lenze, und Lothar Kolm, PLM Architect

Phoenix Contact, gaben Einblicke, welche Anwendungsfelder für

den Digitalen Zwilling bereits in der Industrie bestehen.

Nächste Fachgruppe zu KI bei Miele

Künstlicher Intelligenz – intelligente Systeme, die selber lernen, handeln,

entscheiden. Welche Möglichkeiten, aber auch welche Herausforderungen

ergeben sich daraus? Um dieser Frage nachzuspüren,

trifft sich die Fachgruppe Systems Engineering am 27. November

2018 bei Miele. In einer gemeinsamen Veranstaltung mit der Fachgruppe

Industrie 4.0 von „Digital in NRW – Das Kompetenzzentrum

24 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


www.kem.de

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 1

AUS DER FACHGRUPPE SE

MENSCHEN & UNTERNEHMEN

Zu dieser Rubrik

INFO

Die zunehmende Komplexität von Maschinen und Anlagen stellt

Unternehmen vor große Herausforderungen. Für die Produktent -

wicklung werden ein ganzheitliches Systemverständnis und die

Betrachtung des gesamten Lebenszyklus erforderlich. Im Rahmen

des Spitzenclusters it‘s OWL – Intelligente Technische Systeme Ost-

WestfalenLippe – wurde 2014 die Fachgruppe Systems Engineering

gegründet. Ziel ist es, disziplinübergreifende Methoden für die

Entwicklung von intelligenten Maschinen und Anlagen in die Praxis

zu bringen. Partner sind

• das Fraunhofer IEM (ehemals Fraunhofer-

Projektgruppe Entwurfstechnik Mechatronik),

• Dassault Systèmes,

• die Netzwerke OWL Maschinenbau und

• OWL ViProSim sowie

• die Gesellschaft für Systems Engineering (GfSE).

Systems Engineering ist ein wichtiges Forschungsgebiet im Technologie-Netzwerk

it‘s OWL. Entwurfstechniken unterschiedlicher Disziplinen

werden zu einer übergreifenden Entwurfssystematik zusammengeführt,

die in Modellierungs- und Simulationsmethoden verfügbar

gemacht wird. Dadurch können Unternehmen die Effektivität

und Effizienz ihrer Produktentwicklung steigern. Entwicklungszeiten

werden verkürzt, Abstimmungsbedarfe und nachträgliche Änderungen

entfallen und die Produktqualität steigt.

www.its-owl.de/fachgruppeSE

Hinweis: Veröffentlichungen der Fachgruppe

SE in der KEM Systems Engineering

finden Sie auch auf der Website

der Fachgruppe SE. Zusätzlich besteht für

Teilnehmer die Möglichkeit, ein Printabonnement

zum ermäßigten Preis zu beziehen.

Interessenten wenden sich dazu bitte mit

dem Stichwort ‚Abo FG SE‘ an die Redaktion:

kem.redaktion@konradin.de

Sonderausgabe Systems Engineering

Das

Engineering

Magazin

02 2018

Titelstory Seite 36

Innovation im Produkt

– Transparenz im Projekt

SE-Einführung ist

soziales Projekt

Methoden

Seite 26

Den Wandel

einplanen

Steuerungstechnik

Seite 46

Künstliche

Intelligenz

Anwendung

Seite 64

Im Gespräch | „Kundenschnittstelle steht im Fokus“

Christian Sallach, Chief Digital Officer, Wago-Gruppe – Seite 18

BU: Fraunhofer IEM

für den Mittelstand“ wird das ebenfalls viel diskutierte Thema

Künstliche Intelligenz von der Entwicklung, über die Produktion hin

zum fertigen Produkt betrachtet. Wie können intelligente Assistenzsysteme

künftig Entwickler unterstützen und welchen Nutzen hat

maschinelles Lernen in der Produktion? Informationen zu Agenda

und Anmeldung gibt es unter www.its-owl.de

it’s OWL startet mit neuen Projekten

Das Technologie-Netzwerk it´s OWL startet ab Herbst 2018 mit neuen

Projekten. Ein Arbeitsausschuss aus 24 Kernunternehmen und

sechs Forschungseinrichtungen des Spitzenclusters hat dafür in den

Bereichen Künstliche Intelligenz, Digitale Plattformen, Digitaler Zwilling

und Arbeitswelt der Zukunft große Leitprojekte konzipiert. Parallel

dazu wird auch das Erfolgsmodell des it’s OWL Technologietransfers

fortgeführt: In Transferprojekten von bis zu 12 Monaten arbeiten

kleine und mittlere Unternehmen mit einem Forschungspartner zusammen.

Kernziel ist die Entwicklung innovativer Produkte, Prozesse

und Geschäftsmodelle oder der Einsatz neuer Entwicklungsmethoden

zur Gestaltung der digitalen Transformation. Die Transferprojekte

bieten einen schnellen und einfachen Zugang zu neuen Technologien

und aktuellem Forschungswissen. Die Wirkung wird direkt

in der betrieblichen Praxis sichtbar.

Transferprojekte auch für SE beantragen

Die vom Land NRW geförderten it’s OWL-Transfergutscheine können

ab Herbst 2018 beantragt werden. Förderfähig sind kleine und

mittlere Unternehmen aus NRW in Kooperation mit einem Forschungspartner

aus Ostwestfalen-Lippe. Der Schwerpunkt der Projekte

wird allerdings in der Spitzencluster-Region liegen. KMU erhalten

über die Transfergutscheine eine Förderung zwischen 60 bis

80 % der Projektkosten. Insgesamt kann ein Unternehmen bis zu

60.000 Euro Zuwendung erhalten.

Für einen erfolgreichen Projektantrag ist der Bezug zur it’s OWL-Innovationsplattform

wichtig, die Forschungsergebnisse und Leistungsangebote

zur Umsetzung Intelligenter Technischer Systeme

bündelt. Neben Ansätzen zur Maschinellem Lernen, Mensch-Maschine-Kollaboration,

plattformbasierte Lösungen für Smart Services

wird auch das Thema Systems Engineering weitergefördert.

So können sich Unternehmen etwa der bedarfsgerechten SE-Einführung

in den Produktentstehungsprozess oder den Potenzialen

von MBSE-Tools widmen.

eve

www.its-owl.de

Prof. Roman Dumitrescu,

Geschäftsführer it’s OWL

und Direktor am Fraun -

hofer IEM, diskutiert den

Begriff Digitaler Zwilling

mit den Teilnehmern der

Fachgruppe

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 25


METHODEN

PERSPEKTIVEN

Experten zur Entwicklung und Implementierung eines unternehmensweiten System-Engineering-Konzepts

Systems Engineering

einführen – ein soziales Projekt

Forschung und Industrie betreiben viel Aufwand bei der Optimierung von Systems-Engineering-Prozessen.

Mindestens genauso wichtig ist jedoch ein passendes Change Management: Betriebe können so

ihre Belegschaft von Beginn an mit einbeziehen und dafür sorgen, dass der gewählte SE-Ansatz akzeptiert

und nachhaltig gelebt wird. Matthias Knoke, Leiter der Virtuellen Produktentwicklung bei Miele,

und Lukas Bretz, Wissenschaftler am Fraunhofer IEM, sprechen über die Einführung von SE.

Interview: Kirsten Harting, Kommunikation Produktentstehung, Fraunhofer IEM, Paderborn

Kirsten Harting (Fraunhoder IEM): Herr Knoke, wann lohnt

es sich, über die Nutzung von SE nachzudenken?

Matthias Knoke (Miele): Ich bin überzeugt, dass Systems Engineering

jedem entwickelnden Unternehmen Vorteile verschaffen kann.

Es stellt sich aber die Frage: Was bedeutet SE konkret für das zu

entwickelnde Produkt und welche Aspekte des SE sind dazu hilfreich?

Bei Miele haben wir zu Beginn unserer SE-Definition eine

ausführliche Potenzialanalyse durchgeführt, um genau diese Fragen

zu klären. Dabei haben wir festgestellt, dass wir einige SE-Ansätze

zwar bereits nutzen, diese jedoch oft als Insellösungen verwendet

werden. Wir arbeiten aktuell daran, diese Inseln zusammen mit neuen

Ansätzen zu einem durchgängigen SE-Prozess zu verbinden. Gerade

kleine und mittlere Unternehmen können natürlich auch ohne

Durchgängigkeit bereits Mehrwerte schaffen. Das hängt ganz vom

Einsatzzweck ab.

Harting: Gibt es typische Einsatzzwecke oder muss das jedes

Unternehmen für sich analysieren?

Lukas Bretz (Fraunhofer IEM): Ja, es lassen sich Idealtypen beschreiben,

die im Detail an das jeweilige Unternehmen angepasst

werden müssen. Am Fraunhofer IEM haben wir verschiedene Idealtypen

erarbeitet und sie auf Basis von 20 SE-Projekten überprüft.

Wir unterscheiden zwischen vier wesentlichen Konzepten. Im einfachsten

Fall werden SE-Methoden genutzt, um ein gemeinsames

Bild der Aufgabe zu erarbeiten. Dazu ist keine Software notwendig.

Weit verbreitet ist das Konzept der mechatronischen Skizze: statische

Architekturen beschreiben das System und seine Schnittstellen

mittels eines Modells. Die weiter fortgeschrittenen Konzepte

umfassen auch Verhaltensmodellierung und die Simulation der Modelle.

Je nach Bedarf können verschiedene dieser Konzepte auch in

einem Unternehmen eingesetzt werden. Am Ende ist immer wichtig:

Es gibt kein „One-Size-Fits-All“-SE.

SE-Einführung für jeden

Bedarf: Vier wesentliche

Konzepte wurden am

Fraunhofer IEM erarbeitet

Bild: Fraunhofer IEM

26 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


Bild: Fraunhofer IEM

„Damit alle Aktivitäten

zusammenpassen,

erarbeiten wir zusammen

mit unseren Projektpartnern

ein Tayloring-Konzept.

Dieses soll

definieren, unter welchen

Bedingungen Projekte

welche SE-Ansätze und

Methoden nutzen sollen.“

Matthias Knoke, Leiter der Virtuellen

Produktentwicklung bei Miele (re.)

Knoke: Bei Miele haben wir aufgrund der großen Vielfalt an Produkten

und Systemen und den folglich sehr unterschiedlichen Projektkonstellationen

Bedarf für alle vier Konzepte identifiziert. Damit

trotzdem alle Aktivitäten zusammenpassen, erarbeiten wir zusammen

mit unseren Projektpartnern ein Tayloring-Konzept. Dieses soll

definieren, unter welchen Bedingungen Projekte welche SE-Ansätze

und Methoden nutzen sollen. Kern ist aber eine für alle Ansätze

gemeinsame Basis. Diese ist notwendig um Miele-weit ein einheitliches

Verständnis und Vorgehen für Systems Engineering sicherzustellen,

und das unter Berücksichtigung der vorhandenen PLM-Umgebung.

Harting: Systems Engineering wird aktuell in vielen Branchen

stark diskutiert, von kleinen Maschinen- und Anlagenbauern bis

hin zu großen OEMs. Warum fällt die Einführung von SE oft so

schwer?

Bretz: SE betrifft das gesamte Unternehmen. Das gilt sowohl für

fachliche Themen wie Methoden und Werkzeuge als auch für die Organisationstruktur

selbst. Für eine erfolgreiche Einführung muss eine

Vielzahl von Stakeholdern aus nahezu allen Unternehmensbereichen

einbezogen werden. Außerdem gibt es strukturbedingte Nachteile:

Großunternehmen kämpfen oft mit starren Strukturen und trägen

Entscheidungswegen. Zudem sind hier Spezialistentum und Silo-Denken

weit stärker ausgeprägt als im Mittelstand – beides wiederspricht

dem Kern des SE, dem ganzheitlichen und durchgängigen

Systemdenken. Kleine und mittlere Unternehmen im Gegenzug

haben zwar die notwendige Flexibilität und mehr Generalisten, dafür

fehlen hier oft die Ressourcen für ein großes SE-Einführungsprojekt.

Harting: Miele steht als inhabergeführtes Unternehmen mit

über 20.000 Mitarbeitern zwischen KMU und Konzernen. Treffen

diese Herausforderungen auch auf Miele zu?

Knoke: Durchaus. Wir haben erfahrene Mitarbeiter, die unsere Geräte

als Ganzes verstehen, gleichzeitig haben die verschiedenen

Produktbereiche sehr unterschiedliche Anforderungen, die nur mit

viel Abstimmungsaufwand abzugleichen sind. Daher haben wir unser

SE-Einführungsprojekt (SE4Miele) auch in einem Zentralbereich

aufgesetzt und beziehen die Werke über Pilotprojekte mit unterschiedlichen

Schwerpunkten ein. So erhalten wir Feedback von den

Fachbereichen und erarbeiten Miele-weit anwendbare Methoden

und Tools.

Harting: Das klingt nach einem guten Vorgehen. Herr Bretz,

können andere Unternehmen dies übernehmen?

Bretz: Prinzipiell ja, das Einführungsprojekt muss für die jeweilige

Organisation passend strukturiert sein. In einem kleinen Unternehmen

reicht hier oft ein Projektteam mit wenigen Mitgliedern. In größeren

Unternehmen – und abhängig davon, wie schnell Änderungen

im Arbeitsalltag eingeführt werden sollen – eignen sich andere Ansätze.

Etwa der von Miele oder ein Projekthaus, in dem Experten

aus den betroffenen Bereichen für einen definierten Zeitraum ausschließlich

am Thema SE arbeiten. Innerhalb dieser Projektorganisation

wird auch geplant, wie die SE-Organisation im Betrieb aussehen

wird. Auch hier gibt es verschiedene sinnvolle Möglichkeiten.

Harting: Nach dem Aufsetzen des SE-Einführungsprojekts folgt

seine inhaltliche Gestaltung. Was ist hier besonders wichtig?

Knoke: Neben der Planung von Prozessen, Methoden und Tools ist

das Change Management von besonderer Bedeutung. Der beste

Prozess hilft niemandem, wenn er nicht akzeptiert und gelebt wird.

Es ist typisch menschlich, auf große Veränderungen erst einmal mit

Vorbehalten oder Ablehnung zu reagieren. Daher muss zunächst die

Idee überzeugen und anschließend die Umsetzung immer wieder

kleine, erreichbare Erfolge liefern. Ich bezeichne diese kleinen Erfolgsschritte

gerne als „Knabberglück“. Dies hilft, das Team zu motivieren

und kann auch in der bereichsübergreifenden Kommunikation

gut genutzt werden. Hierbei sind konkrete Ergebnisse wichtiger als

Machbarkeitsstudien und Konzepte. Insgesamt ist das Soziale beziehungsweise

Zwischenmenschliche bei einem solchen Projekt

sehr wichtig.

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 27


METHODEN

PERSPEKTIVEN

„Großunternehmen

kämpfen oft mit starren

Strukturen und trägen

Entscheidungswegen.

Zudem sind hier Spezialistentum

und Silo-Denken

weit stärker ausgeprägt

als im Mittelstand

– beides wiederspricht

dem Kern des SE.“

Lukas Bretz, Wissenschaftler

am Fraunhofer IEM (li.)

Bild: Fraunhofer IEM

Bild: Fraunhofer IEM

Harting: Da sind wir beim Stichwort Change Management angekommen.

Herr Bretz, gibt es Aspekte, die beim Veränderungsmanagement

für SE besonders zu beachten sind?

Typische Organisationsformen für SE-Einführung und Betrieb

Bretz: Bei der Einführung von SE gilt es, die Mitarbeiterinnen und

Mitarbeiter zu überzeugen, zu befähigen und schließlich die SE-Lösung

auszurollen und mit der Belegschaft zu verstetigen. Zu diesem

Zweck sollten Unternehmen etablierte Ansätze des Change Management

adaptieren. Allerdings halte ich einige dieser Ansätze für

ungeeignet, da sie einen reinen Top-Down Ansatz vorschlagen. Für

eine erfolgreiche SE-Einführung müssen aber sowohl Management,

als auch Mitarbeiter von Beginn an überzeugt und mitgenommen

werden. Hier kommen das von Herrn Knoke beschriebene Knabberglück

und die interne Kommunikation ins Spiel. Parallel zu der inhaltlichen

Erarbeitung des SE-Konzeptes gilt es, mögliche Hindernisse

in der Organisation zu erkennen und zu beseitigen. Unangenehme

Hindernisse sind das „nicht wollen“ oder „nicht dürfen“. In manchen

Fällen reicht es hier, wenn SE-Projektleiter Überzeugungsarbeit

leisten. In anderen Fällen müssen sie die organisatorischen

Rahmenbedingungen hinterfragen und anpassen. Denn wenn das

Ziel ein abteilungsübergreifendes Miteinander ist, die erfolgsabhängige

Vergütung aber Silo-Denken begünstigt, ist das ein Widerspruch

per se und die Bemühungen zur Einführung werden behindert.

Den organisatorischen Rahmen anzupassen heißt, neue Rollen

zu schaffen und bestehende so zu überdenken, dass sie optimal

zum unternehmensspezifischen SE-Konzept passen. Andere typische

Hindernisse sind das „nicht wissen“ und „nicht können“. Hier

sind Schulungen und Coachings für die Belegschaft oftmals zielführend.

Für den Projekterfolg sind aber nicht nur die Mitarbeiterinnen

und Mitarbeiter wichtig, die später direkt Systems Engineering betreiben.

Gerade mit der Unternehmens-IT ist für die SE-Einführung

eine sehr intensive Zusammenarbeit erforderlich. Alle an der Produktentstehung

beteiligten Bereiche müssen offen für Veränderungen

sein. Dies beginnt bereits beim Marketing und umfasst auch

unterstützende Bereiche wie die IT.

Eine weiterer Faktor für Erfolg oder Misserfolg des SE-Projekts ist

die Anzahl der Neuerungen sowie Zeitpunkt und Geschwindigkeit,

mit der sie eingeführt werden. Um die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

hier nicht zu überfordern, können zum Beispiel regelmäßige

SE-Releases genutzt werden. So muss sich die Belegschaft immer

nur auf kleinere Veränderungen einlassen. Zudem kann das Projektteam

ein Release besser vorbereiten als einen „Big-Bang“.

Knoke: Ein weiterer Vorteil von Releases ist die bessere Abstimmung

mit parallelen Organisations- und IT Programmen. Bei Miele

werden regelmäßig die Releases des komplexen PLM-Programm

mit den SE Release-Zyklen synchronisiert. Gerade für die neu einzuführenden

IT-Systeme ist das eine große, aber auch absolut notwendige

Herausforderung.

Harting: Auf was gilt es neben Change Management und

Projektorganisation noch zu achten?

Bretz: Oft wird zunächst vergessen, dass im Einführungsprojekt neben

Richtlinien und Prozessen bereits konkrete Inhalte erarbeitet

werden müssen, etwa Referenzstrukturen für Anforderungsspezifikationen

oder Architekturen. Für eine Anwendung von SE mit vielen

Mitarbeitern sind solche Strukturen sehr wichtig, da Modelle sonst

nicht miteinander vergleichbar, konsistent und kompatibel gehalten

werden können. Auch das Entwickeln von Modellbibliotheken für

Standard-Funktionen oder -Elemente ist häufig notwendig. Grundlage

für die Anwendung von SE sind natürlich – neben der Grundlage

des Systemdenkens – geeignete Methoden und Prozesse. Für Model-Based

Systems Engineering sind zusätzlich Modellierungssprachen

und Werkzeuge wichtig. In jedem dieser Bereiche gibt es zum

Glück gute Vorarbeiten, auf die wir aufbauen können. Als Sprache

greifen wir zum Beispiel gerne auf Consens oder SysML zurück.

28 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


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Einkauf in Zeiten von

Trump und Brexit Seite 18

2018 09

Working Out Loud

Die neue Arbeitsmethode Seite 78

Intralogistik

PROZESSTECHNIK FÜR DIE LEBENSMITTELINDUSTRIE

Drohnen zur automatisierten Inventur Seite 46

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Schwäbisch Gmünd

Akustisch wirksame Systeme

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38 BIOPHARMAZEUTIKA

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FACHMESSE UND

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COMPLIANCE IM BETRIEB

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Planung in der Praxis

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NACHHALTIGE CHEMIE

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48 INTELLIGENTE DICHTUNG

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Titelstory Seite 56

Messe Aluminium

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K|E|M Konstruktion 10 2018 1

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Verkaufsinspirationen:

Retail Tour durch Köln

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Tischler, Inneneinrichter

Consens lässt sich besonders leicht lernen und anwenden, SysML

wird durch IT-Werkzeuge gut unterstützt und bietet mächtige Anpassungsmöglichkeiten

für das jeweilige Anwenderunternehmen. Und

all diese Inhalte sollten natürlich optimal von einem Werkzeug unterstützt

werden.

Knoke: Bei der Auswahl der SE-Werkzeuge müssen zwei Aspekte

beachtet werden: Erstens müssen diese die geplanten Methoden

und Prozesse optimal abbilden und unterstützen. Zweitens müssen

die Werkzeuge zur PDM/PLM-Umgebung passen. Im Engineering

setzt Miele auf die Dassault 3D-Experience Plattform als zentrales

Element. Für die einzelnen SE-Anwendungsfälle prüfen wir daher

sehr genau, ob wir Funktionalitäten der Plattform oder externe

Werkzeuge mit Schnittstelle zur Integration und Durchgängigkeit

nutzen.

Harting: Wie stellt Miele sicher, dass die erarbeiteten Inhalte

auch wie geplant funktionieren, bevor sie eingeführt werden

können?

Knoke: Wir nutzen die schon erwähnten Pilotprojekte um Methoden,

Modellierungssprachen und Werkzeuge vor der Ausrollung zu

testen. Durch verschiedene Projekte decken wir auch unterschiedliche

Inhalte ab, je nach Art des Projekts. Für die Ausrollung werden

wir schrittweise unseren Entwicklungsprozess um SE-Inhalte erweitern.

Startpunkt wird das Anforderungsmanagement sein, welches

wir im vergangenen und laufenden Jahr in mehreren Pilotprojekten

anwenden und optimieren konnten. In Abstimmung mit den

laufenden PLM-Aktivitäten versuchen wir den ganzheitlichen SE-Ansatz

in für die Organisation verdaubare Häppchen zu schneiden, abzusichern

und unternehmensweit einzuführen.

www.iem.fraunhofer.de

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Kraftwerk

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K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 29


METHODEN

HARDWARE IN THE LOOP

Hella und Fraunhofer IEM bauen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand für Prototypen

Scheinwerfer auf dem Prüfstand

Ob holpriges Schlagloch oder blendendes Gegenlicht: Scheinwerfer-Prototypen bestehen künftige

Abenteuer erst einmal auf dem Prüfstand, bevor sie in die Serienproduktion gehen. Das spart Zeit und

Kosten in der Entwicklung. Um sein Engineering mit simulationsbasierten Tests noch effizienter zu

gestalten, baut Hella mit dem Fraunhofer IEM derzeit einen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand auf.

Kirsten Harting, Kommunikation Produktentstehung, Fraunhofer IEM, Paderborn

Moderne Scheinwerfer leuchten schon lange nicht mehr nur

den Weg aus. Sie interagieren mit dem Fahrzeug oder passen

sich wechselnden Umwelteinflüssen an. Scheinwerfer sind

heute multifunktional und hochkomplex. Entwickler setzen deshalb

vermehrt auf ganzheitliche modellbasierte Engineering-Ansätze, die

das System Scheinwerfer in seinen vielfältigen Abhängigkeiten betrachten.

