Die Maschine der Zukunft sieht nicht mehr wie eine traditionelle Maschine aus. Vielmehr erinnert sie an ein technoides Tier mit einem großen Kopf und einem kraftvollen Körper. Sie wird weiterhin Holz bearbeiten, Kunststoffe formen oder Metallteile in verschiedenen Formen ausgeben – aber ihr Wesen wird sich verändert haben.
Die Maschine wird modular aufgebaut sein, ähnlich einer Einbauküche: Jede technische Funktion – wie Antrieb, Hydraulik, Steuerung oder der Bearbeitungsraum für die Werkstücke – steckt in einzelnen Komponenten, die wie ein defekter Herd ausgetauscht werden können. Die Maschine der Zukunft wird sich kontinuierlich mit anderen Maschinen in der vernetzten Fabrik austauschen. Sie wird den anderen Maschinen mitteilen, wenn sie mehr Material für die Produktion benötigt. Und wenn sie an ihre Kapazitätsgrenzen stößt, kann sie Unterstützung von ihren Kollegen anfordern.
Die Fertigungsmaschine kommuniziert nicht nur mit anderen Maschinen, sondern auch mit den Materialien, die sie bearbeitet, und den Werkstücken, die sie produziert oder weiterverarbeitet. Diese sind mit Chips ausgestattet, die der Maschine präzise mitteilen, was genau zu tun ist. So wird es möglich, immer individueller auf Kundenwünsche einzugehen.
Diese intelligenten Geräte tauschen sich jedoch nicht nur innerhalb einer Fabrik aus, sondern sind Teil einer Maschinen-Cloud. atenströme verbinden verschiedene Werke zu einem Produktionsnetzwerk kooperierender Hersteller. Ein Kunde, sagen wir ein großer Automobilzulieferer, bestellt über einen Industrie-Webshop einen Dichtungsring für Motoren aus einem bestimmten Material mit spezifischen Anforderungen. Die intelligenten Maschinen in der Cloud ermitteln dann gemeinsam, welche von ihnen den Auftrag am effizientesten erledigen kann.
So weit die Vision der Industrie 4.0.
Abschreckendes Beispiel: Die Solarbranche
Der Mann, der diese Vision verwirklichen will, sieht aus wie ein Arzt. Jürgen Schmid trägt einen weißen Anzug und ein weißes Hemd. Auch seine Schuhe, Socken und Armbanduhr sind weiß. Er ist Gründer und Inhaber von Design Tech, Europas wohl einzigem Designbüro, das sich auf Maschinenbau spezialisiert hat. Mit rund zehn Designern erzielt das Unternehmen einen Jahresumsatz von etwa zwei Millionen Euro. Die Liste der Kunden liest sich wie das Who's Who der Maschinenbaubranche mit Weltmarktführern wie Trumpf, Würth, MTU, MAG, Liebherr, Homag und Arburg. Hinzu kommen viele weitere hoch spezialisierte und sehr erfolgreiche Unternehmen, deren Namen vor allem Fachleuten bekannt sind.
Schmids Studio in Ammerbuch-Entringen liegt mitten im dichtesten Maschinenbau-Cluster der Welt, im Herzen Württembergs. Genauer gesagt, etwa 40 Kilometer südlich von Stuttgart, zwischen Herrenberg und Tübingen – also an einem Ort, der dem Umfeld seiner Kunden ähnelt.
Schmid hilft seinen Klienten dabei, Spritzgussmaschinen ergonomischer, 3D-Drucker leistungsfähiger und Geldschein-Druckmaschinen ästhetisch ansprechender zu gestalten. Er kombiniert drei Jahrzehnte technisches Know-how mit dem Handwerk der Gestaltung und der Rolle des Vordenkers. Schmid ist ein zugewandter, nachdenklicher Mann, der leise spricht. Er sagt: „Ich bin oft fassungslos, mit welcher Gelassenheit unsere Branche auf die grundlegenden Veränderungen in der Produktion reagiert. Als ob die Pleitewelle der deutschen Solarhersteller nie stattgefunden hätte. Und als ob die Digitalisierung nicht die große Chance für andere Marktteilnehmer wäre, uns mit einem einzigen Riesensprung zu überholen.
Die Egozentrik der Ingenieure
Ein Verbandsvertreter in Berlin sagt: „Unsere Branche ist auf eine nerdige Art egozentrisch und selbstgefällig.“ Die Ingenieure, so die Sichtweise des Insiders, wollen weiterhin die besten Maschinen der Welt bauen – doch sie ignorieren, dass es in der Industrie 4.0 längst nicht mehr nur darauf ankommen wird.
