Maschinenbau: Konzepte für die Zukunft

Modulare Produktionsanlagen, maßgeschneidert, langlebig und flexibel – seit Jahrzehnten der Wunsch im Maschinenbau. Zusammen mit Herstellern setzten die Experten von Design Tech die Vision in die Wirklichkeit um.

Das Baukasten-Prinzip bietet Lösungspotenzial für den nächsten Umbruch in der Produktion. Indem das Detail das Ganze und das Ganze das Detail mitdenkt, wird das System nachhaltig, flexibel und intelligent. Diese Tiefenschärfe ist anspruchsvoll zu erarbeiten aber einfach zu benutzen. Es ist eine Denkweise, bei der sich Maschinen­bau und Design beispielhaft treffen.

Wer heute im Maschinenbau die Richtung vorgibt, kennt das Konzept der Modularität seit den siebziger Jahren. Der Begriff hat keinen „Trend“-Appeal und trotzdem gehörte er beim Workshop „Maschine 2020“ für Fach­leute verschiedener Branchen ganz selbstverständlich zum Maschinenkonzept der Zukunft. Modularität ist deswegen nie erledigt, weil es ein Natur­prinzip ist. Jede Generation findet zu ihrer eigenen Interpretation. Die ist umso ausgefeilter, je mehr Gestaltungsspielraum die aktuellen Technologien bieten.

Neue Automatisierungskonzepte, basierend auf den Einsich­ten der Mechatronik und einer explodierten Rechnerleistung, haben die Möglichkeiten für Modularität im Maschinenbau um Lichtjahre über das Niveau der 1970er Jahre hinaus katapultiert. Der nächste Schub, ausgehend vom Poten­zial der Cloud, wird bis zum Jahr 2020 aller Voraussicht nach realisiert sein.

Modularität greift für die verschiedensten Aspekte der anstehenden Herausforderungen. Eine modulare Maschine ist der ideale Ausgangs­punkt für Produktions-Netzwerke, in denen Aufträge durch situatives Aggregieren der Funktionen erledigt werden. Mit dem Baukasten-System werden Anlagen schneller konfiguriert und in Betrieb genommen. Wartung, Reparatur und Retro-Fit, alles macht die portionierte Technik einfacher. Das hat wiederum eine positive Rückkopplung für die Lebenszykluskosten.

Das Baukastensystem zwingt zum strukturierten Vorgehen in der Entwicklung, sonst passt es am Ende nicht. Das schützt vor „Overengineering“. Module sind ein idealer Ausgangs­punkt für eine deutliche Bedienkommunikation. Indem sie eine genau abgegrenzte Aufgabe oder Funktion erfüllen, kehren sie nach „außen“ eine große Klarheit und Einfachheit – unabhängig davon, wie hochkomplex die Erfüllung dieser Aufgabe oder Funktion „innen“ wirklich ist.

Was die Modularität im Design angeht, spannt sich die Entwick­lungslinie von der antiken Tempel­fassade bis zu den jüngsten Gestaltungsvorschlägen für eine Massen­fertigung, die sich der Individualität des Konsumenten annähert. Auch die Designer gewinnen stetig wirksamere Hebel für ihre Formulierung des modularen Prinzips, durch innovative Materialien, Herstelltechniken und leistungsfähigere Software für Konstruktion und Visualisierung.

Genau wie im Maschinenbau startet Modularität  im Design lange bevor es um Fragen der konkreten Formgebung geht. Die Aufgabe wird auf ihre Grundfunktionen herunter gebrochen und dann wieder indivi­duell so zusammengesetzt, dass die Lösung möglichst effektiv, effi­zient und für die Benutzung attraktiv ist: für den Auftraggeber des Designs und für die Kunden des Auftraggebers. Damit diese Annähe­rung an die Frage­stellung gelingt, benötigt der Designer einen Bera­tungsweg, der zu den richtigen Kernfragen in exakter Formulierung führt.

Was leistet Design für einen Maschinenbauer im Bereich der Modu­larisierung? Eine gute Gestaltung verhilft dem Baukasten-Prinzip der Maschinentechnologie zu maximaler Wirkung. Im Form­angebot ist im Detail das Ganze mitgedacht. Zum Beispiel für die Service-Dimension: für Kunden in den neuen Märkten müssen die Verschleißteile aus Materialien sein, die nicht nur in Europa kurz­fristig beschafft werden können. Wenn das Design in einem additiven, offenen Form­vokabular technologische Entwicklungen und Wachs­tum antizipiert, müssen die Module nicht bleiben, wie sie heute sind. Die Gestaltung kann die Idee des Baukastens kommuni­zieren, so dass dem Gehäuse eine visuelle Anleitung zur Anlagen-Konfiguration eingeschrieben ist.

Die Abbildung deutet das Zukunftsszenario einer modularen Werkzeug­maschine an. Die Anregungen dazu stammen von den Teilnehmern des Workshops „Maschine 2020“, den Design Tech zusammen mit dem Kompetenz­netzwerk Mechatronik BW e.V. veranstaltet hat.

Was diese Anlage leistet, kann Wirklichkeit werden – wenn auch manches erst nach dem Jahr 2020, wie die Teilnehmer betonten. Die Einzelmaschine stellt der Maschinenbauer per Konfigurator individu­ell für den Kunden zusammen. Die Module bestehen aus recycle­baren, intelli­genten Textilien und Leichtbaumaterialien. Die Verklei­dung ist Teil des Baukastensystems.

An ihrem Bestimmungsort in der Produktion des Kunden werden die Einzel­maschinen über eine Förderein­richtung mit einzeln steuerbaren Fördercontainern (Werkstücke, Späne) verbunden. Die Bearbeitungs­einheiten und die Container rüsten sich selbsttätig um. Es ist keine zusätzliche Abschirmung erforderlich, weil  die Maschinenfront den Bediener von der Bear­beitung trennt. Mit Eingabe der Daten des Fertigungsauftrags läuft die Produktion in der Maschinen-Cloud selbsttätig ab. Der Maschinenpark organisiert sich selbst.

Die Anlage ist mit Redundanz ausgestattet, beschä­digte Module werden automatisch erkannt und über die Förder­einrichtung ausge­tauscht. Für zusätzliche Funktionen fragt der Kunde beim Maschinen­bauer neue Module an, die innerhalb 24 Stunden geliefert werden.

Bild: So kann die Zukunft aussehen: Eine modulare Werkzeugmaschine, die für den konkreten Anwendungsfall individuell zusammengestellt, angepasst oder aufgerüstet werden kann.