Bericht_361_Leseprobe

DVSMediaGmbH

2020

DVS-BERICHTE

Schweißen im Anlagenund

Behälterbau


Schweißen im Anlagenund

Behälterbau

Vorträge der gleichnamigen Sondertagung

in München vom 11. bis 14. Februar 2020

Gemeinschaftsveranstaltung des DVS –

Deutscher Verband für Schweißen und

verwandte Verfahren e. V., Landesverband

Bayern und Bezirksverband München, der

GSI – Gesellschaft für Schweißtechnik

International mbH, Niederlassung SLV München,

und der TÜV SÜD Industrie Service GmbH


Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;

detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar.

DVS-Berichte Band 361

ISBN 978-3-96144-076-4

Die Vorträge wurden als Manuskript gedruckt.

Alle Rechte, einschließlich Übersetzungsrecht, vorbehalten. Nachdruck und Vervielfältigung dieses

Bandes oder von Teilen desselben nur mit Genehmigung der DVS Media GmbH, Düsseldorf.

© DVS Media GmbH, Düsseldorf ⋅ 2020

Offsetdruck: Griebsch & Rochol Druck GmbH & Co. KG, Hamm


Vorwort

Die GSI mbH, Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH, Niederlassung SLV München, die TÜV

Süd Industrie Service GmbH und der Landesverband Bayern sowie der Bezirksverband München im DVS

e. V., laden sehr herzlich zur 48. schweißtechnischen Fachtagung „Schweißen im Anlagen- und

Behälterbau“ ins Künstlerhaus am Lenbachplatz in München ein.

Die Veranstaltung beginnt mit der sogenannten Basis-Info, die am Dienstagnachmittag der dreitägigen

Sondertagung vorangestellt ist. Sie ist in diesem Jahr dem Thema „Digitalisierung und Industrie 4.0“

gewidmet. So beschäftigt sich der die Basis-Info einleitende Vortrag grundlegend mit der Bedeutung von

Digitalisierung bzw. Industrie 4.0 aus der Perspektive der Schweißtechnik. Weitere Vorträge befassen sich

mit Digitaler Transformation in der schweißtechnischen Verarbeitung, Online-Validierung spezifischer

Prozess- und Überwachungsparameter, Visualisierungsmöglichkeiten von Datenverknüpfungen im 3-D-

Model einer komplexen Anlage, Visualisierung der Prozessfähigkeit mit cloudbasierten Big-Data-

Auswertungen sowie mit Webbasierten Softwarelösungen für die Schweißtechnik.

Die Hauptveranstaltung wird am Mittwoch durch einen bewusst nicht Schweißtechnik bezogenen

Eröffnungsvortrag mit dem Titel „Große Krane“ eingeleitet. Hierbei wird ein spannender Streifzug in die

Welt der Krane – von der Entwicklung in der Antike bis hin zu den heutigen, stärksten Kranken der Welt –

unternommen.

Weitere interessante Vorträge entstammen der Theorie und Praxis aktueller Themenkomplexe wie

Qualitätssicherung, Werkstoffe, Prüfung und Verfahren und nicht zuletzt dem Bereich der Fertigung und

Anwendung.

Ein großer Teil der Vorträge wird in den nachmittags stattfindenden Arbeitsgruppen vertieft. Hierbei

werden vom Redaktionskreis und von den Arbeitsguppenleitungen ausgewählte Fachthemen und

Fragestellungen erörtert. Darüber hinaus werden weitere interessante und aktuelle Themen aufgegriffen

und diskutiert. Die Fachexpertisen eines jeden Teilnehmenden sind hier sehr geschätzt.

Die Ergebnisse der Diskussionen werden auf der Homepage www.sondertagung.de veröffentlicht und sind

für die Teilnehmenden nach der Tagung als Download verfügbar. Ebenso werden diese Informationen

auch in der Fachzeitschrift „SCHWEISSEN und SCHNEIDEN“ des DVS e. V. und in einer jährlich

ergänzten Loseblattsammlung veröffentlicht.

Als Bindeglied zur Basis-Info wird die Vorführung der „Digitalen Röntgenanlage“ der SLV München zu

sehen sein. Weiterhin wird „Die moderne Laser-Schweiß- und Schneidanlage“ der SLV München

vorgeführt. Darüber hinaus stellt die Firma Orbitec das Orbitalschweißen vor.

Der vorliegende Berichtsband enthält die Manuskripte der Vorträge, die auch auf der beigefügten USB-

Card als PDF-Datei enthalten sind.

Die Veranstalter der Sondertagung danken den Vortragenden und Fachreferierenden, den Diskussionsund

Arbeitsgruppenleitungen sowie allen, die zum Gelingen der Veranstaltung beitragen. Dank gilt auch

der DVS Media GmbH für die Veröffentlichung des Berichtsbands.

