Die WZM-Branche leidet unter der aktuellen Wirtschaftslage, doch Sie nutzt die Zeit, um sich Zukunftsthemen zu widmen. Wir haben die wichtigsten Trends für Sie zusammengefasst.

Von Nachhaltigkeit über die Digitalisierung hin zu Technologien für neue Antriebsarten - wir haben die relevantesten Trends der Werkzeugmaschinen-Industrie für Sie zusammengefasst. - (Bild: Pixel B – stock.adobe.com)

Der Werkzeugmaschinenbau durchlebt momentan schwierige Zeiten, doch "die Werkzeugmaschinen-Industrie wäre nicht die Werkzeugmaschinen-Industrie, wenn sie vor diesem Hintergrund nicht alle Hebel in Bewegung setzte, sich flankierend auch ein wenig neu zu erfinden", sagt Dr. Heinz-Jürgen Prokop, Vorsitzender des Vereins Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) und Geschäftsführer von Trumpf Werkzeugmaschinen, auf der VDW-Jahrespressekonferenz im Februar.

"Dieser Hintergrund" bezog sich auf der Pressekonferenz noch auf den zyklischen Konjunkturrückgang und den damit verbundenen Nachfrageeinbruch sowie den Strukturwandel in der Automobilindustrie, handelspolitische Konflikte und den Coronavirus-Ausbruch in China. Nun ist das Virus auch in Deutschland angekommen und legt das öffentliche Leben und auch viele Produktionswerke still. Aber was vor diesem Hintergrund galt, sollte auch in der nun ausgewachsenen Coronakrise noch gelten: Schwierige Zeiten bieten die Chance, sich neu zu erfinden.

Deshalb geht es in diesem Artikel nicht (direkt) um die Pandemie bedingten Schwierigkeiten (Informationen dazu finden Sie unter anderem in unserem Corona-Krisen-Blog), sondern darum, wie sich die Unternehmen der Werkzeugmaschinen-Branche technologisch aufstellen, um auch diese Krise zu überstehen und danach in eine erfolgreiche Zukunft zu starten.

"Im Werkzeugmaschinenbau werden Themen wie Domestic Sourcing, also die Beschaffung unternehmenswichtiger Ressourcen aus dem geografisch nahen Umfeld, an Bedeutung gewinnen, um in Zukunft eine nachhaltige Versorgung sicherstellen zu können", berichtet Prof. Christian Brecher gegenüber PRODUKTION. Der Maschinenbau-Ingenieur ist Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT und Inhaber des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen am Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen.

Die Notwendigkeit einer geografisch nahen Supply Chain zeige sich momentan auch in der sich ausbreitenden Covid-19-Pandemie: "Die fehlende kurze Reaktionszeit der industriellen Produktion auf globale Ereignisse, stellt für die exportorientierte Werkzeugmaschinen-Branche eine ernste Bedrohung dar", so Brecher. Aber auch EU-Vorgaben - wie der Green Deal - könnten sich auf die Relevanz lokaler Lieferketten auswirken.

Solche Vorgaben wirken sich aber nicht nur auf die Lieferketten aus, sondern inspirieren auch zu weiteren nachhaltigen Lösungen. "Die aktuelle Diskussion um mehr Klimaschutz kann befruchten, lenkt sie doch den Blick auf das technisch machbare, um die anspruchsvollen Ziele der CO2-Reduzierung zu erreichen", erläutert Prokop. Dazu könne gerade die Werkzeugmaschine als Kernkomponente der Industrie-Produktion einen Beitrag leisten.

Mehr dazu wie insbesondere die Zerspanung nachhaltiger werden kann, was Maschinen- und Werkzeughersteller dafür tun und warum Sie jetzt handeln sollten, erfahren Sie in diesem Beitrag:

Ist Ihre Zerspanung tatsächlich nachhaltig? PRODUKTION erklärt wie sie es werden kann und was es Ihnen im Endeffekt bringt. Lesen Sie, warum die Fertigungstechnologie ein Schlüsselfaktor für nachhaltige Produkte ist.