Beispiel Lichtfunktionen: Arbeitet das blendfreie Fernlicht

auch beim Holpern durch Schlaglöchern? Und wie zuverlässig ist der

Fernlichtassistent bei Nebel oder Regen? Oft können Entwickler

diese Fragen erst bei realen Testfahrten klären, die aber aufwendig

und kostenintensiv sind.

Gesucht:

Richtiges Maß zwischen Realität und Simulation

Technisch möglich ist es bereits: Werden Scheinwerfer also künftig

ausschließlich im Modell getestet? Reicht es aus, spätere Einflüsse

wie die holprige Landstraße, die blendende Sonne oder den feuchten

Nebel über eine reine Simulationen abzubilden? „Nein“, sagt

Christian Schmidt, Leiter der Vorentwicklung Lichttechnik bei Hella.

„Erstens ist ein Modell immer nur ein Abbild der Realität. Für gewisse

Fragestellungen sind wir aber auf reale Daten angewiesen. Zweitens

wäre der Aufwand, sämtliche Einflussfaktoren zu modellieren,

enorm hoch. Es lohnt sich nicht.“

30 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


HARDWARE IN THE LOOP

METHODEN

Bild: Hella

Mit Hilfe der Hardware-in-the-

Loop-Technologie können virtuelle

Situationen inszeniert werden,

die real nur mit enormem Aufwand

arrangiert werden können

Ziele des

Forschungsprojekts

PLUS

Wegen der voranschreitenden Komplexität und Multifunk -

tionalität moderner Kraftfahrzeugscheinwerfersysteme stellt

sich der konventionelle Entwicklungsprozess, basierend auf

physikalischen Prototypen, aus ökonomischer Sicht zunehmend

als nicht mehr tragbar dar. Daher entsteht im Projekt

„Smart Headlamp Technology“ erstmals ein ganzheitlicher

optimierter Entwicklungsprozess, dessen Kernelement simulationsbasierte

Testverfahren bilden, mit folgenden Zielen:

• Ganzheitliche Umsetzung eines optimierten, ressourceneffizienten

und vernetzten Entwicklungsprozess für dynamische

Scheinwerfersysteme

• Hochdynamische Prüfstände erlauben mittels Hardware-inthe-Loop

und einem Fahrsimulator die subjektive und objektive

Bewertung von Lichtverteilungen, Lichtfunktionen und Fehlern

in den ersten Stadien der Entwicklung

• Überwachung der Lichttechnik auf Modellebene zur Laufzeit

(Condition Monitoring) zur Fehlerfrüherkennung und Einleitung

von Gegenmaßnahmen

• Vernetztes Datenmodell zur Akquisition und Kommunikation

von Testdaten zwischen den einzelnen Evaluierungswerk -

zeugen

• Aufbau eines Versuchsfahrzeugs zur Evaluierung neuartiger

Scheinwerferfunktionen bei realen Straßenfahrten zur proaktiven

Vermeidung von Fehlern und Erhöhung der Systemlebensdauer

Für den optimalen Entwicklungsprozess gilt es also, die richtige

Kombination zwischen realen und simulationsbasierten Tests zu finden.

Dieser Aufgabe widmet sich Hella in einem Forschungsprojekt

mit dem Fraunhofer IEM, dem Heinz-Nixdorf-Institut der Universität

Paderborn und der TU Dortmund. Aktuell bereitet das Projektteam

die verschiedenen Möglichkeiten simulationsbasierter Tests strukturiert

auf. „Dabei achten wir darauf, die unterschiedlichen Technologien

bedarfsgerecht in die Entwicklung von Hella zu integrieren. Am

Ende geht es darum, den Entwicklungsprozess effizient zu gestalten

und nicht unnötig aufzublähen“, erläutert Christopher Lankeit,

Gruppenleiter am Fraunhofer IEM.

HiL: Scheinwerfer im simulierten Abenteuer

Da sowohl reale Testfahrten als auch rein modellbasierte Simulationen

sehr aufwendig sind, erprobt Hella die Technologie Hardware-inthe-Loop

(HiL), die eine Kombination aus beidem ist: HiL verbindet

reale Systeme mit einer virtuellen Umgebung und ermöglicht so

umfangreiche Tests nah an der Realität. Derzeit baut der Automobilzulieferer

aus Lippstadt gemeinsam mit dem Fraunhofer IEM einen

eigenen Hardware-in-the-Loop-Prüfstand auf.

Dafür montieren die Wissenschaftler einen realen Prototyp des

Scheinwerfers auf einen sogenannten Hexapoden. Der Roboter simuliert

die Fahrzeugbewegungen mit sechs Antriebselementen –

scharfe Linkskurve, Vollbremsung – alles kein Problem. Ist der Prüfstand

in einem Lichtkanal aufgebaut, so ist zusätzlich die Simulation

von Lichtverhältnissen möglich. Weitere Potenziale könnten Tests in

einer Klimakammer bieten, die zum Beispiel Luftfeuchtigkeit abbilden

kann. Ob sonniger Morgen auf holpriger Landstraße oder verregneter

Nachmittag mit viel Gegenverkehr – dem realen Scheinwerfer-Prototyp

wird seine Umgebung ohne viel Aufwand realitätsnah

simuliert.

Potenziale über den gesamten Produktlebenszyklus

Hella verspricht sich vom Einsatz der HiL-Technologie einen deutlich

effizienteren Entwicklungsprozess. „Wir inszenieren virtuelle Situationen,

die real nur mit enormem Aufwand arrangiert werden können.

Auf einer einsamen Landstraße kann es beispielsweise lange

dauern, bis der Testfahrer ein Auto zum Überholen findet“, so Chris -

tian Schmidt. Das Entwicklungsteam kann die HiL-Simulationen hingegen

beliebig oft wiederholen und erhält somit eine hohe Vergleichbarkeit

seiner Tests. Ändern sich während des Entwicklungsprozesses

Anforderungen, kann zudem auch der Prüfstand flexibel

angepasst werden.

Die Möglichkeiten der HiL-Technologie gehen weit über die Simulation

hinaus: Die Testdaten fließen in die Entwicklung zurück und helfen

dabei, das Produkt zu optimieren. Auch nach dem Produktrelease

ist der Einsatz eines HiL-Prüfstands sinnvoll. Meldet ein Kunde einen

Fehler, können die Entwickler ihn auf dem Prüfstand systematisch

analysieren. Auch die Suche nach Lösungen und ihre Simulation

ist möglich. HiL gilt als eine Schlüsseltechnologie für die Entwicklung

künftiger technische Systeme – auch für Hella. Das Unternehmen

wird den Ansatz auch über das Forschungsprojekt hinaus

vorantreiben.

Forschungsprojekt Smart Headlamp Technology

Im Forschungsprojekt „Smart Headlamp Technology – Ressourceneffizienter

und vernetzter Entwicklungsprozess für dynamische Scheinwerfersysteme“

werden Hella, die TU Dortmund, das Heinz-Nixdorf-Institut

der Universität Paderborn und das Fraunhofer IEM vom Europäischen

Fonds für regionale Entwicklung NRW (EFRE.NRW) gefördert.

Weitere Aspekte des Projekts sind Virtuelle Testfahrten im Fahrsimulator

sowie Ansätze des Condition-Monitoring und Self-Healing. eve

www.hella.de

www.iem.fraunhofer.de

Näheres zur Forschung des Fraunhofer IEM rund um

X-in-the-Loop-Technologien hier:

hier.pro/TM2tC

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 31


METHODEN

FMEA

Herausforderungen im Qualitäts- und Risikomanagement

Das Gleichgewicht ist entscheidend

Unternehmen produzieren heute in einem Umfeld, das immer komplexer, globaler und regulatorischer

wird. Transparente Entwicklungsprozesse, ein gemeinsames Systemverständnis und eine gute, vernetzte

Zusammenarbeit intern und mit Marktteilnehmern liefern die Basis für eine wirtschaftliche, schnelle und

erfolgreiche Produktentwicklung. Neben einem qualifizierten Team und klar definierten Prozessen bedarf

es zudem einer speziellen FMEA-Software. Plato hilft bei der Auswahl der richtigen Lösung.

Regine Gutjahr, Produktmanagerin der Plato AG, Mark Chambers, Director Canada der Plato North America

In der modellbasierten Ent -

wicklung ist das Systemmodell

die Basis aller Aktivitäten

Bild: Plato

Um eine hohe Leistungsfähigkeit, insbesondere im Qualitätsund

Risikomanagement, zu erreichen, müssen Organisationen

drei Elemente in Balance haben: ihre Mitarbeiter, Prozesse und

Technologien. Der Fokus liegt nicht nur auf den Fähigkeiten derjenigen,

die FMEA (Fehler-; Möglichkeits- und; Einfluss-; Analyse) durchführen,

sondern auch auf den Prozessen, Verfahren und Werkzeugen,

die vom Team verwendet werden. Diese Elemente sind Teil eines

kontinuierlichen Prozesses der Risikoidentifizierung, -analyse

und -vermeidung. Dieser Prozess ist auf die Unternehmensziele eines

verbesserten Prozessablaufs und einer verbesserten Qualität

sowie der Reduzierung von Ausschuss und Nacharbeit ausgerichtet.

Die Herausforderung für viele sind nicht ihre Mitarbeiter oder Prozesse,

sondern der Mangel an Technologien für die nächste Generation

von Qualitätsingenieuren. Dieser Mangel an adäquaten Technologien

wirkt sich direkt auf die Fähigkeit eines Unternehmens aus,

Risiken proaktiv zu managen und gleichzeitig wichtiges Wissen aus

dem gesamten Unternehmen zu sammeln. Unabhängig davon, ob

dieses Wissen von den Mitarbeitern, Managern oder Vorgesetzten

stammt, muss es in Echtzeit erfasst werden, um wiederholbare Ergebnisse

zu erzielen und die höchste Qualität zu erhalten.

Ein „Worst Case“ aus der Praxis

Das Beispiel eines US-amerikanischen Automobilunternehmens sei

an dieser Stelle genannt. Wie viele andere Unternehmen hatten sie

gut ausgebildete und erfahrene Qualitätsingenieure, Six Sigma

Black Belt, APQP-Moderatoren, Teamleiter und Manager. Sie verfügten

über einen klar definierten Prozess für das Management von

Qualitätsrisiken, eine etablierte Unternehmensmethodik nach regulatorischen

Standards und Kennzahlen für das Benchmarking. Alles

schien gut etabliert. Aber das dritte Element „Technologie“ war das

eigentlich Entscheidende. Die Firma benutzte Tabellenkalkulationen.

Kein großes Problem, wenn man einen Standort, ein kleines Team

und einen einfachen Produktionsprozess hat. Ein Alptraum bei mehr

als dreißig Standorte auf der ganzen Welt, von denen einige mit Excel

arbeiteten, andere mit einem internen Tool und andere nicht

nach der Unternehmensmethodik. Es gab keinen Ansatz, die gewonnenen

Erkenntnisse zu erfassen oder eine kontinuierliche Verbesserung

zu fördern. Zudem hatte die Firma eine alternde Belegschaft,

die ging, und ihr Wissen mitnahm. Zahlreiche Qualitätsfeststellungen

während eines Audits waren nur ein Spiegelbild all dieser

zugrunde liegenden Ursachen.

32 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


FMEA

METHODEN

Methodencloud: Anforderungen,

Spezifikationen, Funktionale

Sicherheit, Control Plan und weitere

Methoden nutzen dieselben Daten.

Alle Methoden sollten deshalb

vernetzt arbeiten

Bild: Plato

Ein weiterer Punkt war, dass einige

aus dem Team einfach die vorherige

FMEA kopierten und mittels

„Speichern unter“ eine neue

Version erzeugten, da sie keinen

Wert darin sahen, eine FMEA-Analyse durchzuführen. Empfohlene

Maßnahmen fanden keine Beachtung. Schließlich mussten sie die

Daten manipulieren, um Dashboards für das Management zu erstellen.

Diese Berichte waren nicht wirklich repräsentativ für das, was

innerhalb des Unternehmens geschah. Die Garantieansprüche begannen

in Höhe von 5 Millionen Dollar pro Jahr zu steigen, das Produkt

wurde mit einer alarmierenden Rate zurückgegeben und die

Ursachenanalyse, die die Ingenieure durchführten, wurde nicht an

die Entwicklungs- und Fertigungsingenieure zur weiteren Analyse

zurückgeschickt. Bei einem Notfallmeeting gab ein Team in Europa

bekannt, dass es das Qualitätsproblem drei Monate früher gelöst

hatte, aber dies niemandem im Unternehmen mitgeteilt wurde. Unterdessen

kämpften die Standorte, die das gleiche Produkt herstellten,

weiter mit dem gleichen Problem. Das Risiko erhöhter Rückrufaktionen,

Sicherheitsprobleme und die Haftung des Unternehmens

für diese Ausfälle waren auf das Fehlen eines Gleichgewichts der

drei genannten Elemente zurückzuführen.

Neuer AIAG-VDA-Standard gibt die Richtung vor

Eine FMEA zu erstellen, ist immer eine Herausforderung. Organisationen

sind verpflichtet, die Einhaltung ihrer Zertifizierungen und der

neuesten AIAG/VDA- und ISO-Normen sicherzustellen. Sie müssen

ihre Pläne zur Risikoidentifizierung- und -vermeidung durch interne

und externe Audits nachweisen und kontinuierlich validieren. Mit

dem neu ausgerichteten AIAG-VDA-Standard wird es für viele Unternehmen

jedoch schwierig, wenn nicht gar unmöglich sein, ihre

FMEA mit Tabellenkalkulationen zu verwalten. Die AIAG weiß das

und stellt klar: „Bei komplexen Produkten und Prozessen wird der

Einsatz von spezieller FMEA-Software empfohlen.“ Microsoft Excel

gehört nicht dazu. Um das Gleichgewicht zu erreichen, das Menschen

und Prozesse benötigen, müssen Unternehmen ihre Teams

mit den technologischen Werkzeugen ausstatten, um erfolgreich zu

sein und ein angemessenes Risikomanagement zu erreichen.

• Modellbasiertes Arbeiten: Visuelles Arbeiten zur Vorbereitung und

zum Aufbau von Strukturen und Netzen beschleunigt das Arbeiten

und erleichtert das Verständnis für Systemzusammenhänge.

• Methodenvernetzung: Anforderungen, Spezifikationen, Funktionale

Sicherheit, Control Plan und weitere Methoden nutzen dieselben

Daten. Alle Methoden sollten deshalb vernetzt arbeiten

und Änderungen überall sofort aktualisiert sichtbar sein. Eine Datenbank

ist erforderlich.

• Eigene Methoden verwenden: Informationen zu Reklamationen

oder zu Kosten können für Unternehmensabläufe wichtig sein.

Für individuelle Daten in der FMEA oder zusätzliche Formblätter

ist es erforderlich, dass die Software konfigurierbar ist.

• Technologie: Die Webtechnologie ist die moderne Technik. Sie

bietet hohe Verfügbarkeit für den Anwender und benötigt keine

lokale Installation auf dem Rechner des Anwenders.

• Kommunikation: Ein integriertes Benachrichtigungskonzept ist

notwendig, wenn Team-Mitglieder oder Verantwortliche relevante

Informationen automatisch erhalten sollen.

• Lessons Learned: Wissen ist kostbar. Ein geregelter Prozess für

FMEA-Vorlagenerstellung, Freigabe, Verteilung und Aktualisierung

macht sich bezahlt. Vorlagen-Management ist sehr effizient,

wenn es viele ähnliche Produkte/Prozesse/Projekte, Varianten

oder verteilte Standorte gibt.

Unternehmen sollten bei der Auswahl einer FMEA-Software also

darauf achten, dass es sich dabei um eine zentrale Plattform handelt,

die Teams standortübergreifend verbindet, bestehendes Wissen

sowie Vorlagen nutzt, Methoden vernetzt, modell-basiertes Arbeiten

unterstützt und den neusten technologischen Anforderungen

entspricht.

jg

www.plato.de

Details zu FMEA-Software:

hier.pro/ONrn8

Abschied nehmen von der Tabelle

Bei der Entwicklung komplexer Produkte wird der Einsatz spezialisierter

FMEA-Software von der AIAG/VDA-Harmonisierung zu Recht

ausdrücklich empfohlen. Tabellenkalkulationen können die wachsende

Zahl an Anforderungen an eine FMEA-Software nicht mehr bewältigen.

Es gibt zahlreiche FMEA-Tools. Unternehmen müssen

prüfen, welches zu ihren Einsatzzwecken passt. Diese Kriterien bieten

Unterstützung beim Auswahlprozess:

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 33


TOOLS

TITELSTORY

SE-Tool iQuavis: mehr Schub für Innovations- und Entwicklungsprozesse

Innovation im Produkt –

Transparenz im Projekt

Systems Engineering ist gute Ingenieurarbeit – das heißt ganzheitliches

Denken, kein Denken in Schablonen“, sagt Professor Reinhard Haberfellner,

der ‚Vater‘ des Systems-Engineering-Männchens. Dieses steht fest auf den

zwei Beinen Systemgestaltung und Projektmanagement. Zusätzlichen

Schub verspricht nun das aus Japan stammende Tool iQuavis, das im

deutschsprachigen Raum von dem neu gegründeten Unternehmen

Two Pillars angeboten wird (Anm. d. Red.: siehe Interview auf Seite 16

mit der Geschäftsführung). Es verändert grundlegend die Art und Weise,

wie in der Produktentwicklung zusammengearbeitet wird.

Dr.-Ing. Christian Tschirner, Geschäftsführer, Two Pillars GmbH

34 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


TITELSTORY

TOOLS

Aktuell spricht alle Welt über Model-Based Systems Engineering

(MBSE) – und das ist auch gut so. Der Ansatz hat Potential, die

Zusammenarbeit in der Produktentwicklung positiv zu verändern

und die Innovationsfähigkeit von Unternehmen nachhaltig auf ein

neues Niveau zu heben. Das Grundprinzip ist: Statt Folienschlachten

und langen Texten werden von Beginn an semi-formale graphische

Modelle erzeugt, die fachdisziplinübergreifend verständlich sind und

als Grundlage für die Projektsteuerung dienen. Jedoch ist MBSE

mehr als nur Modellieren am Computer. Es ist Teil des Systems Engineering

und betrifft im Kern nur wenige SE-Prozesse – beeinflusst

aber das gesamte Geschehen im Unternehmen. Um MBSE wirkungsvoll

einzusetzen muss daher Systems Engineering verstanden

werden. Leider wird das häufig übersehen. Systems Engineering

ist nicht neu und hat eine sehr weitreichende Definition:

• „[…] an interdisciplinary approach and means to enable the realization

of successful systems. It focuses on holistically and concurrently

understanding stakeholder needs; exploring opportunities;

documenting requirements; and synthesizing, verifying, validating,

and evolving solutions while considering the complete

problem, from system concept exploration through system disposal.“

(Quelle: Guide to the Systems Engineering Body of

Knowledge (SEBoK) – www.sebokwiki.org)

Ähnlich wie bei Lean Production die 5S-Methode oder Fischgrät-Diagramme

kann man im Systems Engineering selbstredend auch einzelne

Methoden, Werkzeuge und Diagramme wirkungsvoll selektiv

einsetzen. Richtig erfolgreich wird eine Produktion aber nur reorganisiert,

wenn sie sich auf den Lean-Ansatz von Kopf bis Fuß einstellt.

Ähnlich ist es mit Systems Engineering. Deshalb ist das SE-

Männchen von Haberfellner so besonders, da es sinnbildlich die einzelnen

SE-Handlungsfelder in Bereiche von Kopf bis Fuß einteilt.

• Der Kopf gibt die Richtung vor: Hier ist die normative Idee des

Systems Engineering verankert, die Vision, Systemdenken sowie

Grundprinzipien wie z.B. das Top-Down-Vorgehen, Denken in Varianten

und ähnliches. Es gibt grundlegende Vorgaben aus dem SE,

aber viele Dinge müssen auch unternehmensspezifisch ausgelegt

werden, um bspw. in ihren Entwicklungsprozess zu passen.

• Die Füße geben dem Männchen festen Stand: Hier sind die

Werkzeuge der Systemgestaltung und des Projektmanagements

verankert. Während in der Vergangenheit bei den Werkzeugen

der Systemgestaltung eigentlich meist nur CAD-Werkzeuge oder

andere fachdisziplinspezifische Werkzeuge zum Einsatz kamen,

ändert sich das heute stark. Leider integrierten diese Werkzeuge

aber nicht das zweite Standbein des SE-Männchens, wie es z.B.

das Werkzeug iQuavis tut.

Bild: Two Pillars/team::mt/Konradin Mediengruppe

Das Systems-Engineering-Männchen

gibt die Richtung für erfolgreiches

Arbeiten vor. Dies und die

Zusammenarbeit mit Prof. Jürgen

Gausemeier sowie Prof. Roman

Dumitrescu, Paderborn, die an der

Methode Consens zur Spezifikation

mechatronischer Systeme gearbeitet

haben, führten unter anderem

zur Gründung des Unternehmens

Two Pillars. Beteiligt ist auch das

japanische Unternehmen ISID mit

seinem Tool iQuavis

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 35


TOOLS

TITELSTORY

• Fehlt noch der Rumpf des Männchens als Verbindungselement:

Durch das Zusammenspiel von Kopf und Füßen wird das

Projekt strukturiert durchlaufen; hier wird eine Idee in eine Lösung

bzw. Produkt überführt. Ein Werkzeug allein hilft natürlich

nicht, deshalb sind geeignete Modellierungsmethoden essentiell,

wie z.B. die von Prof. Gausemeier entwickelte Methode

Consens, die am Fraunhofer IEM zusammen mit Prof. Dumi -

trescu industriereif gemacht wurde.

Ein wenig haben wir das SE-Männchen angepasst – aber es ist klar

zu erkennen: Die Basics des Systems Engineering sind beinahe banal.

Dennoch haben wir in unseren Projekten oft festgestellt, dass

man in der Zusammenarbeit zwischen Menschen nicht häufig genug

an diese Basics erinnern kann. Denn nur dann wird die Zusammenarbeit

elegant, schlank und wirksam auf eine neue Stufe gehoben.

Durch die Fokussierung auf unterschiedliche Modelle sollen fachdisziplinübergreifend

verschiedene Sichten auf das in der Entwicklung

befindliche System entstehen und den Stakeholdern des Projekts

entsprechend ihren Anforderungen dienen. Immer mehr MBSE-

Werkzeuge kommen inzwischen zum Einsatz – und zwar an der

Stelle, wo bislang häufig Textverarbeitungsprogramme, Tabellenkalkulationen

oder Präsentationssoftware regieren; oder lediglich Requirements-Managementwerkzeuge,

die allerdings auch zu kurz

greifen.

Gutes Engineering basiert auf einer durchdachten Systemarchitektur

und einem darauf abgestimmten Projektmanagement. Bis heute

fehlten einfache Softwaretools und Methoden, um beides miteinander

zu verknüpfen und so das im Unternehmen vorhandene Expertenwissen

nachhaltig für Projekte verfügbar zu machen – und gleichzeitig

die Idee von MBSE im Sinne des Systems Engineering umzusetzen.

Während der Großteil der MBSE-Werkzeuge aus der Softwareentwicklung

stammt und damit hohe Anwendungsbarrieren

aufbaut, kommt iQuavis aus den Anwendungsdomänen. Zusammengeflossen

sind hier ursprünglich Werkzeuge aus den Bereichen

Qualitäts-, Projekt- und Risikomanagement – also Themen, die auch

in den einschlägigen SE-Normen eine große Bedeutung haben.

