Engineering-Prozesse: So gelingt die Automatisierung

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CADFEM Germany GmbH

Maschinenbauer stehen unter Druck – wie kaum je zuvor. Neue Wege sind gefragt, um im harten, weltweiten Wettbewerb zu den Gewinnern zu zählen. Entscheidende Hebel dabei sind die Erhöhung der Engineering-Effizienz durch ein standardisiertes Framework, das die Zusammenarbeit fördert, sowie automatisierte Engineering-Prozesse. TIA Portal von Siemens bietet den Rahmen und die Mittel, dies umzusetzen.

Engineering-Prozesse in der Praxis: Die Herausforderungen für Maschinenbauer werden heute von drei Megatrends geprägt. Die Weltmärkte sind aufgrund sich schnell ändernder Kundenanforderungen und einander rasch ablösender Trends immer unbeständiger und dynamischer. Das erfordert kürzere Markteinführungszyklen und – auch angesichts zunehmender Individualisierung bis hin zur Losgröße 1 – eine höhere Flexibilität in der Produktion. Zudem treiben die neuen Technologien im Umfeld der Digitalisierung wie das Industrial Internet of Things (IIoT) und autonome Fabriken den industriellen Wandel weiter voran. Begleitet wird die Digitalisierung von einem wachsenden Sicherheitsrisiko für Anlagen und Systeme, das geeignete Gegenmaßnahmen erfordert.

Weitere Herausforderungen im Maschinenbau

Dazu kommt der Wandel am Arbeitsmarkt: Laut mehreren von Forbes analysierten ­Statistiken fehlten im Dezember 2020 weltweit 40 Millionen Fachkräfte, und bis 2030 werden es weltweit voraussichtlich 85,2 Millionen sein (Quelle: Fußnote 7 in „Commercial Insights“). Viele Maschinenbauer bekommen schon heute keine Fachkräfte im Bereich der Automatisierung mehr und finden Universitätsabsolventen eher im IT-Umfeld als in der Elektrotechnik. Dieser dritte Megatrend hat einen hohen Ausbildungs- sowie Schulungsaufwand und lange Einarbeitungszeiten zur Folge.

Viele Unternehmen fragen sich: Wie lässt sich angesichts dieser Herausforderungen im weltweiten Wettbewerb bestehen? Eine zentrale, hochwirksame Möglichkeit ist effizientes Engineering in hochqualifizierten ­Engineering-Teams. Gerade hier wird häufig ein beträchtliches Potenzial nicht ausgeschöpft.

Engineering-Prozesse: Standardisierung und Automatisierung als Schlüssel

Oft unterschätzen Unternehmen, wie viel Zeit man beim Engineering im Maschinenbau für sich wiederholende, händische Routineaufgaben sowie für die Abstimmung von Prozessen unterschiedlicher Fachbereiche aufwenden muss. Diese Zeit fehlt den Inge­nieuren für ihre eigentliche kreative, innovative Arbeit. In einem kürzlich veröffentlichten Smartsheet-Bericht erklärten über 40 Prozent der Beschäftigten, dass sie mindestens ein Viertel ihrer Arbeitszeit für manuelle, sich wiederholende Tätigkeiten aufwenden (Fußnote 2 in „Commercial Insights“). Dazu kommt: Unvorhersehbare Fehler während der Inbetriebnahme verzögern nicht selten die Markteinführung einer Maschine oder Anlage und können darüber hinaus beträchtliche Projektkosten verursachen.

Findet man Lösungen, sich wiederholende Routineaufgaben mit geringem Aufwand zu automatisieren, setzt dies wertvolle Ressourcen frei. Wiederverwendbare Maschinenmodule und -komponenten sowie das parallele Arbeiten im Team können die Engineering-Effizienz beträchtlich erhöhen, viel Zeit sparen und das Fehlerrisiko mindern. Die Grundlage dafür ist eine abteilungsübergreifende Kollaborationsplattform sowie die Standardisierung der Prozesse und der Daten in wiederverwendbaren Bibliotheken. Dies ist in allen Arbeitsbereichen möglich: beim mechanischen und Automatisierungsdesign ebenso wie beim elektrischen Design. Dabei darf die Qualität unter der höheren Engineering-Geschwindigkeit aber keinesfalls leiden.

