Miniaturisierung von Produktionssystemen
Um den Materialaufwand zu minimieren und Kosten zu sparen, werden Maschinen und andere Produktionsmittel immer kleiner. Das ist ein Trend, der sich global beobachten lässt. Doch wie weit kann die Verdichtung einzelner Funktionen und damit einhergehend die Miniaturisierung sinnvollerweise gehen? Harting liefert praktische Empfehlungen und teilt Erfahrungen.
Matrix für drei Innovationsstufen: Für die Miniaturisierung gibt es im Prinzip keine Grenze nach unten, wenn es nach Harting geht jedenfalls keine, die durch die Schnittstellen bedingt wäre.
DI Jakob Dück
Global Industrie Segment Manager bei Harting
„Miniaturisierung ist kein Selbstzweck, sondern Mittel zum Zweck. Im technischen Sinne ist jede sparsamere und effizientere Lösung eine „Verkleinerung“, solange die geforderte Funktionalität gewährleistet ist.“
Für die fortschreitende Miniaturisierung technischer Systeme gibt es zahlreiche Beispiele. Das „Mooresche Gesetz“ z. B. besagt, dass sich die Integrationsdichte von Mikrochips alle 18 Monate verdoppelt. Somit finden heute rund 35 Milliarden Transistoren in einem einzelnen Chip Platz. Ein anderes Beispiel ist das Smartphone, das sich in den letzten 20 Jahren vom mobilen Telefon zu einem integrierten Kommunikations-, Navigations-, Unterhaltungs- und professionellem Multifunktionsgerät entwickelt hat. Doch macht die gegenwärtige Miniaturisierung auch bei Produktionssystemen im Allgemeinen Sinn?
Miniaturisierung ist Mittel zum Zweck
„Im technischen Sinne ist jede sparsamere und effizientere Lösung eine ‚Verkleinerung‘, die weniger Fertigungs-, Verbrauchs- oder sonstige Materialien benötigt und den Einsatz von Energie, Arbeit und anderen Ressourcen optimiert – solange die geforderte Funktionalität gewährleistet ist und sowohl die Auslegung der Maschinenmodule und Komponenten als auch die Abläufe im Produktionsprozess stimmig bleiben“, erklärt DI Jakob Dück, Global Industrie Segment Manager bei Harting. Demnach sei die Einsparung von Material- und Energieressourcen das eigentliche Ziel, das mit der Miniaturisierung erreicht werden soll.
„Um Aufwand und Nutzen der Miniaturisierung bei Produktionssystemen richtig und umfassend einschätzen zu können, muss man sowohl die Sicht der OEMs im Maschinen- und Anlagenbau als auch die Sicht von Endkunden/Betreibern berücksichtigen. Als Leitfaden für eine systemorientierte Herangehensweise kann die Lebenszykluskosten-Analyse dienen, die vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) erarbeitet wurde“, empfiehlt Dück. In der Richtlinie VDI 4800 BLATT 1 (Messung und Bewertung der Ressourceneffizienz / Februar 2016) werden Standards und Methoden einer solchen Analyse und daraus abzuleitende Maßnahmen beschrieben.
Drei Innovationsstufen beobachtbar
Harting ist einer der weltweit führenden Lösungsanbieter für alle Arten von Interfaces, die in der modernen Steuerungs-, Antriebs-, HMI- und Kommunikationstechnik für Produktionssysteme erforderlich sind. Und die Rolle der Interfaces ist bei diesem Miniaturisierungsprozess nicht zu unterschätzen, wie sich an folgendem Beispiel aufzeigen lässt: Als Intel Ende der 70er-Jahre seinen 8086-Microprozessor entwickelte, erreichte die Anzahl von Transistoren einen mittleren fünfstelligen Bereich. Dafür war eine doppelreihige 40-Pin-Anschlusstechnik im DIP-Gehäuse absolut ausreichend. Nur zehn Jahre später wurden beim 80486-Mikroprozessor desselben Herstellers mit ca. einer Million Transistoren bereits Pin Grid Arrays mit mehreren 100 Pins benötigt, um die Interfaces auszubilden, die den vollen Funktionsumfang der Computersysteme sicherstellten.
Ähnlich wie in der IC-Technik, wachsen die Packungsdichte und der Integrationsgrad auch bei Maschinenmodulen und Aggregaten der Produktionstechnik immer weiter. Demzufolge lassen sich laut Harting folgende drei Innovationsstufen beobachten, von denen zumindest die Verkleinerung und die Vereinfachung bereits zum Tagesgeschäft von Maschinenbau-OEMs gehören:
• Optimierung durch Verkleinerung, Vereinfachung, Minimierung des Materialaufwands sowie Einsatz progressiver neuer Materialien für bereits bestehende Komponenten, Module und Gesamtsysteme auf Basis des wachsendes OEM Kern-Know-hows und dank Einsatz immer genauerer CAE-Tools und -Methoden.
• Verkleinerung der Komponenten, Aggregate und Maschinenmodule durch Kombination von zwei oder mehreren früher getrennt wirkenden Funktionseinheiten und entsprechend auch die Erhöhung des Integrationsgrads dieser Einheiten.
• Einsatz innovativer Technologien und/oder Kombination von bestehenden und neuen Technologien für Komponenten, Aggregate und Module – mit dem Ziel signifikante, bis dato nicht mögliche Material- und Kosteneinsparungen oder auch Produktivitätssteigerungen herbeizuführen.
Enormes Einsparpotenzial
Im Zuge einer gezielten Materialoptimierung und Miniaturisierung von Teilen von Produktionssystemen können enorme Einsparpotenziale aufgedeckt und verwirklicht werden. Mit wenigen Überarbeitungsschritten kann der OEM transparentere sowie kosten- und anforderungsoptimierte Maschinen erhalten – und der Endanwender realisiert in der Regel erhebliche Energie- und Ressourceneinsparungen.
Wie Harting seit Jahren in der Zusammenarbeit mit seinen Kunden feststellt, lassen sich die besten Ergebnisse beim „Schrumpfen“ im Maschinen- und Anlagenbau gerade dann erzielen, wenn die Anforderungen der OEMs mit den praktischen Erfahrungen von Interface-Herstellern für unterschiedliche Industriezweige und Anwendungen zusammengebracht werden. Daraus entstehen innovative Lösungen, die den Weg zu flexiblen, technisch und wirtschaftlich optimierten Lösungen ebnen – und weitere Horizonte für künftige Entwicklungen aufzeigen.
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