Was bedeutet Retrofit/Retrofitting?

Das Wort Retrofit leitet sich vom lateinischen Wort „retro“ (rückwärts) und dem englischen „to fit“ (anpassen) ab. Teilweise ist der Begriff auch als „Aktionierung“ bekannt. Beim digitalen Retrofit geht es darum, bereits bestehende Maschinen, Anlagen und Geräte nachträglich durch moderne Bauteile, wie beispielsweise modernste Sensoren, nachzurüsten. Alte Anlagen werden auf den Stand modernster Technik angepasst. Das bringt den Vorteil, dass Maschinen, Anlagen und Geräte nicht komplett neu angeschafft werden müssen. In den meisten Fällen ist die Neuanschaffung teurer als das Retrofitting.

Der Begriff Industrie 4.0 schwirrt viel durch die Gefilden der Digitalisierung. Doch was genau bedeutet es, wenn man von Industrie 4.0 redet? Unter Industrie 4.0 ist die datengesteuerte, mit Hilfe von künstlicher Intelligenz (KI) gestützte und vernetzte Fabrik (auch Smart Factory genannt) gemeint. Die Kernprinzipien der Industrie 4.0 lauten:

• Menschen, Maschinen und andere Dinge im physischen sowie virtuellem Bereich (Internet of Things) werden miteinander vernetzt.
• Daten, die von Werkzeugen und Systemen analysiert und ausgewertet werden, sollen die Produktionseffizienz und -flexibilität erhöhen.
• Virtuelle Tests vor der eigentlichen Produktion sollen die Produktqualität verbessern und dazu führen, dass das Produkt schneller auf den Markt gebracht werden kann.
• Durch KI-gestützte Fertigung, Planung und Wartung.

Industrie 4.0 bedeutet letztendlich, dass traditionelle Prozesse durch die Digitalisierung miteinander verschmolzen werden. Dadurch entstehen intelligente Wertschöpfungsketten. Diese beginnen bei der Entwicklung, laufen über die Fertigung, Montage, Produktauslieferungen bis hin zur Instandhaltung und enden zum Schluss beim Recycling. Für die Industrie 4.0 ist das Retrofitting eine wichtige Vorgehensweise wie die Altanlagen in die Digitalisierungsstrategie eines Unternehmens integriert werden können.

Was sind die Merkmale der Industrie 4.0 und was zeichnet sie aus?

Im Mittelpunkt der Industrie 4.0 steht die Smart Factory bzw. intelligente Fabrik. Ziel ist es, eine Produktion zu schaffen, bei der sich Menschen, Maschinen, Produkte und Anlagen selber organisieren und eigenständig miteinander kommunizieren. Folgende Merkmale sind für die Industrie 4.0 kennzeichnend:

• Bessere Produktion: Dadurch, dass die Produktionsstraßen zukünftig modular aufgebaut sind, werden sie deutlich flexibler. Das bedeutet, dass im Idealfall ein Produkt zukünftig in verschiedenen, klar definierten Ausführungen hergestellt werden. Der große Vorteil ist, dass dann Maßanfertigungen bzw. spezielle Kundenwünsche zu Kosten umgesetzt werden können, wie sie gegenwärtig nur in der Massenproduktion möglich sind. Das Verhältnis zwischen Kunden und Produzenten wird ein viel engeres werden, da viel besser auf die Kundenwünsche eingegangen werden kann. Für die Zielgruppe können die Produzenten maßgeschneiderte Produkte herstellen.
• Produktion kann besser abgesichert werden: Dadurch, dass in der intelligenten Fabrik die Daten der Maschinen und Prozesse umfangreich und schnell ausgewertet werden können, ist eine vorausschauende Wartung gewährleistet. Eine vorausschauende Wartung / Instandhaltung wird auch Predictive Maintenance genannt. Durch die Echtzeitverarbeitung der Prozess- und Maschinendaten ist es möglich, dass genaue Prognosen gestellt werden können, was die Ausfallzeiten einer Maschine deutlich reduziert.
• Logistiklösungen sind besser optimiert: Auf Grund der Digitalisierung können Prozesse und Warenketten anhand von Algorithmen berechnet und dementsprechend angepasst bzw. verbessert werden. Lager und Maschinen melden eigenständig, ob benötigte Produktionsmittel fehlen. Dadurch kann schneller und flexibler auf fehlende Lagerbestände reagiert werden. Um diesen Ansatz noch weiter zu perfektionieren, ist es sinnvoll, die Produktionskapazitäten über die eigenen Produktionsgrenzen hinaus auszuweiten. Bei diesem Schritt vernetzt sich das eigene Unternehmen firmenübergreifend mit anderen Produktionsstätten. Dadurch ist es möglich, auf die oftmals schwankenden Marktbedingungen schnell zu reagieren. Durch die Smart Factories sind besonders effiziente Auslastungen der Kapazitäten gewährleistet, wodurch kostensenkend und ressourcenschonender produziert werden kann. Unternehmen A, welches freie Kapazitäten besitzt, teilt sich mit Unternehmen B, welches voll ausgelastet ist, die Kapazitäten. Nutzt Unternehmen B die Chance, sich mit Unternehmen A die Kapazitäten zu teilen, erweitert Unternehmen B zum einen die eigenen Produktionsmittel und ermöglicht zum anderen Unternehmen A eine bessere Auslastung. Beide Unternehmen profitieren, da sie Auftragsschwankungen besser abfedern können. Eine solche, von Produktion, die auf die Aufträge entsprechend zugeschnitten ist, setzt voraus, dass die einzelnen Herstellungsschritte standardisiert sind. Hierdurch werden gleichzeitig die Voraussetzungen geschaffen, dass die Auftragskalkulation, -vergabe und -steuerung automatisiert ablaufen, welches eine höhere Effizienz gewährleistet.
• Ressourcen werden aktiv geschont: Dadurch, dass gleich zu Beginn des Designprozesses die einzelnen Produktgruppen festgelegt werden und bestimmt wird, in welchem Maße entsprechende Mittel und Elemente wiederverwendet oder anderweitig eingesetzt werden, kann man ressourcenschonender produzieren.
• Bessere Nutzung der Daten: Auf Grund der Digitalisierung und Vernetzung der Maschinen und Prozesse fallen eine Unmenge Daten an (Big Data). Diese Daten können besser und effizienter zusammengetragen und ausgewertet werden. Hierdurch ergeben sich viele neue Service-Lösungen.

