Innovation 2011 by AZ Fachverlage AG

September 2011

Weg von der Komplexit채t hin zur Einfachheit Die vernetzte Suche nach neuen Technologien Produktkostenkalkulation 체ber den ganzen Lebenszyklus

Individuelle Lösungen mit dem WAGO-eMobility-Baukasten Wir bieten die komplette Infrastruktur für die Ladestation z.B.:

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Geleitwort

Mit Innovationen gegen den starken Franken

ie Schweizer Wirtschaft hat die Wirtschaftskrise gut überstanden. Angetrieben von einer hochinnovativen Exportindustrie läuft sie wieder auf vollen Touren. Das ist die gute Nachricht. Doch es gibt auch eine weniger gute: Der Standort Schweiz könnte in gewissem Sinne zum Opfer seines eigenen Erfolgs werden. Ein überdurchschnittliches Wachstum, eine moderate öffentliche Verschuldung und eine tiefe Arbeitslosigkeit verleihen dem Land eine beispiellose Stabilität. Der Franken gilt bei verunsicherten Anlegern aus dem Dollar- und Euroraum als sicherer Hafen. Solange die Wirtschaft in den USA schwächelt und der Euro an einer Schuldenkrise leidet, wird das wohl so bleiben. Sorgen macht vor allem das Tempo der Kursverschiebungen: Es lässt den Unternehmen kaum Zeit, zu reagieren. Konjunkturexperten gehen davon aus, dass die Gewinnerosion im Exportsektor auch das gesamtwirtschaftliche Wachstum beeinträchtigen wird. Es bleibt uns deshalb nur das Können, der Wille und das Nutzen unserer Vorteile wie etwa die hohe Qualität der Produkte, ein ausgezeichnetes Bildungssystem und die gute Infrastruktur. Gefragt sind nun noch effizientere Prozesse und innovative Produkte, die helfen, den Preisdruck zu mildern. Was für die Unternehmer gilt, gilt selbstverständlich auch für die Politik. Wir müssen weiterhin dafür sorgen, dass der Standort Schweiz von innovationsfreundlichen Rahmenbedingungen profitiert. Deshalb wird der Bund im kommenden Jahr über fünf Milliarden Franken in Bildung und Forschung investieren; 2,7 Prozent mehr als 2010. Bereits gehandelt hat der Bundesrat bei der Förderung der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung. Die nationale Förderagentur für Innovation KTI unterstützt F+E-projektbezogene Kooperationen

zwischen Unternehmen und akademischen Knowhow-Trägern. Ihr Jahresbudget wurde um 10 auf rund 130 Millionen Franken aufgestockt. Ein Teil dieser zusätzlichen Mittel wird zur Finanzierung eines neuen Instruments genutzt, das sich ausdrücklich an exportorientierte Unternehmen richtet. Der sogenannte «Innovationsvoucher» ist eine Kostengutsprache und soll die Umsetzung bereits initiierter F+E-Projekte beschleunigen. Internationale Innovationsranglisten wie das «European Innovation Scoreboard» attestieren der Schweiz seit Jahren eine europäische, wenn nicht sogar weltweite Spitzenposition. Ein Beweis, dass die Protagonisten aus Wirtschaft, Wissenschaft, Bildung und Politik vieles richtig machen. Man sollte jedoch im Auge behalten, dass Rankings stets dem Blick in den Rückspiegel entsprechen; sie basieren auf den Investitionen der Vergangenheit. Jetzt geht es darum, die hervorragende Ausgangslage zu nutzen und in die Zukunft zu blicken. Einfach wird es angesichts des aktuellen Margendrucks nicht. Als Bundesrat und als ehemaliger Unternehmer bin ich davon überzeugt, dass wir im aufkommenden Gegenwind an Stärke gewinnen können und gewinnen müssen.

Johann N. Schneider-Ammann, Bundesrat

Innovation

Forschung

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In dieser Ausgabe

Die neue Simplizität

Themen

Ein Umdenken soll stattfinden in der Produktentwicklung: Statt die Komplexität immer weiter vorwärtszutreiben, soll das Prinzip der Einfachheit eingeschlagen werden. Ein Interview mit den Autoren des Buches «Simplicity».

Geleitwort von Bundesrat Schneider-Ammann Editorial: Es gibt reichlich Platz nach oben Nachrichten aus Industrie und Wirtschaft Einfach simpel Die fünf Prinzipien der Einfachheit «Wie Du gesät hast, so wirst Du ernten» Ist Kreativität lernbar? Innovation braucht Rohstoff Vernetzte Suche nach neuen Technologien Aufgepeppte Röntgenstrahlen Mehr Bundeshilfe für F & E-Projekte Innovationen schaffen und sichern Schneller auf dem Markt mit Lean Development Schicht für Schicht Highspeed-Falten mit Präzision Der Schaltschrank aus dem Netz Model-Based Design für die Entwicklung Glasbohren mit Köpfchen Die reale Welt im digitalen Modell Elektromobilität am Netz Das Internet der Dinge Kommunikation für intelligente Energienetze Wasserdruck ohne Schwankungen Pfeiler für lokales Know-how bauen Jeden Franken im Blick

Ist Kreativität lernbar? Kreative Menschen glänzen mit interessanten Ideen und sie können wirtschaftlich umsetzbare Innovationen auslösen. Gibt es Methoden, welche diese Kreativität fördern oder unterstützen können?

Vernetzte Suche nach neuen Technologien Um die Technologieführerschaft zu behaupten, wollen Konzerne selbst die Grenzen des momentan Machbaren ausloten. Ein Blick ins Konzernforschungszentrum der ABB in Baden-Dättwil.

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Highlights und Produkte Prozesssichere Automationslösungen Erfolg liegt in der Luft Leise Dauerläufer Produktmeldungen ab Seite

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Innovation

Editorial

eit Jahren holt die Schweiz im globalen Innovationsindex einen Spitzenrang. Das führt auch dazu, dass unser kleines Land viele Güter exportieren darf. Man stelle fest: Das Erste ist eine Voraussetzung, das Zweite eine Wirkung. Oder anders: Eine Exportnation ohne Rohstoffe muss auf Innovationen setzen – und das zur Hauptsache.

Wer einen Innovationsprozess anstösst, erwartet nicht am nächsten Morgen Resultate. Auch nicht in einer Woche. Die Schweizer Wirtschaft war und ist keine Sprinterin, sondern eine Ausdauerläuferin. Zäh, taktisch klug und geduldig – das sind ihre grossen Werte. Verhängnisvoll wirds also, wenn man diese Qualität und das System, indem sie heranwachsen kann, nicht mit allen erdenklichen Mitteln unterstützt. Da sind zum Beispiel die Bildung, der Wissenstransfers von den Hochschulen zur Wirtschaft und schliesslich auch die Förderung von Talenten, innovativen Ideen und Firmen. Die Wichtigkeit von Innovation heben auch Politiker immer wieder hervor. Wenn es wirtschaftlich brenzlig wird, das Wort Krise die Runde macht, dann sind aber kurzfristige Lösungen gefragt. In diesen Wochen erlebt die Schweiz dies mit einem Zuschussprogramm von rund zwei Milliarden Franken, damit die Sorgen der exportorientierten Firmen sich lindern. Das werden sie, aber nur gelinde. Es ist, wohlverstanden, zwar eine etwas strittige und nicht ganz durchdachte Finanzgeste, aber eine nette. Da nun offenbar solche MilliardenHilfspakete immer öfters hervorgeholt werden dürfen, könnte man sich eine ähnliche Handlung des Staates auch mal etwas heroischer vorstellen. Etwa so: Der Staat rückt aus heiterem Himmel eine Schatulle mit zwei Milliarden Franken hervor und sagt: Wir wollen

Innovation

noch mehr kluge Köpfe, die tollsten Innovationen, mehr Patente und mehr Hightech-Nischen besetzen! Dass dies nicht passiert, hat vielleicht auch etwas mit dem jährlich wiederkehrenden Spitzenplatz im Innovationsindex zu tun. Einige denken, das Potenzial nach oben sei beinahe ausgeschöpft. Ein Test, wie ihn zum Beispiel die Uni St. Gallen anbietet, oder der Selbstanalysetest des Instituts Arbeit und Technik (IAT) der Fachhochschule Gelsenkirchen, werden wohl bereits mit den 50 Fragen das Limit der meisten KMU aufzeigen, wenn die Punkte ausgewertet werden. Und das ist auch erfreulich. Ein Zeichen, dass es nach oben noch reichlich Platz gibt. Man stelle sich nun vor, welches Innovationspotenzial freigelegt werden könnte mit einem 2-Milliarden-Zustupf! Tausende Unternehmen würden gründlich analysiert, neue Wege vorgeschlagen und umgesetzt und die Schweiz klettert im Ranking weiter nach oben und könnte so das nächste Taumeln und Schlingern der Weltwirtschaft etwas gelassener hinnehmen. Soweit wird es ja nie kommen und daher dieses Geschenk: Der Test des IAT steht unter www.iat.eu kostenlos zur Verfügung samt Vertiefungsbögen und Tools zur Umsetzung. Viel Glück. Eugen Albisser, Chefredaktor technica eugen.albisser@azmedien.ch

MASSGEBEND IN TECHNOLOGIE

Award für Schweisstechnik von Rehm Die bahnbrechende Schweisstechnik des Geräteherstellers Rehm ist mit dem 9. WiFInnovationspreis ausgezeichnet worden. Der Preis würdigt industrielle Neuentwicklungen, die – wie die WIG-Stromquelle Invertig. pro digital – zugleich zukunftsweisend und wirtschaftlich erfolgreich sind. Die neu entwickelte digitale Bedienerführung und die Intelligentes WIG-Schweissen: Rehms Invertig.pro digital. integrierten Software-Applikationen, die der WIG-In(Bild: Rehm) verter-Baureihe Invertig.pro digital eine eigene Intelligenz verleihen und den Anwender in einer bislang einzigartigen Weise unterstützen, überzeugte die Jury. Der Schweissgerätehersteller Rehm nimmt die Ehrung nach 1999 und 2007 bereits zum dritten Mal für wegweisende Schweisstechnik-Innovationen entgegen. Die Weltneuheit des WIG-Schweissens, die modernste Schweisstechnik mit einem innovativen, digitalen Bedienkonzept vereint, hat als weltweit einziges Schweissgerät eine patentierte grafische Benutzeroberfläche, die alle Schweissparameter übersichtlich auf einen Blick dynamisch darstellt. Die Revolution des WIG-Schweissens stellt nicht nur wertvolle Praxistipps per Knopfdruck zur Verfügung, sondern gibt dem Anwender gleichzeitig die Möglichkeit, mit einer Komplettübersicht aller Schweissparameter alles im Blick und im Griff zu haben. www.rehm-online.de

Der denkende Chip Forscher aus dem kalifornischen IBM Research Center in Almaden haben erstmals Prototypen einer neuartigen Klasse von Computerchips vorgestellt, die die Fähigkeiten des menschlichen Gehirns hinsichtlich Wahrnehmung, Kognition und Reaktion in Grundzügen nachahmen. Der als Basis für die Forschungsarbeiten dienende Ansatz lautet «Cognitive Computing» und könnte zukünftig die Herstellung von lernenden Computern ermöglichen, die zudem um ein Vielfaches effizienter und kleiner sind als heutige Systeme. Die von den Forschern vorgestellten neurosynaptischen Computerchips Der IBM-Computerchip verfügt über ähnliche enthalten Silizium-Schaltkreise und Al- Abläufe wie zwischen Neuronen und Synapsen gorithmen, deren Aufbau der Neuro- im Gehirn. (Bild: IBM Schweiz) biologie entnommen ist und ähnliche Abläufe ermöglicht, wie sie zwischen Neuronen und Synapsen im Gehirn auftreten. Zwei erste Prototypen wurden bereits gefertigt und befinden sich derzeit in der Testphase. Beide Prozessorkerne wurden in 45-nm-SOICMOS hergestellt und enthalten 256 Neuronen. Ein Testchip enthält 262 144 programmierbare Synapsen, der andere 65 536 lernende Synapsen. Das IBM-Team konnte damit bereits einfache Anwendungen wie Navigation, maschinelles Sehen, Mustererkennung, sowie assoziative Speicherung und Klassifizierung demonstrieren. www.ibm.ch