Bild: Two Pillars/team::mt

Auf zwei Säulen steht das

Tool iQuavis und integriert

damit Systemarchitekturund

Projektmanagement

Visualisierung erleichtert komplexe Projekte

Moderne technische Produkte weisen eine zunehmende Integra -

tion von Mechanik, Elektronik und Softwaretechnik auf. Auch die Bedeutung

von Services wächst. Die Abhängigkeiten zwischen den involvierten

Disziplinen steigen. Daher ist es wichtiger denn je, Anforderungen

und Konzepte zwischen dem Kunden, den Zulieferern,

aber auch innerhalb des Unternehmens zu erarbeiten und offen zu

kommunizieren. Nur wie dokumentiert man diese, wenn schon an

einfache technische Systeme tausende von Anforderungen gestellt

werden und die sich anschließenden Produktstrukturen schwierig

zu überschauen sind? Bislang basiert die Produktentwicklung im

Idealfall auf gut gelenkten Dokumenten, wie z.B. dem in einer Textverarbeitung

erstellten Lastenheft – was jedoch an die Grenzen der

Leistungsfähigkeit in den hier betrachteten Entwicklungsprojekten

und -organisationen stößt. PLM-Prozesse starten im Regelfall jedoch

erst mit Erstellung der ersten CAD-Files. Experten empfehlen

hier die Einführung von Model-Based Systems Engineering. Mit

dem Systemmodell soll von Beginn des Lebenszyklus an die Systemspezifikation

konsistent beschrieben und genutzt werden.

„Die Basics des

Systems Engineering sind

beinahe banal – aber mit ihnen

wird die Zusammenarbeit

elegant, schlank und wirksam

auf eine neue Stufe gehoben.“

So ist es nicht verwunderlich, dass iQuavis für ISID Quality Visualisation

steht. ISID ist der Name des japanischen Herstellers des

Tools. Im Mittelpunkt steht die einfache und rigorose Visualisierung

von Wissen über das Produkt. Über die Zeit hinweg hat sich iQuavis

dann zu einem SE-Werkzeug weiterentwickelt und mit Einflüssen

des Fraunhofer IEM dann vor einigen Jahren die aktuelle Stoßrichtung

MBSE aufgetan. Im Sinne der Zusammenarbeit kommt dem

Wort iQuavis dann eine ganz neue Bedeutung zu: In Anlehnung an

das Lateinische kann es heißen i (ich) und Quavis (jeder) – also ‚von

mir für jeden‘. Die Grundidee des Systems Engineering in anderen

Worten.

36 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


ANFORDERUNGEN FUNKT

Systemanforderungen Funktionen

IONEN

SYSTEMELEMENTE

Verhalten Komponenten Module System

TITELSTORY

TOOLS

Bild: Two Pillars/team::mt

werden Redundanzen vermieden. Kern der Arbeit in iQuavis ist ein

Modellierungsansatz, der in Zusammenarbeit von ISID mit der

Fraunhofer-Gesellschaft entstanden ist und auf der bekannten Modellierungsmethode

Consens aufbaut.

•Zur Strukturierung und Hierarchisierung von Elementen wird

die Baum-Modellierung genutzt. Hierin werden Anforderungen

klassifiziert und gruppiert. Anschließend werden sie so heruntergebrochen,

dass sie den entsprechenden Funktionen oder Lösungselementen

zugeordnet werden können. Auch Funktionen

und Lösungs- bzw. Systemelemente können auf diese Weise

strukturiert werden. Schließlich werden die einzelnen Bäume

miteinander verknüpft – so entsteht eine Traceability zwischen

Anforderungen, Funktionen und Systemelementen

• Die Struktur eines Systems ist nicht nur durch seine Hierarchisierung,

sondern auch seine Vernetzung charakterisiert. Mit Hilfe

von Blockdiagrammen werden die Systemelemente und ihre Verbindungen

modelliert – typischerweise werden hier Informations-,

Stoff- und Energieflüsse unterschieden. Auch die Schnittstellen

oder Ports der Systemelemente werden spezifiziert. Mo-

Kundenbedürfnisse

Mit dem iQuavis-

Ansatz gelangt der

Anwender von den

Anforderungen bis

ins System

„Im Auftrag des Toyota-Produktionssystems“

Anlass für die Entwicklung von iQuavis war die Zusammenarbeit

von Unternehmen des Toyota-Netzwerks mit dem Unternehmen

ISID, das über eine herausragende Engineering-Methodenkompetenz

verfügt, aber gleichzeitig IT-Lösungsanbieter ist. Es sollte ein

Werkzeug entstehen, das Projektmanagement und Reporting, Qualitätsmanagement-Methoden

wie bspw. FMEA oder Quality Func -

tion Deployment (QFD) und Issue Management unterstützt und dabei

die Gemeinsamkeiten dieser Methoden auf Basis einer zentralen

Datenbank nutzt. Flexibilität und Praktikabilität waren die Entwicklungsziele

von iQuavis; die erste Version wurde 2006 eingeführt

und wird inzwischen in Japan von mehr als 40.000 Nutzern

eingesetzt – in der Automobilindustrie von Toyota, Honda und Nissan.

Aber auch andere starke japanische Marken setzen auf iQuavis,

wie z.B. Nikon und Olympus.

Kern von iQuavis ist eine einfache Systemmodellierung ohne sichtbare

SysML. Wie in einer Office-Anwendung können komplexe Produkte

einfach und intuitiv modelliert werden – ohne die Untiefen der

SysML oder anderer Modellierungssprachen verstehen zu müssen.

Im sogenannten Systemmodell sind

die Anforderungen, die Struktur und

das Verhalten des betrachteten Systems

enthalten. Die verschiedenen

Daten und Informationen sind miteinander

verknüpft. Die Darstellung

und Bearbeitung dieser Daten kann

auf unterschiedliche Weisen erfolgen

– in Form von Diagrammen, Tabellen

oder Matrizen. Durch die frühzeitige

Modellierung von Produkthierarchien

und Produktstrukturen über Bäume –

inkl. der notwendigen Zusammenhänge

– wird auch das Projektmanagement

möglich. Ressourceneinsatz,

Nachverfolgung von Aufgaben, Issue-

Tracking und Kommunikation ohne

Umwege über E-Mails oder Skype

wird in iQuavis direkt angeboten. So

iQuavis vernetzt die Disziplinen im Projekt –

von Vertrieb und Projektmanagement über

Mechanik- und Elektrokonstruktion bis hin

zu Einkauf und Qualitätssicherung

Bild: Two Pillars/team::mt

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 37


TOOLS

TITELSTORY

Die Technologie von iQuavis im Hintergrund

INFO

iQuavis wurde als native Windows-Anwendung implementiert, um die

optimale Arbeitsumgebung auf Windows-Betriebssystemen zu erreichen,

die meist von Unternehmen verwendet wird. Es basiert sowohl im

Front-End als auch im Back-End auf Microsoft-Technologien und maximiert

auf diese Weise die Leistung und Funktionalitäten von Windowsbasierten

Plattformen. Für den europäischen Markt wurde iQuavis in

eine MS-Azure-Cloud-Umgebung integriert, für Deutschland in der

Deutschland-Cloud. Um nicht zu stark abhängig von der Bandbreite der

Internetverbindung zu sein, gibt es gleichzeitig einen schlanken Client,

der aber nur besondere Operationen unterstützt. Prozesse und Datenspeicherung

liegen generell in der Cloud. Durch dieses mixed Cloud-

Client-Konzept ist iQuavis innerhalb weniger Minuten einsatzbereit.

Schedule Chart mit Projektsicht und Auslastungssicht

Bild: Two Pillars

Was zeichnet iQuavis aus?

Um die Zusammenarbeit zu verarbeiten müssen besondere Funktionen bereitgestellt

werden. Das Konzept des integrierten Systemarchitektur- und

Projektmanagements ist ein zentraler Aspekt. iQuavis verwendet ein modulares

Konzept, so dass Benutzer mit unterschiedlichen Anwendungsfällen

entsprechend ihrer Rollen nur die notwendigen Funktionen nutzen – egal ob

es 15 Nutzer sind oder 400. Einige Highlights von iQuavis neben vielen sind

der Home Screen für alle Nutzer, die besonders einfach gestalteten Projektmanagement-Funktionen

oder Worksheets, die einfach und ohne Programmierkenntnisse

individuell aber auch als Unternehmenstemplate konfiguriert

werden können.

• Home Screen: Jeder iQuavis-Nutzer erhält über den individuellen Home

Screen einen guten Überblick über die anstehenden Aufgaben, inkl. ergänzender

Informationen wie z.B. Deadlines, Verzug oder weiterführende Ansprechpartner.

Als Projektmanager kann so auch bspw. der Reifegrad des Projekts

verfolgt werden. Der Home Screen ist die Schaltzentrale für alle Tätigkeiten im

Projekt und ersetzt damit kleine „schnell geschriebene – aber schnell vergessene“

E-Mails in kritischen Projektphasen.

• Projektmanagement: Neben den grundlegenden Funktionen zur Projektplanung

können persönliche und bereichsspezifische Zeitpläne genauso wie Langzeit-Pläne

erstellt und die Konsistenz zwischen ihnen sichergestellt werden.

Ressourcen können mit Bezug auf die Entwicklungsprojekte verwaltet und simuliert

werden und so die Ressourcenverteilung und Arbeitsbelastung zwischen

Projekten nivelliert werden. Der Projektfortschritt wird visualisiert,

Rückmeldungen zum Fortschritt werden analysiert.

• Worksheets sind Vorlagen für die regelmäßige und unternehmenskonforme

Nutzung von Methoden im Projekt. Sie können über das User Interface kon -

figuriert werden, ohne eine Programmiersprache zu beherrschen, die Anpassung

an kundenspezifische Formate ist dabei gegeben. Die im Worksheet dargestellten

Daten sind dabei dauerhaft abgeglichen mit den Daten in anderen

Diagrammen.

delliert werden unterschiedliche Sichten: Zunächst ein Umfeldmodell,

bei dem das System selbst als Blackbox betrachtet wird

und die Einflüsse und Schnittstellen aus dem Umfeld beschrieben

werden. Anschließend wird das System selbst modelliert.

• Für die Modellierung des Verhaltens stehen unterschiedliche

Editoren zur Verfügung. Die Betriebszustände des Systems werden

in Zustandsdiagrammen modelliert. Innerhalb eines Zustands

laufen Aktionen oder Aktivitäten ab – beschrieben im Aktivitätsdiagramm.

Die konkrete Kommunikation zwischen Systemelementen

wird mit Hilfe von Sequenzdiagrammen modelliert.

Die grundsätzlichen Methoden und Modellierungsansätze sind in

vielen Werkzeugen gleich; die konkrete Anwendung hängt häufig

auch von dem betrachteten Produkt und den Unternehmensprozessen

ab. In iQuavis können Modellelemente und Vorlagen leicht angepasst

werden. Wir nennen das gerne die ‚mechatronische Zeichnung‘.

So steht der Integration des iQuavis-Modellierungsansatzes

in die Unternehmensprozesse nichts im Wege.

www.two-pillars.de

Wie mit MBSE vorangehen?

Es ist noch kein Meister vom Himmel gefallen. Grundsätzlich

gilt, dass ein Thema wie MBSE nicht ohne

externe Expertenbegleitung starten sollte – sich langfristig

aber natürlich selbst steuern muss: erst ichigan

dann hitoridachi. Das Innovationsnetzwerk aus Two

Pillars, ISID und Fraunhofer IEM begleitet gewissenhaft

und erfahren bei der Anwendung von iQuavis und der

Einführung von Systems Engineering.

Kontakt bei Two Pillars: Dr.-Ing. Christian Tschirner

christian.tschirner@two-pillars.de

Tel. +49 (0)170/7066081

Hinweis der Redaktion:

Ein Interview mit der Geschäftsführung von Two Pillars

zur Neugründung des Unternehmens finden Sie in

dieser Ausgabe auf S. 16.

38 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


ZUSAMMENARBEIT / E-CAE

TOOLS

Bild: Eplan

Syngineer dokumentiert

den Projektstatus – hier

am Beispiel der elektrotechnischen

Planung.

Alle Informationen lassen

sich bidirektional

zwischen Elektro- und

Mechanikkonstruktion

austauschen

Kommunikationstool Syngineer erleichtert disziplinübergreifenden Austausch

Wenn zwei miteinander „reden“

In Zeiten von Industrie 4.0 müssen Engineering-Disziplinen zusammenwachsen. Doch wie lassen sich

bestehende Abteilungsgrenzen überwinden? Syngineer – ein Tool von Eplan und Cideon sorgt dafür,

dass alle Projektbeteiligten jetzt ‚miteinander reden‘. Das Werkzeug ermöglicht die abteilungsüber -

greifende Zusammenarbeit von Mechanik, Elektrotechnik und SPS-Software. Mit ihm lassen sich

genau die Informationen bereitstellen, die der jeweilige Kollege für seine Arbeit benötigt. Dadurch

entfallen Aufwände für die Abstimmung. Das spart Zeit, reduziert Fehler und führt somit zu

einem schnelleren Projektablauf.

Birgit Hagelschuer, Pressesprecherin Eplan, Monheim am Rhein

Kennen Sie noch die Zeiten, als das Thema ‚Integration‘ mit der

Schaffung einer Schnittstelle als erfolgreich abgeschlossen

galt? Doch ist dieser technische Austausch von Daten ausreichend?

Im Zeitalter von Industrie 4.0 wird die Qualität und Verfügbarkeit von

Daten zum Gradmesser des Unternehmenserfolgs. Mit Syngineer

haben Eplan und Cideon Mitte 2017 eine Lösung auf den Markt gebracht,

welche die Projektteams im Engineering zusammenbringt.

Dabei handelt es sich um eine innovative Cloud-Lösung. Sie steht für

einen neuen Ansatz zur Vereinfachung und Beschleunigung der Zu-

sammenarbeit zwischen mechanischer und elektrischer Konstruktion

und SPS/Software. Eine direkte Integration in CAD-Systeme wie

beispielsweise Autodesk Inventor und Eplan Electric P8 ermöglicht

eine gemeinsame Sicht auf sämtliche Aufgaben und Informationen

während der Entwicklung von Maschinen und Anlagen. Anwender

von Eplan erhalten mit Syngineer einen zusätzlichen Navigator in ihrer

gewohnten Arbeitsumgebung. Mit diesem sind sie abteilungsübergreifend

mit ihren Kollegen aus der mechanischen Konstruktion

vernetzt. So können sie sich gegenseitig schnell und einfach Informationen

zur Verfügung stellen. Auch nachträgliche Änderungen im

Entwicklungsprozess und deren Status werden sichtbar. Die verbesserte

Kommunikation vermeidet Nacharbeit, die häufig in letzter Minute

anfällt und dadurch kostspielig ist. Projektverantwortliche haben

immer den vollständigen Überblick und können auch nachträgliche

Kundenanforderungen für alle Teams transparent bereitstellen.

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 39


TOOLS

ZUSAMMENARBEIT / E-CAE

Intuitive Bedienung

Aus der Syngineer-Integration heraus können beispielsweise Mechanik-und

Elektrokonstrukteure bequem im jeweils eigenen Expertensystem

arbeiten und sich über die aktuellen Engineeringthemen

abstimmen. Ebenso lässt sich nachvollziehen, in welchem Bearbeitungszustand

sich ein Projekt oder eine Aufgabe gerade befindet.

Per Drag & Drop können Detailinformationen – z.B. Hersteller oder

Artikelnummer – direkt aus dem Engineering-System bereitgestellt

werden. Zusätzlich werden solche Informationen automatisiert in

Form einer Sensor-Aktor-Liste zusammengefasst. Dies eröffnet Potenziale

– Kunden sparen bis zu 30 % der Arbeitszeit und erzielen

gleichzeitig einen weiteren Vorteil: Die Qualität der Dokumentation

wird nicht durch etwaige Tippfehler beeinflusst.

Dabei ist die Anwendung einfach: „Die Verbindung zwischen den

CAD-Systemen und Eplan Electric P8 mittels Syngineer lässt sich

schnell einrichten und intuitiv nutzen. Somit ist es bereits nach einer

kurzen Einweisung möglich, die Kollegen automatisiert darüber in

Kenntnis zu setzen, wenn beispielsweise ein Motor in der Konstruktion

nachträglich geändert wurde“, erklärt Max Lützel, Leiter Consulting

Syngineer bei Eplan. Weiterer Wettbewerbsvorteil durch Cloud-

Technologie: Auch externe Partner, Kunden oder Lieferanten lassen

sich sehr einfach in den Engineering-Prozess einbeziehen. Auch

können zusätzliche Abteilungen (wie Einkauf, Fertigung, Projektmanagement)

oder externe Partner auf Wunsch bequem auf die notwendigen

Informationen zugreifen – beispielsweise über einen

Windows-Client oder per Internet Browser.

Prozesse optimieren ist Pflicht

Die Erfahrung der Syngineer-Consultants zeigt: Vom Mittelständer

bis hin zum Großunternehmen haben Unternehmen häufig die gleichen

Herausforderungen: Die Zusammenarbeit und der Informa -

tionsaustausch zwischen den Fachabteilungen verläuft nicht reibungslos.

Vielfach erfährt der Anwender nicht oder erst viel zu spät

von Änderungen, die in der mechanischen Konstruktion vorgenommen

wurden. Und in der Fertigung wundert man sich dann, warum

die CAD-Zeichnung und der Schaltplan nicht zusammenpassen. Dieses

Vorgehen führt häufig zu Mehraufwand und im ungünstigsten

Fall zu Lieferverzögerungen.

Ein Beispiel: Erst in der Fertigung fällt auf, dass die Abstimmung

zwischen Mechanik-Konstruktion und Elektrotechnik nicht funktioniert

hat. Das Problem: Der Liefertermin einer Maschine/Anlage

drängt. Häufig wird dann schnell improvisiert nach dem Motto ‚Bohr

hier, noch mal ein Loch herein‘. Oder: ‚Nimm ein Kabel, das 10 cm

länger ist.‘ Die Folge: Die elektrotechnische Dokumentation ist fehlerhaft.

Daraus resultiert: Wird ein ähnlicher Auftrag bearbeitet, setzt

man häufig auf dem alten Projekt auf und macht erneut die gleichen

Fehler. Des Weiteren sind Probleme bei der Inbetriebnahme oder

bei späteren Serviceeinsätzen bereits vorprogrammiert, da die Engineering-Dokumentation

nicht übereinstimmt oder neue Anforderungen

vor Ort nur mühsam weiterkommuniziert werden können.

Syngineer macht Schluss mit solchen Szenarien. Engineering-Informationen

lassen sich disziplinübergreifend austauschen und die einzelnen

Teams behalten leicht den Überblick über Änderungen der

Kollegen.

jg

www.syngineer.de

Details zum Engineering-Tool Syngineer von

Eplan und Cideon: hier.pro/ucecR

Messe SPS IPC Drives: Halle 6, Stand 210

Änderungen, die in der

mechanischen CAD-

Umgebung vorgenommen

wurden, sind

auch für den Elektrokonstrukteur

nachzuvollziehen.

In Zukunft

passen CAD-Zeichnung

und Schaltplan

immer zusammen

Bild: Eplan

40 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


ZUSAMMENARBEIT / E-CAE

TOOLS

PLUS

Store Share View erleichtert die Kollaboration weiter

Cloudlösungen können als zentrale Datenquelle dienen

und damit allen an einem Projekt beteiligten Personen

den Zugriff erlauben – Kollaborationsszenarien werden

so möglich. Mit der Eigenentwicklung ‚Store Share

View‘ auf Basis von Microsoft Azure bietet Eplan in

Kürze einen Dienst an, der Eplan-Projekte in die Cloud

bringt. Zugleich legt dies die Basis für künftige Cloud-to-

Cloud-Anbindungen. Anwender können darüber Projekte

sichten, prüfen und per Redlining kommentieren. Eine

aufwändige Installation ist nicht erforderlich und vorhandene

Kopplungen zur Eplan-Plattform bleiben erhalten.

Der Name Store Share View (Arbeitstitel) verrät dabei

schon, was Kunden auf ihrer Reise in die Cloud erwarten

können: Eplan-Projekte lassen sich in der Cloud

ablegen (Store) und stehen damit allen Projektbeteiligten

(Share) zur Sichtung (View) jederzeit zur Verfügung.

Eine Installation ist nicht erforderlich – nicht einmal die

klassische Viewer-Installation, die bislang üblich war.

Einloggen, Projekt ansehen, per Redlining-Funktion Kommentare

vornehmen und den Arbeitsfortschritt markieren

– so einfach können Anwender den ersten Schritt in die Projektumgebung

in der Cloud machen. Das System ist so konzipiert, dass alle notwendigen

Eplan-Projektinformationen in der Cloud als zentrale Informationsquelle zur

Verfügung stehen. Durch die Steuerung der Zugriffsmöglichkeiten ist dabei

das Engineeringwissen vor unbefugtem Zugriff geschützt. Die Rechtevergabe

selbst liegt dabei im jeweiligen Fachbereich der Kunden.

Papierberge überflüssig machen

Geht es um die Bereitstellung von Schaltplaninformationen in nachgelagerte

Bereiche wie den Schaltschrankbau oder die Inbetriebnahme, werden

bislang häufig tausende Seiten Papier ausgedruckt. Ein papierloser Workflow

ist hier nicht nur kostengünstiger, sondern zugleich qualitätssteigernd.

Ein weiterer entscheidender Aspekt sind die Kollaborationsmöglichkeiten.

Mit der Lösung – der ersten Stufe des Cloud-Konzepts des Anbieters –

haben je nach Rechtevergabe auch die externen Beteiligten Zugriff. Die

Infrastruktur zur Zusammenarbeit ist über die Cloud gegeben und der Fachbereich

muss nicht mehr aufwendig Projekte übergeben. Der Sublieferant

greift einfach direkt über einen Webbrowser lesend auf den aktuellen Projektstand

zu. Weiterer Praxisvorteil: Nur aktuelle Daten sind verfügbar;

Änderungen lassen sich über einen geführten Redlining-Workflow dokumentieren.

Fehlerquellen lassen sich damit ein für alle Mal ausschließen.

Die Zusammenarbeit mit Sublieferanten wird einfacher und der Workflow

optimiert.

Kopplungen zu PDM/PLM bleiben bestehen

Will ein Unternehmen neue Software anschaffen, kommt häufig die Frage

auf: Was geschieht mit meinen bestehenden Kopplungen zur IT-Infrastruktur?

Ein Beispiel sind Schnittstellen zu PDM- oder PLM-Systemen, die üblicherweise

bei neuer Software aktualisiert oder angepasst werden müssen.

Auch diese Frage hat Eplan bei der Entwicklung von Store Share View

Die Integration zur Eplan Cloud steht ab der Version 2.8 zur Verfügung. Konstrukteure

können aus der Plattform heraus das Schaltplanprojekt für nachgelagerte Prozesse in

der Cloud bereitstellen

Bild: Eplan

bedacht: Vorhandene Kopplungen zur Eplan-Plattform bleiben bestehen. Eine

Anpassung bereits vorhandener Integrationen ist nicht erforderlich, da die im

Engineering erzeugten Eplan-Projekte die Quelle für Store Share View sind

und für das Quellprojekt keine Änderung der Datenablage notwendig

machen.

Software muss nicht nur funktional sein – sie sollte möglichst auch Spaß in

der Bedienung machen und sämtliche Bedürfnisse von Usern unterstützen.