Höherer Zeitaufwand zu Beginn

Eine aktuelle Studie von Forrester Consulting unter IT-Entscheidern mit Automatisierungs- und IIoT-/Digitalisierungshintergrund zeigt, dass diese neben dem Fachkräftemangel vor allem die nötige Standardisierung davon abhält, Automatisierungsprojekte umzusetzen beziehungsweise zu erweitern und zu aktualisieren (Fußnote 6 in „Commercial Insights“). Das ist nachvollziehbar, denn die Optimierung der Prozesse über die Standardisierung der Systemarchitektur mit ­geeigneten Tools erfordert zunächst Zeit und Schulungen. Sie zahlt sich aber in der Folge durch eine deutlich gesteigerte Effizienz der Engineering-Prozesse und Teams aus. Und die Ingenieure können sich nun wie gewünscht auf motivierende und herausfordernde Aufgaben konzentrieren; Aufgaben, die geeignet sind, die Maschinenqualität weiter zu verbessern.

Effiziente Engineering-Prozesse in der Automatisierung

Sind die Engineering-Kapazitäten begrenzt, muss man die Effizienz erhöhen. Dies kann und sollte auf mehreren Ebenen geschehen. Die stärkste Wirkung erzielen Standardisierung und Modularisierung der Prozesse mit nachfolgender Automatisierung. Dies reduziert neben dem Arbeitsaufwand auch signifikant die Zahl der Fehlerquellen.

Ein weiterer wichtiger Ansatz für mehr Effizienz ist die Parallelisierung der Arbeitsschritte im Engineering, da sie die Entwicklungsprozesse verkürzt. Hierzu müssen alle Abteilungen und Ingenieure auf eine gemeinsame Datenbank zugreifen können, die standardisierte Austauschformate bietet.

Eine Bibliothek getesteter, standardisierter und wiederverwendbarer Softwaremodule erhöht die Softwarequalität und vereinfacht den Designprozess für modulare und flexi­ble Maschinen. Neue Features lassen sich als Module einfach hinzufügen, ohne andere Features zu beeinträchtigen. Eine solche Bibliothek standardisierter Komponenten unterstützt die Engineering-Teams dabei, die Aufgaben und Prozesse zu automatisieren: Hardware-Konfigurationen lassen sich auf deren Basis ebenso wie Programmbausteine und HMI-Schnittstellen automatisch generieren.

TIA Portal als umfassendes Framework

Bei allen genannten Herausforderungen unterstützt die Anwender das Totally Integrated Automation Portal (TIA). Mit TIA Portal bietet Siemens ein einzigartiges, einheitliches, offenes und umfassendes Framework für die industrielle Automatisierung. Es stellt alle wesentlichen Elemente und Werkzeuge für das digitale Engineering bereit und deckt den gesamten Maschinenlebenszyklus ab: von der Planung über das Engineering und die Simulation bis zur Wartung im laufenden Betrieb. Dazu kommen zahlreiche Erweiterungen, mit denen Anwender die Lösung für ihre individuellen Bedürfnisse erweitern und ergänzen können.

Die neueste Erweiterung Simatic Automation Xpansion (AX) adressiert Universitätsabsolventen und angehenden Ingenieure. Denn Simatic AX erlaubt es, moderne Programmiermethoden in die Automatisierung einzubringen. Die Absolventen können nun auch in den ihnen aus dem Studium vertrauten Hochsprachen IT-orientiert Bibliotheken erstellen und diese dem Automatisierer in TIA Portal übergeben. Damit lässt sich die Modularisierung der Automatisierungsprogramme weiter fördern.

TIA Portal erlaubt es etwa in der Designphase, mechanische und elektrische Daten über bestimmte Austauschformate allen Mitarbeitern im Engineering-Team zugänglich zu machen. Dies ermöglicht ein paralleles und damit schnelleres Arbeiten. Als Basis für die Programmierung und Visualisierung können standardisierte, wiederverwend­bare Komponenten beziehungsweise Module in Bibliotheken mit Versionierung erstellt werden. Workflows zur Generierung kompletter Applikationen lassen sich bis hin zur Simulation und parallelen Inbetriebnahme weitgehend automatisieren. Damit bietet TIA Portal alles, was für effiziente Engineering-Prozesse erforderlich ist.

Der Autor Stephan Schott ist Marketing Manager bei der Siemens AG.