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Nachrichten

Gute Geschäfte mit der Sicherheit Striktere Sicherheitsnormen in Europa unterstützen das starke Wachstum des Marktes für Maschinensicherheit. Systeme für Maschinensicherheit sind in der Lage, eine sicherere Arbeitsumgebung zu gewährleisten und dadurch die Produktivität zu steigern und die Rentabilität von Produktionsprozessen und Anlagen zu verbessern. Dies wiederum erhöht die Marktperspektiven für diese Branche. Viele Marktteilnehmer haben inzwischen erkannt, dass sich mit Sicherheit gute Geschäfte machen lassen. Laut einer aktuellen Studie der Unternehmensbera-

tung Frost & Sullivan erwirtschaftete der europäische Markt für Maschinensicherheit im Jahr 2010 Umsätze in der Höhe von 422 Millionen US-Dollar. Bis zum Jahr 2017 sollen diese auf 565,6 Millionen US-Dollar anwachsen. «Das steigende Bewusstsein für den Nutzen von Systemen für Maschinensicherheit wird die Nachfrage nach derartigen Systemen ankurbeln», erklärt Katarzyna Owczarczyk, Research Analyst bei Frost & Sullivan. «Es besteht eine enorme latente Nachfrage auf dem Nachrüstmarkt, mit guten Chancen für die sicherheitstechnische Nachrüstung von

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Anlagen mit obsoleten Systemen.» Lösungen für Maschinensicherheit verbessern die Gesamtanlageneffektivität (GAE) von Maschinen. Sie optimieren die Betriebszeit, indem sie die Anzahl ausserplanmässigen Abfahrens verringern. Dies ist vor allem für Unternehmen entscheidend, die in einer wettbewerbsintensiven Umgebung tätig sind und die durch effizienten Betrieb kontinuierlich nach verbesserten Gewinnspannen streben müssen.

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Innovation

Nachrichten

Wissen für künftige Generationen

Rada Rodriguez, Deutschlandchefin von Schneider Electric.

Schneider Electric verlängert das Sponsoring für den internationalen Studentenwettbewerb Solar Decathlon bis 2013 und unterstützt die europäische Veranstaltung 2012 in Madrid. Das Unternehmen rüstet das komplette Solardorf des Wettbewerbs mit seinen Lösungen aus. Zu den gesponserten Lösungen von Schneider Electric gehören der Aufbau eines Microgrids, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und ein Energiemanagementsystem für die Modelhäuser der Studenten. Schneider Electric ist damit das einzige Unternehmen aus dem Energiemanagementsektor, das den Solar Decathlon fördert.

Am Solar Decathlon Europe werden Studenten führender Universitäten aus mehr als 15 Ländern weltweit teilnehmen. Sie entwerfen im Rahmen des Wettbewerbs energieeffiziente Solarhäuser, die binnen zehn Tagen aufgebaut und im Solardorf der Öffentlichkeit präsentiert werden. Bei der Konzeption setzen die Studenten auf modernste umweltverträgliche Gebäude- und Energiemanagement-Technologien. Das garantiert, dass alle Projekte erschwinglich und energieeffizient sind und den Vorstellungen potenzieller Käufer entsprechen. Neben den Gebäuden der Studenten werden im Solardorf auch Elektrofahrzeuge und Ladestationen ausgestellt. Ausserdem möchte der Solar Decathlon Europe im Bereich Verbrauchsermittlung zu den aktuellen technologischen Entwicklun-

gen von Smart Grids informieren. Dazu sagt Rada Rodriguez, Deutschlandchefin von Schneider Electric: «Das Sponsoring des Solar Decathlon ist für uns eine grosse Chance, unser Fachwissen mit jungen motivierten Studenten zu teilen, die sich den Herausforderungen der Energieversorgung von morgen stellen. Wir sind seit 2005 mit dabei und über die Jahre ist die Initiative zu einem wichtigen Bestandteil unseres Engagements für innovative und effiziente Lösungen geworden. Mit unserer Initiative wollen wir Energieverschwendung eindämmen, ökologische Technologien vorantreiben und das Bewusstsein für den verantwortungsvollen Umgang mit Energie fördern.»

Innovative Lösungen aus der Natur dienen immer mehr als Vorbild für die Entwicklung neuer, effizienter und nachhaltiger Produkte und Technologien. Ein Beispiel für eine solche, von der Natur motivierte Entwicklung ist die sechsbeinige Laufmaschine «Lauro» des FZI- Forschungszentrums Informatik aus Karlsruhe, der diesjährige Gewinner des Faulhaber-UniProjekt-Awards. Da es sich beim Laufen um einen natürlichen Vorgang handelt, ist es nahe liegend, dass sich die Konstruktionen und Steuerungskonzepte vieler Laufmaschinen an biologischen Vorbildern orientieren. Im Falle von Lau-

ron ist dies die indische Stabheuschrecke. Wie dieses Vorbild besitzt Lauron sechs Beine an einem länglichen Zentralkörper, in dem die notwendige Steuerungselektronik untergebracht ist. Jedes der sechs 50 cm langen Beine besitzt einen federgedämpften Fuss und kann mithilfe von drei Gelenken bewegt werden. Um die bewegte Masse zu reduzieren, wurden die Antriebe möglichst nah am Körper platziert. Mittels Getriebe und Seilzügen wird die Kraft der 20 Graphitkommutierten DC-Kleinstantriebe der Firma Faulhaber von dort aus auf die Gelenke übertragen. www.minimotor.ch

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Sechsbeinige Laufmaschine

Der Natur auf die Beine geschaut: die Laufmaschine Lauro nach dem Vorbild der indischen Stabheuschrecke. (Bild: Faulhaber)

Innovation

Nanopartikel besser verstehen Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, Grundvoraussetzung für die Studie war ein die Atomstruktur von einzelnen NanoteilSpezialelektronenmikroskop, das eine machen zu messen. Die ximale Auflösung von experimentell gewonweniger als 50 Pikonenen Daten könnten metern erreicht. Zum in Zukunft ermögliVergleich: Der Durchchen, die Eigenschafmesser eines Atoms ten von Nanopartibeträgt etwa 100 Pikeln besser zu verstekometer. Die beiden hen. Nanoteilchen Wissenschaftler nutzhaben chemisch beten für ihre Experitrachtet andere Eigenmente ein Mikroskop schaften als ihre eines Labors in Kali«grossen Schwestern fornien. Vervollstänund Brüder»: Sie ha- Die gelben Kugeln sind die schematisch digt wurden die exben im Verhältnis zu dargestellten Atome, die den rund zwei perimentellen Daten ihrer winzigen Masse Nanometer grossen Silberpartikel bilden. letztlich durch zu(Bild: ETH Zürich) eine sehr grosse Obersätzliche elektronenfläche und gleichzeitig eine geringe Anzahl mikroskopische Messungen, die an der von Atomen. Dadurch kann es etwa zu Empa durchgeführt wurden. Quanteneffekten kommen, die zu veränderGeschärfte Bilder ten Materialeigenschaften führen. Beispielsweise lässt sich aus Nanomaterialien hergeAnhand der mikroskopischen Aufnahmen stellte Keramik plötzlich verbiegen. erstellte Sandra Van Aert (Uni Antwerpen) Modelle, welche die Aufnahmen «schärfNeue Methode entwickelt ten» und deren Quantifizierung erlaubten: Die exakte 3D-Struktur, die atomare AnordDie durch das Modell verfeinerten Aufnahnung und speziell auch die Oberflächenbemen ermöglichten, die einzelnen Silberatoschaffenheit von Nanoteilchen bestimmen me, die das Kristallgitter des Nanoteilchens deren chemische und physikalische Eigenaufspannten, entlang der kristallographischaften. In einer neuen Studie, die von der schen Orientierungen zu zählen. ETH-Wissenschaftlerin Marta D. Rossell von Zur dreidimensionalen Rekonstruktion der der Gruppe von Markus Niederberger, ProAtomanordnung im Nanoteilchen zogen fessor am Institut für Multifunctional MaRossell und Erni schliesslich den Tomograterials, und dem Empa-Forscher Rolf Erni, phiespezialisten Joost Batenburg aus Amsinitiiert wurde, gelang es nun erstmals, die terdam hinzu. Dieser nutzte die gewonnedreidimensionale Struktur von einzelnen nen Daten, um anhand spezieller matheNanoteilchen auf atomarer Basis zu bestimmatischer Algorithmen die Anordnung der men. Das neue Verfahren könnte in Zukunft Atome im Nanopartikel tomographisch zu dazu beitragen, die Beschaffenheit von Narekonstruieren. Nur zwei Aufnahmen noteilchen, inklusive deren Reaktivität und reichten aus, um den Nanopartikel, der aus Toxizität, besser zu verstehen. Für ihre elekrund 784 Atomen besteht, nachzubilden. tronenmikroskopische Studie, die in der Zwei weitere experimentelle Projektionen Fachzeitschrift «Nature» publiziert wurde, von Rossell und Erni verifizierten letztendpräparierten Rossell und Erni Silber-Nanolich die Rekonstruktion. «Bis anhin konnteilchen in einer Aluminiummatrix. Die Maten nur die groben Umrisse von Nanoteiltrix vereinfacht es, die Nanopartikel unter chen anhand vieler Aufnahmen aus unterdem Elektronenstrahl in verschiedene krisschiedlichen Perspektiven dargestellt wertallographische Orientierungen zu kippen den», sagt Marta Rossell. Anwendungen und schützt gleichzeitig die Partikel vor des Verfahrens, etwa zur CharakterisieSchäden durch die Elektronenstrahlen. rung von dotierten Nanoteilchen, sind nun geplant. So könnte mit der Methode in Zukunft etwa festgestellt werden, welche Autorin Atom-Konfigurationen an der Oberfläche der Nanopartikel aktiv werden, wenn diese Simone Ulmer, ETH Zürich beispielsweise toxisch oder katalytisch wirwww.ethz.ch/media ken.