Auch in diesem Punkt hat das Unternehmen eigenen Angaben zufolge ganze

Arbeit geleistet. Das Bedienkonzept ist State of the Art und in Gänze auf Einfachheit

getrimmt. Ob Touchpad, Maus oder Active-Pen: Sämtliche Technologien

können verwendet werden und auch alle gängigen Endgeräte – vom PC

über den Touchscreen bis hin zum Mobile Device. Das gibt viel Flexibilität in

Zeiten eines immer globaler werdenden Engineerings. Durch die 24-Stunden-

Verfügbarkeit des Cloud-Dienstes kann jeder Projektbeteiligte jederzeit an

jedem Ort der Welt auf die Daten zugreifen.

Use Cases von Kooperationspartnern

Cloud-Technologie ist dafür geschaffen, dass viele Beteiligte an einem Projekt

arbeiten können. Im Kontext von Industrie 4.0 sind diese Projektbeteiligten

häufig viel breiter angesiedelt als nur im eigenen Unternehmen. Partner

arbeiten gemeinsam an Lösungen, schaffen Verbindungen zwischen ihren

Softwarelösungen und steigern damit den Anwendernutzen. Festo und Lenze

sind seit Jahren Partner von Eplan. Sie haben zahlreiche Komponentendaten

im Data Portal gespeichert und beschäftigen sich ihrerseits mit den Chancen

der Cloud-Technologie. Beide Unternehmen haben bereits erste Use Cases,

die mittels einer Rest-API im Store-Share-View-Konzept technologisch umgesetzt

wurden. Die Technologie der Rest-API ermöglicht einen Zugang für 3rd-

Party-Anbieter, um die mit Eplan erzeugten Engineeringdaten in weiteren

Prozessen zu nutzen.

Ein kurzes Video erläutert Store Share View: hier.pro/fzPug

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 41


TOOLS

ZUSAMMENARBEIT / E-CAE

Engineering Base von Aucotec parallelisiert alle Kerndisziplinen durch universelles Datenmodell

Anlagen-Engineering wie aus einer Feder

Engineering Base 2019 von Aucotec soll Datendurchgängigkeit neu definieren und den gesamten

Engineering-Lebenszyklus im Anlagenbau und -betrieb abdecken: Das System vereint sämtliche

Kerndisziplinen in einem universellen Datenmodell in einer Datenbank.

Tobias Meyer, freier Mitarbeiter der KEM Konstruktion

Durch ein disziplinübergreifendes Datenmodell will Aucotec lange Tool -

ketten überflüssig machen und so den Engineering-Prozess effizienter

gestalten

Großprojekte im Anlagenbau gelten als eine der anspruchsvollsten

Engineering- und Management-Aufgaben: Die verschiedenen

beteiligten Disziplinen entwickeln oft global verteilt, es gilt die

vielen Fachleute aus verschiedenen Zeitzonen mit unterschiedlichen

Kompetenzen, Sprachen, Technologien und Ingenieurs-Kulturen zu

verbinden. Häufig sind sogar die Engineeringtools unterschiedlich.

Bisher müssen die verschiedenen Disziplinen deswegen häufig aufeinander

warten: Ändert sich etwa die Instrumentierung, muss das

mühsam mit den anderen abgeglichen werden – was mit der Länge

der Toolkette immer komplexer wird.

Die Prozessoptimierung ist zudem schon lange eine wichtige Kompetenz,

um im Markt erfolgreich zu sein. „Daimler erfand das Auto,

aber erst Ford hat den Prozess so optimiert, dass das Produkt in der

Masse erfolgreich wurde“, erklärt Uwe Vogt, Vorstand der Aucotec

AG. In großen Anlagen ist die Anzahl der potentiellen Stellschrauben

zur Prozessoptimierung gigantisch, weshalb die meisten Anlagen

nach der Inbetriebnahme nicht lange beim Status Quo bleiben. Hier

den Überblick zu behalten und zu wissen, wo wann welche Änderung

vorgenommen wurde, ist trotz kompatibler Schnittstellen in

Toolketten schwierig. „Der Markt hat großen Bedarf, die Workflow-

Hindernisse einzureißen, die dadurch entstehen“, sagt Vogt.

In einer Toolkette muss beispielsweise extra sichergestellt werden,

dass die Gerätebezeichnungen in allen Disziplinen übereinstimmen,

sonst ist keine Synchronisation möglich. Zudem entstehen Inkonsistenzen

durch unterschiedliche Formate, Standards, Sprachen oder

Engineering-Methoden der einzelnen Spezialtools, die eine Plattform

zur Synchronisation gar nicht kompensieren kann. „Dadurch

Bild: Aucotec

sind Qualitäts- und Zeitverluste im wahrsten Sinn vorprogrammiert.

Und je komplexer die Toolwelt, desto größer die Risiken“, so Pouria

Bigvand, Leiter des Produktmanagements bei Aucotec. Die Lösung:

Statt einer langen Kette aus Tools kommt mit Engineering Base (EB)

nur noch ein System zum Einsatz, das sämtliche Daten in einem Modell

ablegt. Künftig soll das dem Anlageningenieur ermöglichen, alle

Kerndisziplinen parallel zu entwickeln: vom ersten Flussdiagramm im

Front End Engineering Design (FEED) über Process und Detail Engineering

bis Cause & Effect, Wartung und konsistentes Execution

Management für größere Umbauten. „Selbst beste Schnittstellen

und Synchronisationslösungen machen eine Toolkette nicht kürzer.

Engineering Base beendet das fehleranfällige ‚Durchreichen‘ von Daten,

das Parallelisierung unmöglich macht“, erklärt Bigvand.

Kurzer Prozess

Die nahtlose Entwicklung beginnt mit der FEED-Phase, dabei importiert

EB automatisiert Simulationsergebnisse, z.B. aus Aspentech

oder Etap. Das Programm zeigt sofort vom Fließschema bis zur Materialbilanz

alle Konsequenzen jedes gewünschten Szenarios auf. So

sollen Anlagenplaner deutlich mehr Szenarien prüfen und auf diese

Weise die wirklich optimale Anlagen-Konfiguration anbieten können.

Laut Aucotec reichten Zeit und Ressourcen früher oft nur für maximal

zwei bis drei verschiedene Anlagenversionen, ohne die Sicherheit,

das Optimum gefunden zu haben.

Eine Funktion erlaubt die Auswahl der richtigen Rohrklasse über mehrere

Filterebenen. Attribute und Vergleichsoperatoren sind frei definierbar,

ebenso die verschiedenen Ebenen. Ein Klick auf eine Leitung zeigt eine

vorgefilterte Auswahl aller passenden Elemente. Über Regeln lassen sich

die Spezifikationen automatisiert an andere Objekte weitergeben

Bild: Aucotec

42 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


ZUSAMMENARBEIT / E-CAE

TOOLS

Bild: Aucotec

Das DCS-Portal stellt die Informationen zur Programmierung von Automatisierungssteuerung

und Kontrollsystem bereit

Anschließend ergänzen die Prozess-Designer ihre Spezifikationen in

dem FEED-Szenario, das am Ende beauftragt wurde. Das so entstehende

Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema (R&I) ist der Kooperationskern

aller beteiligten Disziplinen, die Festlegungen dort

sind der Ausgangspunkt für alle weiteren Ausarbeitungen. „Ein

Grund mehr, sämtliche Bereiche unmittelbar über diese Daten und

deren immer aktuellsten Stand verfügen zu lassen“, sagt Bigvand.

Rohrklassen geben dabei z.B. vor, was Leitungen hinsichtlich Material,

Medien und Druck-Temperatur-Verhältnissen standhalten müssen,

eine nachgewiesene Berechnung ist hier Pflicht. Doch das ist

viel Aufwand und stetig erfordern spezielle Anforderungen neue

Klassen und erneute Berechnungen. Daher hat Aucotec sich für eine

Partnerschaft mit Drafz Consulting entschieden. Deren unter anderem

auf EN 13480 und DIN 21057 (ehemals PAS 1057) basierende,

geprüfte und dokumentierte Rohrklassen lassen sich in Engineering

Base (EB) einlesen. Durch das regelbasierte Design lässt sich

zudem festlegen, welche Informationen von welchem Objekt bis

wohin weitergegeben werden sollen. So können Anwender etwa

den Durchmesser einer Pumpe über das Rohr, Flansche, Reduzierstücke

und ähnliche Komponenten „durchpropagieren“. Das funktioniert

von Gerät zu Gerät, aber auch von und zu einer Funktion.

Weltweit kooperieren

Das zentrale EB-Datenmodell in einer separaten

Application-Server-Ebene erlaubt weltweiten

Zugriff auf die gesamte Dokumentation,

auch über die Cloud. Jede Änderung in jeder

Disziplin wirkt sich – falls gewünscht – unmittelbar

auf alle Repräsentanzen des Objekts

aus: in Grafik, Tabelle oder Explorer, sichtbar

für alle Bereiche. So haben später beispielsweise

auch Wartungstechniker Zugriff auf aktuellste

Zeichnungen, Diagramme und Dokumentationen.

Auch das Ausspielen auf VRoder

AR-Systeme funktioniert, wobei der Nutzer

im virtuellen Raum ebenfalls vollen Zugriff auf alle Informationen

zu den ihn umgebenden Strukturen hat. „Allerdings erfordert die parallele

Bearbeitung des Modells durch verschiedene Fachleute und

-bereiche ein hochentwickeltes Änderungsmanagement“, betont

Bigvand. Dafür hat die Plattform ein ganzes Funktionsbündel an

Bord: Dazu gehört ein detailliertes, individuell konfigurierbares Historien-Protokoll

für jedes einzelne Objekt sowie ein transparentes

Revisions- und Versions-Management. Außerdem bietet EB Vorschlagsfelder

für Attribute an, so dass Änderungswünsche vor der

Übernahme geprüft werden können.

„Selbst ein kompletter digitaler Zwilling ist schlussendlich nur ein

Körper ohne Seele“, so Bigvand abschließend. „EB dagegen wird

nun erstmals Leben in die Anlagenkonstruktion bringen, da alle Teile

zusammen spielen wie in einem Organismus.“

www.aucotec.com

Mehr als nur Konstruktionsdaten

Vor der Inbetriebnahme wird eine Anlage schließlich anhand von

Cause&Effect-Dokumenten auf Herz und Nieren geprüft, absolut zuverlässige

C&E-Tabellen sind dabei der wichtigste Schlüssel. Bislang

entstanden sie durch Zusammentragen von Informationen aus

verschiedenen Quellen unterschiedlicher Disziplinen, z.B. aus R&I,

Logikdiagrammen und anderen Unterlagen. Einige hochqualifizierte

Fachleute investieren dafür jedes Mal Wochen ihrer Zeit. EB dagegen

zieht alle nötigen Informationen aus seiner zentralen Datenquelle

und erstellt die Report-Matrix automatisiert.

Damit Leitsysteme die Anlage schließlich funktionsgerecht regeln

können, müssen sie alle relevanten Parameter aus dem Anlagen-

Engineering kennen. Um die oft Wochen kostende aufwendige Konfiguration

dieser Signale – meist Zigtausende – zu erleichtern, bietet

EB eine Brücke zu jedem Automatisierungssystem, das für Kommunikation

offen ist, auch zu mehreren parallel. Laut Aucotec sei das

Portal damit besonders für Generalunternehmer (EPCs) hilfreich

oder für Betreiber, die aufgrund ihrer Historie verschiedene Leitsysteme

im Einsatz haben. Zu all diesen Anlagengehirnen kann EB einen

entsprechenden Container bereitstellen, der quasi als Synapse

Designinformationen überträgt. Diese lassen sich so gleichzeitig an

verschiedene Leitsysteme mit unterschiedlichen Konfigurationen

übergeben. Davon profitieren natürlich auch Hersteller, die ähnliche

Anlagen mehrfach mit unterschiedlichen Leitsystemen bauen.

Alle relevanten Objekte sind in einem Modell in einer

Datenbank verlinkt und können in unterschiedlichen

Aspekten abgerufen werden

Im Video erklärt Aucotec, wie auch Wartung und

Service vom universellen Datenmodell profitieren:

hier.pro/FFMJb

Bild: Aucotec

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 43


ANWENDUNG

STEUERUNGSTECHNIK

Bild: Phoenix Contact

Eine Steuerungsplattform

läuft nicht ohne

entsprechende Hardware.

Mit der PLCnext

Control AXC F 2152 ergänzt

Phoenix Contact

seine Produktfamilie

Axioline um eine zukunftweisende

Steuerung

Phoenix Contact hat mit der PLCnext Technology eine neue, offene Steuerungsplattform entwickelt

Heute den Wandel von Morgen einplanen

Es ist ein langer Weg von der Idee, der anschließenden Erstellung eines Konzepts und Gestaltung des

Entwurfs über die Durchführung zahlreicher Tests bis zur Zertifizierung des finalen Produkts. Diese

Aussage gilt in mehr oder minder starker Ausprägung für jede Branche und jeden Produktbereich.

Mit der PLCnext Control AXC F 2152 entwickelte Phoenix Contact eine Steuerung, die aufgrund offener

Schnittstellen und standardisierter APIs selbst zukünftige Technologien und Protokolle unterstützt

Steffen Kauth, Produktmanager im Bereich Controls, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

Während ein sich gerade in der Entwicklung befindliches Produkt

zur Marktreife heranwächst, werden oftmals neue technologische

Trends vorgestellt. Sind diese für den Anwender relevant,

ändern sich seine Anforderungen und Erwartungen an das Produkt.

In diesem Fall sieht sich der Hersteller mit der Tatsache konfrontiert,

dass Teile des Produkts bereits bei der Freigabe respektive

dem Verkaufsstart nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik entsprechen.

Im Verlauf der Entwicklung von Automatisierungssystemen

ergeben sich identische Problemstellungen. Wie können Hersteller

und Anwender dem ständigen technologischen Wandel adäquat

begegnen?

Momentan scheinen die Schlagworte der Digitalisierung allgegenwärtig

zu sein, sodass die Zukunftsvisionen der Automatisierungsbranche

nachhaltig geprägt und beeinflusst werden. Kurzfristig ist

eine erheblich zunehmende Vernetzung intelligenter oder auch

smarter Geräte zu erwarten. Wie schon eingangs erwähnt, müssen

sich die Hersteller und Anwender daher im Laufe der Entwicklung

entsprechender Automatisierungssysteme mit vielfältigen Unsicherheiten

auseinandersetzen. So stellt sich beispielsweise die Frage,

über welche Kommunikationsprotokolle Daten in Zukunft übertragen

werden sollen. Darüber hinaus ist unklar, in welchem Ausmaß

eine steigende Vernetzung der einzelnen Komponenten untereinander

die klassischen hierarchischen Automatisierungssysteme aufbrechen

wird. Diese zahlreichen, ganz unterschiedlichen Anforderungen

laufen im Herzstück eines jeden Automatisierungssystems

zusammen – der Steuerung.

44 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


STEUERUNGSTECHNIK

ANWENDUNG

Einfache Integration

von Funktionen und Technologien

Letztlich besteht im Auswahlprozess für oder gegen eine bestimmte

Steuerung ein Zielkonflikt: Ist der Einsatz einer funktionalen

State-of-the-Art-Lösung zu einem angemessenen Preis entscheidend?

Oder liegt der Fokus der Entwicklung auf einer langjährigen

Verfügbarkeit des Geräts sowie einer dauerhaften Kompatibilität

zwischen den einzelnen Komponenten? In vielen Fällen führt die

Entscheidung für eine Steuerung zudem zu einem verstärkten Lockin-Effekt.

Der Anwender wird folglich eng an das Produkt eines Anbieters

gebunden. Wegen der so entstehenden Abhängigkeit von

bestimmten Technologien und der hohen Wechselkosten erschwert

sich der Umstieg auf eine andere Steuerung und/oder einen anderen

Hersteller. Vor diesem Hintergrund kommt einer hohen Flexibilität

eine große Bedeutung zu, denn sie eröffnet Handlungsspielräume

für die Zukunft.

Um flexibel auf die sich dynamisch ändernden Herausforderungen

der Automatisierung reagieren zu können, hat Phoenix Contact mit

der PLCnext Technology die Basis einer neuen, offenen Steuerungsplattform

entwickelt. Mit ihr kann der Anwender Anforderungen und

Aufgaben umsetzen, die er heute noch gar nicht in Erwägung zieht.

Neue Funktionen und Technologien sowie Open-Source-Software

lassen sich einfach integrieren, ohne an die üblicherweise vorhandenen

Grenzen proprietärer Systeme zu stoßen. Damit der Anwender

bestens für die digitale Zukunft gerüstet ist, stellt das Unternehmen

ergänzend zur Steuerungsplattform die modulare Software PLCnext

Engineer zur Verfügung. Das Tool, das um zusätzliche Funktions-

Add-ins erweitert werden kann, erfüllt alle Aufgaben des Automatisierungs-Engineerings.

Ferner besteht damit eine systemische

Cloud-Integration, sodass Nutzer von jedem Standort weltweit auf

die notwendigen Daten zugreifen können.

Flexible Anbindung von

über- und unterlagerten Komponenten

Doch was ist eine Steuerungsplattform ohne entsprechende Hardware?

Mit der PLCnext Control AXC F 2152 ergänzt Phoenix Contact

seine Produktfamilie Axioline um eine zukunftweisende Steuerung.

Durch zwei Prozessorkerne mit je 800 MHz Taktfrequenz sowie

einen Arbeitsspeicher von 512 MByte bietet das Gerät eine maximale

Performance. Wie von der Axioline-Familie bekannt, zeichnet

sich die PLCnext Control AXC F 2152 außerdem durch eine einfache

Handhabung und ein robustes Design aus, weshalb die Steuerung

auch in rauen Industrieumgebungen verwendet werden kann. Darüber

hinaus lassen sich bis zu 63 I/O-Module der Baureihe Axioline F

direkt an das Gerät anreihen.

Zwei Ethernet-Schnittstellen ermöglichen die Anbindung der Steuerung

an über- oder unterlagerte Automatisierungskomponenten. Der

in die PLCnext Control eingebaute Webserver stellt umfangreiche

Optionen zur Visualisierung des Automatisierungsprozesses bereit.

Neben den aufgeführten Leistungsdaten überzeugt die PLCnext

Control AXC F 2152 durch ihre „Soft Skills“. Als erste Steuerung mit

PLCnext Technology verknüpft sie die Robustheit und Zuverlässigkeit

der klassischen SPS-Welt mit der Offenheit und Flexibilität von

Smart Devices.

Parallele Nutzung

verschiedener Programmiersprachen

Im Umfeld der Entwicklung verfügen die jeweiligen Programmierer

über ganz unterschiedliche Kenntnisse. Einerseits arbeiten viele

Entwickler mit den traditionellen Programmiersprachen gemäß IEC

61131–3. Auf der anderen Seite starten mehr und mehr Absolventen

in ihr Arbeitsleben. Ihre Kenntnisse und Stärken liegen dabei in

der Programmierung in Hochsprachen. Beide Parteien können sich

Zur Erstellung des Programmcodes nutzt der Anwender einfach seine präferierte Programmiersprache. Die PLCnext Technology stellt die parallele Nutzung

verschiedener Sprachen sicher

Bild: Phoenix Contact

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 45


ANWENDUNG

STEUERUNGSTECHNIK

ab sofort komplett auf die von ihnen präferierte Programmiersprache

konzentrieren, denn die PLCnext Technology erlaubt die parallele

Nutzung verschiedener Sprachen. Diese heterogenen Teams sind

damit in der Lage, die PLCnext Control gleichzeitig sowohl in IEC

61131–3-Code als auch in Hochsprache – wie C oder C++ – zu programmieren.

Zudem lässt sich eine modellbasierte Programmierung

mit Matlab Simulink einsetzen. Anwender können ihre Applikation

somit in ihrer jeweils favorisierten Programmiersprache erzeugen,

ohne sich Gedanken über deren zukünftige Relevanz zu machen.

Die Technologie stellt sicher, dass die einmal erstellten Programme

wiederverwendet werden können.

Aufbauend auf einem echtzeitfähigen Linux OS ist eine bereits integrierte

intelligente Schicht zwischen der Anwenderapplikation und

dem Betriebssystem für das Task-Handling verantwortlich. Durch

den Execution and Synchronisation Manager (ESM) können selbst

in einer Task IEC- und Hochsprachencode gemischt werden. Anhand

einfacher Konfigurationen lassen sich die einzelnen Tasks dann den

jeweiligen Prozessorkernen zuordnen. Um die Daten ferner taskkonsistent

austauschen zu können, werden sie über den Global Data

Space (GDS) zwischen Programmen und Feldbussystemen kommuniziert.

Wie aus der klassischen SPS-Welt bekannt, sind beim

Einsatz von IEC61131–3-, Hochsprachen- und modellbasierter Programmierung

Echtzeitverhalten und Datenkonsistenz sichergestellt.

Individuelle Einbindung von Apps

In der Natur hängt die Überlebensfähigkeit einer Spezies von ihrer

Anpassungsfähigkeit an neue Gegebenheiten ab. Das gilt ebenfalls

für Automatisierungstechnologien: Ihre Antwort auf eine sich

schnell verändernde Umgebung ist Offenheit. Bei Auslieferung unterstützt

die PLCnext Control AXC F 2152 Profinet sowie OPC UA

und ermöglicht außerdem eine Ankopplung an die Proficloud. Darüber

hinaus bietet die Steuerung offene Schnittstellen und standardisierte

APIs zur individuellen Einbindung weiterer Technologien und

Kommunikationsprotokolle. Zukünftig lassen sich auch Apps über einen

AppStore integrieren.

Ein Tool für alle Engineering-

Aufgaben

PLUS

Die kostenfreie Grundversion des Engineering-Tools PC Worx Engineer

kann via Funktions-Add-ins individuell erweitert werden

Bild: Phoenix Contact

Zur Programmierung der PLCnext Control AXC F 2152 gemäß IEC

61131–3 steht mit PLCnext Engineer eine modulare Engineering-Plattform

zur Verfügung. Neben der Erstellung des Programmcodes vereint

sie alle weiteren Engineering-Aufgaben in einem Tool und ermöglicht

so eine anwenderfreundliche Konfiguration, Visualisierung und Diagnose

des Gesamtsystems. Die Software überzeugt ferner durch ein

ansprechendes Design sowie optimierte User-Interfaces.

Aufgrund der Wiederverwendbarkeit anwenderspezifischer Automatisierungsmodule

werden Zeit und Kosten beim Aufbau der Automatisierungsstruktur

eingespart sowie Fehler vermieden. Erstmals ist die

sichere Programmierung vollkommen in die Software integriert worden.

Der Anwender muss sich somit nicht mit unterschiedlichen Editoren

und Software-Produkten auseinandersetzen. Die Grundversion der

Engineering-Plattform ist kostenfrei. Angepasst an die Applikation

lässt sich PC Worx Engineer via Funktions-Add-ins erweitern.

Die patentierte

Funktionalität des

ESM und GDS

stellen das Echtzeitverhalten

und

die Datenkonsistenz

sicher

Bild: Phoenix Contact

46 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


Industrie

Automobilkonstruktion

Bild: Phoenix Contact

Fachwissen für

Automobilentwickler

Mit dem Starterkit lassen sich die Handhabung und Funktionsweise

der PLCnext Technology testen

Zum Testen der Handhabung und Funktionsweise der PLCnext Technology

steht ein vorkonfiguriertes Starterkit inklusive PLCnext Control,

Komponenten für digitale und analoge Testsignale, Spannungsversorgung

sowie I/O-Modulen zur Verfügung. Über eine Testapplikation

kann das Starterkit sofort genutzt werden. Ferner können die

Anwender in der PLCnext Community Themen diskutieren sowie ihre

Erfahrungen im Umgang mit der Technologie austauschen. Die

Community umfasst zudem viele nützliche Informationen und Tutorials

zur neuen Plattform.

