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Begleitung der Entwicklung von Software und Hardware im Sondermaschinenbau: Herausforderungen und Erfolgsfaktoren

Der Sondermaschinenbau ist eine der anspruchsvollsten Disziplinen in der Industrie, da er maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anforderungen und Prozesse bietet. Hier treffen Software- und Hardwareentwicklung auf höchste Präzision, um komplexe Maschinen zu erschaffen, die individuell auf die Bedürfnisse der Kunden abgestimmt sind. In diesem Blog-Beitrag werfen wir einen Blick auf die Herausforderungen, Trends und Erfolgsfaktoren in der Entwicklung von Software und Hardware im Sondermaschinenbau.

1. Die Bedeutung der Software im Sondermaschinenbau

Im Sondermaschinenbau spielt Software eine zentrale Rolle, da sie die Steuerung, Überwachung und Vernetzung der Maschinen sicherstellt. Sie ist das „Gehirn“ der Maschine und steuert alle Funktionen präzise. Der Trend zur Industrie 4.0 und der zunehmenden Digitalisierung führt dazu, dass Maschinen heute intelligent, vernetzt und fähig zur Echtzeit-Datenanalyse sind. Hier sind einige Aspekte, die bei der Softwareentwicklung im Fokus stehen:

• Individualisierung und Flexibilität: Die Software muss flexibel genug sein, um auf spezifische Kundenanforderungen und individuelle Maschinenkonfigurationen angepasst werden zu können. Standardlösungen sind hier oft nicht ausreichend, sodass maßgeschneiderte Programmierung notwendig wird.
• Benutzerfreundlichkeit und Schnittstellenintegration: Moderne Sondermaschinen müssen einfach und intuitiv zu bedienen sein. Das erfordert benutzerfreundliche HMI- (Human Machine Interface) und SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition), die eine einfache Bedienung und Überwachung ermöglichen.
• Sicherheitsaspekte: Im Sondermaschinenbau sind funktionale Sicherheit und Cybersecurity entscheidend. Die Software muss Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt und Zugangskontrollen gewährleisten.

2. Hardwareentwicklung: Der Grundstein der Maschinenfunktionalität

Die Hardware bildet das physische Rückgrat der Sondermaschinen und ist genauso wichtig wie die Software, da sie die Grundlage für die Funktionalität und Zuverlässigkeit der Maschine legt. Die Hardwareentwicklung umfasst Mechanik, Elektronik und Steuerungstechnik und steht vor besonderen Herausforderungen:

• Präzision und Anpassung: Jedes Bauteil muss exakt auf die Anforderungen des Kunden abgestimmt werden. Konstrukteure und Ingenieure arbeiten eng mit den Softwareentwicklern zusammen, um sicherzustellen, dass alle mechanischen und elektronischen Komponenten reibungslos interagieren.
• Energieeffizienz und Nachhaltigkeit: Die Maschinen von heute müssen nicht nur effizient, sondern auch umweltfreundlich sein. Energiesparende Antriebe und nachhaltige Materialien spielen eine immer größere Rolle in der Entwicklung.
• Integration von Antriebstechnik und Sensorik: Antriebssysteme und Sensoren müssen in die Maschinensteuerung integriert werden, um die Leistung zu optimieren und Fehler rechtzeitig zu erkennen.

3. Die Herausforderungen bei der Kombination von Hardware und Software

Im Sondermaschinenbau ist die enge Verzahnung von Hardware- und Softwareentwicklung entscheidend für den Projekterfolg. Die Kombination dieser beiden Bereiche bringt jedoch auch besondere Herausforderungen mit sich:

• Synchronisation der Entwicklungsphasen: Die Entwicklung der Hardware und Software muss parallel ablaufen, damit die Systeme perfekt aufeinander abgestimmt sind.
• Testing und Validierung: Bevor die Maschinen in Produktion gehen, müssen sie ausführlich getestet werden, um sicherzustellen, dass die Software fehlerfrei arbeitet und die Hardwarekomponenten einwandfrei funktionieren.
• Anpassungsfähigkeit und Skalierbarkeit: Die Architektur der Software und Hardware muss so gestaltet sein, dass sie leicht modifiziert und erweitert werden kann.

4. Trends und Innovationen im Sondermaschinenbau

Die Entwicklung im Sondermaschinenbau wird von mehreren Megatrends beeinflusst, die den Markt und die Technik revolutionieren:

• Industrie 4.0 und IoT: Maschinen sind heute oft Teil vernetzter Systeme, die kontinuierlich Daten austauschen und optimiert werden können.
• Digitale Zwillinge: Der Einsatz von digitalen Zwillingen ermöglicht es, Maschinen bereits in der Entwicklungsphase virtuell zu testen und zu optimieren.
• Künstliche Intelligenz (KI): KI-basierte Algorithmen werden zunehmend in die Software integriert, um vorausschauende Wartung und Prozessoptimierung zu ermöglichen.