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Innovationsmanagement

Interview mit Michael Hartschen und Chris Brügger

Ein Umdenken soll stattfinden in der Entwicklung: Statt die Komplexität immer weiter vorwärtszutreiben, plädieren die Autoren des Buches «Simplicity – Prinzipien der Einfachheit» für den umgekehrten Weg. Herr Hartschen, Herr Brügger, Sie und ihr Mitautor Jiri Scherer plädieren im Buch «Simplicity» für die Einfachheit von Produkten, Prozessen und Dienstleistungen. Die Welt wird aber immer komplexer. Ist es da nicht folgerichtig, dass auch Produkte, Dienstleistungen und Prozesse komplexer sein dürfen? Michael Hartschen: In gewissen Anwendungsbereichen gilt das sicherlich. Bei der Chipherstellung zum Beispiel. Da geht es nicht anders. Ansonsten aber führt die Komplexität dazu, dass wir schnell einmal überfordert sind und abschalten. Die überall anzutreffende Komplexität führt auch dazu, dass viele Entwicklungen nicht einmal wahrgenommen werden. Selbst ein Autoverkäufer kann ihnen nicht mehr alle Features erklären, die ein Auto hat. Und den Endkunden interessiert es auch nicht mehr. Chris Brügger: Ausserdem hatte der Tag vor 100 Jahren nur 24 Stunden und heute immer noch. Unnötige Komplexitäten verlangsamen jeden Prozess und es stellt sich immer schneller und öfter das Gefühl der Zeitnot ein. Und man kann es auch anders sagen: Einfachheit ist ein Grundbedürfnis des Menschen. Ein ähnliches Beispiel, das stellvertretend für viele andere stehen mag: Sie schreiben, dass der durchschnittliche MS Word-Benutzer nur

Autor Eugen Albisser, Chefredaktor technica

Innovation

Michael Hartschen: «Wenn ich weiss, was der Kunde wünscht, kann ich alle anderen Varianten weglassen.» 10 Prozent aller Funktionen benutzt. Das schliesst aber deswegen noch nicht aus, dass die restlichen 90 Prozent überflüssig sind? Chris Brügger: Natürlich nicht. Aber es ist eine Marktstrategie und man kann das Produkt teurer verkaufen. Stattdessen könnte man ein Basisprodukt herstellen und dies dann je nach Bedürfnissen upgraden lassen. Michael Hartschen: Gerade bei Produkten, die kontinuierlich weiterentwickelt wurden, fehlt oft das Bewusstsein, ab wann die Komplexität erreicht ist. Man packt es voll. Für jemand, der mit dem Produkt oder System mitgewachsen ist, mag das kein Problem sein. Wer sich aber neu damit befassen muss, wird überfordert sein. Es mag vielleicht auch schwierig sein für einen Entwickler, sich zurückzuhalten. Immerhin ist sein Job … Michael Hartschen: Das «Happy Engineering»! Und genau da liegt ein

Chris Brügger: «Einfachheit ist sozusagen ein Grundbedürfnis des Menschen.» grosses Problem. Noch immer ist es mehr der Entwickler, der die Vorgaben macht. Der Marktverantwortliche hat vielleicht noch einfachere Anforderungen gestellt – und der Kunde hätte nochmals andere Vorstellungen gehabt. Wann aber weiss man, wann genug reduziert wurde oder gar schon zu viel? Chris Brügger: Der durchschnittliche Kunde oder Anwender ist der Massstab. Man kann über Kundenbefragung, -beobachtung oder Feedbacks herausfinden, was und auch wie vorgesehen genutzt wird. Da soll der Fokus nicht nur auf den Lead Usern liegen, die nicht dem Zielgruppen-Standard entsprechen. Ein Beispiel aus der Praxis, wo zu viel reduziert wurde, können Produkte oder Bestandteile sein, wo die Standfestigkeit durch Reduzierung leidet, oder der Fakt, dass Kundenreklamationen steigen, weil etwas Wichtiges plötzlich nicht mehr im Angebot ist.

Der Vereinfachungsprozess 1. Was soll vereinfacht werden? Was soll genau vereinfacht werden? Steht ein Produkt, eine Dienstleistung, ein Prozess, ein Geschäftsmodell oder eine Organisation im Fokus, um Einfachheit zu erreichen? 2. Warum soll etwas vereinfacht werden? Was ist der Grund für die Vereinfachung? Soll die Bedienung für den Nutzer vereinfacht werden? Oder ist es das Ziel, die Herstellungskosten zu reduzieren? Soll der Schulungsaufwand halbiert werden? Will man die Fehleranfälligkeit reduzieren? Soll der Gegenstand mehrfach einsatzfähig sein? Soll der Prozess beschleunigt werden? Muss man die Verständlichkeit erhöhen?

3. Für wen soll etwas einfacher werden? Eine wichtige Frage: Für wen soll etwas vereinfacht werden? Soll etwas für alle Kunden oder nur gewisse Kundengruppen, das Unternehmen, die Lieferanten oder die Mitarbeitenden einfacher werden? 4. Welche Prinzipien und Strategien sollen zur Lösungssuche angewandt werden? Zur Auswahl der passenden Strategien dient eine Bewertungsskala mit Sternen, welche am Schluss jeder Strategie jeweils als Hilfestellung gedacht ist. 5. Generieren von Vereinfachungslösungen Die ausgewählten Strategien können allein oder im Team angewendet werden. Die Lösungen zur Vereinfachung werden im Plenum gesammelt. 6. Welche Lösungen sind die besten und wie werden diese umgesetzt? Aus den gefunden Vereinfachungslösungen werden die besten Ideen ausgewählt und mit einem Vereinfachungssteckbrief – wie er später im Buch noch vorgestellt wird – beschrieben und verfeinert. Die Steckbriefe werden verglichen und priorisiert. Welche Lösungen bringen viel und können schnell für wenig Geld umgesetzt werden? Welche brauchen weitere Abklärungen? Welche werden zurückgestellt?

Wenn wir aber neue Produkte anschauen, dann wird ja gerade durch die intuitive Bedienführung vieles bereits einfacher. Michael Hartschen: Das ist so – und in diese Richtung sollte es vermehrt weitergehen. Aber sehen Sie sich dieses Holzmodell an und versuchen Sie, es auseinanderzunehmen. Michael Hartschen holt das Holzmodell aus seiner Tasche und stellt es

auf den Tisch. Es besteht aus zwei Teilen, die zusammengesetzt sind zu einem Kreuz. Absolut simpel. Kurze Analyse der zusammengefügten Teile: Eine Aussparung in der Mitte, wo sich die beiden Hölzer kreuzen, und ganz fein durch die Spalten zu erkennen: jeweils ein Stift, welcher die Teile zusammenhält. Eine Finte? In der Hand drehen, ziehen, schütteln. Nichts

passiert. Normalerweise gehen die Lösungsversuche so weit, dass man entweder entnervt aufgibt oder mit Gewalt «eine» Lösung herbeiführt – zugegebenermassen nicht eine, die auch eine Erkenntnis mit sich führt. Michael Hartschen: Legen Sie das Kreuz auf den Tisch und lassen Sie es rotieren. Durch die Zentrifugalkraft verschwinden die Stifte nach hinten und lösen die Verbindung. Absolut einfach, nicht? Allerdings nur für den, der es weiss. Intuitiv hat es somit auch etwas mit Wissen zu tun! Auch diesen Faktor muss man immer wieder neu anschauen. Oftmals werden nur ein wenig mehr Informationen benötigt, damit es einfacher wird. Sie bieten Seminare an oder begleiten Projekte, um Produkte und Verfahren zu rationalisieren und gleichzeitig effektiver, effizienter und nutzerfreundlicher zu machen. Welches oberste Gebot muss man da beachten? Chris Brügger: Wir sind in erster Linie nicht da, um den verantwortlichen Mitarbeitern bei der Entwicklung konkrete Angaben zu machen, sondern um zu sensibilisieren und den Firmen zu helfen, die Betriebsblindheit zu umgehen. Dazu haben wir fünf Prinzipien und die dazugehörigen 14 Strategien entwickelt, welche wir im Buch beschreiben (siehe nachfolgenden Artikel: «Die fünf Prinzipien der Einfachheit»). Diese Hilfspunkte zur Frage nach dem

Weiterbildungen zum Thema Innovation Zertifizierter Innovation Manager SIB 5-Tages-Intensivseminar am Schweizerischen Institut für Betriebsökonomie 10.–14. Oktober 2011, www.sib.ch «Strategien für einfachere Produkte, Dienstleistungen und Prozesse» mit Chris Brügger, Michael Hartschen, Jiri Scherer 2-Tages-Intensivseminar an der ETHZ 7.–8. November 2011, www.bwi.ch MAS ZFH Innovation Engineering 2 Jahre berufsbegleitendes Studium an der Hochschule für Technik in Zürich Start: Oktober 2011, www.hsz-t.ch

Innovation

Innovationsmanagement

«Wie soll vereinfacht werden» kommen aber in der Abfolge erst dann, wenn geklärt ist, was vereinfacht werden soll, warum und für wen? Unternehmen begehen meist den Fehler, dass sie gleich mit dem Wie beginnen wollen. Welche wirtschaftlichen Vorteile hat die angewandte Einfachheit für Unternehmen? Michael Hartschen: Sicher hat es Kostenvorteile. Man darf dies nicht vergessen. Wenn ich weiss, was die Kunden wünschen, kann ich alle anderen Varianten weglassen. Das verbilligt das Produkt, die Kundenschulungen werden kürzer, die Betriebsanleitungen weniger umfangreich und die Fehleranfälligkeit nimmt ab. Chris Brügger: Es hat sich auch gezeigt, dass ein Mehrumsatz möglich ist. Denn die Leute wollen sich nicht immer entscheiden müssen. Gerade deshalb haben die Flatrates auch so einen Erfolg. Kunden entscheiden sich dafür, selbst dann, wenn sie finanziell besser wegkommen würden mit einer differenzierten, aber eben komplizierteren Kostenberechnung, welche vielleicht die Konkurrenz anbietet. Ein Unternehmen, das sich für die Einfachheit entscheidet, muss aber zunächst investieren. Selbst Einfachheit bekommt man nicht umsonst. Michael Hartschen: Das stimmt schon. Zuerst aber ist die Investition

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Innovation

nicht finanziell, sondern ideell. Es muss ein Umdenken stattfinden. Meist führt zwar der Weg der Erkenntnis über bereits gestreute Leidenschaft oder einen Leidensdruck, der da heisst, wir müssen mit weniger auskommen, Funktionen ineinanderlegen und so weiter. Allen gemeinsam aber ist, dass das ganze Unternehmen dem neuen Ideal nach Einfachheit nachkommen muss. Das ist nicht immer ganz ein-

NEU ÄC

fach, denn Komplexität hat immer auch ein wenig mit Macht zu tun. Einfachheit vorleben kann jeder, Komplexität aber verstehen nur wenige. Chris Brügger: Dabei ist es meist anders. Und hier dient folgender Satz, den man Goethe zuschreibt, als wunderbares Bild dafür. Er schrieb: «Entschuldige die Länge des Briefes, ich hatte keine Zeit, mich kurz zu fassen.