Weiterer Ausbau des Portfolios

Bis Ende 2018 wird das Portfolio der PLCnext Technology erweitert.

Als zweite auf der Plattform beruhende Steuerung ist dann der Remote

Field Controller RFC 4072S erhältlich, der neben einem performanten

Intel i5 Dual Core-Prozessor und einem Arbeitsspeicher von

4 GByte eine Safety-SPS beinhaltet. Zwei unabhängige und auf unterschiedlichen

Architekturen basierende CPUs führen dabei die sicherheitsrelevanten

Berechnungen durch. Der RFC 4072S lässt sich

in Profinet- und Profisafe-Systemen verwenden. Dabei wird das aktuelle

Profisafe-Profil 2.61 genutzt. Ein Touch-Display erlaubt eine

schnelle Diagnose des Betriebszustands sowie die einfache Beeinflussung

ausgewählter Funktionen.

eve

www.phoenixcontact.de

Details zur Steuerung:

t1p.de/eu1d

Messe SPS IPC Drives: Halle 9, Stand 9-310

KEM Automobilkonstruktion ti

Speziell für Ingenieure und Konstrukteure in den Entwicklungsabteilungen

der Automobil- und Zulieferindustrie.

Ob Komponenten, Systeme oder das Auto der Zukunft –

in diesen Sonderausgaben erfahren Sie alles rund um die

konstruktiven Aspekte des Fahrzeugbaus.

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am 10. Mai 2019 und

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K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 47


ANWENDUNG

SENSORSYSTEME

Das Dual-Channel-Prinzip von Leuze electronic

Der Nutzen smarter Sensoren

Die Digitalisierung bringt eine Veränderung bekannter Prozesse mit sich. Bisher gültige Standards

werden auf den Prüfstand gestellt, verschwinden ganz oder müssen angepasst werden. So entsteht

der Eindruck, dass die Welt komplexer wird, und es werden neue Kompetenzen und Strategien

benötigt, um die Herausforderungen zu meistern. Leuze electronic entwickelt deshalb smarte

Sensoren, die die Produktionsprozesse beim Kunden optimieren und die Produktivität der Anlagen

steigern sollen.

Stefan Ambos, Head of Product Marketing Management bei Leuze electronic in Owen

In erster Linie geht es bei Industrie 4.0 oder IIoT darum, Daten

und deren Austausch über alle Systemgrenzen hinweg bis in die

Cloud zu standardisieren. Ein Großteil dieser Daten wird mit Hilfe

von Sensoren generiert. Deren Aufgabe ist es, Prozessgrößen zu erfassen

und in Form von Daten über die Schnittstelle(n) an abnehmende

Systeme zu übertragen. Diese Prozessdaten sind im Grunde

die originären Daten zur Lösung der eigentlichen Automatisierungsaufgabe.

Je nach Sensortyp steht eine unterschiedliche Menge an

Daten zur Verfügung. Dabei werden solche Schnittstellen eingesetzt,

die der Komplexität der Datenübertragung am besten angepasst

sind: einfache binär schaltende Sensoren übertragen den Prozesswert,

Status- und Diagnosemeldungen über die IO-Link-Punktzu-Punkt-Kommunikationsschnittstelle.

Was bedeuten Digitalisierung und Industrie 4.0

Komplexere Sensoren mit einer höheren Funktionalität sind häufig

in echtzeitfähige Feldbus-Netzwerke integriert. Sie übertragen auch

mehrere Prozess- und Alarmwerte sowie Status- und Diagnosemeldungen

und können über die Steuerung auch vollständig parametriert

werden. Durch Industrie 4.0 rücken andere Themen wie Rezepturwechsel

und Formatumstellung sowie Zustandsüberwachung

und vorausschauende Wartung stärker in den Fokus. Die dort

erforderlichen Daten sind häufig nicht zwingend für die Automatisierungsaufgabe

notwendig, helfen dem Anwender aber wohl mit

Mit dem Dual-Channel-Prinzip

ist es

möglich, Daten getrennt

verfügbar zu

machen, unabhängig

von der Komplexität

Bild: Leuze electronic

planbaren präventiven Wartungsintervallen, die Verfügbarkeit seiner

Anlage zu steigern. Die Daten werden hierbei aus unterschiedlichen

Quellen an einer zentralen Stelle, zum Beispiel in einer Cloud, zusammengeführt.

Trotz geringeren Aktualisierungsraten können sich

durchaus höhere Datenvolumen ergeben, daraus resultiert ein anderer

Kommunikationscharakter.

Diesen unterschiedlichen Kommunikationscharakter unterstützt

Leuze electronic mit dem Dual-Channel-Prinzip. Während über den

ersten Sensorkanal die Daten zur Prozesssteuerung in Echtzeit übertragen

werden, laufen über den zweiten Sensorkanal die Informationen

für das Monitoring und die Analyse der Maschine. Das Prinzip

ist bei allen Sensoren mit Schnittstellen dasselbe, unabhängig von

deren Komplexität.

Dual-Channel mit SPS-Anbindung

Betrachtet man beispielsweise den Kontrasttaster KRT18B, der in

einer schnelllaufenden Verpackungsmaschine eingesetzt wird, um

eine exakte Schnittmarkenposition zu ermitteln, hängt von der Echtzeitfähigkeit

des Schaltausgangs die Packqualität der Maschine ab.

Aus diesem Grund wird der Schaltausgang eines Kontrasttasters

besser nicht über eine Steuerung geschleift, sondern direkt an einen

Aktor angeschlossen. Um dennoch die Möglichkeit für das Monitoring

und die Analyse der Maschine zu schaffen, verfügt der Kontrasttaster

zusätzlich zum schnellen Schaltausgang über eine IO-

Link-Kommunikationsschnittstelle. Darüber können der Prozesswert

beobachtet, die Funktionsreserve bestimmt und Parametrierungen

vorgenommen werden. Sie unterstützt zudem den Kunden beim

Rezepturwechsel oder bei der Formatumstellung.

Dual-Channel und IIoT/Industrie 4.0

Im Rahmen von IIoT und Industrie 4.0 müssen Daten zum Beispiel

für das Monitoring und zur Parametrierung möglichst ortsunabhängig

und weltweit anderen Automatisierungsteilnehmern zur Verfügung

stehen. In der Regel erfolgt dies über Cloudlösungen. Gelten

die identischen Voraussetzungen wie oben beschrieben, so ist statt

der IO-Link-Verbindung zur SPS eine solche Verbindung zu einem

IO-Link-Koppelmodul mit Ethernet-Schnittstelle und OPC-UA-Kommunikationsprotokoll

notwendig. Die Anbindung an die Cloud erfolgt

dann beispielsweise über ein IoT-Edge-Gateway.

48 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


SENSORSYSTEME

ANWENDUNG

Kontrasttaster KRT18:

Über Kanal 1 werden

Echtzeit-Daten, über

Kanal 2 Daten zur Prozessbeobachtung

und

zur Parametrierung

übertragen

Bild: Leuze electronic

Sensoren mit Feldbusschnittstelle

Bei komplexeren Sensoren mit integrierter Feldbusschnittstelle

bietet Leuze electronic ebenfalls eine

Dual-Channel-Lösung. So hat beispielsweise der Barcodescanner

BCL 348i u.a. eine Profinet-Feldbusschnittstelle.

Über diese können prinzipiell Prozessund

Alarmwerte, ausführliche Status- und Diagnosemeldungen

und die vollständige Geräteparametrierung

aus der Steuerung heraus vorgenommen werden.

Sollen die Daten zum Monitoring jedoch ortsunabhängig

und global zur Verfügung stehen, so bietet

der Sensor diese über seine Industrial Ethernet

Schnittstelle mit dem OPC-UA-Kommunikationsprotokoll

an. Über einen integrierten Cloud-Connector

oder ein IoT-Edge-Gateway können diese bis in eine

Cloudapplikation transportiert werden.

Eigenschaften des Prinzips

Themen wie Zustandsüberwachung (Condition Monitoring)

oder vorausschauende Wartung (Predictive

Maintenance), die im Rahmen von IIoT und Industrie

4.0 intensiv diskutiert werden, erfordern Sensoren,

die in der Lage sind, Daten weltweit und in einem

standardisierten Format zur Verfügung zu stellen. Dabei

muss generell unterschieden werden, welche Anforderungen

hinsichtlich Echtzeitfähigkeit bestehen. Mit dem Dual-Channel-Prinzip

ist es möglich, Daten getrennt und je nach Kundenforderungen

verfügbar zu machen. Über Kanal 1 werden Daten mit Echtzeitanforderung,

über Kanal 2 Daten zur Prozessbeobachtung und zur Parametrierung

übertragen.

Die klassische IO-Link-Schnittstelle beim binärschaltenden Sensor,

welche im SIO-Mode (Standard-IO-Mode) entweder das Schaltsignal

oder auf Anforderung die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation mit

dem Sensor erlaubt, kann das nicht leisten. Für die Prozesssteuerung

sind beide Information parallel erforderlich. Für den Kunden

muss es möglich sein, zum Beispiel in einem Kontrasttaster Prozesswert,

Schaltreserven zu den Schwellwerten oder Verschmutzungszustand

kontinuierlich und online im Packprozess einer Verpackungsmaschine

auswerten zu können, um Abweichung vom Sollzustand

frühzeitig zu erkennen. Genau dabei hilft das Dual-Channel-

Prinzip.

Die Digitalisierung bringt eine Veränderung bekannter Prozesse mit

sich, Vernetzung ersetzt die hierarchische Automatisierung

Lösungen für

Verpackungsmaschinen:

hier.pro/iP2P9

Bild: Leuze electronic

Bei Sensoren mit Feldbussen sind Echtzeitfähigkeit und Daten zum

Monitoring und zur Parametrierung zumindest bei Echtzeit-Ethernet-Schnittstellen

verfügbar. Allerdings nur lokal und nicht ortsunabhängig

und weltweit zugänglich. Und meist werden die Informationen,

die ein Sensor für die Zustandsüberwachung oder die vorausschauende

Wartung liefert, nicht ausgewertet. Auch hier bietet also

das Dual-Channel-Prinzip eine geeignete Lösung.

ge

www.leuze.de

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 49


ANWENDUNG

MECHATRONISCHE KOMPONENTEN

Beliebig miteinander kombinierbare, intelligente Mechatronikmodule

Von der Zuführung bis zur Qualitätskontrolle

Modularität, Plug-&-Play-Konnektivität und Usability – diese drei Anforderungen erfüllt ein System,

das drei ehemalige Promoventen des Karlsruher Instituts für Technologie entwickelt haben.

Der Hardware-Modulbaukasten umfasst, neben der Steuerung, verschiedene Komponenten wie

Antriebe, Greifer und Bedienpanel. Elektrisch werden die Module über ein einheitliches Hybrid -

kabel miteinander verbunden und für die Programmierung wurde ein grafischer Ansatz gewählt.

Irene Knap, Redaktion KEM Konstruktion, aus Informationen der Robodev GmbH

Die Produktion ist so individuell wie die hergestellten Produkte.

Darin liegt eine der zentralen Herausforderungen für die Automatisierung.

Mit vorgegebenen Standardlösungen können diese

individuellen Anforderungen oft nicht oder nur aufwändig erfüllt werden.

Dementsprechend müssen modulare Lösungsmöglichkeiten

geschaffen werden, die auf der Grundlage ihrer Einzelkomponenten

die jeweils gewünschte Funktionalität realisieren können. Das 2016

aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hervorgegangene

Technologie-Startup-Unternehmen Robodev hat ein ebensolches

System entwickelt, mit dem Automatisierungslösungen einfach

betriebsintern realisierbar sind. Es besteht aus beliebig miteinander

kombinierbaren, intelligenten Mechatronikmodulen sowie einer

intuitiv nutzbaren Software. Die Hardware umfasst, neben der

Steuerung, verschiedene Antriebe, Greifer, Sensoren zur Objekterkennung

und Lokalisierung, Bedienpanel und weitere Automatisierungskomponenten.

Mit diesem Modulbaukasten können unterschiedliche

Applikationen von der Zuführung, über die Handhabung,

Bearbeitung und Montage der Bauteile, bis hin zur Qualitätskontrolle,

umgesetzt werden. Auf mechanischer Ebene wird dies durch die

Kompatibilität aller Module zum in der Produktion etablierten Montagesystem

erreicht. Elektrisch werden die Module ausschließlich

über ein einheitliches Hybridkabel miteinander verbunden – ein

Schaltschrank wird nicht benötigt. „Unser Ansatz ist, dass es zumindest

zunächst nicht um die höchste Präzision oder das schnellste

System geht. Stattdessen soll der Aufwand für den ersten Schritt

hin zu einer Automatisierungslösung soweit reduziert werden, dass

Unternehmen ihre Lösung einfach im kleinen Rahmen ausprobieren

können“, sagt Dr.-Ing. Julien Mintenbeck, Head of Electronics und

Co-Founder bei Robodev.

Grafischer Programmieransatz

Zudem entfällt eine Programmierung im herkömmlichen Sinne einer

textuellen Programmiersprache, da für die webbasierte Software

Robodev Control stattdessen ein grafischer Ansatz gewählt wurde.

Dieser beschreibt den Ablauf entlang des Informationsflusses statt

den syntaktischen Text lediglich in zusammengesteckten Piktogrammen

abzubilden. Der Benutzer loggt sich dafür auf einem beliebigen

Endgerät über einen Browser im lokalen Netzwerk auf der Steuerung

ein. Ihm stehen dann unmittelbar alle angeschlossenen Geräte

zur Verfügung und ihre Einzelfunktionen können im Handbetrieb

direkt genutzt werden. Zur Definition des Automatisierungsablaufs

öffnet der Anwender den Prozesseditor, wodurch sich ein leeres, virtuelles

Blatt öffnet – jedes virtuelle Blatt repräsentiert einen Schritt,

also eine Phase, des Automatisierungsablaufs. Per Drag & Drop fügt

er dann Eingabe-, Geräte-, Logik- und Ausgabeblöcke hinzu. Jeder

Block hat Ein- und Ausgänge. Zum Beispiel verfügt der Geräteblock

einer Linearachse über einen Eingang für die Zielposition sowie

einen Ausgang für die aktuelle Ist-Position. Um festzulegen, was in

der jeweiligen Phase geschehen soll, zieht der Anwender Verbindungspfeile

von einem Blockausgang zu einem Blockeingang. Auf

diese Weise wird etwa der Ausgang eines Eingabezahlenblocks mit

dem bereits erwähnten Eingang für die Zielposition der Linearachse

verbunden. Die einzelnen Phasen werden ihrerseits über eine

Bedingung, wie zum Beispiel „Linearachse hat Zielposition erreicht“,

verbunden. Dabei kann der Benutzer auch für jede Phase direkt festlegen,

welche Informationen auf dem Bedienpanel sichtbar sein und

welche Möglichkeiten zur Beeinflussung des Ablaufs der spätere

Maschinenbediener haben soll. Sobald alle Phasen definiert und verknüpft

sind, kann der Automatikmodus des Automatisierungs -

ablaufs gestartet werden, der dann deterministisch zyklisch abgearbeitet

wird.

Bild: Robodev

Ein Beispielprojekt in der webbasierten Software

Robodev Contorl: Die Programmierung erfolgt

nicht im herkömmlichen Sinne in Form einer

textuellen Programmiersprache. Stattdessen

wurde ein grafischer Ansatz gewählt

50 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


MECHATRONISCHE KOMPONENTEN

ANWENDUNG

Einzelmodule des modularen

Robodev-Systems mit

Plug-&-Play-Konnektivität

Bild: Robodev

Dr.-Ing. Julien Mintenbeck, Head of Electronics

und Co-Founder, Robodev GmbH

Bild: Robodev

Eine einheitliche Schnittstelle

In der Konsumelektronik hat die USB-Schnittstelle mit ihrem Konzept

eines einheitlichen Steckverbinders Maßstäbe gesetzt. Allerdings

erfüllt sie einige Anforderungen wie die mechanische Robustheit,

elektrische Leistung und das Echtzeitverhalten nicht, die für

industrielle Automatisierungssysteme notwendig sind. Für das

Robodev-System wird deshalb eine Kombination aus einem mechanisch

robusten, hybriden Steckverbinder sowie einem erweiterten,

auf etablierten Standards aufbauenden, Feldbusprotokoll genutzt.

„Der Aufwand für den

ersten Schritt hin zu einer

Automatisierungslösung

soll reduziert werden.“

Der Steckverbinder bietet die erforderliche Performanz in Bezug auf

die Stromversorgung – auch für Antriebe – sowie die Ethernetbasierte

Echtzeitkommunikation und der ursprünglich von B&R entwickelte

Industriefeldbusstandard Ethernet Powerlink macht die

angeschlossenen Geräte unmittelbar nutzbar. „Wir haben zwar noch

zusätzlich viele Funktionalitäten ergänzt, die für uns wichtig sind,

aber auf diesem Standard setzen wir auf und zu ihm sind wir auch

kompatibel“, erklärt Mintenbeck. „Beispielsweise war mit ihm

zunächst kein Plug & Play möglich.“ Bezüglich des Themas Security

greift Robodev auf die Entwicklung eines Partners zurück, dessen

Kernkompetenz die Bereitstellung solcher Lösungen darstellt.

Somit werden hardwareseitig Sicherheitsmechanismen eingesetzt,

die das Betriebssystem sowie die Daten der Steuerung vor Angriffen

von außen schützen.

Entstehung und erste Schritte

Dr.-Ing. Mintenbeck zur Entstehung des Unternehmens: „Wir Gründer

haben alle am gleichen Lehrstuhl für Robotik am KIT promoviert

und hatten dabei zunächst nichts mit Industriethemen zu tun. Allerdings

sind wir im Zuge unserer Forschungsarbeit immer wieder auf

das Problem gestoßen, dass es sehr zeitaufwendig war, heraus -

zufinden, ob dieser Roboter zu jener Software oder dieses Gerät zu

jener Komponente kompatibel sind und ob es möglich ist, eine

gemeinsame Schnittstelle zu finden oder ob man selbst einen Prototypen

entwickeln muss, statt der eigentlichen Forschungsfrage

nachzugehen.“ Daraus ist ein eigener Baukasten entstanden, der, in

enger Kooperation mit dem Lehrstuhl des KIT, bis zur industrietauglichen

Marktreife mit der Schutzklasse IP40 weiterentwickelt wurde

und die Basis des Startups bildet. Die entsprechenden Komponenten

wie Motoren oder Gehäuse werden zugekauft und überarbeitet,

während die gesamte Elektronik und Software sowie große Teile

der Mechanik komplett von Robodev stammen. „Erste mittelständische

aber auch große Unternehmen nutzen unser System bereits

als Pilotkunden“, ergänzt Mintenbeck. „Dazu zählen sowohl Maschinen-

und Anlagenbauer als auch Elektrotechniker und Automobil -

hersteller.“ Zu den derzeitigen Hauptaufgaben des Unternehmens

zählen die Betreuung dieser Pilotkunden sowie der Ausbau des

Produktportfolios.

www.robodev.eu

Weitere Informationen

zum Robodev-System:

hier.pro/2H9WV

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 51


ANWENDUNG

KOMMUNIKATION/SECURITY

NXP Semiconductors bietet sichere Infrastrukturen für eine intelligente Welt

Akzeptanz für das Internet des Vertrauens

Die Informationstechnologie (IT) und das Internet of Things (IoT) sind längst Teil des täglichen Lebens.

Vernetzte Geräte finden sich im Haushalt, in Fahrzeugen, in der mobilen Kommunikation aber auch im

Transportwesen, bei Bezahlsystemen und in der Medizin. Die Milliarden vernetzter Geräte sind aber

auch ein potentielles und attraktives Angriffsziel geworden. Deshalb arbeitet NXP Semiconductors

daran, das Internet der Dinge mit geeigneten Lösungen zum Internet des Vertrauens zuentwickeln.

Marc Vauclair, Security Architekt, NXP Semiconductors, Leuven/Belgien

Attacken wie Mirai, Meltdown/Spectre, Roca oder Heartbleed

haben gezeigt, wie verwundbar das IoT-Ecosystem ist, solange

nicht wirksame Schutzkonzepte definiert und umgesetzt werden.

Hoher finanzieller sowie der damit einhergehende Imageschaden

führen dazu, dass das Vertrauen in die gesamte IoT-Industrie erschüttert

wird. Insbesondere dann, wenn solche Attacken zu lebensbedrohlichen

Situationen führen. Dafür gibt es leider auch

schon reale Beispiele aus dem medizinischen Bereich. Um dem entgegenzutreten,

müssen wirkungsvolle Sicherheitsarchitekturen entwickelt

werden. Dabei ist es in vielen Bereichen gar nicht notwendig,

komplett neue Konzepte zu erarbeiten, es geht vielmehr um die

einfache Nutzung bereits verfügbarer Sicherheitsfunktionen.

Das IoT und seine Herausforderungen

Das IoT stellt uns vor eine Reihe großer Herausforderungen im Bereich

Sicherheit sowie in der Geheimhaltung von persönlichen Daten.

Milliarden vernetzter Geräte mit Sensoren und Aktoren arbei-

ten autonom, ohne oder mit nur geringfügiger Interaktion mit dem

Anwender. So treffen zum Beispiel autonome Fahrzeuge Entscheidungen

für den Fahrer und benötigen dazu eine Reihe von Daten,

die dann miteinander vernetzt sicherheitskritische Entscheidungen

zur Folge haben. Deshalb ist es notwendig sicherzustellen, dass

man sich auf diese Daten verlassen kann bzw. nur Daten aus vertrauenswürdigen

Quellen für die Entscheidung verwendet werden.

Dies wiederum erfordert, dass über die gesamte Lebensdauer des

IoT-Devices diese Vertrauenswürdigkeit sichergestellt sein muss.

Sichere, authentisierte Updates sowie Maßnahmen, die das sichere

Wiederherstellen des Systems nach Angriffen ermöglichen, sind unerlässlich.

Selbst Cyberterrorismus ist zentraler Bestandteil der IoT-

Bedrohungszenarien und spätestens seit dem Bekanntwerden des

Mirai-Botnets mit 100.000 IoT-Geräten ist dies ein reales Szenario.

Mindestens zwei Prinzipien sind anzuwenden, um ein sicheres IoT-

System zu entwickeln: “Security by Design” und “Privacy by Design”.

Security by Design bedeutet, dass sich Security als Systemeigenschaft

in allen Bereichen wiederspiegelt und von Beginn an im

System verankert wird. Security beruht auf Geheimhaltung, Integrität

sowie Authentizität der Daten und Sicherheitsfunktionen wie

Laufzeitüberwachung, Secure Boot sowie sicheren Updates.

NXP-Lösungen ermöglichen eine sichere Infrastruktur und Connectivity

für eine intelligente Welt

Bild: NXP

Was zeichnet das Internet des Vertrauens aus?

Dabei ist es wichtig zu verstehen, dass es kein vollkommen sicheres

System gibt. Es wird weiter Angriffe geben, mit einem guten

Design können jedoch die Auswirkungen von Attacken wesentlich

eingeschränkt und es kann auf Angriffe effektiv reagiert werden.

