„Jetzt gilt es, wirklich durchgängige Datenlandschaften zu implementieren.“

Siemens AG

Als Leiter des Business Development für Druckmaschinen von Siemens Digital Industries in Erlangen begleitet Thilo Sporbert mit seinem Team Automatisierungs- und Digitalisierungsprojekte von Druckmaschinenbauern in aller Welt. Im Interview berichtet er, dass Industrie 4.0 mittlerweile konkret umgesetzt wird, welche Rolle Plattformen wie MindSphere dabei zukommt – und warum es sich für Maschinenbauer lohnt, in digitale Zwillinge zu investieren.

Herr Sporbert, was hat sich in den dreieinhalb Jahren seit unserem letzten Interview in Ihrem Bereich verändert?

Thilo Sporbert: Seinerzeit bewegten sich viele Digitalisierungsprojekte im Druck- und Papiermaschinenbau noch in der Konzeptphase. Inzwischen werden digitale Workflows zunehmend real. Immer mehr Maschinenbauer interessieren sich für unser durchgängiges Digitalisierungsangebot und setzen konkrete Projekte mit uns um.

Welche Lösungen bietet Siemens denn in der Druck- und Papiertechnik an?

Sporbert: Wir fokussieren uns auf den Maschinenbau und gehen das Thema der Digitalisierung ganzheitlich an. Von der Idee zum Workflow, vom Prozessdesign bis zum elektrischen und mechanischen Engineering. Es ist unser Ziel, die Time to Market bei der Umsetzung neuer Maschinenideen zu minimieren und über optimierte Workflows deutliche Qualitäts- und Kostenvorteile zu erzielen. Hierbei kommt Digitalen Zwillingen und Plattformen eine immer wichtigere Rolle zu. Wir bauen dabei auf unseren klassischen Automatisierungsprodukten auf – von der Simatic-Steuerung über Antriebe, Motoren und Sensorik.

Welche Druckverfahren und welchen Teil der Prozesskette decken Sie ab?

Sporbert: Das reicht vom Offset-, Tief- und Flexodruck über den Digitaldruck bis zur Weiterverarbeitung und Veredelung. Unser Beitrag zur Prozesskette beginnt  im Verpackungsdruck bei der Extrusion der später bedruckten Folien. Auch zum Druck auf Wellpappen oder zur Veredlung von Verpackungen steuern wir unsere Lösungen bei. Hier arbeiten wir mit Maschinenbauern zusammen, die ihre Märkte genau kennen und ihren Kunden zu immer höherer Produktivität verhelfen. Wir unterstützen sie mit integrierten Digitalisierungs- und Automatisierungslösungen und Applikations-Knowhow. Als branchenübergreifender Anbieter schöpfen wir aus einem umfassenden Lösungsbaukasten.

Wie lassen sich vollautomatisierte, fehlerfreie Prozessketten realisieren?

Sporbert: Zentrale Voraussetzung sind durchgehende integrierte Prozessketten mit digitalem Workflow und ohne manuelle Schnittstellen. Letztere halten auf und sind durch manuelle Dateneingaben und –transfers oft Fehlerquellen. Wenn wir heute mechanische Prozessketten konstruieren, nutzen wir zur Verknüpfung die PLM-Plattform Teamcenter und den NX Mechatronics Concept Designer. Damit lassen sich neben allen physikalischen Abläufen die Automatisierungsbausteine und elektrischen Komponenten validieren, und ein integrierter Datenfluss von der Herstellung bis zum Betrieb der Maschinen etablieren.

Was zum Industrial Internet of Things (IIoT) und Plattformen überleitet…

Sporbert: …genau. Rund um unser offenes, cloudbasiertes IIoT-Betriebssystem MindSphere bieten wir ein Ecosystem, das Maschinenbauern und -betreibern hilft, Anlagen zu vernetzen und Mehrwerte aus Betriebsdaten zu gewinnen. Auch finden sie dort Analyse-Apps von uns und von Drittanbietern. Zudem können sie sich in der MindSphere World mit anderen Anwendern vernetzen. Wir schaffen eine Basis, auf der Betreiber heute auf einem Dashboard verfolgen können, wie ihre Maschinen laufen. Künftig wird es damit möglich sein, vorausschauende Wartungen zu implementieren. Hierfür ist das Knowhow der Maschinenbauer unabdingbar, denn nur sie wissen, auf welche Messwerte es in der Flut der Betriebsdaten ankommt. Wir stellen die Plattform, die Prozesssensorik, führen die Daten zusammen und bieten mit Apps für MindSphere eine umfassende Toollandschaft.