In den ersten Reihen der Vorlesungen der weltweit angesehenen Maschinenbau-Studiengänge hierzulande sitzen vorwiegend hoch motivierte Studenten aus China. Die Unternehmen, bei denen sie später arbeiten werden, kaufen weltweit strategisch Unternehmen auf, die besonders gut mit der Digitalisierung im Maschinenbau vertraut sind. Auch der chinesische Staat investiert massiv in den Aufbau von Kompetenz an den Schnittstellen von Maschinen und den IT-Systemen, die den Gerätepark in Zukunft steuern werden.
Die Zahlen sprechen bereits jetzt eine deutliche Sprache. Der chinesische Maschinenbau erzielte 2012 fast dreimal so viel Umsatz wie der deutsche. Die dortigen Hersteller wachsen mindestens dreimal so schnell. Beim Umsatz-Ranking liegt Deutschland inzwischen hinter China, den USA und Japan nur noch auf Rang vier. Und nicht nur chinesische Unternehmen kaufen lieber chinesische Maschinen – auch in Japan und den USA haben Lieferanten aus dem Reich der Mitte „Made in Germany“ vom ersten Platz verdrängt.
Die Selbstzufriedenheit, die nicht nur der Designer Jürgen Schmid in der Branche hierzulande wahrnimmt, ist das Ergebnis eines ökonomischen Sondereffekts. Umsatz und Wachstum stimmten in den vergangenen Jahren, weil nach der Weltwirtschaftskrise 2009 die Nachfrage nach Produktionsanlagen überraschend schnell anzog. De facto erzielte der deutsche Maschinenbau 2013 fast denselben Umsatz wie 2008. Die entscheidende Frage für Jürgen Schmid lautet daher: „Wie kommen die Maschinenbauer aus ihrer Komfortzone und nutzen die riesigen Wachstumschancen, die sich in Zeiten eines technologischen Paradigmenwechsels bieten?“
Nach dieser Antwort sucht er nicht allein.
Vorbild Automobilindustrie
Das technoide Produktionstier der Zukunft – auch optimistisch „Maschine 2020“ genannt – ist das Ergebnis einer Workshop-Serie mit einem Dutzend Unternehmen aus Süddeutschland und der Schweiz. Design Tech hat diese 2013 in Zusammenarbeit mit dem Landesnetzwerk Mechatronik Baden-Württemberg durchgeführt. Über die Anforderungen des Marktes und die daraus resultierenden Aufgaben für den Maschinenbau waren sich Betriebswirte und Ingenieure schnell einig: Kunden verlangen zunehmend individuellere Produkte zum Preis von Massenware. Mit den heutigen Fabriken, deren Maschinen noch auf einem starren Produktionsplan basieren, der von einem zentralen Rechnersystem gesteuert wird, ist dies jedoch nicht möglich. Wenn die Vielfalt der Produkte erheblich steigt, müssen die Maschinen deutlich flexibler werden. Der Weg dorthin, davon sind die Väter der Maschine 2020 überzeugt, führt über konsequente „Modularisierung“.
Dieser Begriff ist unter Maschinenbauern schon lange bekannt. Seit den Achtzigerjahren gibt es Ansätze, Maschinenparks nach einem Baukastensystem mit standardisierten Schnittstellen zusammenzusetzen. Das Ziel war bereits damals klar: Geräte unterschiedlicher Hersteller sollten miteinander kompatibel sein. Die Maschinen sollten, ähnlich wie Autos, in einer Wertschöpfungskette mit spezialisierten Zulieferern entstehen – der Reifenhersteller ist für die Reifen zuständig, der Bremsenhersteller für die Bremsen und der Einspritzdüsenspezialist für die Einspritzdüsen. Der Automobilhersteller selbst übernimmt das Gesamtkonzept, die Montage und die Vermarktung. Diese Art der Fertigung hat sich in nahezu allen Branchen als Gewinn für alle eteiligten erwiesen, da sie bessere Produkte zu günstigeren Preisen ermöglicht.
Im Maschinenbau ist die Modularisierung jedoch noch kaum vorangekommen. Die meisten europäischen Hersteller setzen nach wie vor auf das Prinzip: „Ich baue meine Maschine so weit wie möglich allein.“ In einer hoch vernetzten Fertigungswelt der Zukunft, in der Maschinen immer individuellere Kundenwünsche erfüllen müssen, wird dies jedoch nicht mehr möglich sein. Die Fähigkeit der Maschinen zur Kooperation, sowohl bei Software als auch bei Mechanik, wird eine Voraussetzung, um im großen Produktionsverbund konkurrenzfähig zu bleiben. Solche Technik allein zu entwickeln, wäre widersinnig.