Security by Design basiert auch darauf, dass man projektbegleitend

mit externen Test-Laboren sowie Zertifizierungsstellen zusammenarbeitet,

um die Fehlerwahrscheinlichkeit weiter zu reduzieren.

Existierende Zertifizierungen, wie sie für Bezahlsysteme oder andere

ID-Lösungen verfügbar sind, sind für IoT weniger geeignet, weshalb

es hier gilt, neue Standards zu entwickeln. Dies ist auch der

Grund, weshalb NXP gerade in diesem Bereich sehr aktiv ist.

Privacy by Design bedeutet Funktionen bereitzustellen, die die Anonymität

der Anwender bzw. den Schutz nutzerbezogener Daten gewährleisten.

Typischerweise werden dazu Daten anonymisiert oder

verschlüsselt analysiert, und der Zugriff auf die Daten wird mit attributbasierter

Verschlüsselung geregelt. Der Sicherheitslevel muss an

den Wert, den es zu schützen gilt, angepasst werden. Es gibt keine

Universallösung und eine Risikoanalyse vorab ist unabdingbar.

Das Vertrauen in IoT wird weitgehend über die Fähigkeit definiert,

Daten und Informationen sicher geheim zu halten. Dies kann erreicht

werden, wenn alle Schritte im Entwicklungsprozess, in der

52 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


KOMMUNIKATION/SECURITY

ANWENDUNG

Das IoT eröffnet eine Reihe großer Herausforderungen im Bereich Sicherheit sowie in der Geheimhaltung persönlicher Daten

Foto: NXP

Typische Angriffe

auf das IoT

PLUS

Man kann grundsätzlich von zwei unterschiedlichen Klassen von

Attacken ausgehen. Einerseits lokale Attacken, bei denen der

Angreifer physisch Zugriff auf das IoT-Gerät hat, und andererseits

Attacken, die aus der Ferne über das Netzwerk ausgeübt

werden. Diese Attacken sind aber auch einfacher skalierbar und

können potentiell auf Millionen von Geräten angewendet werden.

Physikalische Attacken hingegen erfordern ein besseres

Verständnis der Implementierung, um gespeicherte Schlüssel

oder geheime Daten auszulesen. Viele der Attacken, die als Remote-Attacken

bekannt geworden sind, wurden erst durch vorangegangene

physikalische, lokale Attacken ermöglicht. Deshalb

ist es unabdingbar, hier entsprechende Maßnahmen zu

ergreifen.

Fertigung, im Test, in der Personalisierung sowie in der Distribution

und auch beim Betrieb bis zum Ende des Produktlebenszyklus abgesichert

sind.

NXP-Produkt-Portfolio

Der niederländische Halbleiterhersteller NXP ist einer der Marktführer

bei Embedded Security und investiert strategisch in Security als

Schlüsseltechnologie, um das Potential von IoT voll auszuschöpfen.

Für den Aufbau kompakter Knoten und Standard-Plattformen eignet

sich die Microcontroller-Familie (Kinetis, LPC). Sie bietet Secure

Boot und sichere Updates. Einige Controller beinhalten zusätzlich sichere

Subsysteme. Der High-End-Gateway-Prozessor S32G beispielsweise

wurde für die Integration in die Car2X-Kommunikation

und für Onboard-Netze entwickelt. Der Baustein A71CH ist ein Authentifikations-IC

für die sichere Speicherung und Verwaltung digitaler

Schlüssel.

Hochsichere Hardwareelemente sind als diskrete Komponenten sowie

als sichere integrierte Subsysteme verfügbar. Die NXP-i.MX-

MPUs wurden für den Einsatz in rechenintensiven Anwendungen

entwickelt. Zu den Security Features gehören Secure Boot, sicheres

Update und das Erkennen von Softwaremanipulationen. Die interne

Hardware ist auf mehrere Prozessorkerne verteilt und verfügt über

gesicherte Subsysteme mit dedizierter Kryptographie-Hardware.

Engagiert bei Security

NXP Semiconductors hat es sich zum Ziel gesetzt, die Entwicklung

des Internet der Dinge zum Internet des Vertrauens voranzutreiben.

Gemeinsam mit anderen führenden Industrieunternehmen hat NXP

die Charter of Trust unterzeichnet, kooperiert mit vielen Organisationen

und Behörden weltweit, ist Mitglied der Europäischen Cyber

Security Organisation ECSO und unterhält intensive Kontakte zur

European Union Agency for Network and Information Security

ENISA. Der Hersteller engagiert sich außerdem in verschiedenen

Normungsgremien.

NXP Semiconductors ermöglicht sichere Verbindungen und Infrastrukturen

für eine intelligente Welt und bietet Lösungen, die das

Leben einfacher und sicherer machen. Als weltweit führender Anbieter

von sicheren Konnektivitätslösungen für Embedded-Anwendungen

treibt NXP Innovationen in den Märkten für sicher vernetzte

Fahrzeuge, Industrie, End-to-End-Lösungen für Sicherheit und Datenschutz

sowie für intelligente vernetzte Lösungen voran. Das Unternehmen

verfügt über mehr als 60 Jahre Erfahrung und Expertise

und beschäftigt 30.000 Mitarbeiter in mehr als 30 Ländern. Im Jahr

2017 erzielte der Konzern einen Umsatz von 9,26 Mrd. US-Dollar. ge

www.nxp.com

Weitere Informationen

zur Charter of Trust:

hier.pro/GcGr1

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 53


ANWENDUNG

KOMMUNIKATION/SECURITY

Airbus unterstützt bei Cyber-Security: SOC als Sicherheitszentrale

Gefahr erkannt, Gefahr gebannt

Angesichts der heutigen Bedrohungslage muss eine IT-Security-Strategie sämtliche Infrastruktur-

Komponenten und den gesamten Datenverkehr nonstop überwachen. Die Arbeit eines Security

Operation Centers (SOC) kann das IT-Personal dabei unterstützen, Cyberangriffe frühzeitig zu erkennen

und die Risiken von Schadsoftware zu minimieren.

Marcus Pauli, Security Analyst bei Airbus CyberSecurity in Ottobrunn

Laut dem aktuellen BSI-Bericht (Bundesamt für Sicherheit in der

Informationstechnik) zur Lage der IT-Sicherheit in Deutschland

werden täglich ca. 380.000 neue Schadprogrammvarianten gesichtet.

Diese gelangen oft über einzelne Rechner ins Unternehmensnetzwerk,

denn zu den häufigsten Einfallstoren gehören schädliche

E-Mail-Anhänge, Drive-by-Download-Infizierungen sowie Links auf

Schadprogramme, die immer öfter in Werbebannern platziert sind

(Malvertising). Besonders der jüngste Ransomware-Vorfall (Not) Petya

hat noch einen weiterführenden Infektionsweg offenbart: Die

Übertragung von Schadsoftware aus dem Unternehmensnetzwerk

über nicht ausreichend gesicherte Schnittstellen in industrielle Umgebungen.

So waren bei der Angriffswelle im Juni 2017 weltweit

auch Industrieunternehmen und Betreiber kritischer Infrastrukturen

betroffen, die zum Teil schwerwiegende Störungen in Produktionsprozessen

hinnehmen mussten.

Derartigen Angriffsszenarien wirkt beispielsweise die IEC 62443

(IT-Security für Anlagen der Steuer- und Leittechnik) entgegen. Der

Sicherheitsstandard ist speziell auf die Anforderungen moderner

Produktionsumgebungen zugeschnitten. Das zugrundeliegende Security-Konzept

beruht im Wesentlichen auf dem Defense-in-Depth-

Ansatz: Funktionseinheiten wie Internetübergangspunkt, vorgelagerte

Sicherheitszonen, Office-IT und Feldbusebene werden dabei

in Zonen zusammengefasst und durch industrietaugliche Firewalls

segmentiert.

Externe Zugriffe administrieren

Auch unzureichend geschützte Direktverbindungen zum Internet

sind ein grundlegendes Sicherheitsrisiko im Fertigungs- und Industriebereich.

So listet das BSI in seinen Top 10 der Bedrohungen für

Industrial Control Systems (ICS) mit dem Internet verbundene

Steuerungskomponenten auf Platz 6. Zu den sicherheitskritischen

Faktoren zählen ebenso der Einbruch über Fernwartungszugänge

(Platz 4) sowie die Kompromittierung von Smartphones im Produktionsumfeld

(Platz 10). Gefragt sind also Sicherheitsansätze, die sich

Airbus Defence and

Space CyberSecurity

bewertet im Rahmen

des ICS Security Maturity

Checks die Cybersicherheit

von Produktions-

und Steuerungssystemen

Bild: Airbus

54 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


KOMMUNIKATION/SECURITY

ANWENDUNG

nicht nur auf das lokale Netzwerk beschränken, sondern auch Fernzugriffe

beispielsweise von Servicetechnikern absichern und kontrollieren.

Denkbar sind hier zentrale Wartungsportale, die dem direkten

Netzwerkzugang vorgeschaltet sind. Externe Zugriffe auf das

Wartungsportal sind dann nur über eine verschlüsselte Verbindung

möglich und erfordern eine Authentifizierung gegenüber einem zentralen

Verzeichnisdienst. Soll ein bestimmter Wartungsauftrag ausgeführt

werden, beantragt der externe Dienstleister zunächst einen

Zugang über das Portal. Hier muss er seine Identität hinterlegen,

das Zielsystem definieren sowie Angaben zur Dauer und Art des

Servicevorgangs machen. Anschließend wird der Wartungsauftrag

durch einen Betriebsmitarbeiter explizit freigegeben. Erst dann erhält

der Servicetechniker einen zeitlich begrenzten Zugang zu dem

im Wartungsticket definierten System.

Um sowohl die Absicherung von Remote-Aktivitäten als auch den

Schutz des lokalen Netzwerks in Einklang zu bringen, ist ein umfassendes

Sicherheitskonzept notwendig. An dessen Anfang steht im

Best-Case immer ein detaillierter Security Check, der die individuelle

Sicherheitslage eines Unternehmens untersucht. Hierbei können

Administratoren auf externe Fachkräfte zurückgreifen, welche zusätzlich

eine objektive Außensicht beisteuern. Airbus Defence and

Space CyberSecurity beispielsweise bewertet im Rahmen seines

ICS Security Maturity Checks speziell die Cybersicherheit von Produktions-

und Steuerungssystemen. Im ersten Schritt werden dafür

relevante Dokumente zum ICS-Design, der Organisationsstruktur

sowie zu Richtlinien und Prozessen evaluiert. Zudem wird eine

Standortbesichtigung durchgeführt, der Netzwerkverkehr aufgezeichnet

und das Active Directory analysiert.

Wie arbeitet das Airbus SOC

Die Konzeption eines SOC beginnt bei Airbus CyberSecurity mit

dem Definieren von unternehmensspezifischen Prioritäten hinsichtlich

IT-Infrastruktur, Informationsfluss und Geschäftsbereichen. Hier

sind Fragen zu klären wie: Gibt es Netzwerksegmente mit unterschiedlichen

Schutzbedarfen, sodass die Netzübergänge durch ein

Security Exchange Gateway gesichert werden müssen? Darf der

Datenaustausch bidirektional erfolgen? Ist eine Zonierung von Office-IT

und industrieller Steuerungsumgebung zu beachten? Wird

hier ein separates ICS SOC benötigt?

Diverse Monitorings sorgen anschließend für eine lückenlose Prüfung

der Client-, Server- und DMZ-Layer. Dazu zählt die Kontrolle

des Datenverkehrs zwischen Netzwerk und Internet (Web Traffic

Monitoring) sowie der E-Mail-Kommunikation (Email Traffic Monitoring)

mittels zwischengeschaltetem Proxy. Sicherheitsmaßnahmen

wie das Sperren ausgewählter Domains, der Einsatz von AV-Technologie

sowie Sandboxing helfen, Schadsoftware aufzuspüren, zu blockieren

und sicherheitskritische Programme zu separieren. Zum

Malware-Monitoring gehört auch die Geräteanalyse im Rahmen der

Endpoint-Protection. Für die Angriffserkennung führt das SOC-Team

zudem Sicherheitsanalysen mithilfe von IDS-Tools durch. Je nach individueller

Sicherheitsarchitektur ergänzen diese die Aktivitäten der

Deep Inspection Firewall oder laufen direkt auf den zu schützenden

Systemen. Erkannte Angriffe werden dem SOC-Admin mittels Log-

Files mitgeteilt. Zusätzlich verhindern IPSs proaktiv und automatisiert

potenzielle Bedrohungen. Komplexe, zielgerichtete und anhaltende

Attacken (APT) lassen sich durch ein spezielles APT-Monitoring

frühzeitig aufdecken und analysieren.

Das aktive Scannen des Datenverkehrs auf Clients und Server spürt

mögliche Schwachstellen innerhalb des Netzwerks auf (Vulnerability

Scanning). Zudem baut das SOC-Team an neuralgischen, aus Erfahrungswerten

ermittelten Netzwerkpunkten passive Sensoren ein.

Hierzu zählt auch die von Airbus eingesetzte KeelbackNET-Technologie.

Als eine von mehreren passiven Sensoren überwacht sie den

Netzwerkverkehr auf Auffälligkeiten im Verhalten von Systemen und

Benutzern. Die in den Sensoren eingebrachten Regeln melden entsprechende

Anomalien an ein Sicherheitsüberwachungssystem wie

LMS (Log Management System) oder SIEM (Security Information

and Event Management System).

Bei Standardvorfällen wird gleichzeitig automatisch ein entsprechendes

Troubleticket erzeugt. In diesem ist ein Mehrpunkteplan für

die Analysten enthalten. Sie setzen die vorgesehenen Vorfallreaktionen

um und protokollieren die Ergebnisse wieder im Ticket. Bei

Nicht-Standardvorfällen nutzen die Analysten Korrelationsregeln aus

dem SIEM, die sich auf früher bereits erkannte Angriffsszenarien

beziehen, und erstellen unter Anwendung ihrer Erfahrungswerte

manuelle Tickets.

Aufbau eines SOC

Das SOC bei Airbus gliedert sich in drei Ebenen, zwischen denen

übergreifende Security-Prozesse stattfinden. Monitoring und Sicherheitsvorfall-Analyse

gehören zur ersten Ebene, in der Echtzeitdaten

und Log-Files aus Firewalls, AV, Servern, Clients und Applikationen

zum SIEM und LMS gelangen und relevante Informationen an die

Nachverfolgungs- und Dokumentationstools des SOC weitergegeben

werden.

Das SOC-Team korreliert dann die erfassten Netzwerkdaten zu einem

Gesamtbild der Bedrohungslage. Hier ist die tiefgreifende Expertise

bei der Erstellung von Use Cases notwendig, um Auffälligkeiten

(z. B. C&C-Kommunikation) zu erkennen, die richtigen Schlüsse

aus den sicherheitsrelevanten Daten zu ziehen und Vorfallreaktionen

abzuleiten. Im SOC erstellte, standardisierte Security-Abläufe

unterstützen Administratoren bei der Prävention und Reaktion hinsichtlich

künftiger Cyberangriffe.

Zentrales Aufgabenspektrum der zweiten SOC-Ebene ist das Management

der Infrastruktur: Hier liegt das Augenmerk unter anderem

darauf, IT-Systeme kontinuierlich zu überwachen, entdeckte Sicherheitsvorfälle

zu analysieren und zu beheben (Equipment Infrastructure

Incident Management) und gegebenenfalls die Infrastruktur

zugunsten eines höheren Schutzlevels neu aufzustellen (Infrastructure

Change Management). Die größtmögliche Effizienz aller

Security-Maßnahmen ist dabei durch automatisierte Prozesse zu

erreichen.

ge

airbus-cyber-security.com

Weitere Informationen

für die Industrie:

hier.pro/gnloH

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 55


ANWENDUNG

KOMMUNIKATION/SECURITY

Die Blockchain kann als dezentrale Datenbank verstanden werden, in der alle Datensätze über Transaktionen als Datenkette in Blöcken gespeichert werden

Bild: iconimage/Fotolia.com

Per Blockchain Supply-Chain-Prozesse optimieren

Logistik-Prozesse transparent gestalten

95 % der Fertigungsunternehmen haben nach eigenen Angaben Schwierigkeiten mit ihrer Supply

Chain. Branchenexperten sehen in der Blockchain-Technologie mögliche Ansätze zur Problemlösung.

Mit ihr sollen Lieferketten zumindest transparenter und effizienter gestaltet werden. Allerdings schafft

sie auch neue technische und rechtliche Herausforderungen. Damit Supply-Chain-Prozesse in der

Kette reibungslos ablaufen können, sollte die Blockchain gut überwacht werden.

Martin Klapdor, Senior Solutions Architect bei Netscout in Deutschland

Die Fertigungsindustrie ist laut HP Enterprise eine von vier Branchen,

die von der Blockchain-Disruption betroffen sind. Die

Technologie werde die Industrie in den kommenden Jahren maßgeblich

beeinflussen und eigne sich besonders für den Einsatz in

der Supply Chain. Denn hier sind vielzählig beteiligte Unternehmen

und Bereiche wie Beschaffung, Produktion, Einkauf, Logistik und Finanzen

miteinander verknüpft. Und die Blockchain kann für alle an

der Supply Chain Beteiligten zu einer deutlich höheren Transparenz

und rechtssicheren Nachvollziehbarkeit aller Prozesse führen. Im

Fertigungsumfeld kann die Kette zudem eingesetzt werden, um die

Produktsicherheit und Schutz von geistigem Eigentum zu validieren.

So hat etwa der PLM-Dienstleister Prostep eine Lösung in der

Blockchain für die additive Fertigung entwickelt. Diese soll den

3D-Druck für zu ersetzende Bauteile, etwa in Flugzeugen oder Fahrzeugen,

sicher und nachvollziehbar gestalten. Dabei liegen sämtliche

Prozesse in der Kette, um geistiges Eigentum des Bauteileherstellers,

die Herkunft und Originalität des Produktes sowie mögliche

Garantie- und Haftungsfragen zu verifizieren. Dazu wird der gesamte

Prozess von der Entstehung der 3D-Duckdaten über den Austausch

mit einem Druck-Dienstleister und abgesicherten 3D-Dru-

ckern bis zur Identifizierung der gedruckten Bauteile abgebildet. Die

Blockchain sorgt dafür, dass die Daten nicht verfälscht und nur in der

lizensierten Anzahl durch den autorisierten Empfänger gedruckt

werden können. So sollen die Rechte und Pflichten aller Beteiligten

geschützt werden.

Über die Blockchain können aber auch ganze Fertigungsanlagen gesteuert

werden. T-Systems Deutschland nutzt dazu eine Track-and-

Trace-Lösung von Roambee, die in der Blockchain liegt. Auf diese

Weise kann die Lösung sämtliche Komponenten, Maschinen und

Roboter steuern und somit bisherige Steuerungssoftware ersetzen.

Sämtliche Prozessschritte sind zudem rückverfolgbar.

Produktionsschritte nachvollziehen

Die Blockchain kann als dezentrale Datenbank verstanden werden.

In dieser werden Datensätzen über Transaktionen als Datenkette in

Blöcken (Blockchain) gespeichert. Die Datenbank enthält dabei alle

Transaktionen, die jemals durchgeführt wurden – wie etwa Geldströme.

Es können jedoch nur Transaktionen zur Blockchain hinzugefügt,

nicht aber entfernt oder geändert werden. Und obwohl die Blöcke

öffentlich sichtbar sind, stehen ihre Inhalte nur den Teilnehmern

56 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


mit dem richtigen Schlüssel zur Verfügung. Transaktionen müssen

vor der Akzeptanz zudem erst von mehreren Parteien autorisiert

werden. Die Blockchain liegt dabei auf hunderten von Servern weltweit,

was diese extrem fälschungssicher macht. Produktionsdaten,

Messwerte und Verträge, die über die Blockchain abgewickelt werden,

können in Echtzeit von verschiedenen Parteien, etwa Produzenten

oder Lieferanten im System eingesehen werden. So weiß jede

Partei, wo welche Teile gerade in welcher Qualität vorliegen. Und

genau dieser Umstand soll auch die Supply Chain transparenter machen.

Da die Wertschöpfungs- und Lieferketten vieler Hersteller

komplex aufgebaut sind, kann es schnell zu Fehlern kommen. Das

ist bei bestehenden, teils redundanten Trackingsystemen häufig der

Fall. Hinzu kommt, dass Änderungen in diesen relationalen Datenbanksystemen

meistens nicht nachvollzogen werden können. Die

Blockchain-Technologie liefert diese Informationen hingegen genau

und sofort, indem sie die Änderungen für jede Partei sichtbar und irreversibel

dokumentiert.

Blockchain auch für IIoT einsetzbar

Über die Blockchain-Technologie können auch Datenströme unterschiedlichster

Art abgebildet werden. So können über die Kette

auch Geräte wie Roboter, Maschinen und vernetzte Fahrzeuge autonom,

also ohne eine zentrale Autorität, kommunizieren. Außerdem

kann die Funktionstüchtigkeit von IoT-Geräten in der Blockchain sicher

nachgehalten werden. Neben dem Einsatz in der Supply Chain

ist für die Fertigungsindustrie die Kette besonders für die Vernetzung

smarter Fabriken und Fertigungsstraßen sowie für das Industrial

Internet of Things (IIoT) relevant. Die Blockchain bietet die Möglichkeit,

sämtliche Produktionsdaten, Messwerte oder Eigenschaften

unabänderlich in einem Register nachzuhalten und darauf basierend

Aktionen auszulösen. In der Fertigungsindustrie kann die Technologie

den kompletten Lebenszyklus eines Produkts abbilden und

Nutzungsprotokolle hinterlegen. Doch gerade die Vernetzung von

Maschinen, Sensoren und Komponenten im IIoT bringt technische

Herausforderungen mit sich.

Zentrale Rolle spielt der DNS-Dienst

Die wachsende Anzahl an IIoT-Geräten in Kombination mit der

Blockchain bedeuten ebenfalls einen Anstieg an DNS-Anfragen und

DNS-abhängigen Diensten. DNS dient zur Beantwortung von Anfragen

zur Namensauflösung in IP-basierten Netzwerken. Da die Blockchain

im Web verteilt liegt, ist es essenziell, dass der DNS-Dienst

entsprechend erreichbar ist. Ist er es nicht, kann die Blockchain den

nächsten Teil der Kette nicht abrufen und bleibt im wahrsten Sinne

des Wortes stehen. Die Funktionstüchtigkeit von DNS hat also einen

großen Einfluss auf die Servicebereitstellung und Performance

der Blockchain.

Über ein zentrales Monitoring, das das gesamte Netzwerk analysiert,

können Fehler und Störungen lokalisiert werden

Im schlimmsten Fall kommt es zu nicht vollständig ausgeführten

Transaktionen oder bei vernetzten Geräten zu einem Ausfall. Überträgt

man diese Überlegung auf die anfangs skizzierten Anwendungsszenarien

können DNS-Problemen gar Ausfälle kritischen Ausmaßes

hervorrufen. Fertigungsstraßen könne stillstehen und die

Supply Chain nachhaltig gestört werden.