5. Erfolgsfaktoren für die Entwicklung im Sondermaschinenbau

• Interdisziplinäre Zusammenarbeit: Die enge Zusammenarbeit von Mechanik-, Elektronik- und Softwareexperten ist unerlässlich, um ein stimmiges und funktionierendes Gesamtkonzept zu entwickeln.
• Flexibilität und Agilität: Agiles Arbeiten und flexible Reaktion auf Änderungswünsche sind entscheidend, um individuelle Kundenanforderungen zu erfüllen.
• Qualitätsmanagement und Normen: Ein umfassendes Qualitätsmanagement und die Einhaltung von Normen gewährleisten, dass die Maschinen sicher und konform entwickelt werden.

Fazit

Die Entwicklung von Software und Hardware im Sondermaschinenbau ist komplex und erfordert eine präzise Koordination sowie ein tiefes technisches Verständnis. Durch den Einsatz moderner Technologien, agiler Methoden und die enge Zusammenarbeit von Spezialisten lassen sich Maschinenlösungen entwickeln, die nicht nur den Anforderungen der Kunden gerecht werden, sondern auch die Trends der Industrie 4.0 und Digitalisierung optimal nutzen.

Projektmanagement

Planung mit modernen Projektmanagementmethoden, Erstellen und Besprechung des Pflichten- und Lastenheftes, Sicherstellung der richtigen Analgentaktzeit und der evtl. erforderlichen Simulationen, Berücksichtigung jeweiliger Richtlinien und Vorschriften, Qualitätsanforderungen, Arbeitsmethoden etc. Ressourcenplanung von Zeit, Mensch, Maschine, Kosten und Material sowie konsequente Ablaufplanung mit der Integration der wichtigen Milestones zur optimalen Projektkontrolle und deren Umsetzung. Die Projektmanagementprozesse Planung und Ausführung und dessen übergeordnetes Monitoring und Controlling bilden dabei eine standardisierte und bewährte Arbeitsmethode anhand eines professionellen Management-Cockpits mit entsprechenden Leistungsindikatoren. Ein übergeordnetes Projekt-Managementhandbuch verankert das Projektmanagement fest im Unternehmen.

Industrial Engineering

Neuaufstellung eines Generalunternehmers zum diversifizierten Anbieter von Standardlösungen, zum Komponenten- sowie Lösungsanbieter von Gesamtanlagen (Vorkonfigurierten Lösungen).

Supply Chain Management

Optimierung des kompletten Auftragsabwicklungsprozesses mit der Zielsetzung der Durchlaufzeitoptimierung sowie der Reduktion des Material- sowie des Halb- und Fertiggerätebestandes.

Elektrokonstruktion

Die Elektrokonstruktion (ET-Konstruktion) nimmt in den Unternehmen meist eine begleitende Rolle zur mechanischen Konstruktion bzw. zur Forschung und Entwicklung ein. Das Kerngeschäft besteht aus der konstruktiven Neu- und Weiterentwicklung des elektrotechnischen Teils von Anlagen, Bauteilen, Baugruppen, Betriebsmitteln, Komponenten, Maschinen, Produkten, Werkzeugen usw. Das Zusammenspiel von Safety und Security, sowie die Verteilung der Steuerungsintelligenz sind neue  Erfolgsfaktoren für das Gelingen von Maschinenkonfigurationen.  Entsprechende Safety und Security Konzepte spielen daher in der Projektplanung eine wesentliche Rolle.

Steuerungstechnik

Die Steuerungstechnik umfasst den Entwurf und die Realisierung von Steuerungen, also  die gerichtete Beeinflussung des Verhaltens technischer Systeme. Die Erfüllung von Systemspezifikationen mit entsprechenden Systemkonfigurationen bildet hier eine wesentliche Rolle für die Automatisierungslösung. Safety und Security bilden ebenfalls wie in der Elektrotechnik neue Anforderungen an Maschinenkonfigurationen. Die Planung von Steuerungskonzepten bilden einen wesentlichen Erfolgsfaktor für das Gelingen von Maschinenprojekten.

Montage

Aufbau von Montagelinien und Einzelarbeitsplätzen, sowie deren Optimierung unter Berücksichtigung der qualitativen und quantitativen Ausbringung als Projektleiter im Maschinenbau, Anlagenbau, für Tier- und OEM Kunden.

Produktentwicklung

Begleitung des Product Launch, der Neuentwicklung und Überarbeitung von Produkten für den Maschinenbau, Anlagenbau und Fahrzeugbau mit Weitblick für kundenspezifische Anwendungen und produktionstechnische Innovationen. Schaffung von Bedingungen und Prinzipien für die weiteren Abläufe im ERP-System und den nachfolgenden Bereichen bei Lieferanten sowie im eigenen Unternehmen mit Hinblick für den Kunden der optimalen Wertschöpfungskette. Erarbeitung von Standards, Modulen, Systemen und Methoden zur Optimierung der Entwicklungs- und Auftragszeiten.