München, im Februar 2020

Dipl.-Ing. Michael Dey Dipl.-Ing. Ferdinand Neuwieser Prof. Dr.-Ing. Prof. h. c. Dieter Böhme

GSI mbH, NL SLV München TÜV SÜD Industrie Service GmbH DVS e. V., LV Bayern, BV München


Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Basis-Information: Digitalisierung und Industrie 4.0

Digitalisierung und Industrie 4.0 – Was bedeutet dies für den Anlagen- und Behälterbau aus Perspektive

der Schweißtechnik? .............................................................................................................................. 1

M. Krenz, Erlangen; K.-H. Gunzelmann, Nürnberg; H. Schwabe, Erlangen

Visualisierung des Prozessverlaufes mit interaktiven Dashboards auf Basis einer cloud-basierten Big-

Data-Lösung als Schlüssel zur Steigerung von Produktivität und Qualität ............................................ 16

K. Niepold, Mülheim an der Ruhr

Digitale Transformation in der schweißtechnischen Verarbeitung und Online-Validierung spezifischer

Prozess- und Überwachungsparameter für eine optimale Produktherstellung ...................................... 22

H. Chr. Schröder, Weinheim; T. Winterfeld, Bremen; B. Ivanov, Mündersbach

Digitalisierung – Webbasierte Softwarelösungen für die Schweißtechnik ............................................. 27

P. Gössner, Dortmund

Eröffnungsvortrag

Krane: Gestern – Heute – Morgen ........................................................................................................ 32

P. Gerster, Ehingen

Regelwerke und Qualitätssicherung

Die neue DIN EN ISO 14731:2019 – Geänderte Anforderungen an Kompetenz und Kenntnisse ......... 42

J. W. Mußmann, Meerbusch

Additive Fertigung im Geltungsbereich der DGRL – Zulassung von Ausgangswerkstoff-herstellern

(Pulver) und deren Material- und Parameterqualifizierungsprozesse .................................................... 49

M. Boche, Filderstadt; J. Koch, Pfinztal

DIN EN 13445-5 – Inspektion und Prüfung ........................................................................................... 55

A. Kittel, Pullach

Haftungsfalle Arbeitsschutz .................................................................................................................. 68

C. Assmann, Neutraubling


Werkstoffe, Prüfung und Verfahren

Effizientes Drahtlichtbogenspritzen mit neuen Stromquellen und Brennersystemen ............................. 71

F. Lichtenthäler, Elkenroth; H. Wietrzniok, Mönchengladbach

Duplexstahl: Schweißtechnische Herausforderung und deren Eigenschaften für einen optimalen Einsatz

im Industrie- und Anlagenbau ............................................................................................................... 77

H. C. Schröder, Weinheim; Dr. F. Stahl, Schwerte

Neuer Schweißbrenner zum WIG-Pluspolschweißen von Aluminium ................................................... 91

C. Matz, Unterschleißheim

LiSAB - Laserstrahlschweißen von großen Blechdicken im Stahl- & Apparatebau ............................. 100

J. Brozek, S. Keitel, Halle/Saale

Fertigung und Anwendung

MSG-Engspaltschweißen mit stick-out-unabhängiger Stromquellenparametrierung und optimierter

Gasdüse ............................................................................................................................................. 105

D. Kocab, S. Rose, E. Schubert, Buseck

Elektroschlacke-Schweißen im neuen Gewand mit der Anwendung im Stahlbau ............................... 112

E. Engindeniz, Freimersheim, H. Gedik, Istanbul/TR, A. Deveci, Ankara, M. Kocak, Istanbul/TR, U. Yanar, Ankara/TR

Anwendbarkeit unterschiedlicher, robotergeführter Laser-Fügeverfahren im Rohrleitungs- und Pipeline-

Bau ..................................................................................................................................................... 120

J. Pitzer, Haiger

Highlights aus 25 Jahren Erfahrung im Schweißen von thermischen Turbinenrotoren und

Hydrogeneratoren .............................................................................................................................. 124

S. Keller, Birr (Schweiz); R. Smolin, Basel (Schweiz)

Verfasserverzeichnis ........................................................................................................................ 142


Digitalisierung und Industrie 4.0 – Was bedeutet dies für den Anlagen- und Behälterbau

aus Perspektive der Schweißtechnik?