Service Assurance bei DNS-Anomalien

Zudem bedeuten Blockchain und IoT-Lösungen wie jede digitale

Transformationstechnologie auch eine höhere Komplexität für die IT-

Infrastruktur. Dazu gehören etwa Server, die an Blockchain-Transaktionen

beteiligt sind, benötigte Middleware für die Verschlüsselung

und Authentifizierung sowie virtuelle Maschinen für verteilte Datenbanken

und Anwendungen. Und weil die Blockchain im Grunde eine

hochverteilte Datenbank ist, ist die Servicebereitstellung schwieriger

und kann durch Aspekte wie Lastenverteilung, Latenz und Fehler

deutlich beeinträchtigt werden. Eine ganzheitliche End-to-End-

Sichtbarkeit ist daher erforderlich. Insbesondere steigt die Gefahr,

dass Anfragen serverseitig nicht mehr verarbeitet werden können,

weil bei Abermillionen vernetzter Geräte die M2M-Kommunikation

im Sekundentakt erfolgt. Mit entsprechenden Service-Assurance-

Plattformen können jedoch eine durchgängige Sichtbarkeit erreicht

und Ausfälle vermieden werden.

Netzwerke fit machen für Blockchain

Trotz aller Hürden, erachten laut Hochschule Bonn-Rhein-Sieg 70 %

der befragten deutschen Unternehmen die Blockchain als wichtig

für ihre Branche. Vor allem, um die Herkunft und Zusammensetzung

komplexer Produkte transparent nachzuvollziehen, für Real Time

Payment und Transaktionen entlang der Supply Chain wollen Unternehmen

die Kette nutzen. Damit Fertigungsunternehmen von diesen

Vorteilen profitieren und die Produktion effizienter und transparenter

gestalten können, müssen sie sich also auf die Technologie

vorbereiten. Dazu muss unter anderem das Netzwerk fit gemacht

werden, um Ausfälle zu verhindern oder zumindest rechtzeitig vorherzusehen.

ge

www.netscout.com

Bild: Netscout

Weitere Informationen zur

Digitalen Transformation:

hier.pro/b03z4

Um Blockchain zu

nutzen, muss das

Netzwerk fit gemacht

werden

Bild: Netscout

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 57


ANWENDUNG

MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS (MES)

Da die virtuelle Welt die reale Fertigungsumgebung eins zu eins widerspiegelt, lassen sich die Vorteile der Simulationstechnologie von der

Planung bis in die Werkstatt voll ausnutzen

Bild: Tebis

Tebis bietet eine durchgängige CAD/CAM/MES-Plattform mit Simulationseinbindung

Ein Digitaler Zwilling wirft seinen Schatten

Wer im Werkzeug-, Formen- und Maschinenbau erfolgreich sein will, muss drei Faktoren genau kennen

und beherrschen: Die Fertigungsumgebung, das Fertigungswissen und die Auftragsabwicklung. Daten,

die in der CAD/CAM-Software zur Verfügung stehen, verbindet eine MES-Software durchgängig mit

dem Herstellungsprozess. Anwender erhalten übersichtlich Daten aus allen Bereichen für einen detaillierten

Blick auf die Fertigung. Der Digitale Zwilling wird zum Digitalen Schatten.

Reiner Schmidt, Leiter Produktmarketing, Tebis AG, Martinsried/Planegg

Bild: Tebis

Ein digitaler Zwilling ist die digitale Simulation der Realität. Konkret

entspricht das der digitalen Abbildung einer Maschine mit

geometrisch korrektem Aussehen und ihren tatsächlichen kinematischen

Eigenschaften. Der digitale Schatten dagegen ist eine ausgewertete

Datensammlung, also ein datenreduziertes Abbild aus der

Realität. Das heißt, er berücksichtigt nur die relevanten Produktionsund

Prozessdaten (Maschinenstatus, Stillstandzeiten), um über vergangene

sowie aktuelle Zustände in Echtzeit Auskunft zu geben.

Wenn die reale Fertigungsumgebung ohne Wenn und Aber über digitale

Zwillinge detailgetreu in der virtuellen Welt abgebildet werden sollen,

müssen Datenbanken in Form von Bibliotheken zur Verfügung stehen

Gleichzeitig dient er als Auswertungsbasis für Prognosen. Die strukturierte

Zusammenführung von Daten aus verschiedenen Quellen

ermöglicht eine vorausschauende Planung der Maschinenkapazitäten,

vorausschauende Versorgung von Werkzeugen an der Maschine

sowie die dynamische Anpassung der Fertigungsplanung in Echtzeit.

Das Unternehmen Tebis bietet hierfür eine durchgängige CAD/

CAM/MES-Plattform mit Simulationseinbindung.

Blick in die Praxis

Wie komplex moderne Fertigungsprozesse sind, wird hieraus ersichtlich:

Da gibt es auf der einen Seite die reine „Hardware“, also

Maschinen, Werkzeuge, Spannmittel, Aggregate, Werkzeugwechsler.

Bei der Bearbeitung muss genau bekannt sein, welche Bauteile

sich mit welchen Maschinen und Werkzeugen auf welche Weise absolut

effizient und kollisionsfrei fertigen lassen. Auf der anderen Seite

müssen alle Aufträge übergreifend – im eigenen Unternehmen

genauso wie bei Lieferanten – präzise steuerbar sein. Nur so ist sichergestellt,

dass sämtliche Ressourcen optimal genutzt werden.

Wenn die reale Fertigungsumgebung ohne Wenn und Aber über digitale

Zwillinge detailgetreu in der virtuellen Welt abgebildet werden

sollen, müssen Datenbanken in Form von Bibliotheken zur Verfügung

stehen: In der Maschinenbibliothek der CAD/CAM-Software

Tebis sind alle marktüblichen Maschinentypen unterschiedlicher

Hersteller mit ihren geometrischen und kinematischen Eigenschaften

hinterlegt. Die Werkzeugbibliothek enthält alle Werkzeuge, mit

58 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


MANUFACTURING EXECUTION SYSTEMS (MES)

ANWENDUNG

Bild: Tebis

Die Tebis-Maschinenbibliothek umfasst über 800 virtuelle Maschinenmodelle

in 3000 Varianten – inklusive Mehrachsenmaschinen,

Multifunktionsmaschinen wie Dreh-Fräsmaschinen und Drehma -

schinen mit Haupt- und Gegenspindel

Bild: Tebis

Realitätsnahe Simulation: Die Werkzeugwege werden mit einem Mausklick

auf Kollision geprüft und über die integrierten Postprozessoren ausgegeben.

Zeitaufwändige und kostenintensive Einfahrprozesse entfallen

denen ein Unternehmen arbeitet, als digitale Zwillinge. Dabei berücksichtigt

die Datenbank die Konturen der Werkzeuge absolut genau.

Moderne Hochleistungswerkzeuge – zum Beispiel HPC-Fräser

zum Schruppen, HFC-Fräser zum Schlichten und Vorschlichten oder

Kreissegmentfräser zum Schlichten – lassen sich so perfekt nutzen.

Seit Release 6 verfügt die CAD/CAM-Software zudem über eine

Aggregatebibliothek für weitere Zusatzeinrichtungen wie Backenfutter,

Lünette und Spitze sowie Maschinentische, Anbauten und

Trennwände. Auch virtuelle Spannmittel sind Teil des CAD/CAM-

Systems.

Da die virtuelle Welt die reale Fertigungsumgebung eins zu eins widerspiegelt,

lassen sich die Vorteile der Simulationstechnologie von

der Planung bis in die Werkstatt voll ausnutzen. So können bereits

bei der Planung mögliche Kollisionen ermittelt und korrigiert werden

– die NC-Programmierung startet gleich mit den geeigneten Aufspannungen,

Werkzeugen und Anstellrichtungen.

Der Simulator ist vollständig in die CAD/CAM-Umgebung integriert.

Simulation und Kollisionsprüfung lassen sich so noch vor dem Postprocessing

durchführen. Durch die Maschinentechnik der CAD/

CAM-Software ist das wesentlich komfortabler, sicherer und effizienter,

als den NC-Code zu simulieren und Anpassungen im steuerungsspezifischen

NC-Format durchzuführen.

Der CNC-Simulator prüft das komplette Bearbeitungsszenario: Dazu

gehören Maschinen, Köpfe, Spannmittel, Aggregate, Anbauten,

Bauteil, Rohteil, Werkzeuge, Werkzeugwechsel, Gültigkeit der Arbeitsebenen,

Aufspannungen, Startpunkte und Anschlussbedingungen,

Endschalter-Limitationen, Achs- und Verfahrbewegungen mit

sämtlichen Zustellungen und Zwischenbewegungen sowie die Bearbeitungsplausibilität.

In der Werkstatt informiert sich der Maschinenbediener über Rohund

Bauteilgeometrien, über Aufspannungen und die verwendeten

Werkzeuge. Und wenn die Bearbeitung doch einmal kurz vor knapp

angepasst werden muss – etwa weil eine Maschine ausgefallen ist

oder Werkzeuge aussortiert worden sind – so ist das problemlos

möglich. Technologiedaten wie Vorschübe oder Spindeldrehzahl,

Aufspannungen oder die Abarbeitungsreihenfolge bis hin zu einem

Maschinenwechsel lassen sich schnell und einfach ändern. Die

Werkzeugwege werden mit einem Mausklick erneut auf Kollision

geprüft und über die integrierten Postprozessoren ausgegeben.

MES und CAD/CAM-Software im Team

Die CAD/CAM-Software mag noch so gut sein – wer seine Aufträge

gemäß Industrie 4.0 voll digital und hochautomatisiert planen, abwickeln

und steuern möchte, kommt um eine integrierte MES-Lösung

(Manufacturing Execution System) nicht herum. Deshalb ist die

MES-Lösung Proleis fester Bestandteil der Tebis Software-Entwicklung.

Denn je besser MES und CAD/CAM-Software ineinander

greifen, desto effizienter läuft die Auftragssteuerung. In Proleis sind

die Fertigungsumgebung, die Verfügbarkeit der Ressourcen, das

Fertigungswissen, die Fertigungsdauer sowie die Erkenntnisse aus

zurückliegenden Projekten gespeichert. Zudem sind sämtliche Auftragsabläufe

inklusive Materiallogistik und Terminen hinterlegt – und

zwar nicht nur die des eigenen Unternehmens, sondern auch die

der jeweiligen Lieferanten und Dienstleister. So bildet das MES alle

fertigungsrelevanten Abläufe digital, quasi als digitaler Zwilling der

Fertigung, ab.

Zudem verknüpft die Software alle relevanten Daten wie Maschinen-

und Standortdaten sowie Erfahrungswerte als Grundlage für

eine vorausschauende Planung. Beispiel Bearbeitungsdauer: Proleis

greift auf die in Tebis simulierte Bearbeitungsdauer zu und gleicht

sie mit der ebenfalls im MES vorgeplanten ab (die Vorplanung beruht

auf Erfahrungswerten aus der Historie). Ergibt die Simulation

abweichende Zeiten, werden diese in das MES übernommen und

automatisch an die Kapazitätsplanung und Folgeabläufe angepasst.

Darüber hinaus liefert die Maschinendatenerfassung einen digitalen

Schatten der Fräswerkzeuge. Das MES verwaltet die Reststandzeiten

der Werkzeuge und zeigt dem Maschinenbediener automatisch

eine notwendige Versorgung mit einem Ersatzwerkzeug an. Nach

Bestätigung durch den Bediener wird automatisch ein Auftrag für

den Einrichteplatz erzeugt. Die Digitalisierung der Fertigung bietet

Unternehmen so auf vielen Wegen großes Potenzial für mehr Automatisierung

und Effizienz.

eve

www.tebis.de

Details zur integrierten MES-Lösung Proleis:

hier.pro/LWfLt

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 59


ANWENDUNG

INDUSTRIE 4.0

Im Gespräch: Ralf Görtz; Leiter Elektrotechnik und Fahrerlose Transportsysteme bei Tünkers Maschinenbau

Intelligenter durch Sensoren

Die Digitalisierung hält auch im klassischen Maschinenbau zunehmend Einzug. Im Interview mit

KEM Konstruktion erläutert Ralf Görtz; Leiter Elektrotechnik und Fahrerlose Transportsysteme bei

Tünkers Maschinenbau, wie das Unternehmen mithilfe der Digitalisierung pneumatische und

elektrische Spanneinheiten intelligent macht.

Interview: Armin Barnitzke, Redakteur Konradin Mediengruppe

KEM Konstruktion: Wie treibt Tünkers die „Digitalisierung in

der Automation“ voran?

Görtz: Zum einen durch eine gezielte Weiterentwicklung unserer

Produkte. So haben wir auf unserem diesjährigen Symposium intelligente

pneumatische und elektrische Spanneinheiten vorgestellt.

Diese Spanner liefern Diagnosedaten, die direkt in eine Cloud oder

ein Edge-Gateway übertragen werden können und den Zustand des

Systems wiederspiegeln. Zum anderen versuchen wir, mit neuen

Technologien wie Augmented Reality die gesammelten Daten direkt

an der Maschine für den Benutzer sichtbar zu machen. In der erweiterten

Realität sieht der Instandhalter die Daten der Maschine und

kann sich parallel die Daten von Bedienungs- und Wartungsanleitung

aus unserer Tünkers Hardware Cloud herunterladen.

KEM Konstruktion: André Tünkers sagte auf dem Symposium:

„Es muss jedoch mehr Intelligenz in die Zelle und an das

Produktionsmittel.“ Wie kann das aussehen?

Görtz: Durch intelligente Sensorik kann das einzelne Produktionsmittel

seinen Zustand überwachen und diesen an ein übergeordnetes

System, zum Beispiel eine Cloud oder ein Edge-Gateway melden.

Über eine intelligente Datenauswertung wird dann eine

vorausschauende Wartung abgebildet. Die einzelnen Produktionsmittel

werden durch weiterentwickelte und neue Sensoren intelligenter

und kennen ihren eigenen Zustand.

Der Smart Sensor EGBE erfasst Werte,

aus denen sich per Sensorfusion

der Produktzustand ableiten lässt.

Über Apps, die auf den Sensor geladen

werden, lassen sich verschiedene

Applikationen realisieren

KEM Konstruktion: Bauen Sie Sensorik und Intelligenz in die

Automationsmodule zum Spannen, Positionieren, etc. ein?

Görtz: Wir haben viele Produkte, die bereits mit Sensorik und intelligenten

Auswertungen ausgestattet sind. Wir arbeiten täglich daran,

die Anzahl der smarten Produkte – beispielsweise durch die Integration

neuartiger Sensorik – zu erhöhen und die bestehenden noch intelligenter

und leistungsfähiger zu machen.

KEM Konstruktion: Gibt es dafür schon konkrete Beispiele?

Görtz: Auf unserem Symposium haben wir neue IO-Link-Spanner

vorgestellt. Diese Spanner können ihren Zustand überwachen und

gezielt Fehlermeldungen absetzen. Durch spezielle Gateways können

alle Informationen auch in die Cloud übertragen werden.

Mit unserem Smart Sensor EGBE zur Erfassung und Verarbeitung

von Bewegungsdaten können wir Drehtische, Greifer, Schwenkeinheiten

und Transportsysteme ausstatten. Der Sensor erfasst neun

Werte aus denen per Sensorfusion der Zustand des Produktes abgeleitet

werden kann. Über Apps, die auf den Sensor geladen werden,

können verschiedene Applikationen realisiert werden.

Unser Smart Conveyor ist ein Stauförderband, das mithilfe von verschiedenen

Systemen seinen aktuellen Zustand überwacht und

beim Überschreiten kritischer Werte über einen Alarm auf sich aufmerksam

macht.

Bild: Tünkers

KEM Konstruktion: Wie genau verbindet Tünkers für Kunden

die physikalische und die digitale Welt?

Der Smart Conveyor ist Standard-AFS-Stauförderer, der durch zusätzliche,

redundante Sensorsysteme ausgerüstet wurde, um den aktuellen Zustand

der Antriebs-und Steuereinheiten zu überwachen

Bild: Tünkers

Görtz: Tünkers verbindet die physikalische Welt mit der digitalen

Welt, indem es zu jeder Hardware eine Repräsentation in der Cloud

gibt. Im ersten Schritt werden hier produktspezifische und projektspezifische

Daten zu finden sein. Im zweiten Schritt können wir

dann, wenn vom Kunden gewünscht, die Produktions- und Zustandsdaten

in der speziell gesicherten Cloud speichern und anzeigen.

KEM Konstruktion: Haben Sie ein eigenes Cloud-Angebot?

Oder nutzen Sie Angebote wie Mindsphere etc.?

60 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


INDUSTRIE 4.0

ANWENDUNG

Görtz: Wir haben eine eigene Cloud-Solution, in der auf Wunsch die

Daten gespeichert werden können. Für die Produktions- und Zustandsdaten

können unsere Geräte die Daten mit Cloudsystemen

wie Cumulocity oder Mindsphere austauschen. Wichtig ist dabei zu

wissen, dass wir nicht auf einen Hersteller festgelegt sind und mehrere

Systeme unterstützen. So können unsere Produkte auch in bestehende

Infrastrukturen integriert werden.

KEM Konstruktion: André Tünkers sagte: „Mit Cloud-Lösungen

stellen wir unseren Kunden die Daten genau dort bereit

und verarbeiten diese, wo sie gebraucht werden.“ Um welche

Anwendungen geht es konkret beim Kunden?

Görtz: Im ersten Schritt werden die Daten für Conditon Monitoring

gesammelt. Hierüber kann der Kunde den Zustand überwachen und

bei Störungen eine Diagnose mit Hilfe der Daten durchführen. Im

nächsten Schritt können die Daten für Predictive Maintenance genutzt

werden. Über Neuronale-Netze und Deep-Learning-Algorithmen

können aus den gesammelten Daten nicht nur der aktuelle

sondern auch der zukünftige Zustand der Maschine abgeleitet werden.

Das ermöglicht es zum Beispiel, gezielt in einer Produktionspause

Wartungen an Geräten einzuplanen und durchzuführen, bevor

es zum Anlagenausfall kommt. Maschinenstillstände aufgrund von

Störungen werden dadurch selbstverständlich minimiert.

KEM Konstruktion: Wie bekommt man als klassischer Maschinenbauer

die nötige Softwarekompetenz ins Haus?

Görtz: Wir sind selbstverständlich ständig auf der Suche nach qualifizierten

und talentierten Softwareentwicklern. Wir haben auch ein

breites Netzwerk zu verschiedenen Universitäten, Forschungseinrichtungen

und spezialisierten Dienstleistern, die uns unterstützen.

Wir versuchen vorzugsweise den Nachwuchs in den eigenen Reihen

zu entwickeln, indem wir attraktive Ausbildungsplätze, Werkstudentenverträge

sowie permanent Bachelor- oder Masterarbeiten anbieten.

Die meisten unserer aktuellen Führungskräfte haben uns

z.B. über das seit 15 Jahren bestehende Tünkers-Traineeprogramm

kennen gelernt.

KEM Konstruktion: Wie verändert sich im Zuge der Flexibilisierung

der Produktion insbesondere der Bereich Transportieren?

Görtz: Der Bereich transportieren verändert sich sehr stark. Klassische

starre Fördertechnik wird zukünftig durch flexible Fördersysteme

sowie Fahrerlose Transportsysteme (FTS) ersetzt.

KEM Konstruktion: Welche Rolle spielt dabei das FTS-

Geschäftsfeld?

Görtz: Der FTS-Geschäftsbereich ist eine sinnvolle Ergänzung zu

den bestehenden Produkten der Firma Tünkers. Vor allem können

wir unsere klassische Technik ergänzen und vernetzen, zum Beispiel

mit unserem Stauförderer-FTF. Der Geschäftsbereich FTS ist daher

das verbindende Element bei der Aufgabe, dem Kunden das komplette

Produktprogramm rund um den Industrieroboter zu liefern.

KEM Konstruktion: In welche Richtung soll das FTS-

Geschäftsfeld noch erweitert werden?

Bild: Tünkers

„Unser Smart Conveyor

ist ein Stauförderband,

welches mithilfe von

verschiedenen Systemen

seinen aktuellen

Zustand überwacht und

beim Überschreiten

kritischer Werte über

einen Alarm auf sich

aufmerksam macht.“

Ralf Görtz, Leiter Elektrotechnik

und Fahrerlose Transportsysteme,

Tünkers Maschinenbau GmbH

Görtz: Wir sind bekannter Spezialist für den Rohbau im Automobilbau

und haben dort auch die ersten Aufträge gewinnen können. Es

sind nun auch Projekte in der Pipeline, die die gelernte Automationskette

‚Transport-Navigation-Positionierung-Übergabe‘ außerhalb dieses

Bereiches betreffen. Durch unser weltweites Produktions-, Vertriebs-

und Servicenetzwerk sind wir auch dafür sehr gut aufgestellt

und freuen uns über jede Anfrage – egal für welche Anwendung.

KEM Konstruktion: Werden FTS nur zum Transport eingesetzt

oder findet auf den Automated Guided Vehicle (AGV) auch

schon Bearbeitung und Montage statt?

Görtz: Sowohl als auch. Es gibt Fahrzeuge, die nur für den Transport

bestimmt sind, auf anderen Fahrzeugen werden dagegen Arbeitsschritte

ausgeführt. Die Arbeiten werden per Hand oder durch Roboter

durchgeführt, aber auf den Fahrzeugen wird auch kollaborativ

montiert. Das stellt hohe Anforderungen an die Präzision und die Sicherheit

der Fahrzeuge.

KEM Konstruktion: Wird das gute alte Fließband als Symbol

der Industrie 2.0 eines Tages komplett abgelöst von FTS?

Görtz: In manchen Applikationen ist das Fließband oder eine klassische

Fördertechnik weiterhin die performantere Lösung. Wir setzen

auf eine sinnvolle Kombination aus klassischer Fördertechnik und

Fahrerlosen Transportsystemen. Wir haben eine Lösung entwickelt,

bei der wir das FTF mit einem Stauförderer bestückt haben und so

den Stauförderer mobil machen.

KEM Konstruktion: Welche Rolle spielen Drohnen in der Intralogistik

in der Industrie?

Görtz: Drohnen werden zurzeit von vielen als mögliche Lösung untersucht

und auch in ersten speziellen Projekten eingesetzt. Einen

Flächendeckenden Einsatz gibt es noch nicht. Wir nehmen das Thema

allerdings ernst und haben daher mehrere Entwicklungsprojekte

gestartet, in denen wir uns mit der Technik und den Möglichkeiten

auseinandersetzen.

www.tuenkers.de

Details zum Automationsbaukasten von Tünkers

Maschinenbau:

hier.pro/Vd56t

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 61


ANWENDUNG

INDUSTRIE 4.0

Bild: vege/fotolia.com

Die Digitalisierung sei kein Naturereignis, sondern Menschenwerk, das auch von Menschen geregelt werden muss und sich nicht naturwüchsig richtig

entwickelt, so Ulrich Sendler

Ulrich Sendlers Buch: Das Gespinst der Digitalisierung - Menschheit im Umbruch

Auf dem Weg zu einer

neuen Weltanschauung

Die Digitalisierung und digitale Vernetzung machen die Welt komplexer und vielseitiger, als es die

kühnste Science-Fiction vorausahnen konnte. Diese Disruption in den Zusammenhang der Menschheitsgeschichte

zu stellen und ihren Kern zu begreifen, ist die Voraussetzung dafür, die digitale Zukunft

menschlich zu gestalten. Die Menschen brauchen eine neue Weltanschauung, weil die Welt vor einem

so grundsätzlichen Umbruch steht, dass alle bisherigen Gewissheiten nicht mehr gelten.