Was verbindet Retrofit und Industrie 4.0 miteinander?

Auch beim Thema Retrofitting spielt das IoT eine gewichtige Rolle. Daten und das Vernetzen der Maschinen untereinander durch das Internet of Things sind die Grundlage für Digitalisierung und Industrie 4.0. Es gibt immer noch eine Vielzahl von Unternehmen, die befürchten, dass durch die Digitalisierung zu viele Anlagen und Maschinen in der Fertigung neu angeschafft werden müssen. Wie weiter oben erwähnt, ist eine Neuanschaffung der Maschinen und Anlagen in vielen Fällen dank Retrofit gar nicht nötig. Durch das Umrüsten einer bereits vorhandener Maschine kann diese dank modernster Technik mit anderen kommunizieren und sind zudem untereinander vernetzen. Damit ist die Grundlage für die Industrie 4.0 auf Basis des Internet of Things geschaffen.

Wann ist ein digitaler Retrofit möglich?

Retrofitting kann meistens bei jeder Anlage durchgeführt werden. Egal ob alte Maschinen oder alte Anlagen: Das Alter und die Nutzungsdauer der Maschine spielt keine Rolle. Es gibt viele Hersteller, die das ungemeine Potenzial vom Retrofitting erkannt haben und Retrofit-Komponenten zum Nachrüsten anbieten. Prinzipiell wird für Retrofit neue Hard-, und Software aus dem Bereich der Sensoren und Kommunikation benötigt. Ob von der Kostenseite her ein Retrofit immer sinnvoll ist, muss vorab durch eine Kosten-Nutzen-Analyse geklärt werden.

Was beim Retrofitting beachtet werden sollte

Neben der gerade erwähnten Kosten-Nutzen-Analyse, die vor einem Retrofit oder einer Neuanschaffung durchgeführt werden muss, sind noch weitere Fragen im Vorfeld zu klären:

• Wie sehen die eventuell bereits vorhandenen Schnittstellen aus?
• Sind die für eine Vernetzung benötigten Protokolle untereinander kompatibel?
• Sind entsprechende Kommunikationswege vorhanden?
• Sollen Sensoren mit integrierter drahtloser Schnittstelle oder kabelgebundene Sensoren eingesetzt werden?

Wie läuft ein digitales Retrofit ab?

Zuerst müssen die vorhandenen Prozesse und Maschinenabläufe analysiert werden. Es müssen Fragen beantwortet werden, ob die vorhandene Maschine die nötigen Voraussetzungen bzw. Leistungen erbringen, die für eine Digitalisierung notwendig sind. Nach diesen Ergebnissen sieht man, welche Hard-, und Software benötigt wird.