M. Krenz, Erlangen; K.-H. Gunzelmann, Nürnberg; H. Schwabe, Erlangen

Abstract

Im vorliegenden Artikel werden die Auswirkungen von Digitalisierung und Industrie 4.0 auf die Schweißtechnik im

deutschen Anlagen- und Behälterbau diskutiert. Insbesondere berücksichtigt die Analyse die Ausgangssituation der

Schweißtechnik in der Übergangsphase von Industrie 3.0 zu Industrie 4.0. Es ist wichtig, eigene Vorstellungen zu

entwickeln, wie der Übergang abläuft und welchen Beitrag jede Fachsparte zur Unterstützung der digitalen Transformation

leisten kann. Die erwarteten Herausforderungen von Digitalisierung und Industrie 4.0 lassen sich nicht auf

Technik und Technologie einengen, sie erfordern auch Änderungen der Geschäftstätigkeit, der Art zu Arbeiten und

der Art zu Denken. Ausgehend von einer Analyse des digitalen Entwicklungsstandes der Schweißtechnik werden die

Herausforderungen, Chancen und Risiken sowie Erfolgstreiber für die digitale Transformation an beispielhaften Themen

wie Digitalisierungsstrategie, Expertise, Vernetzung, Arbeiten auf Plattformen und Korrelationsabgleich erörtert.

Schlagworte: Schweißtechnik, Anlagenbau, Behälterbau, Digitalisierung, Industrie 3.0, Industrie 4.0, Digitale Transformation,

Digitale Reife

Motto

Es wird in Zukunft nicht so sein, dass die Großen die Kleinen fressen, sondern dass die Unwissenden von den

Wissenden beherrscht werden (in Anlehnung an [1]).

0 Motivation

Aus der heutigen Perspektive ist das Thema Industrie 4.0 Realität und Zukunft, aber auch Ungewissheit und Vision

zugleich.

Industrie 4.0 (I4.0) ist kein Produkt, kein Prozess, kein Projekt, sondern ein Impuls und eine Herausforderung an die

verantwortlichen Akteure, durch Integration moderner Informations- und Kommunikationstechnologie in die realen

Wertschöpfungsprozesse, neues, wettbewerbsfähiges Wirtschaften zu ermöglichen (in Anlehnung an [2]).

Das Bestehen im Wettbewerb der Nationen hängt nicht nur von der umfassenden Digitalisierung der industriellen

Produktion, sondern auch von der Beherrschung der in diesem Zusammenhang geschaffenen zusätzlichen systemischen

Komplexität ab. Wir in Deutschland neigen dazu, den I4.0-Ansatz auf Technik und Technologie einzuengen.

Aber alle notwendigen Innovationen sind komplexer Natur. Um diese zu beherrschen, ist es nicht nur erforderlich,

Technik und Technologie zu entwickeln, es bedarf zusätzlicher Fortschritte in der Art zu arbeiten, in der Art der

Geschäftstätigkeit und in der Art zu denken.

1 Einleitung

Die Schweißtechnik sowie der Anlagen- und Behälterbau sind als traditionelle Partner untrennbar miteinander verbunden.

Der deutsche Anlagenbau befindet sich an einem Wendepunkt. In den nächsten fünf bis zehn Jahren wird sich

entscheiden, ob die Branche ihre Spitzenposition im Verhältnis zu den strategischen Konkurrenten aus Asien,

Europa und Nordamerika behaupten kann oder ob sie ein sekundärer Wettbewerber im internationalen Markt werden

wird. Die Ausgangslage für eine strategische Wende ist suboptimal. Sie ist gekennzeichnet von verschärftem Wettbewerb,

rückläufigen Marktanteilen, stagnierenden Auftragseingängen, schrumpfendem Technologievorsprung, abnehmender

EPC-Fähigkeit (EPC: Engineering-Procurement-Construction) sowie von signifikanten Orientierungsproblemen

im Top-Management.

Stärker als seine Wettbewerber setzt z. B. der deutsche Großanlagenbau auf die breite Anwendung von Digitalisierung

und Industrie 4.0 zur Sicherung von Alleinstellung [3]. Als wichtige Erfolgsfaktoren werden Plattformisierung,

digitale Werkzeuge, Automatisierung sowie Datenengineering und -analyse genannt. Im aktuellen Verständnis vieler

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Top-Führungskräfte [4] gilt Digitalisierung und Industrie 4.0 (D+I4.0) als der entscheidende Hebel für die Wende von

der operativen Defensive hin zur strategischen Offensive.

Für die Schweißtechnik ist der Anlagenbau ein wirklich wichtiger Kunde. Beide Branchen sind nahezu auf symbiotische

Art und Weise miteinander verbunden. Dieser Umstand wird nicht überall in der notwendigen Konsequenz

verstanden.

Die Schweißtechnik als komplementäre Fachdisziplin hat das Problem, sich im Rahmen von D+I4.0 den ändernden

technologischen Forderungen ihrer vielfältigen Kunden anpassen zu müssen. Darüber hinaus muss sie den Transformationsprozess

ihrer Kunden- und Lieferantenbranchen verstehen und nachvollziehen können. Für die wichtige,

aber zugleich eher kleine Fachcommunity der Schweißtechnik ist es unerlässlich, sich in diesem komplexen Umfeld

orientieren zu können. Gleichzeitig stellt sich die Frage, woher das notendige empirische Wissen und Know-how für

eine erfolgreiche Anpassung an die digitale Wirtschaft kommen soll. Diese Frage ist bis heute noch nicht hinreichend

beantwortet. Möglicherweise ist das der Grund für die gegenwärtig zu beobachtende, eher vorsichtige Follower-

Strategie in der Schweißtechnik-Branche. Leider ist die theoretische und empirische Basis für die digitale Transformation

der Schweißtechnik nicht genügend entwickelt. Aktuell stellen sich folgende Fragen:

• Wie ist der heutige Entwicklungsstand von D+I4.0 in der Schweißtechnik?