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Innovationsmanagement

Einfachere Produkte, Dienstleistungen und Prozesse

Einfache Dinge brauchen weniger Erklärung, funktionieren besser und fördern die Zufriedenheit. Doch was ist Einfachheit? Was ist der Nutzen davon und wie kann Einfachheit erreicht werden?

in durchschnittlicher Nutzer von MS Word nutzt weniger als zehn Prozent aller Funktionen. Ein chinesisches Restaurant führt 85 Gerichte auf der Speisekarte. Der Marktforscher A.T. Kearny sagt, dass der Artikelzuwachs in den letzten zehn Jahren 20 Prozent betragen hat. Der Wettbewerb führt dazu, dass Produkte laufend weitere Funktionen und Eigenschaften erhalten und Dienstleistungen in noch mehr Varianten angeboten werden. Chris Brügger Prozesse haben in einer Michael Hartschen vernetzten Welt mehr Jiri Scherer Schnittstellen. Diese zunehmende Komplexität führt zu mehr Zeitaufwand, Fehlern und Unzufriedenheit.

simplicity. Prinzipien der Einfachheit

Nutzen der Einfachheit Kaufentscheide für einfache Produkte sind schneller gefällt. Einfache Produkte werden sofort verstanden GABAL und können auch Sicherheit bieten. Einfache SysteSimplicity. Prinzipien der me oder Prozesse sind verEinfachheit: Strategien ständlich, schneller eingefür einfache Produkte, Dienstführt und akzeptiert. Und leistungen und Prozesse. einfache Dienstleistungen Autoren: Chris Brügger, Michael Hartschen, Jiri Scherer. werden eher beansprucht, Verlag: Gabal. als solche, die man erklären Preis: CHF 33.90. muss. Erscheint im Oktober 2011. «Einfach» ist im Deutschen eher negativ besetzt, ähnlich wie «Simple-minded» im englischen Sprachgebrauch. Ein einfaches Gericht scheint weniger Wert zu sein, als ein aufwändiges Menü. Ein Fachartikel in komplizierter Fachsprache wirkt intelligenter als ein Strategien für einfache Produkte, Dienstleistungen und Prozesse

Text mit einfachem Aufbau. Und der Marketingleiter spricht von Key Performance und Target Groups, statt die Dinge beim Namen zu nennen. Man versucht, Dinge komplexer darzustellen, als sie sind. Wären sie einfach, dann könnte das ja jeder!

fristig auch kostenintensiv sein, wenn zum Beispiel ganze Produktpaletten neu gestaltet werden müssen. Langfristig muss die erreichte Einfachheit die finanzielle Investition in Form von Mehrverkäufen oder weniger Reparaturen [ea] aber wieder einspielen.

Prinzipien und Vereinfachungsstrategien Der Simplicity-Ansatz stellt fünf Prinzipien und 14 Vereinfachungsstrategien vor. Ein Prinzip beinhaltet Strategien, die als Handlungsanweisungen dienen, d. h., was kann ich konkret tun, um den Prozess, das Produkt, die Dienstleistung oder mein Geschäftsmodell zu vereinfachen? Ein Beispiel am Prinzip Restrukturieren zur Strategie «Neue Ordnung schaffen»: Durch Verlagerung der Prioritäten entsteht für Kunden ein neuer und einfacherer Prozess. In einer im Verkaufsraum integrierten Werkstatt werden die Brillengläser auftragsbezogen gefertigt – just in time! Lange Transportwege und Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Firmen fallen weg und der Kunde erspart sich die lange Wartezeit nach dem Kaufentscheid. Der gesamte Kaufabwicklungsprozess wird neu strukturiert und Funktionen werden zusammengefasst. Gut möglich, dass unterschiedliche Strategien zum gleichen Ziel – der Vereinfachung – führen. Nicht alle Strategien können ganz klar voneinander abgegrenzt werden. Einfachheit zu erreichen kann kurz-

Anleitung 1. Restrukturieren • Neue Ordnung schaffen • Module und kleine Einheiten bilden • Masse und Ausnahmen separieren 2. Weglassen • Vergangenheit betrachten • Tätigkeiten delegieren • Funktionen/Elemente streichen 3. Ergänzen • Funktionen/ Elemente kombinieren • Nutzen hinzufügen • Funktionen/ Elemente verstecken 4. Ersetzen • Notwendiges wegdenken • Dimension verändern • Konzept übertragen 5. Wahrnehmen • Zeit verkürzen • Bekanntes übernehmen

Innovation

Innovationsmanagement

Der Einfluss der Innovationskultur auf den Unternehmenserfolg

Erfolgreiche Unternehmen investieren vermehrt in ihre besondere Unternehmenskultur und der unternehmerische Erfolg gibt ihnen Recht. Gerade Schweizer KMU sind sehr erfolgreich auf den hart umkämpften internationalen Märkten unterwegs. Auf der Fahne dieser KMU sind deren (traditionelle) Werte deutlich zu lesen: Innovationsführerschaft, Qualität, Genauigkeit, Zuverlässigkeit – die Liste liesse sich beliebig erweitern. eueste Fallstudien werfen nun einen Blick hinter die Kulissen der Unternehmenskultur von international tätigen Schweizer KMU. In diesem Beitrag werden vorgestellt: die Randbedingungen der Fallstudie, das Modell der vier Kulturtypen (Cameron & Freeman, 1991), die Datenerfassung sowie ein Ausschnitt aus den Ergebnissen der Fallstudie.

Die Randbedingungen In den Fallstudien werden drei international tätige KMU mit Hauptsitz in der Schweiz und deren Niederlassungen im Ausland untersucht. Es sind ausschliesslich produzierende Industrieunternehmen mit einem starken Fokus auf Innovation. Interview-Partner sind Geschäftsführer und Innovations-Manager.

Die vier Kulturtypen Das Modell der vier Kulturtypen wurde 1991 von Cameron und Freeman erstmals publiziert (Cameron

Infos

Plaston AG Frank Ulsamer, Dipl.-Ing., MSC 9443 Widnau 071 727 81 66 frank.ulsamer@plaston.com

Innovation

Modell vier Kulturtypen in Anlehnung an Cameron & Freeman (1991).

& Freeman, 1991). Dieses Modell ermöglicht die Untersuchung von Zusammenhängen zwischen Unternehmenskultur und organisationaler Effektivität, wobei die Auswertung in diesem Beitrag sich ausschliesslich auf einen Benchmark der Unternehmenskulturen abzielt. Die vier Kulturtypen unterscheiden sich in ihren spezifischen Charakteristiken: generelle Organisationskultur, Führungsstil, Bindung und strategischer Fokus.

Die Datenerfassung mittels Interviews Im Fokus der Datenerfassung steht der Benchmark zu den vier Kultur-

typen. Die Interviewpartner der Unternehmen werden auf die Ausprägung ihrer spezifischen Charakteristiken hin befragt. Sie erhalten 100 Punkte pro Bereich und verteilen diese auf die vier Kulturtypen. Ein Beispiel zu dem Frageblock «Generelle Organisationskultur», Bewertung von Unternehmen 3: 60 Punkte Unternehmen A bietet ein sehr persönliches Umfeld. Es ist wie eine grosse Familie. Die Mitarbeitenden sehen, dass sie sehr viel miteinander teilen. 10 Punkte Unternehmen B ist eine sehr dynamische und Entrepreneur orientierte Organisation. Die Mitarbeitenden sind gewillt,

Die Ergebnisse der Fallstudien

selbst tätig zu werden und Risiken einzugehen. 30 Punkte Unternehmen C besitzt eine sehr formalisierte und strukturierte Organisation. Bürokratische Abläufe bestimmen generell, was die Mitarbeiter zu tun haben.

00 Punkte Unternehmen D ist sehr leistungsorientiert. Ein Hauptanliegen ist es, den Job zu erledigen. Die Mitarbeiter sind persönlich nicht stark einbezogen.

Im Nachfolgenden werden die vier spezifischen Charakteristiken der Kulturtypen und deren Ausprägungen vorgestellt. Auf der horizontalen Achse sind jeweils die Ausprägungen und auf der vertikalen Achse die prozentuale Bewertung der Unternehmen angeführt. Die Ergebnisse für die Charakteristiken «Generelle Organisationskultur» zeigen, dass alle Unternehmen ihre Organisationskultur stark verwurzelt im Geiste der Familienzusammengehörigkeit sehen. Der Unternehmer und die Mitarbeitenden schätzen gemeinsame Aktivitäten auch über den normalen Arbeitsalltag hinaus, wie z. B. Fussball spielen, Wanderungen oder festen. Die Mitarbeitenden pflegen auch private Kontakte. Alles in allem resultiert hieraus ein starkes Zusammengehörigkeitsgefühl im Unternehmen. Eine besonders innovative Organisationskultur zeigt sich bei Unternehmen 2, gefolgt von Unternehmen 1. Bei beiden Unternehmen ist die Organisation sehr auf Innovation und Risikofreude ausgerichtet, was von der Unternehmensführung auch explizit vorgelebt und gefördert wird. Unternehmen 3 hat aufgrund des bislang gesicherten Marktumfeldes weniger den Fokus auf eine innovative Organisation gesetzt, erkennt aber Handlungsbedarf, die notwendigen Schritte wur-

Typ

Generelle Führungsstil Bindung Organisationskultur

Strategischer Fokus

Clan

- Bindekraft - Partizipation - Teamwork - familienorientiert

- hin zur Entwicklung des Humankapitals - Engagement - Moral

Hierarchie

- Ordnung - Koordinator - Regeln - Regeln und Richtlinien - Administrator - Grundsätze und Vorgehensweisen

- hin zu Stabilität - Vorhersagbarkeit - reibungslose Abläufe

Markt

- Wettbewerbsfähigkeit - bestimmt - Zielerreichung - ergebnisorientiert

- hin zu Wettbewerbsvorteil - hin zu verbessertem Erfolg

Adhocracy - Unternehmertum (Flexible - Kreativität Organisation) - Adaptionsfähigkeit

- Mentor - Moderator - Elternfigur

- Treue - Tradition - zwischenmenschlicher Zusammenhalt

- Zielorientierung - Produktion - Konkurrenz

- Unternehmer - Unternehmertum - Innovator - Flexibilität - risikofreudig - Risiko

- hin zu Innovation - Wachstum - neue Ressourcen

Kulturtypen und Charakteristiken in Anlehnung an Cameron & Freeman (1991).

Innovation

Innovationsmanagement

den bereits eingeleitet. Wenn auch in einem überschaubaren Ausmass besitzen die Organisationen dennoch bürokratische als auch wettbewerbsorientierte Ausprägungen. Zusammenfassend kann diesen Schweizer KMU ein ausgeprägter Sinn für Familienzugehörigkeit sowie auch einen für die Zukunft bekennenden Fokus auf Innovation zugeschrieben werden. Die starke Identifikation der Mitarbeitenden mit dem Unternehmen kann enorme Kräfte und damit enorme Marktvorteile für das Unternehmen freisetzen. Führungskräfte sind stark involviert in allen strategischen Bereichen des Unternehmens und geben den Mitarbeitenden Vorbild mit ihrem Führungsstil. Im Unternehmen 1 ist besonders stark ausgeprägt die Rolle des Mentors, die Mitarbeitenden erhalten entsprechende Freiräume und werden «beratend sowie zielorientiert» geführt. Unternehmen 3 hingegen legt sehr viel Wert auf eine zielorientierte Führung mit festen Leistungskriterien. Abschliessend werden gleichauf bei allen KMU dem Führungsstil als Unternehmer und Innovator eine wichtige Rolle zugeschrieben. Unter «Bindung» sind die grundlegenden Werte des Unternehmens, die auch in schwierigen Zeiten das Denken und Handeln beeinflussen, dargestellt (vgl. Haney, 2010). Diese gemeinsamen, grundlegenden Werte sind oft auch als Verhaltens-Kodex in der Mission oder Vision des Unternehmens beschrieben. Die Studie belegt für die Schweizer KMU keinen offensichtlichen Schwerpunkt der grundlegenden Werte. Unternehmen 1 legt hohen Wert auf Loyalität und Tradition, wohingegen Unternehmen 3 mehr auf Unternehmertum sowie Risiko baut. Beim «strategischen Fokus» legt Unternehmen 1 einen deutlichen Schwerpunkt auf die Entwicklung von Mitarbeitenden und die Ausbildung von Mitarbeitendennetzwerken. Unternehmen 1 und 2 bekennen sich zu Innovation und Wachstum, was auch mit den vorangegangenen Bewertungen korreliert. Die Unternehmen bewerten

Innovation

weiter mit einem Anteil von 20 % bis 30 % ihre Anstrengungen, um messbare Ziele und Wettbewerbsvorteile zu erreichen.

Treffend gilt das Zitat: «Wie Du gesät hast, so wirst Du ernten.» (Marcus Tullius Cicero, Römischer [mg] Redner und Politiker.)