Prozessoptimierung

Total-Quality-Management – oder kurz TQM – ist eine Methode der Unternehmensführung mit der eine dauerhafte Verfahrens- und Prozessoptimierung erreicht werden soll. Die Methode des Lean-Management ist es, Verschwendung zu minimieren, Überflüssiges zu eliminieren und Prozesse so zu optimieren, dass sie perfekt miteinander harmonieren. Kaizen als Prozessoptimierung ist ein Managementkonzept, das in Japan geprägt wurde und die schrittweise Verbesserung und Perfektionierung von Prozessen im Fokus hat. Six Sigma ist eine statistische Methode, bei der durch DMAIC (Define, Measure, Analyze, Improve und Control) die Qualität verbessert, die Kosten signifikant gesengt und die Kundenzufriedenheit steigern soll. All diese Methoden sind Bausteine für eine optimale Prozessoptimierung.

Evolutionäre Geschäftsmodelle im Maschinenbau im Zeitalter der vierten industriellen Revolution

Die Werte des Maschinen- und Anlagenbaus in Deutschland sind typischerweise Qualität, Technologieführung und die Weiterentwicklung des eigenen Produktes nach Kundenbedürfnissen. Die Entwicklung der Produkte geschieht überwiegend in kleinen Schritten und in evolutionärer Weise. Sie folgt damit dem theoretischen Ansatz der Evolutionstheorie. Die stufenweise Entwicklung ist vorteilhaft, wenn der Erfolg eines Produktes schwer abzuschätzen ist, um die Risiken damit entsprechend zu reduzieren. Diese Methode kann jedoch nur angewendet werden, wenn die Technologie die schrittweise Erweiterung zulässt und die Investitionskosten nicht die Kosten für ein Neuprojekt übersteigen. Ich begleite Sie bei der evolutionären Entwicklung bestehender Hard- und Softwareangebote im Maschinen- und Anlagenbau. Im evolutionären Geschäftsmodell steht die schrittweise Weiterentwicklung der datentechnischen Vernetzung von Produkten und Dienstleistungen im Vordergrund.

Disruptive Geschäftsmodelle im Maschinenbau im Zeitalter der vierten industriellen Revolution

Disruptiv wird eine neue Technologie oder ein neues Geschäftsmodell, wenn diese einen Markt so dominieren, dass etablierte Unternehmen mit ihrem Produkt verdrängt werden. Veränderungsprozesse erfolgen dabei eher in revolutionärer Form statt in evolutionärer Form. Der Zeitraum kann bis zur Marktdurchdringung dabei unterschiedlich ausfallen. Als Beispiel wäre hier die Analogfotografie zu nennen, die fast komplett von der Digitalfotografie verdrängt wurde. Unternehmen, die es verstehen, zukünftig nicht nur die ausgereifte Maschinenbautechnik zu liefern und sich auf individuelle Kundenbedürfnisse einzustellen, sondern das attraktivste Geschäftsmodell bzgl. Transferkosten insgesamt haben, werden den Potenzialen der vierten industriellen Revolution näher kommen. Auf Kundenseite entsteht der Nutzen nicht allein durch die isolierte Maschine, sondern erst durch das Zusammenspiel aller im Prozess eingebundener Anlagen mit den innovativen Geschäftsmodellen. Zur Entwicklung disruptiver Geschäftsmodelle ist es wichtig, über den Tellerrand zu schauen und sich dabei von den verwurzelten bisherigen Branchenlogiken zu lösen. Wettbewerber, die nicht an unflexible Organisationsstrukturen gebunden sind, werden es einfacher haben, disruptive Innovationen umzusetzen und im Markt zu etablieren. Zukünftig werden Maschinen- und Anlagenbauer strategische Kooperationen mit Firmen der Informations- und Kommunikationstechnik eingehen, um ihre Kernkompetenzen zu ergänzen, oder sie bauen selbst entsprechendes Know-how auf, um ein disruptives Geschäftsmodell umzusetzen. Die maßgebende Politik zur Ausrichtung disruptiver Geschäftsmodelle in dieser Größenordnung kann nur auf der Ebene der Geschäftsleitung stattfinden.

Konformitätsbewertungsverfahren

Die CE-Kennzeichnung darf angebracht werden, wenn die Produkte die Grundlegenden Anforderungen erfüllen und das vorgeschriebene Konformitätsbewertungsverfahren durchgeführt wurde. Zur Planung einer Maschine/Anlage gehört die Überprüfung dessen Konformität, zu diesem Schritt gehört immer die Durchführung einer begleitenden Risikobeurteilung.