• Wie kann man diesen Entwicklungsstand messen?

• Wie gestaltet sich die Transformation im Übergang von I3.0 zu I4.0 für die Schweißtechnik und ihre Kunden?

• Welchen digitalen Reifegrad hat die Schweißtechnik erreicht und welche priorisierten Handlungsfelder können

die Entwicklung digitaler Reife beschleunigen?

• Welche Änderungen und Herausforderungen sind für die Schweißtechnik und deren Schnittstellen zu erwarten?

• Welche Chancen und Risiken ergeben sich, wie können erwartete Nutzenpotentiale gehoben werden?

In Bezug auf die digitale Transformation und die erfolgreiche Applikation von D+I4.0 in der Schweißtechnik halten,

sich gegenwärtig nach Ansicht der Autoren, Chancen und Risiken die Waage.

Der Artikel wird belegen, dass die Schweißtechnik in Bezug auf die wettbewerbsfähige Anwendung von Digitalisierung

und I4.0 gute Chancen hat – wenn sie bereit ist, sich den Herausforderungen der digitalen Transformation jetzt

zu stellen.

2 Allgemeine Überlegungen zur digitalen Transformation

Der Übergang vom Start der 3. Industriellen Revolution bis zum Digitalen Zeitalter hat etwa ein Vierteljahrhundert

gedauert. Bei Berücksichtigung dieser Maßstäbe befinden wir uns gegenwärtig in einer frühen Phase des Übergangs

zu I4.0. Alle Vorstellungen von Industrie 4.0 können noch nicht ausgereift sein und haben sehr stark den Charakter

von Theorien, Visionen und Konzepten.

Für die Schweißtechnik kommt es darauf an, einen Einstieg in den Übergang zur Transformation zu finden. Dieser

Übergang muss für jedes Unternehmen individuell gestaltet werden. Es ist heute nicht möglich, ein annähernd zutreffendes

Konzept für die konsolidierte Phase des Übergangs zu formulieren. Um Popper zu zitieren, „Die Zukunft

lässt sich nicht voraussagen, weil wir nicht wissen, was wir wissen werden“. Für die Analyse derart komplexer Situationen

hat sich die Nutzung kollektiver Intelligenz bewährt. Leider findet die Mobilisierung kollektiver Intelligenz,

auch in der Schweißtechnik, nur in unzureichendem Maß statt. In der vorliegenden Expertenbefragung gaben ca.

zwei Drittel der Probanden aus der Schweißtechnik an, nur mäßig bis nicht an der Erarbeitung von Digitalisierungsvision

und -konzept beteiligt zu sein. Zum Vergleich, 2019 brachten ca. 70 % aller befragten Beschäftigten aus der

deutschen Metallindustrie in einer Studie [9] zum Ausdruck, dass sie über die digitale Transformation in ihren Betrieben

nicht ausreichend informiert sind.

Aus Sicht der Autoren wird das Wissen und Know-how der jungen Genration aktuell in Deutschland zu wenig genutzt.

Es gelingt nicht genügend, diese in entsprechende verantwortliche Schlüsselpositionen und in informellen Netzknoten

zu bringen. Aber diejenige Nation wird einen vorläufig irreversiblen Wettbewerbsvorteil im Nutzbarmachen von

D+I4.0 erzielen, der es als Erste gelingt, einen wirklichen Generationenwechsel in den D+I4.0-relevanten Führungsund

Expertenpositionen umzusetzen.

In der gegenwärtigen Übergangsphase zu I4.0 (siehe Phase 1-Vision, Abb. 2-1) herrscht steigende Unsicherheit. Die

Konsolidierung in Bezug auf Technik, Technologien, Normen und Standards ist gering. Es wird vorsichtig investiert,

empirische Erfahrungen akkumulieren sich langsam. Die Wissensbasis entwickelt sich getrieben von Versuch und

Irrtum.