Kultur der Familienzugehörigkeit Die Schweizer KMU besitzen eine starke Kultur der Familienzugehörigkeit. Dies ist in den meisten Fällen auf die Gründungs-Historie und in der Regel auf die überschaubare Anzahl der Mitarbeitenden zurückzuführen. Auch sind Innovationsgeist und Flexibilität beständige Werte. Mitarbeitende besitzen im Unternehmen grosse Freiräume. Bürokratische und formalistische Strukturen halten sich eher im Hintergrund, regeln jedoch das Notwendigste. Vor diesem Hintergrund zeigen sich die wesentlichen Vorteile der KMU, die volkswirtschaftlich als innovativste Unternehmensstruktur bezeichnet werden kann.

Literaturverzeichnis Cameron, K. S., und S. J. Freeman (1991). Cultural Congruence Strength and Type: Relationships to Effectiveness. Research in Organizational Change and Development 5: 23-58. Haney J. (2010). Core Values Of Your Company Define Your Organizational Culture. URL: Online: http://www.articledashboard.com/Article/Core-ValuesOf-Your-Company-Define-YourOrganizational-Culture/472130 Sackmann S. (2006). Messen, werten, optimieren – Erfolg durch Unternehmenskultur. Verlag Bertelsmann Stiftung, Gütersloh.

Forschung

Totally Integrated Automation Portal – intuitiv, efﬁzient, bewährt Mit SIMATIC STEP 7 im TIA Portal auf einem neuen Level programmieren

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Ankurbelung der Kreativität mit dem universell einsetzbaren Mindmap; es gibt aber noch viele andere Methoden. (Bild: Tanja de Bie)

Problemlösungsprozesse, Kreativitätstechniken, Ideenfindungsmethoden

Problemlösungsprozesse, Kreativitätstechniken, Ideenfindungsmethoden: Menschen, die Probleme gut und schnell lösen können, werden als kreativ bezeichnet. Kreativität beinhaltet schöpferisches Denken und Handeln, Erfindungskunst und Querdenken. Kreative Menschen glänzen mit interessanten Ideen und sie können wirtschaftlich umsetzbare Innovationen auslösen. Gibt es Methoden, welche diese Kreativität fördern oder unterstützen können? st Kreativität erlernbar? Diese Frage ist mit einem «jein» zu beantworten. Es gibt zahlreiche Methoden, das Problemlösungsvermögen, die Kreativität, die Ideenfindungskunst zu stärken und zu entwickeln. Diese Methoden sind aber keine Algorithmen, die garantiert zu einem richtigen Ergebnis fühAutor ren. Vielmehr sind sie Heuristiken. Heuristik Dr. Andreas Grässer bezeichnet die Kunst D-64342 Seeheim-Jugenheim mit begrenztem Wisagraesser@arcor.de sen und wenig Zeit, zu graesser@eit.h-da.de guten Lösungen zu

Innovation

kommen (das griechische Wort Heureka bedeutet ja bekanntlich «ich habs gefunden»). Ein paar Worte zum Denkprozess: Jeder denkt anders! Manche versuchen, logisch zu denken, andere treffen Entscheidungen aus dem Bauch heraus. Es gibt also offensichtlich verschiedene Denkarten, die sich ganz grob in zwei Gruppen unterscheiden lassen: • Logisch-analytisches Denken = diskursives Denken (schrittweises, voranschreitendes Denken). • Intuitiv-ganzheitliches Denken.

Diese Denkweisen bedingen sich natürlich gegenseitig. D. h. durch das logisch-analytische Denken wird das intuitiv-ganzheitliche Denken beflügelt und umgekehrt. Bei allen Lösungsprozessen spielen beide Denkarten eine Rolle.

Aufgabentypen Wenn man Aufgaben/Probleme lösen will, sollte man problembezogen arbeiten. Verschiedene Aufgabentypen bedingen verschiedene Vorgehensweisen. Deshalb ist es sinnvoll, Aufgaben/Probleme zu

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Bohren klassifizieren. Im Folgenden dazu einige Vorschläge. Strukturierte Aufgaben sind klar und abgegrenzt, es existieren erlernbare Lösungswege. Im Extremfall existieren Algorithmen, die eine Lösung von strukturierten Aufgaben (evtl. sogar mittels eines Computers) ermöglichen. Unstrukturierte Aufgaben erscheinen zunächst unklar und nicht abgegrenzt. Es können keine direkten, erlernbaren Lösungswege angegeben werden. Die Lösung von unstrukturierten Aufgaben erfordert Erfahrung, Fantasie und Kreativität. Der Ingenieur muss heuristische Methoden einsetzen.

Weitere Klassifizierungsmöglichkeiten: Im technischen Bereich werden Aufgaben/Probleme häufig in drei Kategorien unterteilt, in Variantenentwicklungen, Anpassungsentwicklungen und Neuentwicklungen. Ferner werden im technischen Bereich auch komplexe und weniger komplexe Aufgaben unterschieden. Es liegt auf der Hand, dass all diese unterschiedlichen Aufgaben unterschiedlich behandelt werden müssen. Für komplexe Softwareentwicklungen gibt es beispielsweise spezielle Methoden, die unter dem Begriff Softwareengineering zusammengefasst werden.

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Denkfehler Jeder macht bekanntlich Denkfehler. Hier drei typische Fehler, die einen Lösungsprozess negativ beeinflussen können. Keine exakten Zielvorstellungen Bevor und während der Aufgabenbearbeitung müssen Zielvorstellungen intensiv konkretisiert und laufend an neue Erkenntnisse angepasst werden, natürlich immer in Übereinstimmung zwischen Aufgabenbearbeiter und Aufgabensteller. Die erste Lösungsidee verfolgt Oft wird im Rahmen der Lösung einer Aufgabe, eines Problems oder der Entwicklung eines Produktes die erstbeste Lösungsidee aufgegriffen und kritiklos weiter verfolgt. Dann ist die Gefahr, dass man an einer besseren Lösung «vorbeigeht», sehr gross. Deshalb auch hier eine Botschaft: Immer mehrere Lösungen generieren und dann eine Auswahl treffen.

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Bevorzugung des intuitiv-ganzheitlichen Denkens Oft wird versucht, über das intuitiv-ganzheitliche Denken schnell und scheinbar bequem zu einer Lösungsidee zu gelangen. Das logisch-analytische Denken wird dabei in den Hintergrund gedrängt, da es Planung, intensive Recherchen usw. erfordert. Der fehlende Einsatz des logischanalytischen Denkens ist für den Lösungsprozess hinderlich. Im Idealfall sollten Methoden, die der Förderung beider Denkarten dienen, eingesetzt werden.

Problemlösungen mit Plan Vorgehenspläne sollen das logischanalytische- und das intuitiv-ganzheitliche Denken positiv beeinflussen, für alle Aufgabentypen brauchbar sein, Denkfehler reduzieren, zur «besten» Lösung führen und vieles mehr. Die verschiedenen Pläne sehen auf den ersten Blick

recht unterschiedlich aus, erweisen sich aber bei genauerem Hinsehen als fast identisch. In der Regel empfehlen sie die in der Grafik dargestellte Vorgehensweise. Pläne schmieden: Diese Vorgehenspläne können auch als heuristische Methoden aufgefasst werden. Durch Pläne wird das Denken in Bahnen gelenkt, die Durchführung erzwingt eine gewisse Disziplinierung und damit eine tiefere Auseinandersetzung mit dem Problem. Das ist für die Lösungsfindung förderlicher als man vielleicht erwartet. Über einen solchen Plan wird auch das manchmal vernachlässigte logisch-analytische Denken angeregt. Damit wird einem häufigen Denkfehler entgegengewirkt. Methodisch vorgehen: Der Plan muss nicht exakt eingehalten werden. Wichtig ist eine methodische Grundhaltung. Wenn möglich soll-

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Innovationsmanagement

tes Lösungsfeld, man «klebt» nicht an konventionellen sondern findet neue, originelle Lösungen.

Problem Cracking, Morphologische Methode

Morphologischer Kasten, Beispiel «Orientierungsbeleuchtung».

ten rechnergestützte Methoden den gesamten Lösungsprozess begleiten (z. B. Organisations-, Zeitplanungs-, Dokumentations-, Projektverwaltungs-, Simulationssoftware). Aufgabenorientiert vorgehen: Der Plan stellt nur eine grobe Richtlinie dar, er muss in der Praxis dem jeweiligen Aufgabentyp angepasst werden. D. h. Vorgehensschritte können ausgelassen, hinzugefügt, vertauscht oder parallel abgearbeitet werden. Iterativ vorgehen: Der Plan kann nicht geradlinig durchlaufen werden. Aufgrund des Informationsgewinns im Lösungsprozess sind Rücksprünge notwendig (Zielvorstellungen, Lösungen müssen evtl. korrigiert werden, neue Ideen müssen eingearbeitet werden usw.). Dokumentieren: Selbstverständlich muss der gesamte Lösungsprozess dokumentiert werden. Alle in Betracht gezogenen Lösungswege sowie Bewertungs- und Auswahlverfahren sind darzulegen. Das Dokumentieren ist ein «Muss», um Entwickler, Kunden, Geschäftslei-

Innovation

tung zu informieren, um neue Mitarbeiter einzuarbeiten, um bei späteren Unstimmigkeiten zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber zu vermitteln. Darüber hinaus erzwingt eine stetige Dokumentation auch eine gewisse Disziplin, die für den Lösungsprozess förderlich ist. Der Lösungsweg kann nachvollzogen werden (Lerneffekt!). Man kann dann auch der Kritik der Auftraggeber, der Vorgesetzten, der Kollegen besser begegnen. Analysieren, Abstrahieren: In allen Phasen des Problemlösungsprozesses muss analysiert werden: Was will man erreichen, was ist schon da, was ist ähnlich, was kann man kopieren, gibt es analoge Systeme, z. B. in der Natur (Bionik), kann man Modelle verwenden? Bei solchen Überlegungen spielen Abstraktionsvorgänge eine wichtige Rolle. Damit wird das Wesentliche, der Kern ersichtlich. Ähnlichkeiten auch zwischen scheinbar verschiedenen Dingen können leichter erkannt werden. Eine ab-strakte, den eigentlichen «Problemkern» treffende Formulierung öffnet ein wei-

Viele Aufgaben/Probleme sind zu komplex oder zu schwierig, sodass die sofortige Lösungsfindung nicht möglich oder nicht sinnvoll erscheint. Dann sollte bzw. muss man sie zunächst in leichter lösbare Teilaufgaben/Teilprobleme aufgliedern. Dieser Vorgang wird auch drastisch als Problem Cracking bezeichnet. Anschliessend müssen für die Teilaufgaben/Teilprobleme jeweils möglichst mehrere Teillösungen ermitteln werden. Im nächsten Schritt kann man dann über Kombinationen von Teillösungen Gesamtlösungen entwickeln. Diese Schritte können durch die sogenannte Morphologische Methode unterstützt werden. Problem Cracking: Wie kann man nun Aufgaben/Probleme aufteilen? Es gibt keine wirklichen Regeln, die eine «richtige» Aufgliederung ermöglichen. Der Aufgliederungsprozess ist oft schwierig und fehleranfällig. Darüber hinaus ist ein passender Abstraktionsgrad bei der Formulierung der Teilaufgaben einzuhalten. Der ganze Prozess ist selbstverständlich auch sehr vom vorliegenden Aufgabentyp und der Aufgabenkomplexität abhängig. Im technischen Bereich münden diese Aufgliederungen häufig in Block- bzw. Funktionsstrukturen. Die Blöcke symbolisieren Teilsysteme, Baugruppen, bzw. Teilfunktionen eines zu entwickelnden Produktes. Die Verbindungspfeile zwischen den Blöcken symbolisieren den Signal-, Stoff und/oder Energiefluss zwischen den Teilsystemen.