Sie haben den Digitalen Zwilling angesprochen. Lohnt sich der Aufwand?

Sporbert: Unser Ziel ist es, künftig auf unserer Plattform jeweils den Digitalen Zwilling der Maschinen abzubilden, der sich in einer simulierten Umgebung exakt wie die reale Maschine verhält – inklusive der real verbauten Sensorik und Aktorik. Mit dem Mechatronics Concept Designer und dem virtuellen Controller Simatic S7 PLCSIM Advanced für umfassende Funktionssimulationen fallen Fehler oder suboptimale Prozesse schon in der Designphase auf. Die Anwender kommen so viel schneller ans Ziel der optimal funktionierenden Maschine. Digitale Zwillinge bieten weiteres Potential zur Produktivitätssteigerung. Beispielsweise können Servicemitarbeiter mit Datenbrillen an den virtuellen Maschinen trainieren oder bei komplexen Reparaturen Spezialisten hinzuziehen, die ihnen anhand des Digitalen Zwillings von der Zentrale aus über die Schulter schauen können. Erst gilt es jedoch, durchgängige Datenlandschaften zu implementieren. Dafür legen wir aktuell die Basis.

Artificial Intelligence ist in aller Munde. Was hat es mit dem Siemens LECo (Learning Error Compensation)-Algorithmus auf sich?

Sporbert: Das ist ein selbstlernender Algorithmus, mit dem wir die Grenzen der Mechanik und herkömmlichen Regelungstechnik im Druckprozess überwinden. Er beobachtet kontinuierlich Regelfehler im Störzyklus, analysiert sie und rechnet die Werte aus, mit denen sich diese im nächsten Zyklus kompensieren lassen. In kontinuierlichen Bahnprozessen beugt diese Vorsteuerung Fehlern vor – gerade bei hohen Geschwindigkeiten. Damit können Anwender ihre Druckmaschinen bei gleicher Druckqualität schneller betreiben und ihre Produktivität erhöhen.

Wie fügen sich solche Tools in das MindSphere-Ökosystem?

Sporbert: Die IIoT-Plattform führt sämtliche Daten rund um Produktionsprozesse zusammen und macht sie in der Cloud zugänglich. Maschinenbauer, Betreiber und Partnerfirmen können dort App-basierte Services für die Verwaltung und die Optimierung der Maschinen anbieten. KI-Tools sind eine Möglichkeit dafür.

Inwieweit kombinieren Sie Cloud- und Edge-Services?

Sporbert: Der Trend geht klar in Richtung einer vorgelagerten Edge-Auswertung. Edge-Computing ist eine vorgelagerte Instanz, die lokale Datenanalysen in der Maschine durchführt und nur deren Resultate in die Cloud übermittelt. Es erlaubt einen hochfrequenten Datenaustausch in nahezu Echtzeit und rückwirkungsfrei. Hinzu kommt, dass man nicht von eventuellen Netzwerkstörungen abhängig ist. Der Maschinenbauer hat es in der Hand, welche Daten in die Cloud gelangen. Für weitergehende Datenanalysen können Betreiber Applikationen in der Cloud nutzen oder sich von MindSphere-Partnern Apps entwickeln lassen. Auch wird es über MindSphere möglich sein, Software-Updates oder Funktions-Upgrades für vernetzte Maschinen bereitzustellen – oder auch Cyber-Security-Updates. Damit sie all diese Dimensionen und Möglichkeiten entdecken können, begleiten und beraten wir unsere Kunden bei der MindSphere- und Edge-Integration.

Schlussfrage: Wie stellen Sie sich die Drucktechnik im Jahr 2030 vor?

Sporbert: Der Digitale Zwilling ist bis dahin Realität und dient der Optimierung im gesamten Engineering einer Maschine von Design bis Auslieferung und letztlich über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Hard- und Softwareintegration werden noch enger verschmelzen. Digitale Workflows helfen Druckereien, von Losgröße eins bis zur Massenproduktion effizient zu produzieren und die Stillstandzeiten weiter zu reduzieren. Und Maschinenbauer profitieren von einer noch kürzeren Time-to-Market durch effizienteres Engineering. Denn wenn Digitale Zwillinge zur Normalität werden, braucht es erst weniger und schließlich gar keine Prototypen mehr, weil Fehler schon in der virtualisierten Validierung beseitigt werden. Damit verkürzen sich Iterationsschleifen. Schon heute erreichen wir bis zu 30 Prozent Kostenvorteile im Engineering. Bis 2030 wird die Effizienz weiter zunehmen und im Service wird vorausschauende Wartung nicht geplante Stillstandzeiten auf ein Minimum reduzieren.