2 DVS 361


Unsicherheit

Abbildung 2-1: Übergangsphase von I3.0 zu I4.0

Prinzip Darstellung - Phasen des Übergangs von Industrie 3.0 zu Industrie 4.0

Industrie 3.0 Übergangsperiode Industrie 4.0

Unsicherheit

Konsolidierung

Phase 1- Vision Phase 2- Konzept Phase 3- Plan

Versuch

und Irrtum

Zielgerichtetes

Handeln

Planmäßiges

Handeln

Investitionen

Routine

Investitionen

Konsolidierung Technik, Technologie, Standards

Quelle: eigene Darstellung [5]

Verkomplizierend wirkt, dass es, parallel zur digitalen Transformation, zu einer Bündelung von sich wechselwirkend

beeinflussenden Krisen, wie z. B. die aktuelle Industrierezession, die Strukturkrise der deutschen Volkswirtschaft,

die Stabilitätskrise der EU oder die internationalen Handelskonflikte kommt. Die digitale Transformation kann nicht

isoliert, sondern nur im Kontext multivariater Transformationsprozesse (u. A. digital, stofflich, energetisch, politisch)

realisiert werden. Die daraus resultierende Systemkomplexität ist gegenwärtig nicht hinreichend beherrschbar. Es

gibt lediglich unvollkommene methodische Ansätze zur Bewältigung der hochkomplexen Situation. Hier besteht akuter

Forschungsbedarf.

In der Studie „Produktivitätsparadoxon im Maschinenbau“ [6] konnte gezeigt werden, dass die Produktivität mit steigender

Digitalisierungsnutzung bis zu einem Maximum steigt, dann aber wieder abfällt. Entgegen vielen anderslautenden

Empfehlungen kann es in der Übergangsphase durchaus sinnvoll sein, bei eigenen digitalen Entwicklungsaktivitäten

von Zeit zu Zeit innezuhalten, das Geschäftsumfeld zu beobachten, in Ruhe zu analysieren, seinen Kurs

zu korrigieren und anschließend vorsichtig Schritt für Schritt voranzugehen.

Die zu beobachtende Follower-Strategie in der Schweißtechnikbranche ist aus dieser Perspektive durchaus rational.

3 Allgemeine Überlegungen zur Digitalisierung der Schweißtechnik

Im Rahmen von D+I4.0 ist der wichtigste gemeinsame Innovationstreiber die digitale Verbindung von physischen

Objekten wie Maschinen und Werkzeuge mit dem virtuellen Netz. Folgende Schlüsselelemente werden den wirtschaftlichen

Erfolg determinieren [7]:

• Die Einbindung von IoT (IoT: Internet of Things) und digitalen Dienstleistungen in die gesamte Wertschöpfungskette.

• Der Wandel in der Hardware-Entwicklung von mechatronischen zu cyber-physikalischen Systemen, um ein umfassendes,

industrielles Netzwerk zu ermöglichen.

• Echtzeit-Datenermittlung, Analyse großer Datenmengen und die Entwicklung von Vorhersagemodellen zur Qualitätssicherung

innerhalb der Wertschöpfungskette.

Grundvoraussetzungen dafür sind Digitalisierung und Hochleistungsnetze.

Für die Weiterentwicklung der Schweißtechnik lassen sich folgende Handlungsfelder identifizieren (in Anlehnung an

[8]):

• Das schweißtechnische Wissen muss digitalisiert und so aufbereitet sein, dass ein Computer ähnlich richtige

Entscheidungen treffen kann, wie ein erfahrener Schweißtechnologe für die Erstellung von schweißtechnischen

Unterlagen (Schweißpläne, WPSen, Schweißfolgepläne etc.).

• Das Schweißequipment muss mit leistungsfähigen Mikroprozessoren und den verschiedensten Sensoren ausgestattet

sein, damit jegliche Information digitalisiert werden kann.

• Die Forderung nach Echtzeit-Datenverarbeitung verlangt einen besonderen Fokus auf die Datenkommunikationsgeschwindigkeit.

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• Die notwendige Speicherung großer Datenmengen erfordert offene Netzwerkstrukturen, um ausreichend Speicherkapazitäten

zu realisieren und eine effiziente Datenanalyse zu ermöglichen.

• Konzepte für Daten- und Cyber-Sicherheit müssen erstellt und umgesetzt werden.

• Mitarbeiter auf allen Handlungsebenen müssen entsprechend qualifiziert werden.

Bereits heute gibt es in der Schweißtechnik Entwicklungen und Anwendungen, die typische Bausteine der I4.0-Technologie

beinhalten. Dazu gehören u. A. (in Anlehnung an [9]):

• Smarte Elemente: Wie z. B. digitalisierte Schweißstromquellen, Schweißdaten-Managementsysteme oder aktive

Systeme für den Arbeitsschutz

• Vertikale Vernetzung: Wie z. B. integrierte Software zur Maschinendokumentation und zur Steuerung und Verwaltung

von Schweißstromquellen in Verknüpfung mit Automatisierungssoftware und der speicherprogrammierbaren

Steuerung (SPS) oder z. B. cloudbasierte Datenmanagementsysteme für schweißtechnische Systeme

• Horizontale Vernetzung: Wie z. B. digitalisierte Stromquellen und vernetzte Schweißmanagementsysteme als

Einstiegselemente in die vernetzte schweißtechnische Fertigung

• Digitales Engineering: Transparenz und echtzeitnahe Verfügbarkeit von Daten ermöglicht eine virtuelle Kopie

des schweißtechnischen Fertigungsprozesses. Mit dem erhaltenen digitalen Zwilling könnten diese Prozesse

simuliert werden. Insbesondere für Optimierungs- und Änderungsprozesse ergibt sich ein hohes Nutzen Potential.