Wenn alle Systeme, die nachgerüstet werden sollen, ausfindig gemacht worden sind, werden die betroffenen Anlagen modernisiert. Es kann sein, dass nur ein Teil der notwendigen Umrüstungsarbeiten im eigenen Betrieb stattfinden kann. Im nächsten Schritt wird die Technik bereitgestellt, die notwendig ist, damit die Maschinen untereinander vernetzt sind. Im letzten Schritt werden die benötigten Sensoren installiert und in die Kommunikation mit eingebunden. Die bereitgestellten Maschinen- und Sensordaten werden dann von der steuernden oder überwachenden Software erfasst. Nun werden die Daten analysiert und die Produktionsabläufe digital integriert.

Was sind die Vorteile von Retrofit?

Retrofit hat zahlreiche Vorteile gegenüber der Neuanschaffung, aber auch allgemeine Vorteile

• Investitionskosten: Die Aufwertung der technisch veralteten Anlagen ist im Vergleich zum Neukauf meist kostengünstiger. Durch eine Nachrüstung mit entsprechenden Technologien ist eine Modernisierung möglich ohne eine Neu-Investition zu tätigen. Dies ist einer der Vorteile welche als besonders erstrebenswert erachtet werden.
• Mitarbeiter: Jahrelange Mitarbeiter sind routiniert im Umgang mit der Bedienung einer Maschine. Tauscht man die Vorrichtung aus, so müsste die Bedienung neu erlernt werden. Erfolgt stattdessen eine Modernisierung, behält sie den Großteil ihrer Funktionen bei. Dadurch können hohe Umschulungsaufwände und Ressourcen eingespart werden.
• Industrie 4.0: Durch die Erweiterung um beispielsweise Sensoren kann eine technisch veraltete Maschine mit dem Internet of Things (IoT) vernetzt werden. Die Digitalisierung ermöglicht Datenübertragen nahezu in Echtzeit. In weiterer Folge können diese Daten für Analysen und als Basis für wesentliche Entscheidungen genutzt werden.
• Umbau und Stellplatz: Da bei einer Aufrüstung die ursprüngliche Maschine nicht entsorgt oder neu positioniert werden muss, bleibt sie meist auf ihrem gewohnten Stellplatz. Dadurch erspart man sich umständliches Umbauen der Maschine und hohen Platzmangel.
• Potentialsteigerung: Wird eine Maschine modifiziert und ihr Fundament bleibt erhalten, kann das ursprüngliche Potential genutzt werden. Da ihre Bestimmung nicht verändert wird, führen diverse Anpassungen zu Verbesserung. Dies schöpft das Potential der Anlage aus und kann im besten Fall die Produktqualität steigern bzw. ihre Effizienz erhöhen.
• Gesetzgebung: Um gesetzliche Vorgaben auch mit alternden Anlagen zu erfüllen, erweisen sich Umbauten oder Erweiterungen der Anlagen als besonders vorteilhaft. Zu den Vorgaben welche eingehalten werden müssen, zählen beispielsweise Emissionssenkung oder Arbeitssicherheit

Des Weiteren profitieren Unternehmen von der Verfügbarkeit neuer Teile. Während die Ersatzteile älterer Modelle meist schwerer anzuschaffen sind, werden neue Maschinenelemente öfter produziert und können dementsprechend einfacher nachbestellt werden. Zudem können wesentliche Anlageneigenschaften wie Funktionalität, Produktivität und meist auch Qualität optimiert und gesteigert werden.

Selbstverständlich muss man berücksichtigen, dass nicht jede Maschine upgedated werden kann. In Zusammenarbeit mit einem Spezialisten können individuelle Einschätzungen über die Sinnhaftigkeit eines Retrofittings getroffen werden. Zudem sollten Sicherheitsbestimmungen stets überprüft und auf Basis der Rechtslage angepasst werden (Maschinensicherheit, Mitarbeiterschutz).

Welche Vorgehensweise kann verfolgt werden?

Eine systematische Herangehensweise ist beim Nachrüsten einer Maschine essenziell. Zu Beginn bedarf es einer ausführlichen Analyse. Diese beinhaltet Antwortet auf folgende Fragen: Welche Ziele werden verfolgt, wie können diese erreicht werden und welche konkreten Informationen sind nötig um das Ziel zu erreichen? Dabei spielen Informationen über Maschinenauslastung, Energieverbrauch, Programm- oder Maschinenstatus eine wesentliche Rolle.

Neben den auffallenden finanziellen Vorteilen, welche sich durch eine Aufrüstung ergeben, sind ressourcenschonende Effekte, wie z.B. der Entfall von aufwändigen Mitarbeiterschulungen entscheidende Kriterien, die für ein Retrofitting sprechen. Vor einer Umrüstung werden klarerweise die Umsetzbarkeit geprüft und danach smarte Ziele definiert. Neuanschaffungen kostspieliger Anlagen sind also nicht immer notwendig und können mit vergleichsweise geringem Aufwand zur verlängerten Lebensdauer leistungsfähiger Anlagen führen.

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