Eine moderne, modulare Fertigungsmaschine wird, ähnlich wie ein Auto heute, ein Gemeinschaftsprodukt von vielen Spezialisten sein. Und sie muss sich bei sich schnell verändernden Anforderungen – etwa durch immer kürzere Produktzyklen – als wandlungsfähig erweisen.
Das könnte zum Beispiel bedeuten: Eine Metallbearbeitungsmaschine in Schweden bekommt ein deutlich günstigeres Kühlsystem als das gleiche Produkt, das in Indien zum Einsatz kommt. Während den Schweden möglicherweise besonders hohe Anforderungen an die Bohrpräzision wichtig sind, reicht dem Hersteller in Übersee ein deutlich günstigeres Werkzeug.
Bisher wurden für beide Kundengruppen völlig unterschiedliche Maschinen entwickelt. Die ökonomischen Vorteile von Spezialisierung und Skaleneffekten wurden in der Branche oft ignoriert. Was aus Sicht des deutschen Maschinenbaus zunächst nicht problematisch war, weil es alle anderen Unternehmen ebenso handhabten. Doch nun tauchen neue Akteure auf, die die Automatisierung der Produktion auf eine ganz andere Weise vorantreiben wollen und sich hervorragend auf Skaleneffekte verstehen.
Vorbild Automobilindustrie
Anfang Februar berichtete das »Wall Street Journal« über eine Kooperation, die bei den Managern des taiwanesischen Auftragsfertigers Foxconn vermutlich eher auf Unbehagen stieß. Google und Foxconn wollen gemeinsam Roboter entwickeln, die in der Lage sind, komplexe Elektrogeräte vollautomatisch zu montieren. Foxconns wichtigster Kunde ist Apple, Googles Rivale. In chinesischen Fabriken fertigt Foxconn den Großteil der iPhones und iPads. Das Roboter-Projekt wird bei Google von Andy Rubin geleitet, dem Entwickler des Android-Betriebssystems.
Bereits im vergangenen Jahr war bekannt geworden, dass der Internet-Riese mindestens acht Firmen aus der Robotik-Branche übernommen hatte. Beobachter gingen damals davon aus, dass Google vor allem Interesse an der Automatisierung der Logistik hatte. Doch mit der Partnerschaft mit Foxconn ist klar: Die Hersteller von Fertigungsmaschinen haben nun einen neuen, sehr starken Konkurrenten.
Günther Schuh, Mitglied der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften und Direktor des Forschungsbereichs Produktionssystematik an der RWTH Aachen, reagiert zunächst nachdenklich auf die Frage, was es bedeutet, dass Google und Foxconn gemeinsam Roboter bauen. Dann formuliert er seine Antwort in drei Punkten: „Erstens werden die Stückzahlen von kleinen Fertigungsrobotern exponentiell steigen und damit zu einem drastischen Preisverfall in diesem Segment führen. Zweitens werden diese kleinen Roboter in naher Zukunft viel mehr können als heute – sie werden größere Lasten tragen, komplexere Aufgaben übernehmen, sich wie Spielzeugroboter selbst wieder aufrichten, wenn sie mal umfallen, und sie werden extrem flexibel für viele verschiedene Einsatzmöglichkeiten programmierbar sein. Und drittens werden diese massenhaft eingesetzten Roboter Informationen in Echtzeit verarbeiten und intensiv miteinander kommunizieren.“
Das ist die Maschine der Zukunft. „Mittelständische Anbieter von Fertigungsrobotik, die sich nicht auf den rapiden Preisverfall und die Integration des Internets einstellen, werden es künftig sehr schwer haben“, prognostiziert Günther Schuh. Einen kleinen Trost für Nischenanbieter gibt es jedoch: „Der Maschinenbau ist eine zu kleinteilig strukturierte und heterogene Branche, als dass sie durchgehend für Google interessant wäre. Die werden auch künftig keine Textil-, Werkzeug- oder Druckmaschinen bauen.“
Jürgen R. Schmid
Auch die Produktion wird zum Service
Zukunftsweisende Begriffe zu prägen ist die leichtere Übung – sie mit Leben zu füllen, die schwerere. Beim Schlagwort Industrie 4.0 verhält es sich heute wie mit Big Data vor zwei Jahren: Viele verwenden den Begriff, aber nur wenige haben eine präzise Vorstellung davon, was er eigentlich bedeutet.
Politiker, Ministerialbeamte und Verbandsvertreter nutzen Industrie 4.0 oft als Synonym für die Stärkung des Industriestandorts Deutschland. Forscher fügen ihn in Projektanträge ein, um ihre Chancen auf Fördermittel zu steigern. Maschinenbauunternehmen wiederum nutzen den Begriff in ihrem Marketing, indem sie in ihre herkömmlichen Produkte ein paar zusätzliche Sensoren einbauen, „Industrie 4.0“ draufschreiben und hoffen, dass ihre Kunden glauben, so würde die Zukunft in ihre Fabrikhallen einziehen.