"Werkzeugmaschinen deutscher Herkunft gehören zu den nachhaltigsten Produkten, die es derzeit gibt", so Prokop. "Sie zeichnen sich durch eine lange Nutzungsdauer aus." Außerdem werden die Maschinen eher generalüberholt und als Gebrauchtmaschinen weiterverkauft, als dass sie ausrangiert werden.

Des Weiteren widmen sich die Hersteller dem Energieeinsatz während der Nutzung. "Das Rohmaterial und die Strom- und Medienverbräuche bestimmen die CO2-Bilanz der Produktion mit", sagt Prokop. "Deshalb arbeiten Hersteller beispielsweise an Software, mit der Verschnitt und Abfall weiter reduziert werden." In Kombination mit der passenden Hardware könnte dabei der Verbrauch von Medien um bis zu 70 Prozent reduziert werden.

Zusätzlich zu immer nachhaltigeren Maschinen entwickeln die Werkzeugmaschinen-Hersteller aber auch Technologie-Lösungen für nachhaltigere Produkte. Eines von vielen Beispielen hierfür ist die Cylinder Bore Coating (CBC) Technologie von Heller. Das Beschichtungsverfahren, das die Prozessschritte Aufrauen, Beschichten, Feinspindeln und Honen zusammenführt, reduziert den Kraftstoff- und Ölverbrauch der Motoren dank 50 Prozent geringerer Reibwerte zwischen Kolben und Zylinder.

Die Nachfrage nach solchen Produkten nimmt zu: "Mit unserer Heller CBC Beschichtungstechnologie für Zylinderbohrungen in Kurbelgehäusen sind wir heute am Markt etabliert und wir entwickeln diese ebenfalls für ein breiteres Anwendungsfeld weiter", berichtet Heller-Geschäftsführer Manfred Maier.

Alle diese Bemühungen - seien es eine lokale Supply Chain oder rohstoffschonende Produkte - zielen auf ein Ziel ab: nachhaltiges, krisenfestes Wirtschaften. Denn, wie es Prokop passend formuliert: "Mehr Effizienz in der Produktion ebnet den Weg in die Kreislaufwirtschaft und unterstützt nachhaltiges Wirtschaften."

Maschinenbauer unterstützen die Automobilindustrie bei der Elektromobilität. Was produktivere Bearbeitungsstrategien und präzise Bauteile bei E-Autos bewirken. Lesen Sie in diesem Beitrag, wie auch diese Technologie-Lösungen zu nachhaltigeren Produkten führen.

Nicht nur Nachhaltigkeit macht krisensicher, auch neue Geschäftsmodelle können dabei helfen. "Insbesondere in Zeiten einer globalen Krise zeigt sich, wie wichtig ein diversifiziertes Produkt- und Dienstleistungsportfolio ist", erläutert Brecher. "Vor dem Hintergrund, dem Kunden flexibilisierte und vor allem garantierte Produktionskapazitäten bereitzustellen, müssen neue Geschäftsmodelle entwickelt werden, die neben individuellen Abrechnungsmodellen das Einbinden Dritter ermöglichen."

Konkret bedeute das für die Werkzeugmaschinen-Industrie, dass in der Interpretation der eigenen Rolle im Wirtschaftssystem ein Paradigmenwechsel stattfinden muss: Die Hersteller müssen weg davon, lediglich Produktions-Hardware zur Verfügung zu stellen. Stattdessen müssen sie dazu übergehen, kontinuierlich Fertigungsherausforderungen der Anwender zu lösen.

Damit dies möglich wird, müssen bestimmte Technologien weiter vorangetrieben werden, beispielsweise die digitale Vernetzung: "Den größten Hebel wird in Zukunft die digitale Vernetzung bieten", erklärt Prokop. "Sie ist der Enabler für neue Geschäftsmodelle, ein Terrain, auf dem mit Kreativität noch viel zu erreichen ist."

