«Wir haben die Vision vollständig elektrifizierter Prozesse»

Wer weiterhin auf pneumatische Prozesse setzt, sagt Maurizio Tarozzi, verpasst eine grosse Chance, um Energie zu sparen. Im Interview spricht der Chief Product Officer bei B&R ausserdem über die Notwendigkeit einer orchestrierten Software und was die Grundvoraussetzung für eine modulare Produktion ist.

Welche Potenziale bietet die Automatisierungstechnik zur Senkung des Energieverbrauchs von Maschinen und Anlagen?

Diese Frage bezieht sich auf zwei Ebenen, die aber zueinander gehören – die Ebene der Automatisierungsprodukte und die Ebene der gefertigten Produkte. Beide Ebenen bieten hierbei das Potenzial, den bei der Fertigung entstehenden CO₂-Fussabdruck zu reduzieren. Dazu braucht es aber das Verständnis für den Prozess, um eine Maschine oder Anlage so dimensionieren zu können, dass das Endprodukt möglichst nachhaltig produziert werden kann. Sehr anschaulich wird das am Beispiel eines unserer Kunden, der wiederverwendbare Plastikflaschen produziert. Mit seinem Prozessverständnis und unserer präzisen Steuerung ist es gelungen, die Wandung der Flaschen weiter zu verringern, so dass er nun bei geringerem Materialeinsatz schneller produzieren kann.

Die Automatisierungstechnik erlaubt im Zusammenhang mit den globalen Megatrends aber auch Energieeinsparungen auf einer anderen Ebene. Viele Hersteller wollen beispielsweise ortsnah produzieren, um so den Aufwand für Transport und Versand zu reduzieren. Die Automatisierungstechnik ist in solchen Konzepten ein wesentlicher Faktor, ermöglicht diese doch beispielsweise ein Re-/Nearshoring sowie individualisierbare Produkte.

Konzepte zur Reduktion des Energieverbrauchs von Maschinen und Anlagen

Arbeitet B&R an konkreten Konzepten, mit denen sich der Energieverbrauch von Maschinen und Anlagen weiter reduzieren lässt?

Da tun wir tatsächlich. Einer der grössten Energieverbraucher in Maschinen sind die pneumatischen Aktoren. Weil diese aber langsam und damit der Flaschenhals für schnellere Taktraten sind, haben wir die Vision vollständig elektrifizierter Prozesse. Wir arbeiten derzeit an Lösungen, die unseren Kunden helfen sollen, ihre pneumatischen Systeme zu ersetzen. Wer weiterhin auf pneumatische Abläufe setzt, verpasst aus unserer Sicht eine grosse Chance, um Energie zu sparen.

Wie spiegelt sich für B&R auf der Nachfrageseite die Entwicklung der Energiepreise in den vergangenen zwölf Monaten wider?

Unsere Kunden schauen sich mittlerweile die Gesamtbetriebskosten ihrer Maschinen ganz genau an und wollen mit unseren Automatisierungslösungen Energie sparen und zugleich nachhaltiger produzieren. Für uns bedeutet das, dass wir unsere Produkte weiter verbessern und diese entsprechend zertifizieren müssen. Mit dem China Energy Label sind wir bereits Vorreiter bei der Energieeffizienz in der Antriebstechnik und arbeiten derzeit am Erhalt weiterer Zertifizierungen.

Technologie und Prozesse kommen in die Jahre

Nun kommt auch Automatisierungstechnik in die Jahre. Woran kann erkannt werden, dass die eingesetzten Produkte nicht mehr die effizientesten sind?

Das lässt sich einfach berechnen und ist auf jeden Fall eine lohnende Übung. So lässt sich zum Beispiel die Effizienz heutiger Motoren mit der von Motoren vergleichen, die vor zwanzig Jahren gebaut wurden. Wenn man sich hinsetzt und nachrechnet, zeigt sich schnell, wie viel Energie durch den Einsatz alter Technologien verloren geht.

Aber nicht nur die Technologie kommt in die Jahre. Gleiches gilt für die Prozesse. Bei diesen geht es darum, die Ausschussquote weiter zu verringern, da immer noch viel Abfall produziert wird. Wenn nämlich die Qualität eines Produktes nicht stimmt, kommt es in den Abfallcontainer. Es wurde also Energie für die Herstellung eines Produktes aufgewendet, dass nicht verkauft werden kann.

Daher ist es nicht allein damit getan, die eingesetzte Technik auf den Prüfstand zu nehmen! Auch die bestehenden Prozesse müssen kritisch hinterfragt werden, um den Energieverbrauch zu reduzieren.