„So wird das nichts.“ Davon ist Volker Schiek überzeugt. Als Geschäftsführer des Landesnetzwerks Mechatronik Baden-Württemberg betont er, dass die technische Revolution der vernetzten Maschinen nur gelingen kann, wenn die deutschen Maschinenbauer ihre Haltung ändern. „Wir müssen endlich erkennen, wer unsere wahren Gegner sind. Und die sitzen nicht im gleichen Dorf, sondern in Fernost und in den USA.“
Schiek selbst hat als leitender Entwicklungsingenieur lange an Maschinen mitgearbeitet. Vor etwa zehn Jahren widmete er sich dann der Beschleunigung von Kommunikation. Sein Ziel: Er möchte, dass die mittelständische Maschinenbauindustrie, die bislang durch Spezialistentum und Geheimhaltungsstrategien geprägt ist, den gleichen Weg geht wie die Maschinen, die sie produziert – mehr Kooperation und Vernetzung. „Denn nur so können sie vernetzte Maschinen bauen, die auf dem Weltmarkt konkurrenzfähig sind.“
Das klingt nach einer Selbstverständlichkeit. Doch als das Landesnetzwerk kürzlich die Inhaber und Geschäftsführer bedeutender Maschinenbauunternehmen zu einem Treffen nach Schwäbisch-Gmünd einlud, war der häufigste Kommentar: „Schön, dass wir uns endlich mal kennenlernen.“ Diese Äußerung kam von Unternehmern, die oft nur wenige Kilometer voneinander entfernt sehr ähnliche Maschinen bauen – und sich auf der Hannover-Messe konsequent aus dem Weg gehen.
Schiek vergleicht die internationale Wettbewerbssituation der vernetzten Produktion mit der Entwicklung des Elektroautos: „Die Chinesen wissen, dass sie beim Verbrennungsmotoren nicht mit den westlichen Ländern konkurrieren können. Also setzen sie auf Massenproduktion und konzentrieren sich auf die Innovationen der Elektromobilität, um dort weltweit führend zu sein. Wenn ihnen das gelingt, werden sie den Weltmarkt mit ihrer Masse dominieren.“
Die gute Nachricht: Schiek, der schwäbische Ingenieur und Verbandsvertreter, strahlt genau jene Mischung aus Zerknirschtheit, Selbstkritik und Veränderungswillen aus, die den deutschen Maschinenbau seit dem Ende des 19. Jahrhunderts immer wieder an die Weltspitze geführt hat. Vor rund 20 Jahren erschien in der »Harvard Business Review« eine Studie, die unmissverständlich darauf hinwies, dass das Wirtschaftswunder des deutschen Maschinenbaus vorbei sei und eine Phase des Niedergangs bevorstehe. Es folgten jedoch zwei Jahrzehnten des Wachstums.
Nach intensiver Problemanalyse findet Schiek auch rhetorisch wieder zu seiner Stärke: „Wir brauchen oft länger als andere, um grundlegende Veränderungen in Märkten und Technologien zu erkennen. Aber wenn wir sie einmal begriffen haben, setzen wir eine ganze Maschinerie in Bewegung. Dann können wir mit unserer Kompetenz – vom Lehrling bis zum Ingenieur – oft schneller innovative und zuverlässige Produkte liefern als andere.“
Jürgen Schmid, der zurückhaltende Designer im weißen Anzug, schaut auf sein „technoides Tier“ – einen Pappkameraden, der die Zukunft der Branche veranschaulichen soll. Schmid könnte viel über die technischen Voraussetzungen der Maschinen-Cloud und die Rolle von Standardisierung sprechen. Er könnte erklären, wie Industrie 4.0 die große Chance bietet, die Produktion mit einem hohen Automatisierungsgrad zurück nach Europa zu holen, weil Roboter hier genauso günstig arbeiten können wie in Asien. Oder darüber, wie sich die Geschäftsmodelle in der Fertigung ändern werden, wenn Hersteller nicht mehr Maschinen kaufen, sondern Produktionskapazitäten wie Strom aus der Steckdose beziehen – ein Konzept, das als „Production as a Service“ bezeichnet wird.
Doch Schmid tut das nicht. Stattdessen sagt er: „Industrie 4.0 ist für mich vor allem eine Selbstverpflichtung, besser zusammenzuarbeiten. Gemeinsam bessere Maschinen zu bauen und gemeinsam Wettbewerbsvorteile zu erzielen.“