• Vernetzung mit der manuellen schweißtechnischen Fertigung: Wie z. B. der Einsatz digitalisierter Schweißer

Schutzhelme oder Simulationssysteme auf Basis einer auf Augmented Reality gestützte Plattform für die Schweißerausbildung

• Entwicklungsansätze für Cyber-Physische Systeme (CPS): z. B. CPS fähige smarte Schweißköpfe

Es entspricht unserer deutschen Wirtschaftskultur, dass wir uns auf die technischen und technologischen Aspekte

von I4.0 konzentrieren. Aber die erforderlichen Anpassungen und Änderungen sind komplexer Natur, sie umfassen

folgende Themenschwerpunkte für einen ganzheitlichen I4.0-Ansatz:

• Technik und Technologie

• Die Art zu Arbeiten (z. B. Agilität, Selbstorganisation)

• Die Art der Geschäftstätigkeit (z. B. Geschäftsmodelle)

• Die Art zu Denken

Diese vier Themen sind systemisch, wechselwirkend miteinander verbunden und können nicht getrennt voneinander

betrachtet werden. Deren Wichtung in der Praxis hängt sehr stark von dem Charakter der Teildisziplin in der Schweißtechnik

ab.

Unter den bisher diskutierten Gesichtspunkten kann die Schweißtechnik in die Bereiche Herstellung von Schweißtechnik,

industriellen Anwendung in Fabriken (z. B. in Fertigungslinien) und industrielle Anwendung in Projekten (z. B.

Kraftwerksprojekte) unterteilt werden. Es ist gut vorstellbar, dass in einer Anwendung für eine Fertigungslinie Technik

und Technologie eher im Vordergrund stehen. Bei der Realisierung von komplizierten Projekten kommt es dagegen

sehr auf die Einheit der genannten Faktoren an.

Die Umsetzung von I4.0 erfordert grundsätzlich neues Denken.

4 Aktueller Entwicklungsstand von D+I4.0 in der Schweißtechnik

Basis für die folgenden Ausführungen bildet eine aktuelle Umfrage unter Schweißtechnikexperten. Die Befragung

erfolgte in Kooperation von SLV München und der Friedrich-Alexander-Universität. Mit Bezug auf Kapitel 3 wurde

untersucht, inwieweit die Schweißtechnikbranche den Übergangsprozess zur Transformation für D+I4.0 eingeleitet

hat. Es erfolgte eine Erhebung zu folgenden Themen:

• Persönliche Situation der Befragten in Bezug auf Information, Weiterbildung und Berufschancen

• Teilhabe an Information und Entwicklung in Bezug auf Digitalisierungsvision und -konzept

• Digitalisierungsvision, Digitalisierungskonzept

• Nutzung typischer Technologien für Digitalisierung und Industrie 4.0

• Digital Readyness externe Schnittstellen

• Digital Readyness interne Schnittstellen

• Digitale Kompatibilität - Bewertung der Zusammenarbeit bei verschiedenen Konstellationen des digitalen Reifegrads

• Digitaler Reifegrad

4 DVS 361


• Digitalisierung von Schweißparametern

• Digitalisierung von Prüfergebnissen und Gütewerten

• Verknüpfung und Korrelation von Schweißparametern sowie zugehörigen Prüf- und Gütewerten

Aufgrund des erheblichen Umfangs der Befragung können in diesem Artikel nur einzelne Aspekte und ausgewählte

analytische Überlegungen dargestellt werden. Es ist aber geplant, die Befragungsergebnisse in einer kommentierenden

Studie zusammenzufassen.

4.1 Digitaler Reifegrad in der Schweißtechnik

Die Analyse des Reifegrads ist ein wichtiges Werkzeug für die strategische Ausrichtung der digitalen Transformation.

In Bezug auf die Methodik zur Bestimmung der digitalen Reife in der Schweißtechnik konnte auf keine Literaturvorgabe

zurückgegriffen werden. Zur Ermittlung der digitalen Reife in der Schweißtechnik wurde deshalb ein System

von 10 Schlüsselindikatoren entwickelt. Fünf dieser Indikatoren sind singulär gestaltet. Weitere fünf Indikatoren haben

einen komplexen Aufbau, siehe auch Tabelle 4.1. Die Skalierung der Indikatoren ermöglicht die Einordnung von

Schweißtechnikorganisationen in die Kategorien „Traditionelle“, „Beginner“, „Etablierte“ und „Exzellente“. Zum gegenwärtigen

Zeitpunkt kann der ermittelte Wert der digitalen Reife für die Schweißtechnik nur eine ungefähre Positionsbestimmung

darstellen. Es ist aber beabsichtigt, diese Befragung in den nächsten Jahren regelmäßig zu wiederholen

und dabei die Reifegradermittlung methodisch zu optimieren.