Morphologische Methode Fritz Zwicky hat 1956 eine Methode vorgestellt, die das oben bereits erläuterte Problem Cracking zur Grundlage hat. Auch Zwicky schlägt vor, dass ein komplexes Problem zunächst in Teilprobleme aufgegliedert wird, denen anschliessend Teillösungen zugeordnet werden und dass dann durch Kombinationsprozesse Gesamtlösungen entwickelt werden.

Das neue an Zwickys Methode ist der sogenannte Morphologische Kasten. Dort werden Teilprobleme und zugeordnete Teillösungen übersichtlich in Beziehung gebracht. Mit diesem Kasten können auch die für die Bildung der Gesamtlösung notwendigen Kombinationsprozesse systematischer gestaltet werden. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass eine Art Visualisierung des Lösungsprozesses vorgenommen wird. Das soll eine Steigerung der Kreativität bewirken. Beispiel einer Anforderungsliste: Es soll eine «Orientierungsbeleuchtung» für Räume ohne Netzanschluss entwickelt werden. Diese Beleuchtung soll nach dem Start für mindestens 2 Minuten eingeschaltet bleiben. Der Ausschaltvorgang soll automatisch erfolgen. Die Aufgabe kann in vier Teilprobleme untergliedert werden, die in den Morphologischen Kasten untereinander in die linken «Schubladen» eingetragen werden. Für die Teilprobleme werden anschliessend Teillösungen gesucht, die nun jeweils neben die Teilprobleme plaziert werden. Nun können verschiedene Teillösungen zu Gesamtlösungen kombiniert werden. Im vorliegenden Beispiel ergeben sich theoretisch 108 Kombinationen. Allerdings ist nur ein Bruchteil der Kombinationen sinnvoll.

Der Morphologische Kasten ist ein Ordnungssystem Der Morphologische Kasten kann auch als eine Art Ordnungssystem angesehen werden, in dem Teilprobleme und Teillösungen übersichtlich «abgelegt» sind. Man sieht in einem solchen Ordnungssystem leicht Unregelmässigkeiten, Lücken. Im Falle des Morphologischen Kastens erkennt man zum Beispiel Zeilen, in denen zu wenige Teillösungen aufgeführt sind. Dann konzentriert man sich und versucht (wieder mehr oder weniger unbewusst) diese Unregelmässigkeiten zu beseitigen und findet evtl. neue, erfolgversprechende Teillösungen. Solche Ordnungssysteme können also, genau wie Pläne zur Problemlö-

sung, als heuristische Methoden aufgefasst werden. Kombinieren ganzer Produkte: Bei der Morphologischen Methode werden Teillösungen zu Gesamtlösungen kombiniert. Das «Erfinden durch Kombinieren» kann auch auf ganze Produkte ausgeweitet werden. D. h. man kann mehrere bereits vorhandene Produkte zu einem neuen, innovativen Produkt vereinigen. Ein Beispiel dafür: Uhr + Radio = Radiowecker.

EnergieEinsparung und Umweltschutz neu definiert

Heuristik, die Kunst des Erfindens Hier zur Abrundung noch einige weitere Ideenfindungsmethoden. Methodisches Variieren: Bei dieser Methode werden Merkmale von bereits gelösten Aufgaben, von bereits existierenden Produkten usw. ermittelt (was lässt sich verändern?). Eine gezielte Variation dieser Merkmale kann dann evtl. zu neueren, verbesserten, billigeren, marktgerechteren Lösungen führen. Bei technischen Produkten könnte man beispielsweise folgende Merkmale des gesamten Produktes oder einzelner Komponenten in Betracht ziehen und variieren: Farbe, Form, Zahl, Lage, Grösse, Material. Andere Anwendungen suchen, Übertragen von Lösungen: Manchmal hilft es auch, über neue Anwendungen bereits vorhandener Lösungen/Produkte nachzudenken. Wie kann man Vorhandenes anders verwenden? Auch dadurch kann man Kreativität beweisen. Methodisches Zweifeln: Ein weiteres Verfahren liegt darin, dass man Lösungen (vor allem eigene!) infrage stellt. Kann man das auch anders machen, es muss doch auch anders gehen? Kann man irgendwas umkehren, negieren? Wie ist es mit dem Gegenteil? Beispielsweise: Kann statt eines Zentralantriebs ein dezentraler Antrieb verwendet werden? Kann statt einer digitalen Lösung auch eine analoge Lösung entwickelt werden? Fazit: Es lohnt sich, die hier angedeuteten Methoden mal in der Praxis auszuprobieren. Mit etwas Übung können so interessante Ideen entstehen. [mg]

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6,09 Bedarf 2030

1,00 0,28

Bedarf 2011

Bedarf 2006

Der Bedarf von Gallium vor vier und in zwanzig Jahren im Verhältnis zur aktuellen Fördermenge.

Rohstoffbedarf kann nur mit geschlossenen Stoffkreisläufen gedeckt werden

Welche Rohstoffe und wie viel davon brauchen wir 2030? Eine Studie untersucht das Wechselspiel zwischen technischem Wandel, Rohstoffbedarf und Rohstoffangebot. Der Bedarf zum Beispiel an Gallium wird im Jahr 2030 6-mal, der von Neodym 3,8-mal so hoch sein wie heute. erzeit stehen «seltene Erden« hoch im Kurs: bei der Herstellung von Hightechprodukten, an den weltweiten Rohstoffbörsen und in der Berichterstattung der Medien. Zwar sind die 17 Elemente der sogenannten Seltenerdmetalle gar nicht so selten, wie ihr Name vermuten lässt (siehe Kasten), aber ohne sie geht in der Tat nichts in unserer modernen Welt. Yttrium, Samarium, Neodym usw. sind

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Zu kleines Angebot bremst Hightech aus Stellvertretend für weitere wichtige Rohstoffe steht der vermeintliche Mangel an seltenen Erden im Mittelpunkt einer öffentlichen Diskussion. Es geht dabei um nicht weniger als die Zukunft unserer Zukunftstechnologien. Jenseits von kurzlebigen Schlagzeilen und mit erweitertem Rohstofffokus erörtert eine Studie des Fraunhofer Instituts für System und Innovationsforschung (ISI) die Auswirkungen der künftigen industriellen Nutzung von Zukunftstechnologien auf die globale Rohstoffnachfrage. Ermittelt wird auch, auf welche Ressourcen bestimmte Innovationen

besonders angewiesen sind. Aus rund 100 Zukunftstechnologien wurden 32 ausgewählt, analysiert und Bezüge zu 22 Rohstoffarten hergestellt. Die Rohstoffmärkte beben laut den Autoren der Studie nicht, wie oft angenommen, wegen erschöpfter Vorräte: Die Turbulenzen entstehen vielmehr aus einem Ungleichgewicht von Angebot und Nachfrage. Aufstrebende Marktteilnehmer wie etwa China heizen die Nachfrage unerwartet stark an. Auch der global wachsende Bedarf durch technische Innovationen wurde offensichtlich nicht immer erkannt und führte somit zu Fehleinschätzungen. Wer effizient wirtschaften will, ist auf profunde Informationen über das Wechselspiel zwischen technischem Wandel und dem daraus resultierenden Rohstoffbedarf angewiesen.

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ZUKUNFTSTECHNOLOGIEN (Auswahl)

2006

2030

Gallium

0,28

6,09

Dünnschicht-Photovoltaik, IC, WLED

Neodym

0,55

3,82

Permanentmagnete, Lasertechnik

Indium

0,40

3,29

Displays, Dünnschicht-Photovoltaik

Germanium

0,31

2,44

Glasfaserkabel, IR optische Technologien

Scandium

gering

2,28

SOFC-Brennstoffzellen, AI-Legierungselement

Platin

gering

1,56

Brennstoffzellen, Katalyse

UND KOMPAKTES

Tantal

0,39

1,01

Mikrokondensatoren, Medizintechnik

SOLID-STATE RELAIS

Silber

0,26

0,78

RFID, bleifreie Weichlote

F Ü R L A S T E N B I S 10 A

Zinn

0,62

0,77

Bleifreie Weichlote, transparente Elektroden

Kobalt

0,19

0,40

Lithium-Ionen-Akku, XtL

Palladium

0,10

0,34

Katalyse, Meerwasserentsalzung

Titan

0,08

0,29

Meerwasserentsalzung, Implantate

Kupfer

0,09

0,24

Effiziente Elektromotoren, RFID

Selen

gering

0,11

Dünnschicht-Photovoltaik, Legierungselement

Niob

0,01

0,03

Mikrokondensatoren, Ferrolegierung

Ruthenium

0,03

Farbstoffsolarzellen, Ti-Legierungselement

Yttrium

gering

0,01

Hochtemperatursupraleitung, Lasertechnik

Antimon

gering

ATO, Mikrokondensatoren

Chrom

gering

Meerwasserentsalzung, marine Techniken

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Globaler Rohstoffbedarf für die analysierten Zukunftstechnologien im Jahr 2006 und 2030 im Verhältnis zur gesamten heutigen Weltproduktionsmenge des jeweiligen Rohstoffs. (Quelle: Rohstoffe für Zukunftstechnologien, Studie des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI).)

Der Rohstoffverbrauch steigt weiter stark an Als Indikator für die Nachfrageintensität des technischen Wandels definiert die Studie das Verhältnis des künftigen Bedarfs eines Rohstoffs zur jeweiligen heutigen Weltproduktion. Der Indikator gibt an, welcher Anteil an der heutigen Weltproduktion des jeweiligen Rohstoffs im Jahr 2030 benötigt wird. Bei Gallium erreicht der Indikator beispielsweise den Wert 6, bei Neodym 3,8. Das heisst, allein der von den absehbaren technischen

Innovationen ausgehende Bedarf an diesen beiden Rohstoffen wird 2030 6-mal beziehungsweise 3,8mal so hoch sein wie deren gesamte heutige Weltproduktionsmenge. In diesen Zahlen ist die Rohstoffnachfrage von Bereichen ausserhalb der analysierten Zukunftstechnologien noch nicht enthalten. Für die Autoren der Studie sind daher eine effizientere Nutzung von Rohstoffen und der Ausbau von geschlossenen Stoffkreisläufen durch Recycling die zentralen Herausforderungen für die Zukunft. [pm]

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Selten selten Seltene Erden sind keine Erden und sie sind auch nicht selten. Die Metalle der seltenen Erden wurden Ende des 17. Jahrhunderts in raren Mineralien entdeckt und aus diesen als Oxide (damals «Erden» genannt) isoliert. Viele Metalle der seltenen Erden kommen in der Erdkruste vergleichsweise häufig vor, Neodym zum Beispiel häufiger als Blei. Allerdings werden viele bekannte Lagerstätten aus Kostenund Umweltschutzgründen nicht oder nicht mehr ausgebeutet. Dass derzeit rund 95 Prozent der weltweiten Fördermenge aus China kommen, liegt an den bislang günstigen Abbaubedingungen. Die US-Behörde Geological Survey schätzt, dass China über rund ein Drittel der Weltreserven verfügt, die USA über etwa 13 Prozent (Quelle: F.A.Z. vom 31.10.2010). Aufgrund der Lieferengpässe planen Länder wie Australien, Kanada, Kasachstan oder Vietnam die Erschliessung eigener Lagerstätten. Selbst in Deutschland könnte ein kleines Vorkommen künftig abgebaut werden: Im sächsischen Ort Storkwitz wurde bei der Suche nach Uran Mitte der 1970er-Jahre eine Lagerstätte mit geschätzten 40.000 Tonnen Seltenerdmetallen entdeckt.