Die Digitalisierung beziehungsweise die Industrie 4.0 ist das Thema, das bei der Frage nach aktuellen Themen in der Werkzeugmaschinen-Branche besonders häufig genannt wird; und das, obwohl digitale Technologien bereits in den 60er-Jahren im Werkzeugmaschinenbau auftauchten – mit der Einführung der CNC-Steuerung. Heute geht es aber lange nicht mehr nur um einzelne Technologien, sondern auch um deren zentrale Vernetzung im Sinne der Industrie 4.0.

Der Grund für diese vierte industrielle Revolution ist simpel: Lösungen im Rahmen der Industrie 4.0 können die technisch vorhandenen Potenziale noch besser ausnutzen und ermöglichen neue Geschäftsmodelle. Es ist aber keinesfalls simpel, den digitalen Wandel zu verwirklichen, denn häufig fehlen bereits die Grundvoraussetzungen.

„In Zukunft wird die gewinnbringende Nutzung von Daten direkt aus der Produktion ein zentrales Thema für produzierende Unternehmen sein", postuliert Brecher. "Hierbei wird sich die gesamte Werkzeugmaschinen-Branche der überaus relevanten Frage stellen müssen, inwiefern sie für ihre Kunden die Maschinen-basierte Infrastruktur für die Generierung von Daten realisieren kann."

Das ausführliche Interview mit Prof. Christian Brecher können Sie übrigens bei unserem Schwestermedium FERTIGUNG lesen.

Mit diesen direkt in der Produktion entstehenden Daten kann Mehrwert geschaffen werden, zum Beispiel mithilfe von Quality Monitoring und Predictive Maintenance. Dazu ist laut Brecher allerdings die Vernetzung der Maschinen unabdingbar: „Um diese Ansätze noch weiter voranzutreiben, ist es dann notwendig, die Werkzeugmaschinen untereinander zu vernetzen und die Datenbasis stetig zu vergrößern.“

Mit dieser Vernetzung beschäftigt sich auch der VDW, und zwar mit der Grundvoraussetzung für die Datennutzung, der standardisierten Kommunikationsschnittstelle Umati.

Gemeinsam mit dem VDMA und den Mitgliedsunternehmen arbeitet der Verband an der Konnektivitätsinitiative Umati (universal machine technology interface) und den zugehörigen OPC UA Companion Specifications - der Machine Tool Specification (VDW) und der Machine Specification (VDMA). Laut VDW sollen in der zweiten Jahreshälfte erste konkrete Produkte zur Verfügung stehen und die finale Spezifikation soll im Spätherbst 2020 veröffentlicht werden.

Die Umsetzung von Industrie 4.0 erfordert die Integration von Werkzeugmaschinen in Informationssysteme. Bisher gibt es dafür keine standardisierte Schnittstelle. Wie ein Projekt des VDW das ändern möchte und warum Schnittstellen so wichtig sind. Lesen Sie hier mehr zu Umati und der OPC UA Companion Specification.

Während Umati sich der Herausforderung eines branchenweiten Standards stellt, tüfteln die Maschinen-Hersteller an eigenen neuen Produkten für die digitale Produktion:

"Die Digitalisierung der Fertigung bietet hohes Potenzial für unsere Kunden, die Produktivität ihrer Anlagen weiter zu steigern", so Bernd Hilgarth, Geschäftsführer Vertrieb bei Chiron. "Mit Software-Lösungen und Services auf Basis unseres SmartLine-Programms tragen wir diesem Trend Rechnung." Das modulare SmartLine-Softwareportfolio schafft die Voraussetzungen, Informationen aus Bearbeitungszentren zielgerichtet auszuwerten. Damit ist es die Grundlage der digitalen Dienstleistungen der Chiron Group.

Auch Heller widmet sich vermehrt Produkten für die Digitalisierung, berichtet Geschäftsführer Maier: "Wir haben mit Heller4Industry einen Rahmen für neue Industrie 4.0 Technologien geschaffen. Das kontinuierliche Ziel ist es dabei, die Overall Equipment Effectiveness, für uns das Produkt aus Verfügbarkeit, Produktivität und Qualität, zu steigern. Heller betrachtet dabei das komplette Umfeld einer Fertigungssituation."