Tabelle 4.1. Indikatoren zur Bestimmung der digitalen Reife in der Schweißtechnik

Dimension

Indikator

Ausprägung

Unterstützung durch eigene

IT

Singulär

- Unterstützung der Schweißtechnik durch firmeninterne

IT-Spezialisten hinsichtlich der Digitalisierung

- Die Schweißtechnik verfügt über hinreichend Ressourcen,

Interne digitale Ressourcelär

Singu-

um auch im normalen Geschäftsbetrieb die Digitalisierung

bearbeiten zu können

Aufbau digitaler Expertise

Singulär

- Aufbau funktionsbezogener digitaler Expertise, als zentralen

Inhalt der Mitarbeiterentwicklung in der Schweißtechnik

Teilhabe am Digitalisierungsprozess

Singulär

- Mitbestimmungsrechte der Schweißtechnik, wenn andere

Fachbereiche Prozesse digitalisieren

Anpassung schweiß-

Singu-

- Anpassung und Weiterentwicklung des schweißtechnischen

Engineering

Neues Arbeiten und

Denken

technisches Regelwerk

Technisch, technologische

Basisvoraussetzungen

lär

komplex

Hoch entwickelte Technologien

komplex

komplex

komplex

Regelwerkes an die Erfordernisse von D+I4.0

- Einsatz von Mikroprozessoren

- Einsatz von Sensoren

- Generierung von Massendaten

- Einsatz von Aktoren

- Vernetzung von Mikroprozessoren, Sensoren und Aktoren

- Einsatz smarter Komponenten

- Echtzeit-Datenverarbeitung

- Massendatenspeicherung

- Vernetzung Maschine-Maschine

- Vernetzung Mensch-Maschine

- Vernetzung auf digitalen Plattformen

- Übergang von mechatronischen zu cyber-physischen Systemen

- Einsatz cyber-physische-Systeme

- Einsatz von Künstlicher Intelligenz

- Digitales Engineering

- Entwickeln auf digitalen Plattformen

- Digitaler Zwilling

- Forschung und Entwicklung für Themen von D+I4.0

- Anpassung und Weiterentwicklung des schweißtechnischen

Regelwerkes an die Erfordernisse von D+I4.0

- Wissensmanagement, Digitalisierung des schweißtechnischen

Wissens

- Neue, D+I4.0-relevante Geschäftsmodelle

- Differenzierte Bewertung von Kunden und Lieferanten nach

ihrem digitalen Potential

DVS 361 5


Dimension

Quelle: eigene Darstellung

Indikator

Daten- und Cybersicherheit

komplex

Ausprägung

- Kooperation von Schweißtechnik, Kunden und Lieferanten,

auf digitialen Plattformen

- D+I4.0-relevante Arbeitsweisen, z. B. Agilität,

Selbstorganisation

- Daten- und Cybersicherheit in Bezug auf aktuelle Probleme

- Daten- und Cybersicherheit in Bezug auf zukünftige Probleme

Wie Abb. 4.1 belegt, befindet sich die Schweißtechnik in einer frühen Phase des Übergangs von „Traditionell“ zu

„Beginner“. Der festgestellte Entwicklungsstand ist durchaus vergleichbar mit anderen Strukturen im deutschen GAB

sowie in verwandten Branchen. Er entspricht dem aktuell Machbaren, steht damit aber im Widerspruch zur eher

überoptimistischen Berichterstattung. Bei der Bewertung des Entwicklungsstandes einzelner Dimensionen sollte die

Möglichkeit zur eigenen Beeinflussbarkeit berücksichtigt werden. Unter diesem Gesichtspunkt müssen insbesondere

die Indikatoren für die Anpassung des schweißtechnischen Regelwerks, Bereitstellung interner Ressourcen für Digitalisierung

und Neues Arbeiten und Denken als kritisch eingestuft werden. Aber auch in Bezug auf den Aufbau digitaler

Expertise, Daten und Cybersicherheit sowie Teilhabe am Digitalisierungsprozess ist eine Notwendigkeit zur

Verbesserung erkennbar.

Quelle: eigene Darstellung

Die digitale Reife von Anwendern und Herstellern differiert deutlich. Abb. 4.2 zeigt, dass Hersteller von Schweißtechnik

einen höheren digitalen Entwicklungsstand aufweisen als Anwender von Schweißtechnik. Grund dafür wird der

dem Wettbewerb geschuldete Zwang zum Entwicklungsvorlauf sein. Es kann vermutet werden, dass Anwender von

Schweißtechnik in Bezug auf D+I.0-relevante technisch, technologische Anforderungen an Hersteller eher passiv

agieren.