26 Innovation

Technik

EBVchips Halbleiter entwickelt mit und für unsere Kunden! Wir unterstützen unsere Kunden bereits ganz gezielt in sehr beratungsintensiven Märkten wie beispielsweise Automotive, Consumer, Allgemeinbeleuchtung, Medizintechnik, Erneuerbare Energien und RFID. Nun gehen wir einen Schritt weiter und heben unsere Dienstleistungen mit einem neuen und revolutionären Service auf die nächste Stufe: Unter dem Namen EBVchips definieren wir nun eigene Halbleiter-Produkte, die wir mit und für unsere Kunden entwickeln! Diese Produkte werden bei unseren Lieferanten gefertigt und erfüllen spezielle Anforderungen von Kunden, die über bereits verfügbare Produkte nicht abgedeckt werden. Damit ist EBV der erste Halbleiter-Spezialist weltweit, der einen solchen Service bietet. Mit EBVchips ermöglichen wir unseren Kunden Wettbewerbsvorteile, weil sie nun genau die Produkte und Technologien bekommen, die sie für ihre individuellen Anwendungen benötigen. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte Ihren EBV-Partner vor Ort oder besuchen Sie uns Online unter www.ebv.com/ebvchips.

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Innovation

Forschung

Arbeitsort für rund 200 Forscher aus der ganzen Welt: das Forschungszentrum in BadenDättwil. (Bilder: ABB)

ABB-Konzernforschungszentrum in Baden-Dättwil

Um die Technologieführerschaft zu behaupten, wollen Konzerne selbst die Grenzen des momentan Machbaren ausloten. Das führt sie über die reine Produktentwicklung hinaus ins Feld der angewandten Forschung. Dort sollen die Meilensteine gesetzt werden für die Zukunft. Ein Blick ins Konzernforschungszentrum der ABB in Baden-Dättwil. asmin Staiblin, Chefin der ABB Schweiz, sagte einmal anlässlich der ABB-Diskussionsplattform Talente – Trends – Technologie (TTT), dass es wichtig sei, Pioniergeist für die Trends von morgen zu entwickeln. Willi Paul, seines Zeichens Physiker und Leiter des ABB-Konzernforschungszentrums in Baden-Dättwil, würde diese AusAutor sage seiner Chefin sicher gutheissen – und Eugen Albisser, sie erweitern um die Chefredaktor technica Wörter «und für die

Innovation

Trends und Technologien von übermorgen». Denn ein Konzern wie ABB, mit 124 000 Mitarbeitern in rund 100 Ländern und einem Umsatz von 31,6 Milliarden Dollar (2010), will nicht nur den Nimbus eines Pioniers haben, er muss den Pioniergeist auch immer wieder zeigen, um die weltweite Technologieführerschaft in seinem Bereich zu festigen und damit die Zukunft des Konzerns zu sichern. Und dabei spielt gerade die angewandte Forschung eine wichtige Rolle. Von ihr gehen die richtungweisenden tech-

nischen Neuerungen hervor, die vielleicht nicht schon morgen, dafür aber tief greifend die Welt der Technik prägen sollen.

Nur die besten Hochschulen Mit dieser Absicht wurde im Jahr 1967 das Forschungszentrum in Dättwil gegründet, welches als Campus angelegt wurde. Wie die amerikanischen Universitäten, welche hier als Vorbild dienten, liegt er ein wenig abgelegen, nahe bei der Natur. Hochkarätig vernetzt sind die etwas mehr als 200 Wissen-

Die optimale Welt

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Konzernforschungsleiter Willi Paul: «Wir erfüllen auch die unternehmerischen Erfolgserwartungen.» schaftler aber trotz der Abgeschiedenheit allemal. «Zu diesem Netzwerk gehört der Austausch mit den weltweit besten Hochschulen und Universitäten», sagt Willi Paul. Mit über 60 Hochschulen arbeitet ABB zusammen, das Forschungszentrum in Dättwil selbst mit rund 20. Diese Zusammenarbeiten können unterschiedliche Formen annehmen. Zum einen bestehen sie aus einem Programm für Trainees und Praktikanten, welche am Forschungszentrum arbeiten; oder das Forschungszentrum sucht die Zusammenarbeit in Form von konkreten Forschungsprojekten um beispielsweise die Erforschung potenzieller neuer Isolationsmaterialien oder Halbleiter voranzutreiben. Diese Projekte haben im Allgemeinen die Form einer Doktorarbeit, welche vom Forschungszentrum finanziert wird. «Sie sind besonders wichtig für das Aufspüren der Technologien von übermorgen», erklärt Willi Paul.

Die Suche nach neuen Technologien Teamwork und vernetztes Arbeiten ist aber auch das Schlüsselwort, welches innerhalb des Konzerns für eine rege Forschungsdynamik sorgt. Rund 5400 Wissenschaftler arbeiten weltweit in einer der vielen lokalen F&E-Abteilungen; dazu nochmals 600 Forscher in den sieben Zentren in Deutschland, Schweden, Polen, Indien, China, den USA und eben in Dättwil – die operativ und strategisch direkt der Konzernleitung unterstehen. Bei diesen geografischen Distanzen und der Betriebsgrösse braucht es eine übersichtliche, aber dennoch fliessende Struktur, um auch den Wissenstransfer nahtlos aufrechterhalten zu können. Der intensive Austausch zwischen den Zentren und den Geschäftseinheiten wird daher konsequent gefördert; nur das Forschen im stillen Kämmerlein ist nicht erwünscht. «Die Erforschung und Entwicklung neuer Technologien sind bei uns der Schwerpunkt; rund 90 Prozent aller Mitarbeitenden sind damit beschäftigt», erklärt Willi Paul. Und je näher man an ein endgültiges Produkt kommt, umso mehr nimmt die Beteiligung des Forschungszentrums ab und die Geschäftseinheiten übernehmen das Lead und die Entwicklungsarbeit. Das heisst: Technology-Scouting und Technology Development sind zwar die bestimmenden Aktivitäten, doch man ist auch bei der Produktentwicklung dabei, also bei der Be-

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Forschung

schäftigung mit der unmittelbar nächsten Generation von Produkten und sogar beim sogenannten Service, wo das gegenwärtige Produkt im Fokus steht.

Dreieck der Leistungselektronik Obwohl der Konzern selbst fünf Geschäftseinheiten aufweist, sind die sieben sogenannten «Corporate Labs» lediglich in zwei Sparten unterteilt (Power und Automation), da sie ihre Forschungsaktivitäten in Querschnittstechnologien aufteilen (je 5 Forschungsprogramme pro Sparte). Die Forscher in Dättwil evaluieren, forschen und entwickeln zum Beispiel in den Gebieten Elektrotechnologie, Materialwissen-

Forschungsgebiete am Standort Baden-Dättwil Die Aktivitäten an den Forschungszentren sind in verschiedene Forschungsprogramme gebündelt, wobei jedes der Zentren sich auf spezifische Themen fokussiert. Am Standort Baden-Dättwil forschen die Mitarbeitenden hauptsächlich in den Bereichen Elektrotechnologie, Materialwissenschaften, Industrieautomation und Leistungselektronik. Forschungsschwerpunkte Elektrotechnologie: • Stromunterbrechung • Elektrische Isolierung • Strom- und Spannungsbegrenzung • Elektrische Kontakte und Leiter • Thermisches Design und Kühlung • Energiespeicherung Forschungsschwerpunkte Industrieautomation: • Stromversorgungsautomatisierung • Anlagenmanagement und -optimierung • Sensorentwicklung • Automatisierungssicherheit Forschungsschwerpunkte Leistungselektronik: • Halbleiterbauelemente • Leistungshalbleitermodule und deren Aufbautechniken • Topologie und Systementwurf von Umrichterschaltungen • Modulations- und Kontrolltechniken • Integration und thermisches Design von Frequenzumrichtern • Antriebstechnik • Leistungselektronik (Auszug: www.abb.ch)

30 Innovation

Labor für Hochleistungselektronik: Teil des «Swiss Power Electronics Triangle» Lenzburg-Turgi-Dättwil.

schaft, Industrieautomation und Leistungselektronik, welche in Dättwil einen speziellen Platz einnehmen: «Mit dem Halbleiterwerk in Lenzburg und dem Werk in Turgi für Leistungselektronik und Mittelspannungsantriebe haben wir hier auf engstem Raum ein Leistungselektronik-Cluster, das wohl einmalig ist auf der Welt», meint Willi Paul.

Gebunden an unternehmerischen Erwartungen Die momentanen Hauptforschungsziele richten sich auf die Energieeffizienz und die erneuerbaren Energien. Willi Paul: «Dabei sehen wir die grossen Potenziale unter anderem bei den Smart Grid, Energiespeichern, der Leistungselektronik, den neuen Halbleitern oder den DC Grids.» Sollte den Forscherteams die Entwicklung einer oder mehrerer dieser Technologien oder Produkte gelingen, kämen sie in eine lange «Ahnengalerie» von Dättwiler Innovationen, welche zum Beispiel die Selbstblasschalter für Hochspannungsschaltanlagen (1973) umfasst, die «Super TwistedFlüssigkristallanzeige» (1983) oder den faseroptischen Stromsensor (2004). Willi Paul: «Zwar ist der wirtschaftliche Erfolg schwierig abzuschätzen, denn auch ein Misserfolg in der Forschung kann oft zu anderen, wichtigen Erkenntnissen führen. «Ich muss aber betonen, dass wir selbstverständlich die unternehmerischen Erfolgserwartun-

gen erfüllen müssen; wir forschen nicht ins Blaue hinaus.»

Die Kaderschmiede der ABB Rund 1,4 Milliarden Dollar hat ABB im vergangenen Jahr in ihre Forschung und Entwicklung gesteckt, was rund 5 Prozent des Umsatzes ausmacht. Der Gewinn zeigt sich aber nicht nur in neuen Technologien und Produkten. Die sieben Forschungszentren sind auch eine absolut erfolgreiche Kaderschmiede für den Konzern. Denn die meisten Mitarbeitenden kommen direkt von der Universität ins Zentrum, wo sie dann eng zusammen mit den operativen Einheiten im Konzern zusammenarbeiten. Die Mehrzahl dieser ambitionierten Jungwissenschaftler – die aus der ganzen Welt auch nach Dättwil kommen – setzen nach ein paar Jahren ihre Karriere bei einer Einheit der ABB fort. Ein Glücksfall natürlich, denn sie kennen sich nicht nur in der Materie besonders gut aus, sondern auch in der Welt der ABB. [ea]

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Forschung

Neues Röntgen-Phasenkontrastsystem des CSEM für die Werkstoffwissenschaft

Wie nutzt man die Röntgenstrahlen optimal, senkt dabei die Strahlenbelastung bei gleichzeitig besserem Kontrast und höherer Bildqualität? Schweizer Wissenschaftler machen es vor, indem sie mit fortgeschrittenen Röntgenverfahren hohe räumliche Kohärenz herstellen und so neuartige Röntgenbilder aufnehmen können. ie durchdringen Materie, geben Einblick in den menschlichen Körper, spüren chirurgische Eingriffe an Mumien auf, ohne dass diese zu Staub zerfallen und entlarven durch Analyse der Maltechnik Fälscher alter Meister. Röntgenstrahlen sind für Medizin, Diagnostik und Werkstoffwissenschaften unentbehrlich, aber insbesondere in der Medizin, bedingt durch die Strahlenbelastung der Patienten, auch risikoreich. Doch gibt es derzeit noch keine alternativen, weniger gefährlichen Diagnoseverfahren.