Das sind erste Ansätze, aber die Werkzeugmaschinen-Branche muss weiterhin mehr Fahrt aufnehmen. Das sieht auch der Leiter des Fraunhofer IPT so: "Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die betreffenden Unternehmen massiv in ihre Digitalkompetenzen investieren müssen, damit das große zu erwartende Geschäft mit der Digitalisierung am Ende nicht die Unternehmen übernehmen, die mit klassischem Maschinenbau nichts mehr zu tun haben", resümiert Brecher.

Die Digitalisierung bietet also viele Vorteile, aber sie bringt auch neue Gefahren mit sich, denn geraten die Daten in die falschen Hände, kann es schnell unangenehm werden.

Laut einer Studie des Digitalverbands Bitkom nehmen die kriminellen Attacken - sowohl analog als auch digital - auf Unternehmen stark zu. Während 2017 erst 43 Prozent der Unternehmen von digitalen Attacken betroffen waren, sind es 2018/2019 schon 70 Prozent der befragten Firmen gewesen, bei denen Schäden durch Cyberangriffe entstanden sind.

Ein prominentes Beispiel dafür ist sicherlich der Hackerangriff auf Pilz im vergangenen Jahr - lesen Sie mehr dazu hier:

Der Hackerangriff auf Pilz schockte auf dem Maschinenbau-Gipfel die deutsche Industrie. Auch heute ist die Webseite des Unternehmens noch nicht voll funktionsfähig. Gleichzeitig gerät der Mittelstand vermehrt ins Visier von erpresserischen Hackern - während die Firmen selbst die eigene Digitalisierung vorantreiben. Hier geht's zum Artikel.

Da die Gefahren also zunehmen, müssen sich Maschinen-Hersteller darauf vorbereiten und ihre IT-Systeme sowie Maschinen schützen. In einem Interview mit dem VDW betont Heinz-Uwe Gernhard, Leiter des VDMA-Arbeitskreises Security und im Hauptberuf bei Bosch zuständig für IT-Security, dass sich vor allem das Management mit dem Thema Cybersicherheit beschäftigen muss: "Es ist eine klare und eindeutige Managementaufgabe. Die Verantwortlichen müssen die Risiken, die durch die Vernetzung drohen, ganz klar erkennen und Maßnahmen definieren. Mit Blick auf die Verfügbarkeit der Produktionstechnik müssen sie verstehen, dass ihnen erhebliche Schäden drohen."

Eine der Maßnahmen sei dabei sicherlich der Einsatz von zusätzlicher IT, aber das alleine würde laut Gernhard nicht ausreichen. Es müsse auch das zugehörige Wissen aufgebaut und die organisatorischen Fähigkeiten gestärkt werden. Nur so könne die Sicherheit erhöht werden.

Dabei sei es auch sehr wichtig abzuwägen, was in die Cloud gehört und was nicht. "Die Cloud bietet vielen eine zentralisierte Anwendung mit viel Rechenleistung, wenn die Bandbreite stimmt", berichtet Gernhard gegenüber dem VDW. "Der Anwender muss die Art des Cloud-Einsatzes mit Blick auf seine Risikobereitschaft und Verfügbarkeitsanforderungen und seinen technischen und organisatorischen Fähigkeiten abwägen. Eine andere wichtige Frage ist natürlich das Vertrauen beziehungsweise die Vertrauenswürdigkeit des Anbieters und deren Sicherstellung."

Es gilt also das Thema aktiv anzugehen. Dabei Helfen kann die Zusammenarbeit mit den Verbänden und anderen Unternehmen. Eine Möglichkeit dazu bietet die Arbeitsgruppe 'Sicherheit vernetzter Systeme' der Plattform Industrie 4.0 der Bundesministerien für Wirtschaft und Energie und für Bildung und Forschung. Sie entwickelt Lösungsansätze, Handlungsempfehlungen und konkrete Anwendungsbeispiele für eine sichere, vernetzte Industrie.