6 DVS 361


Abbildung 4.2. Vergleich digitaler Reife Hersteller von Schweißtechnik und Anwender von Schweißtechnik

Vergleich digitaler Reife – Hersteller versus Anwender

Anpassung schweißtechnisches Regelwerk

Einsatz hochentwickelter Technologien

Interne digitale Ressourcen

Neues Arbeiten und Denken

Engineering

Daten- und Cybersicherheit

Technisch, technologische Basisvoraussetzungen

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

Reifegrad Hersteller

Reifegrad Anwender

Quelle: eigene Darstellung

In dem festgestellten Entwicklungsgefälle liegt für Anwender eine große Chance zum Aufholen, wenn es gelingen

sollte, einen Wissens- und Know-how-Transfer vom Hersteller zum Anwender zu organisieren. Dieser Wissenstransfer

läge im Interesse beider Sparten. In den Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass lediglich die Reifegradkonstellationen

„Lieferant hoch / Schweißtechnik hoch / Kunde hoch“ und „Lieferant hoch / Schweißtechnik hoch

/ Kunde niedrig“ als überwiegend nicht problematisch oder sehr problematisch eingeschätzt wurde, siehe auch

Abb. 4.3.

Geht man davon aus, dass der Anlagenbau, ein zu den Anwendern der Schweißtechnik relativ höheren digitalen

Reifegrad hat, dann befinden sich gegenwärtig die Anwender in einer Reifegradkonstellation (Lieferant: hoch /

Schweißtechnik: gering / Kunde: hoch) bei der alle befragten Experten die Zusammenarbeit von Lieferant, Schweißtechnik

und Kunde als problematisch oder sehr problematisch einschätzen.

Es stellt sich die Frage, welche priorisierten Handlungsfelder können die Entwicklung der digitalen Reife, insbesondere

bei den Anwendern von Schweißtechnik beschleunigen.

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5 Ausgewählte Handlungsfelder zur Beschleunigung der Digitalen Reife

5.1 Digitalisierungsstrategie

Da die digitale Transformation für jedes Unternehmen eine langfristige und komplexe Herausforderung darstellt, ist

es von großer Wichtigkeit, über eine eigenständige Digitalstrategie zu verfügen. Während einerseits die befragten

Unternehmen mit Schweißtechniksparten überwiegend eine digitale Strategie ausgearbeitet haben, so verfügen andererseits

ca. 50 % der Schweißtechniksparten über keine eigene Digitalisierungsstrategie, siehe auch Diagr. 5-1.

Lediglich 30 % können eine ausgearbeitete Digitalisierungsstrategie vorweisen.

Diagramm 5-1. Digitalisierungsstrategie in Unternehmen und Schweißtechniksparte

Verfügt Ihre Schweißtechniksparte über eine

ausgearbeitete Digitalisierungsstrategie?

Verfügbarkeit einer ausgearbeiteten Digitalisierungsstrategie

Verfügt Ihr Unternehmen über eine ausgearbeitete

Digitalisierungsstrategie?

Quelle: eigene Darstellung

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

nein in Planung ja partiell ja

Das Thema Digitalisierungsstrategie ist ganz klar ein prioritäres Handlungsfeld zur Beschleunigung der digitalen

Reifegradentwicklung.

5.2 Aufbau digitaler Expertise

Der Aufbau digitaler Expertise stellt einen der wichtigsten Erfolgsfaktoren für die digitale Transformation dar. Über

70 % der befragten Schweißtechnik Experten bewerten den Aufbau funktionsbezogener digitaler Expertise als zentralen

Inhalt der Mitarbeiterentwicklung in der Schweißtechnik für ihr Unternehmen mit mäßig bis nicht gut, 45 %

sogar als weniger gut oder nicht gut, siehe auch Diagr. 5-2. Neben der Bereitstellung erforderlicher Investitionen und

dem Erwerb von digitalem Know-how stellt die Verbesserung der Mitarbeiterexpertise den geschwindigkeitsbestimmenden

Schritt für die digitale Transformation dar. Die Möglichkeiten für die Weiterbildung und deren Qualität werden

überwiegend als nicht gut bis mäßig eingeschätzt. Da die Schweißtechniksparten in den Unternehmen einerseits

eine relativ geringe Größe und ein begrenztes Ausbildungspotential haben und andererseits deren spezifischer Ausbildungsbedarf

hohe Kongruenz aufweist, würde es sich anbieten, diese Aufgabe einem Kompetenzzentrum zu übertragen.

Diese Vorgehensweise wird in großen Branchen bereits praktiziert und stellt dort ein prioritäres Handlungsfeld

zur Beschleunigung der digitalen Reife dar.

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