Ulrich Sendler, freier Technologieanalyst, Fachjournalist und Publizist, München

Der Umbruch geht weit über das hinaus, was sofort damit verbunden

wird: Smartphones und Internet, Suchmaschinen und

E-Commerce, Apps, Cloud und Big Data Analytics. Der Umbruch erfasst

mit dem 2011 durch das Internetprotokoll Version 6 (IPv6) definierten

Adressraum jedes Atom dieser Erde. Wie sollten Wirtschafts-

und Rechtssystem, Staatsordnung und Bildungssystem –

alles passend zur analogen Industriegesellschaft entstanden und

perfektioniert – auch nur vom Ansatz her zur digitalen Gesellschaft

passen?

Obendrein haben wir keine Zeit zu verlieren. Von Jahrtausenden hat

sich die pro Umwälzung benötigte Zeitspanne über Jahrhunderte

mittlerweile auf Jahrzehnte verkürzt. Der erste Umbruch der

Menschheit, mit dem sie sich vom Jagen und Sammeln dem Ackerbau

und der Viehzucht zuwandte, begann rund 10.000 Jahre vor unserer

Zeit und dauerte rund um den Erdball fast bis zu Christi Geburt.

Dann kamen Lesen, Schreiben und wissenschaftliches Arbeiten.

Waffen, Transportsysteme und erste mechanische Maschinen,

Bild: Sendler

„Was derzeit fehlt,

ist eine Vorstellung

davon, wie die

digitale Gesellschaft

beschaffen sein

soll.“

Ulrich Sendler,

Freier Fachjournalist,

München

62 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


INDUSTRIE 4.0

ANWENDUNG

Kanalsysteme und Viadukte wurden entwickelt und gebaut, aber es

dauerte nochmals mehr als zwei Jahrtausende, bis mit der Dampfmaschine

der nächste große Umbruch auf der Tagesordnung stand:

die industrielle Revolution. Von ihr bis zur heutigen Digitalisierung

dauerte es nur 250 Jahre.

Ebenfalls vor gut 2000 Jahren übrigens waren es die Griechen, die

uns erstmals einen Vorgeschmack auf das brachten, was die Freiheit

des Individuums und ihre politische Absicherung gegen den offenbar

auch stets drohenden menschlichen Machthunger bedeutet.

Die griechischen Stadtstaaten beruhten auf der Selbstorganisation

freier Bürger. Das Wahlrecht hatten sie zur Vermeidung von Korruption

und Wahlbetrug durch ein Losverfahren ersetzt. Es war ein sehr

mutiger und ermutigender, aber eben auch ein sehr früher Schritt,

der noch nicht zu den gesamten Lebensbedingungen der Menschheit

passte. Vielleicht waren die Sklaven und die Einschränkung der

Freiheiten auf die männlichen Erwachsenen damals die Voraussetzungen

für das kurzfristig erfolgreiche Wagnis, aber erst mussten

die Menschen noch durch zwei Jahrtausende Leibeigenschaft,

Großgrundbesitz, Adelsherrschaft, Diktaturen und immer wieder

und weiter Sklaverei, bevor sie einen neuen Anlauf machten. Exakt

mir der industriellen Revolution begannen die ersten drei Industriestaaten

England, Frankreich und die USA in der zweiten Hälfte des

18. Jahrhunderts mit der Einführung der modernen Demokratie, die

sich bis zu Beginn dieses Jahrzehnts in Sprüngen rund um den Erdball

ausbreitete und 2012 mehr als 60% aller Staaten erfasst hatte.

Seither geht es wieder rückwärts, und jene Parteien finden immer

stärkeren Zulauf, die zurückwollen. Weg von der Globalisierung zurück

zur Nation; weg von der individuellen Freiheit, von Gewaltenteilung

und Rechtsstaat, zurück zu autoritären Machtstrukturen, Autokraten,

Herrschern. Dass dies vermutlich nur Ausdruck der Angst eines

großen Teils der Menschheit vor der gefühlt drohenden Zukunft

ist und Ausdruck ihrer Wut über die fehlenden Perspektiven und

Konzepte der etablierten politischen Eliten, zeigte der Sieg Macrons

über Le Pen nach nur einem Jahr Bewegung von „La Republique en

Marche!“. Bei den Wahlen zur Nationalversammlung erreichte der

Front National mit acht Abgeordneten von 577 nicht einmal Fraktionsstatus,

Macrons Bewegung dagegen 308. In dem Moment, in

dem eine Perspektive sichtbar wird und eine charismatische Persönlichkeit

sich offen zu großen Veränderungen bekennt und dafür

mehrheitsfähige Konzepte entwickelt, scheidet der „Populismus“

dahin, als hätte es ihn nie gegeben. Noch im März 2017 rechnete alle

Welt mit einer möglichen Präsidentin Le Pen.

Was derzeit fehlt, ist eine Vorstellung davon, wie die digitale Gesellschaft

beschaffen sein soll. Aber um solch eine Vorstellung zu finden,

müssen wir erst einmal eine Reihe von Mauern in unseren

Köpfen einreißen. Digitale Vernetzung muss keineswegs die Gestalt

haben, die ihr von den Internetgiganten gegeben wurde. Es ist kein

Naturgesetz, dass ein Suchbefehl zu einer Werbeeinnahme beim

Suchmaschinenbetreiber führt. Es ist kein Naturgesetz, dass Konzerne

über unsere Daten bestimmen, als gehörten sie ihnen. Es ist

vielmehr nur deshalb so, wie es derzeit ist, weil es weder ein Naturgesetz

noch ein staatliches Gesetz gibt, das das Eigentumsrecht an

Daten definiert. Nirgends, in keinem Staat der Welt. Aber so wie die

Industriegesellschaft eine Eigentumsordnung brauchte, die das Eigentum

an Produkten und an Produktionsmitteln schützte, so

braucht die digitale Gesellschaft eine Eigentumsordnung, die eindeutig

regelt, wem welche Daten gehören und wie sie vor missbräuchlicher

Verwendung und Verwertung geschützt werden. Die

Digitalisierung ist kein Naturereignis, sondern Menschenwerk, das

Mit „Das Gespinst

der Digitalisierung“

hat

Technologie -

analyst, Fachjournalist

und

Publizist Ulrich

Sendler sein

erstes Sachbuch

vorgelegt

auch von Menschen geregelt werden muss und sich nicht naturwüchsig

richtig entwickelt.

Wenn die repräsentative Demokratie im Rahmen des Nationalstaats

nicht mehr mithalten kann mit dem Tempo der technologischen

Revolution, dann stimmen vielleicht die Art der Demokratie

und ihr staatlicher Rahmen nicht mehr. Vielleicht lagen die Griechen

mit der Beschränkung des Staats auf die Stadt richtiger? Und könnte

uns vielleicht gerade die digitale Vernetzung in der künftigen Gesellschaftsordnung

helfen, eine direktere, effektivere demokratische

Teilhabe aller an ihrer Gestaltung zu realisieren?

Es geht nicht mehr um die Anzahl der Kita-Plätze. Es geht nicht um

die Abschiebung von Menschen, die aus Ländern zu uns fliehen, wo

es noch viel beängstigender zugeht als bei uns. Es geht nicht darum,

welcher der Politiker, die sich über Jahrzehnte hochgedient haben,

welchen Listenplatz für die Landtagswahl erhält. Es geht um

das Fundament, auf dem die Gesellschaft sich neu definiert. Und so

gespenstisch die Digitalisierung anmutet, so wenig das Gespinst

der digitalen Vernetzung bisher von seinem Inhalt preisgibt, so wenig

sind digitale Vernetzung und Künstliche Intelligenz Teufelswerk.

Nicht die Maschine wird den Menschen überflüssig machen. Der

Mensch muss die Maschinen so in den Griff bekommen, dass sie

ihm nützen.

eve

www.ulrichsendler.de

In zwei Artikeln umreißt Ulrich Sendler exklusiv für die KEM Systems Engineering den

Inhalt und die Kernthemen seines Buches. Der zweite Artikel erscheint in der Ausgabe

01/2019 der KEM Systems Engineering am 20.03.2019.

Urlich Sendler nimmt im Rahmen der Konferenz

“Digitaler Kapitalismus“ der Fr.-Ebert-Stiftung an einer

Podiumsdiskussion im Nov. teil:

hier.pro/Y5AeS

Bild: Springer

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 63


ANWENDUNG

KÜNSTLICHE INTELLIGENZ

Anwenderbeispiele von IBM zeigen die Verbreitung Künstlicher Intelligenz in der Produktion

Künstliche Intelligenz auf Problemfang

Längst ist der Einsatz von Künstlicher Intelligenz in Manufacturing keine Zukunftsmusik mehr. Laut

einer im Mai 2018 veröffentlichten Studie von IDC haben gut ein Viertel der befragten Unternehmen

in Deutschland bereits KI-Projekte umgesetzt. 69 % wollen in den nächsten 12 Monaten neue

KI-Initiativen anstoßen. Sie kommt auf ganz unterschiedlichen Ebenen und für ganz verschiedene

Aufgaben in Betracht, wie die Anwenderbeispiele des Unternehmens IBM zeigen.

Plamen Kiradjiev, Industrie 4.0 Chief Architect, IBM DACH Region

Die spezifischen Vorteile der Künstlichen Intelligenz (KI) für Manufacturing

liegen darin, strukturierte und unstrukturierte Daten

aus den Produktionsprozessen gleichermaßen verarbeiten und

interpretieren zu können. Damit liefern sie einen entscheidenden

Beitrag zu deren Optimierung: KI-basierte Systeme sind in der Lage,

Muster und Auffälligkeiten zu identifizieren, Probleme automatisch

zu erkennen, rechtzeitig vor ihnen zu warnen, Vorschläge für deren

Beseitigung zu machen oder – im besten Fall – sie gleich selbst zu

beheben.

Grundlage für diese Entwicklung sind die enormen Fortschritte im

Maschine- und Deep Learning. Damit ist die grundsätzliche Fähigkeit

von Computern gemeint, dank gestiegener Rechenleistungen

große Mengen an strukturierten und unstrukturierten Daten mit hoher

Geschwindigkeit auswerten zu können. Wobei Deep Learning

sich darüber hinaus an der spezifischen Arbeitsweise des Gehirns

orientiert: Es simuliert ein dicht verwobenes Netz aus einfachen

Nervenzellen. Diese künstlichen neuronalen Netzwerke lernen wie

ihr natürliches Vorbild aus der Erfahrung, indem sie die Stärke der simulierten

Neuronen-Verbindungen anpassen und damit Verknüpfungen

und Knotenpunkte generieren. Damit lernen sie, Sprache, Bilder

oder Geräusche zu interpretieren.

Qualitätsüberwachung

mit einem KI-basierten Digital Twin

SmartFactory KL ist ein Industrie 4.0-Demonstrator, der als erstes

Szenario seiner Art eine herstellerübergreifende Industrie 4.0-Produktionslinie

repräsentiert. IBM gehört zu den Schlüsselpartnern

der ersten Stunde, zuständig für die Erhebung, Analyse und Verteilung

der Maschinendaten. Der Demonstrator arbeitet mit Analytikund

IoT-Technologien des Unternehmens sowie intelligenten Watson

KI-Services, die im Rahmen eines Multicloud-Szenarios aus der

IBM Cloud zur Verfügung gestellt werden. Die intelligente, integrierte

Datenauswertung mittels eines KI-basierten digitalen Zwillings

beim SmartFactory-KL-Demonstrator erlaubt es zu jedem Zeitpunkt,

Informationen über den Produktionsprozess, die Produktqualität sowie

über den Zustand der Gesamtanlage zu bekommen. Und da die

Daten für jedes einzelne Modul, die in der Cloud ausgewertet werden,

auch separat betrachtet werden können, liefert der Ansatz bereits

zu einem sehr frühen Zeitpunkt unter anderem Indizien für die

Qualität der einzelnen Produktionsschritte und somit Hinweise auf

möglichen Wartungs- oder Nachjustierungsbedarf. Diese KI-basierten

Insights sind damit der Schlüssel für ein effektives und vorausschauendes

Qualitätsmanagement.

64 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


KÜNSTLICHE INTELLIGENZ

ANWENDUNG

Bild: ustas/fotlia.com

Grundlage für den Einsatz von

Künstlicher Intelligenz im Manufacturing

sind die enormen Fortschritte

im Deep Learning, das

sich an der spezifischen Arbeitsweise

des Gehirns orientiert und

ein dicht verwobenes Netz aus

einfachen Nervenzellen simuliert

Ein weiteres Beispiel ist die intelligente Auswertung von Bildaufnahmen

im Produktionsumfeld. Die IBM Watson IoT-Plattform bietet

mit „Visual Insights“ einen derartigen Service. Nach einem entsprechenden

Training, bei dem das System anhand von Fotos lernt, wie

eine Maschine oder ein Produkt auszusehen hat und welche Abweichungen

auf welche Probleme hindeuten, können sehr viel schneller

und gezielter Maschinen-, Produktions- oder Produktfehler identifiziert

und klassifiziert werden. Positiver Nebeneffekt: Watson Visual

Insights lernt durch entsprechendes Feedback des Werkers oder Inspektors

beständig dazu und verbessert damit kontinuierlich die Erkennungsleistung.

Tests in der Qualitätsprüfung haben beispielsweise

ergeben, dass bei einem acht Tage dauernden Produktionszyklus

bis zu 80 % der ursprünglich für die Prüfung veranschlagten Zeit eingespart

werden konnte. Ähnliches gilt für die Beurteilung von Geräuschen:

Auch hier bieten KI-basierte Systeme Unterstützung bei

der Fehlersuche. Mit einem spezifischen Akustik-Modul kann beispielsweise

Watson KI Geräusche analysieren. Erkennt das System

Abweichungen vom Normalton, werden automatisch Benachrichtigungen

per Sprache oder Bild gegeben.

Bild: IBM

Künstliche Intelligenz in der Automobilindustrie: Eine intelligente

Bilderkennung und -analyse erleichtert die Qualitätssicherung von

Bauteilen ganz erheblich. IBM Watson Visual Insight lässt sich dabei

auch von unterschiedlichen Lichtverhältnissen nicht beeinflussen

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 65


ANWENDUNG

KÜNSTLICHE INTELLIGENZ

Eine herstellerübergreifende

Industrie 4.0-Produktionslinie

kann der SmartFactory KL

repräsentieren. Der Industrie

4.0-Demonstrator ist der erste

seiner Art

Bild: IBM

Intelligente Bild- und Geräuschanalysen

Ein Beispiel für den Einsatz von Watson Visual Insights ist die automatische

Überprüfung des Einbaus eines spezifischen Bauteils in

den Fahrzeugen eines großen deutschen Automobilherstellers, die

für den US-Export bestimmt sind. Die entsprechenden Qualitäts-

Überprüfungsprozesse werden momentan noch mit Unterstützung

zahlreicher Kameras manuell durchgeführt. In einem Pilotprojekt

wird nun getestet, welche Hilfe die Nutzung Künstlicher Intelligenz

bringen kann. Konkret geht es dabei um die Frage, ob Abdeckungen

für die Lichtweiteneinstellung, die in den USA vorgeschrieben sind,

ordnungsgemäß im Auto verbaut wurden.

Die spezifische Herausforderung bei der Überprüfung ist, dass die

Abdeckungen unterschiedliche Formen haben, oft in der gleichen

Farbe wie ihre Träger sind, und damit meist schwer von ihnen zu unterscheiden.

Zusätzlich wird der Qualitätscheck dadurch erschwert,

dass die Abdeckungen je nach Blickwinkel kaum zu erkennen sind.

Die intelligente Bilderkennung und -analyse erleichtert diesen Prozess

nun ganz erheblich: Mit ihrer Hilfe werden die verbauten Lichtabdeckungen

nun auch aus ganz unterschiedlichen Blickwinkeln heraus

schnell und zuverlässig erkannt. Watson hat dabei auch keine

Probleme mit unterschiedlichen Lichtverhältnissen, denn sie werden

für eine schnelle, präzise Analyse automatisch angepasst. Zudem

kommt das System insgesamt mit wesentlich weniger hochauflösenden

Kameras aus.

Um das zu erreichen, wurde Watson zunächst mit Bildern unterschiedlicher

Abdeckungen gefüttert, wobei ihm die jeweiligen Unterscheidungsmerkmale

„erklärt“ – sie also klassifiziert wurden. Watson

Visual Recognition verwendet hierfür verschiedene, sogenannte

Classifier- und Machine Learning-Algorithmen. Dieses Vorgehen

zeigte schnell Wirkung: Watson schaffte es innerhalb kurzer Zeit mit

einer Treffgenauigkeit von rund 95 Prozent, die verbauten, unterschiedlichen

Deckel zu erkennen. Gleichzeitig lernt das kognitive KI-

System auch hier durch das Feedback der Inspektoren beständig dazu

und verbessert damit kontinuierlich seine Erkennungsleistung.

Ein anderes Beispiel ist die Ausstattung von Industrierobotern mit

intelligenten Werkzeugen. Auf der Hannover Messe 2018 hat IBM

einen Mitsubishi Industrieroboter präsentiert, der im konkreten Fall

Bilder und Geräusche von Fertigungsaktivitäten in Kombination mit

entsprechenden Sensordaten des Roboters simultan erfassen kann

und mit unterschiedlichen KI-basierten Werkzeugen auswertet. Dazu

gehören unter anderem die bereits erwähnte Watson Visual Insights

sowie intelligente Geräuschanalysen.

Predictive Quality für Mettler Toledo

Ein weiterer Anwendungs-Case im Bereich Predictive Quality und

Maintenance im Kontext der bereits erwähnten SmartFactory, ist

die KI-basierte Datenanalyse bei der Herstellung von Präzisionswaagen

des Herstellers Mettler Toledo. Das Problem: Externe Faktoren

wie Vibration, Temperatur oder sogar ein einzelner Luftzug können

die Genauigkeit der Waage beeinträchtigen und damit zu verzerrten

Messergebnissen führen. Auf der anderen Seite zeigen die Messergebnisse

etwaige Qualitätsprobleme beim Endprodukt an. Im konkreten

Fall werden nun die an der Präzisionswaage gesammelten

Qualitäts-, Gewichts- und Schwingungsdaten in Echtzeit in die IBM

Cloud übertragen, in der mit Hilfe eines eigens für Mettler Toledo

entwickelten Machine-Learning-Modells analysiert wird, ob die Präzision

der Messung und hiermit die Beurteilung der Produktqualität

zuversichtlich und ungestört sind. Besteht die Gefahr, dass die Waage

falsche Ergebnisse liefern könnte oder die Messergebnisse von

der Norm abweichen, wird automatisch der Produktionsverantwortliche

informiert. Hiermit kann Mettler Toledo seinen Kunden Aufwand

und Kosten im Falle einer möglichen „Blindfahrt“ bei der Qualitätssicherung,

im Extremfall bis zur Geltendmachung etwaiger

Qualitätsansprüche ersparen.

Die Beispiele zeigen: Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz in Manufacturing

ist keine Zukunftsmusik mehr. Sie kommt auf ganz unterschiedlichen

Ebenen und für ganz verschiedene Aufgaben in Betracht

– doch sie wird nicht die menschliche Urteilskraft und Erfahrung

ersetzen können.

eve

www.ibm.com

Details zu IBM Watson:

hier.pro/wtxYu

66 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018


INSERENTENVERZEICHNIS

ISSN 1612–7226

Herausgeberin: Katja Kohlhammer

Verlag:

Konradin-Verlag Robert Kohlhammer GmbH,

Ernst-Mey-Straße 8,

70771 Leinfelden-Echterdingen, Germany

Geschäftsführer: Peter Dilger

Verlagsleiter: Peter Dilger

Redaktion:

Chefredakteur:

Dipl.-Ing. Michael Corban (co), Phone + 49 711 7594–417

Stellvertretende Chefredakteure:

Dipl.-Ing. Andreas Gees (ge), Phone +49 711 7594–293;

Johannes Gillar (jg), Phone + 49 711 7594–431

Korrespondent:

Nico Schröder M.A. (sc), Phone +49 170 6401879

Redakteure:

Dr.-Ing. Ralf Beck (bec), Phone +49 711 7594–424;

Evelin Eitelmann (eve), Phone +49 1520 5767159;

Jörn Kehle (jke), Phone +49 711 7594–407;

Irene Knap B.A. (ik), Phone +49 711 7594–446;

Bettina Tomppert (bt), Phone +49 711 7594–286

Redaktionsassistenz:

Gabriele Rüdenauer,

Phone +49 711 7594–257

E-Mail: kem.redaktion@konradin.de

Layout:

Matthias Rösiger, Phone +49 711 7594–273

Gesamtanzeigenleiter:

Andreas Hugel, Phone +49 711 7594–472

Zurzeit gilt Anzeigenpreisliste Nr. 53 vom 1.10.2017

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Phone +49 711 7594–5850

Fax +49 711 7594–15850

E-Mail: ute.kraemer@konradin.de

KEM erscheint monatlich und wird kostenlos nur an

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Wochen zum Ende des ersten Bezugsjahres gekündigt

werden. Nach Ablauf des ersten Jahres gilt eine Kündigungsfrist

von jeweils vier Wochen zum Quartalsende.

Auslandsvertretungen:

Großbritannien: Jens Smith Partner ship, The Court, Long

Sutton, GB-Hook, Hampshire RG29 1TA, Phone 01256

862589, Fax 01256 862182, E-Mail: media@jens.demon.

co.uk Schweiz: IFF media ag, Frank Stoll, Technoparkstr.3,

CH-8406 Winterthur, Phone +41 52 633 08 88, Fax +41 52

633 08 99, E-Mail: f.stoll@iff-media.ch USA: TD.A. Fox Advertising

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Plaza, 19th Floor, New York, NY 10001, Phone +1 212

8963881, Fax +1 212 6293988, detleffox@comcast.net

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© 2018 by Konradin-Verlag Robert Kohlhammer GmbH,

Leinfelden-Echterdingen.

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& Co. KG, Mulfingen .............. 68

EPLAN Software & Service

GmbH & Co. KG, Monheim ... 8,9

Glossar – klare Begrifflichkeiten sorgen für Verständnis

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KEM_Konstruktion Das Engineering Magazin/S7/2018/Druckstruktur_KEM - Seite 1 BUH

Sonderausgabe Systems Engineering

Das

Engineering

Magazin

02 2018

www.kem.de

Titelstory Seite 36

Innovation im Produkt

– Transparenz im Projekt

SE-Einführung ist

soziales Projekt

Methoden

Seite 26

Den Wandel

einplanen

Steuerungstechnik

Seite 46

Künstliche

Intelligenz

Anwendung

Seite 64

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 1

Im Gespräch | „Kundenschnittstelle steht im Fokus“

Christian Sa lach, Chief Digital O ficer, Wago-Gruppe – Seite 18

Online finden Sie uns unter

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auch angrenzende Branchen und Fachgebiete sowie Sonderthemen

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SAP will Anwender dabei unterstützen, in die neue

Welt intelligenter Geräte einzusteigen, Personen und

Prozesse zu verknüpfen und einen klaren Geschäftsnutzen

zu realisieren. Dazu bündelt das IoT-Portfolio

SAP Leonardo Big-Data-Anwendungen und Konnektivität

zu einem geschäftsbereichsübergreifenden

Paketangebot mit Anwendungsszenarien für vernetzte

Produkte, Anlagen und Infrastruktur. Mit SAP sprechen

wir deshalb darüber, was das für die Anwender

bedeutet insbesondere mit Blick auf erweiterte

Intelligenz und autonome Systeme. Außerdem klären

wir, welchen besonderen Mehrwert

IoT- Innovationen bieten.

KEM Systems Engineering 01/2019 erscheint am 20.03.2019

INFO

Cartoon: Erik Liebermann

K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018 67


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68 K|E|M Konstruktion Systems Engineering 02 2018

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