Die Digitalisierung im Maschinenbau bietet viele Vorteile, doch digital gespeicherte Daten gehen leichter verloren, als man denkt. Effektive Datensicherheit wirkt dem entgegen. Erfahren Sie hier die Grundlagen der Datensicherheit im Maschinenbau.

Während die Digitalisierung und vor allem die Forschung (lesen Sie dazu mehr im Interview mit Prof. Christian Brecher auf fertigung.de) und die Entwicklungsabteilungen dominiert, bearbeiten die Konstrukteure weitere Themen, die für eine zukünftige Smart Factory unabdinglich sind - zum Beispiel die Automatisierung.

So ist das auch bei Chiron, wie Geschäftsführer Hilgarth berichtet: "Die Automatisierung ist ein Dauerbrenner, deshalb bieten wir ab dem zweiten Halbjahr nun auch die Baureihe 16 mit VariocellUno, unserer bewährten Standard-Roboterzelle, an."

Bei der Automatisierung geht es darum, die Verfügbarkeit und Flexibilität der Produktionsanlagen deutlich zu erhöhen und den Fachkräfte-Mangel auszugleichen. Tatsächlich benötigt die zunehmende Automatisierung aber auch neue Fachkräfte: "Um dem Trend zur Automatisierung Rechnung zu tragen, bauen wir unsere Konstruktions- und Softwareabteilung weiter aus", erzählt Dennis Hempelmann, Geschäftsführer der Hedelius Maschinenfabrik. "Bei automatisierten Anlagen wird außerdem das Thema Service zukünftig von zentraler Bedeutung sein. Aktuell haben wir mehrere Servicetechniker in Ausbildung, um hier dem hohen Anspruch unserer Kunden auch in Zukunft weiter gerecht zu werden."

Bei Hedelius fokussiert sich die Automatisierung momentan stark auf die Rüstoptimierung mithilfe von Palettenwechslern: "Im Januar dieses Jahres haben wir mit dem Multi-Palettenspeicher Marathon unseren ersten eigenen Palettenwechsler in den Markt eingeführt", berichtet Hempelmann. Der Marathon-Palettenwechsler kann 22 Werkstückpaletten mit Abmessungen 400 auf 400 Millimeter einspeichern und diese automatisch in das 5-Achs Bearbeitungszentrum Acura 65 einwechseln.

"Das Kundeninteresse an dieser Lösung ist sehr groß und wir konnten bereits die ersten Anlagen verkaufen", so der Geschäftsführer. "Da wir aber auch vermehrt Anfragen nach größeren Paletten von unseren Kunden erhalten, werden wir voraussichtlich schon Ende des Jahres einen weiteren Palettenwechsler mit Palettenabmessung 500 auf 500 Millimeter und höherem Transfergewicht vorstellen."

Dies ist nur eines von vielen Beispielen für die Automatisierung von Werkzeugmaschinen. Weitere Beispiele gibt es unter anderem in diesem Beitrag auf unserem Schwesterportal FERTIGUNG, der mitunter Automationslösungen bei Schleifmaschinen vorstellt.

Während die bisher beschrieben Zukunftsthemen vor allem aus dem verstärkten Vorantreiben der Industrie 4.0 in der gesamten Branche hervorgehen, geht ein anderes Thema der Werkzeugmaschinen-Hersteller hauptsächlich aus den Wünschen der Anwender hervor: die beharrliche Weiterentwicklung der eigentlichen Maschinen, denn das ist schließlich die Hauptkompetenz der Unternehmen.

"Wir arbeiten natürlich weiterhin konsequent an Optimierungen", erzählt beispielsweise Heller-Geschäftsführer Maier. "Insbesondere unsere Bearbeitungszentren im 4-Achs- und 5-Achsbereich unterliegen aktuell einer permanenten, evolutionären Weiterentwicklung. Beispiele hierfür sind die optionale Ausstattung der Bearbeitungszentren für Fräs-Dreh-Operationen in einer Aufspannung und die Erweiterung des Spindelprogramms mit neuen Motor-Inline-Spindeln."