Lassen Sie uns noch ein wenig über die Ausschussquote sprechen. Was kann getan werden, um diese nachhaltig zu reduzieren?

Das Konzept der adaptiven Fertigung ist der perfekte Ansatz. Lassen Sie mich das an einem einfachen Beispiel erklären. Wenn Sie 50, 100 oder mehr Produkte mit einem starren, mechanischen System fertigen, müssen Sie bei einem Fehler die komplette Charge wegwerfen. Diese Verschwendung lässt sich vermeiden, wenn die Produkte einzeln durch den Prozess bewegt werden, zum Beispiel mit unseren mechatronischen Transportsystemen Acopostrak, Supertrak oder Acopos 6D. Wird hier bei einem Bauteil ein Qualitätsproblem festgestellt, wird das betroffene Produkt und nicht die ganze Charge aus dem Prozess genommen. Das ist eine enorme Verbesserung in Bezug auf Abfallvermeidung und Energieeffizienz.

Einer Ihrer Kunden konnte den Energieverbrauch seiner Stanzmaschine im Vergleich zum Wettbewerb um Faktor drei bis acht senken. Inwieweit kann B&R seinen Kunden dabei helfen, solche Innovationssprünge zu erreichen?

Was uns auf dem Markt unterscheidet, ist die Art und Weise, wie wir unser Wissen in den gemeinsamen Entwicklungsprozess mit dem Kunden einbringen. Wenn wir gebeten werden, eine Maschine von Grund auf neu mitzuentwickeln, gehen wir in einen Co-Creation-Prozess über. Bei dem sehen wir uns die eingesetzte Technik an und entwickeln dann gemeinsam mit dem Kunden, auf Basis seiner Anforderungen, eine neue Maschine. Ein Bestandteil sind hierbei Tests und Konzeptnachweise in unseren weltweiten Labors sowie Simulationen mit dem digitalen Zwilling. Dieser erlaubt es, die Machbarkeit und Effizienz von Prozessen zu überprüfen, bevor überhaupt mit dem Bau einer Maschine begonnen wird.

Automation Lab verbindet akademische Forschung, Produktentwicklung und Kundennutzen

Eines dieser weltweiten Labore befindet sich mit Automation Lab in Frauenfeld. Was muss man zu diesem wissen?

Frauenfeld ist ein äusserst wichtiger Standort für unsere globalen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Das Automation Lab dort ist auf die Zertifizierung, Tests und Co-Creation spezialisiert und unsere Experten arbeiten eng mit den Kunden zusammen. Das Labor wird zudem für die Zusammenarbeit mit der ETH Zürich genutzt und baut Brücken zwischen der reinen Forschung an der Universität, der Anwendung dieser Forschung auf unsere Produkte und schliesslich der Einsatz dieser Produkte zusammen mit unseren Kunden. Es ist somit die perfekte Verbindung zwischen akademischer Forschung, Produktentwicklung und Kundennutzen.

Inwieweit kann die Energieeffizienz von Maschinen und Anlagen durch ein optimiertes Zusammenspiel verschiedener Automatisierungskomponenten gesteigert werden?

Mit dieser Frage befassen wir uns intensiv, weil deren Beantwortung für die Zukunft der Fertigung entscheidend ist! Denn heute wird die Fertigung oft noch als ein Haufen verschiedener Maschinen, Ausrüstungsgegenstände und Stationen gesehen, die irgendwie miteinander interagieren müssen. Da jede Maschine, jedes Gerät und jede Station auf unterschiedlichen Hardware-, Software- und Kommunikationstechnologien basiert, bedarf es sehr viel Aufwand, diese Dinge miteinander in Einklang zu bringen. Je nach Komplexität kann das Jahre dauern.

Die nächste Stufe in Bezug auf Energieeffizienz, Produktivität und Flexibilität ist eine perfekt orchestrierte Software, die sich um alle Prozesse in der Fertigung kümmert – und diese Software muss auf Standard-Hardware mit offenen Schnittstellen beruhen. Das heisst, es braucht offene Standards für die Kommunikation, offene Standards für die Programmierung und offene Standards für die Simulation. Damit wird es möglich, den CO₂-Fussabdruck und den Energieverbrauch jedes einzelnen Produktes während des gesamten Herstellungsprozesses lückenlos zu ermitteln.