Auch bei Hedelius wird viel am Produktprogramm geschraubt: "Wir werden unser Programm an 5-Achs Dreh-Schwenktisch Maschinen der Acura-Baureihe mit der Acura 50 nach unten abrunden", berichtet Hempelmann. Die neue Maschine wird mit einem 500 Millimeter großen Dreh-Schwenktisch ausgerüstet sein und serienmäßig über ein 55-fach Werkzeugmagazin verfügen. "Besonderes Augenmerk wurde bei der Konstruktion auf den Platzbedarf gelegt, da viele Kunden über beengte Platzverhältnisse berichten", sagt der Geschäftsführer. "So konnte die Grundfläche der Acura 50 gegenüber einer 65 um 25 Prozent verringert werden."

Beim Tuttlinger Maschinenbauer Chiron spielt bei der Portfolio-Anpassung auch der Wandel in den Anwender-Branchen eine wichtige Rolle, wie Hilgarth berichtet: "Bei Chiron die Anforderungen aus der Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie im allgemeinen Maschinenbau im Mittelpunkt. Für diese Branchen präsentierten wir im Frühjahr weitere neue Baureihen, speziell für die produktive Bearbeitung großvolumiger Bauteile zum Beispiel für Elektrofahrzeuge."

Chiron ist dabei einer der vielen Werkzeugmaschinen-Hersteller, der sich mit der Fertigung von Bauteilen für die Elektromobilität beschäftigt. Denn noch ist nicht klar, welche Antriebskonzepte die Zukunft dominieren werden. In der Diskussion ist momentan vieles: Hybridisierung, volle Elektrifizierung und Batterietechnologie, Brennstoffzelle und synthetische Kraftstoffe.

Diese Strukturveränderungen der Automobilindustrie bieten WZM-Bauern die Möglichkeit, neue Umsatzträger zu entwickeln, besonders wichtig da andere dadurch wegbrechen. Vor allem Chancen in der Herstellung von Komponenten für Elektromotoren, im Batterie Stack oder der Hochleistungselektronik sollten WZM-Hersteller nutzen. Denn: Die VDMA-Studie 'Antrieb im Wandel' ergab auch bei der jüngsten Aktualisierung, dass bis 2030 gut 20 Prozent der Fahrzeuge bezogen auf die Neuzulassungen in Europa, den USA und China voll elektrifiziert sein werden.

Wie genau Werkzeugmaschinen-Hersteller mit dem Thema Elektromobilität umgehen, erfahren Sie in unserem Artikel "Wie Werkzeugmaschinen-Hersteller Elektroautos effizienter machen".

Zerspanende Werkzeugmaschinen sind in der Industrie unverzichtbar. Die deutschen Hersteller punkten mit hochpräzisen und verlässlichen Maschinen. Doch wo stehen sie im europäischen Vergleich? Das sind die fünfzehn umsatzstärksten Unternehmen Europas.

Diese sieben Trends prägen also momentan hauptsächlich die Werkzeugmaschinen-Industrie. Entwickeln die Unternehmen daraus solide Strategien und neue Geschäftsmodelle, können sie damit die momentan sehr schwierige wirtschaftliche Situation überstehen. So sieht das auch Heller-COO Maier: "Grundsätzlich ist es unser Ziel, auch nach der Krise bestmöglich aufgestellt zu sein. Voraussetzung ist dabei ein funktionierender und effizienter globaler Footprint unserer Unternehmensgruppe in den Bereichen Vertrieb, Service, Engineering und Produktion unter Berücksichtigung der sich eventuell verändernden Rahmenbedingungen."

Es gilt also, die Zeit zu nutzen, um die Rahmenbedingungen so gut wie möglich zu analysieren und das Unternehmen insgesamt zukunftssicher aufzustellen.

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