Wir bei B&R setzen auf Standards wie OPC UA und OPC UA FX und schaffen so eine offene Konnektivität von der Fabrikhalle bis zur Cloud. Zusammen mit unserem Know-how und dem digitalen Zwilling wollen wir zukünftig Orchestrierungssoftware auf der Basis offener Standards anbieten und so mehr Effizienz in Bezug auf Energie, Prozesse und Produktivität schaffen.

Mit welchen Herausforderungen ist dieser eingeschlagene Weg verbunden?

Eine Herausforderung besteht darin, alle offenen Standards zu schaffen, die es für die Programmierung, die Kommunikation und Konnektivität sowie für die Cybersicherheit benötigt. Hier gibt es viele gute Aktivitäten, bei denen sich B&R in diversen Gremien einbringt. Wir investieren also in diese Zukunft und wir sind zuversichtlich, dass diese stattfinden wird.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, die neuesten IT-Standards in die OT-Welt zu übertragen, um die Cybersicherheit zu gewährleisten. Denn all diese Dinge hängen von der Konnektivität zu Cloud-Systemen oder Servern im Allgemeinen ab, die nicht direkt auf unserer Technologie laufen. Es ist also entscheidend, dass sie dies nach internationalen Standards und nach den strengsten Regeln der Cybersicherheit tun.

Herausforderung modulare Produktion: stabile Parameter

Die Produktion von kleineren Losgrössen erfordert modulare Maschinen. Das macht es schwierig, im idealen Belastungsbereich zu fertigen. Wie könnte ein Ansatz aussehen, der dennoch einen (energie-) effizienten Betrieb der Maschinen ermöglicht?

Ein Teil der Antwort liegt in einer intelligenten Bewegungssteuerungssoftware, die die Steuerungsparameter je nach Belastung im laufenden Betrieb anpassen kann. Das verbessert nicht nur die Energieeffizienz, sondern die Qualität, denn wenn man eine Vielzahl von Produkten herstellen will, besteht die Herausforderung immer darin, stabile Parameter zu haben. Und wenn man die Parameter nicht proaktiv anpasst, erhält man in der Regel nicht die gewünschte Qualität und es entsteht viel Ausschuss.

Bei der Produktion von Kleinserien hängen Energieeffizienz, Qualität und Produktivität von der Fähigkeit ab, sich an die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Serien anzupassen. Und genau das ist möglich, wenn man Robotik, Bildverarbeitung und Simulation gemeinsam mit einem mechatronischen Transportsystem mit individueller Kontrolle über jedes Produkt kombiniert. Man spart Energie beim Anfahren zwischen den Chargen, weil man spontan umrüsten kann. Ausserdem kann man auf einer viel kleineren Grundfläche arbeiten und verschwendet keine Energie für Leertransporte und Handling. Zudem reduziert sich die Ausschussquote, da Fehler im Prozess frühzeitig erkannt und beseitigt werden können.

Welchen Rat haben Sie für Maschinen- und Anlagenbauer, die sich erst jetzt oder wieder mit dem Thema «Energieeffizienz» auseinandersetzen?

Ich würde den Betroffenen empfehlen, mit Experten zu sprechen, um die damit verbundenen Herausforderungen besser verstehen zu können. Es gibt internationale Verbände, die sich beispielsweise für die Senkung des Energieverbrauchs einsetzen und die Technologien kennen, die das ermöglichen.

Die einfachste und effektivste Möglichkeit ist aber wahrscheinlich, mit dem Lieferanten zu sprechen. Dieser ist an vorderster Front, wenn es um aktuelle Technologien geht und weiss genau, wie diese zum Wohle des Anwenders einzusetzen sind. Wir bei B&R können eine Menge guter Ratschläge geben und lieben es, wenn uns Maschinenbauer herausfordern.

Was sollte Ihrer Meinung nach noch unbedingt zu diesem Thema gesagt werden?

Ich glaube, wir stehen am Anfang einer Revolution. Es wird zwar schon seit einigen Jahren über Energieeffizienz gesprochen, aber abgesehen von ein paar Initiativen hier und da war es nicht wirklich ein Thema, das viel Aufmerksamkeit bekommen hat. Nun rückt aber die Nachhaltigkeit immer mehr in den Mittelpunkt der Unternehmen, weil sich die Menschen endlich der Herausforderungen bewusst werden, denen wir im Hinblick auf die Umwelt gegenüberstehen – und das sorgt für einen Druck über alle Ebenen der Wertschöpfungskette hinweg. Wir stehen daher am Anfang einiger sehr aufregender Dinge und die Unterstützung dieses Übergangs zu einer nachhaltigen Zukunft ist der Kern unserer Vision.