Schützenhilfe von den Synchrotrons An Synchrotron-Anlagen erfanden Forscher/-innen weltweit raffinierte und ausgeklügelte Methoden, die phasenbezogene Phänomene ausnützen und so Röntgenbilder einer frappanten Qualität erzeugen können. Möglich ist dies letztlich nur dank dem hohen Mass an Brillanz

Infos CSEM 8005 Zürich 044 497 14 11 www.csem.ch Autorin Elsbeth Heinzelmann Journalistin Technik und Wissenschaft, Bern

Innovation

Dr. Claus Urban, Leiter Sektion opto-elektronische Systeme am CSEM (rechts im Bild), und Vincent Revol, wissenschaftlicher Mitarbeiter, führen Tests durch an der am CSEM entwickelten Röntgenphasenkontrast-Apparatur für die Charakterisierung von Materialien mit geringer atomarer Masse. (Bild: Elsbeth Heinzelmann) und Kohärenz der Synchrotron-Strahlung. Das hat aber auch zur Konsequenz, dass die Anwendung dieser Methoden auf solche Grossforschungsanlagen beschränkt und somit ein industrieller Einsatz auf breiter Ebene nicht möglich ist. Dennoch gelang es Forschern, darunter einer Gruppe am Paul Scherrer Institut (PSI), den Weg für eine breite Verwendung der Phasenkontrasttechnologie zu ebnen, indem die Methode auch mit konventionellen Röntgenröhren angewandt werden kann. Anders als bei klassischen Röntgenabbildungen wird die Phasenverschiebung der Röntgenstrahlung – übertragen durch ein Objekt – mithilfe eines Interferometers erfasst. Auf die-

ser Methode beruhend zeigte bereits im Jahr 2006 ein Schweizer Konsortium aus Partnern von Industrie, Wissenschaft und Medizin, das Potenzial für eine mögliche Etablierung in mannigfaltigen Anwendungsgebieten auf. Am CSEM – einer der Partner des Konsortiums – nahm Dr. Claus Urban, Leiter der Sektion für opto-elektronische Systeme den Ball auf. Das 1984 gegründete CSEM (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique SA) ist ein privates Forschungs- und Entwicklungszentrum, darauf ausgerichtet, wissenschaftliche Erkenntnisse in neue Technologien für kommerzielle Anwendungen zu transferieren.

Mit einem Team aus Empa und CSEM-Forschenden, und mit Ph. D. Student Vincent Revol startete Claus Urban im Sommer 2008 ein Projekt, unterstützt vom CCMX, dem «Competence Centre for Materials Science and Technology» (siehe Kasten). Ziel war es, ein Phasenkontrast-Röntgeninstrument für Materialcharakterisierung und industrielle Qualitätskontrolle zu entwickeln. Das erlaubt Materialien mit geringem atomarem Gewicht – wie Polymere oder Keramiken – mit Röntgenstrahlung zu charakterisieren. Da Phasenkontrastabbildung sehr empfindlich ist gegenüber Grenzflächen, wird der Bildkontrast für heterogene oder Kompositmaterialien wie faserverstärkte Polymere oder Mehrschichtsysteme verbessert.

Der Trick mit den gebogenen Gittern Dazu wählten die Forscher Energien bis 50 keV entsprechend einer Röhrenspannung von rund 80 kV. Diese Röntgenröhrenspannungen erforderten spezielle Interferometer-Gitter für einen grossen Bildausschnitt, was die CSEM-Kollegen in Neuchâtel – Experten auf diesem Gebiet – bewerkstelligten. Es entstand ein stabiler Fertigungsprozess, wobei die Gitter mit geeigneten Halterungen und Ausrichtevorrichtungen ergänzt wurden. Die clevere Massnahme bestand in gebeugten Gittern. Da Röntgenstrahlen in einer punktartigen Quelle entstehen, werden die Objekte im Allgemeinen mit einem Kegelstrahl und nicht mit einem Parallelstrahl beleuchtet. In einem kompakten Gerät kann deshalb der Aufprallwinkel im Randbereich des Bildausschnitts recht hoch

sein. Da die Gitter für normalen Lichteinfall optimiert sind, nimmt der Bildkontrast zur Peripherie hin in senkrechter Richtung zu den Gitterlinien ab. Mit dem Einsatz zylindrisch gebogener Gitter gelang es den CSEM-Forschern, diese Abnahme zu verhindern. «Einer der Höhepunkte im Projekt war die erfolgreiche Implementierung der Dual-Energie-Röntgenabbildung mit einem einzigen Gitter-Satz», erklärt Vincent Revol, der seine Doktorarbeit über diese anspruchsvolle Entwicklung schreibt. «Dies erlaubt uns, Messungen mit zwei verschiedenen Röntgenenergien in derselben Geometrie vorzunehmen.» Um ein industrietaugliches System zu entwickeln, mussten die Forscher eine robuste und benutzerfreundliche Software für die Laborautomation, Datenakquisition und die Bildrekonstruktion entwickeln. Zudem galt es, die Algorithmen für die tomografische Phasen-Bilderrekonstruktion zu optimieren und die Akquisition von Probebildern zu perfektionieren. Die im Laufe des Jahres 2009 entstandene Laborversion trifft voll ins Schwarze. «Unsere Messungen von schwach absorbierenden Materialien und Kompositwerkstoffen bringen zusätzliche Information von Phasenkontrast im Vergleich zur klassischen Röntgenabbildung», bilanziert Dr. Claus Urban. «Wir erzielen einen wesentlich höheren Kontrast sowie eine optimale Bildqualität und können dadurch die Strahlenbelastung womöglich senken.»

Unzählige Anwendungen im Visier Die Einsatzmöglichkeiten für die neue Technologie sind mannigfaltig. Eine

CCMX – Competence Centre for Materials Science and Technology Die Entwicklung des neuartigen Röntgen-Phasenkontrastsystems am CSEM wird unterstützt durch das Kompetenzzentrum für Materialwissenschaften und -technologie. Das CCMX fokussiert auf Kooperationen zwischen Hochschulen und der Industrie, schafft Zugang zu Grundlagenwissen und praxisorientiertem Know-how. An die 200 Wissenschaftler aus dem ETH-Bereich und dem CSEM engagieren sich in Projekten des CCMX, stellen mit MaCH2 eine kostenlose Instrumentendatenbank und Spezialisten für Materialanalysen zur Verfügung. www.ccmx.ch

Absorptions-Röntgenaufnahme und das Differenzialphasenkontrast-Bild der Spritze. Diese besteht aus einer Metallnadel, die in einen Glaskörper geklebt ist. Die Reichweite des Klebstoffs entlang der Nadel ist interessant für die Festlegung des Widerstandes der Nadel gegenüber Rückzugskräften. (Bild: CSEM)

rege Nachfrage besteht im Bereich der Materialtechnologie wie bei Polymeren und Keramiken, anderseits in der Medizintechnik. Röntgen-Phasenkontrastabbildung könnte speziell nützlich sein im Bereich von Mammografie, wo die Brust-Screenings immer noch sehr kontrovers diskutiert werden: Studien belegen, dass Krebs durch die Strahlenexposition entstehen kann. Geradezu Erstaunliches leistet das CSEM-Novum in der Materialtechnologie. Ein gutes Beispiel für die Kombination von stark und schwach absorbierendem Material ist eine Metallnadel, die in eine Glasspritze geklebt wurde (siehe Bild). Die Herausforderung bestand darin, dass der Klebstoff tief genug in die Spritze eindrang, um die Nadel zu halten, aber nicht in den Fluid-Behälter der Spritze floss. Das Differerenzial-Phasenkontrastbild zeigt klar, wie weit der Leim in den Spritzenkörper eingedrungen ist. «Solche Einzelheiten lassen sich mit klassischer Absorptionsbildgebung nicht visualisieren, da die starke Absorption der Stahlnadel das schwache Signal des Klebers völlig verdeckt», kommentiert Claus Urban, der in seinen Untersuchungen mit FaserKompositmaterialien echte Pionierarbeit leistete. «Zum ersten Mal konnten wir Delaminierungsvorgänge klar und unmissverständlich aufzeigen.» Angesichts der wachsenden Nachfrage nach diesen Materialien, besonders im Transportwesen, und der Notwendigkeit zuverlässiger Qualitätsprüfungen, sieht das neue RöntgenPhasenkontrastsystem des CSEM einer rosigen Zukunft entgegen. [ea]

Innovation

Forschung

Forschungs- und Innovationsförderung: Flexibilisierung wegen Frankenstärke

Auch mit Innovationen kann man dem starken Franken seine Hemmwirkung für den Export nehmen. Denn «First Mover» können sich im internationalen Markt noch über die Einzigartigkeit der Produkte behaupten, ohne sich primär dem Preiskampf stellen zu müssen. In diesem Bereich kann der Bund über Forschungs- und Entwicklungsförderung besonders bei den KMU helfend wirken.

(Bild: Uni Paderborn) er Bundesrat hat deshalb im Frühsommer die Forschungsund Innovationsförderungsverordnung (V-FIFG) im Tätigkeitsbereich der Kommission für Technologie und Innovation des Bundes (KTI) in zwei Punkten angepasst. Zum einen kann die KTI den Barbeitrag von Unternehmen an Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Einzelfall senken oder ganz erlassen. Zum anderen wird das neue Instrument der Kostengutsprache eingeführt, das die

Infos Kommission für Technologie und Innovation KTI 3003 Bern 031 322 24 40 info@kti.admin.ch www.kti.admin.ch

Innovation

Suche nach Forschungsinstitutionen erleichtern soll. Diese Flexibilisierungsmassnahmen gelten für ein bzw. zwei Jahre; sie sind Bestandteil des Massnahmenpakets zur Abfederung der Folgen der Frankenstärke. Im Rahmen dieses Massnahmenpakets hat der Bundesrat am 16. Februar 2011 beschlossen, einen Nachtragskredit zu beantragen, um die Fördermittel für besonders innovative Forschungs- und Entwicklungsprojekte (F&E-Projekte) im Zuständigkeitsbereich der KTI um je 10 Millionen Franken in den Jahren 2011 und 2012 aufzustocken. Die eidgenössischen Räte haben die Aufstockung für 2011 am 17. Juni 2011 bewilligt. Für die 10 Mio. Franken für das Jahr 2012 hat der Bundesrat das EVD ermächtigt, den Kredit Technologie- und Innovationsförderung KTI im Voranschlag um diesen Betrag aufzustocken. Mit der Änderung der V-FIFG wird die rechtliche Grundlage geschaffen, um mit zusätzlichen Finanzmitteln Hürden für KMU abzubauen und F&E-Projekte mit anerkannten Forschungsinstitutionen zu lancieren. Dazu sieht die geänderte Verordnung neu die Möglichkeit einer Kostengutsprache in einem frühen Projektstadium und gestützt auf einen Projektbeschrieb des Unternehmens vor. Mit dieser Gutsprache und der weiteren Unterstützung durch die KTI (Kontaktvermittlung, Coaching usw.) kön-

nen KMU in einem zweiten Schritt den geeigneten Hochschulpartner für ihr F&E-Projekt wählen.

Das Risiko vermindern helfen Durch die frühe Beurteilung des forschungsbasierten Innovationsvorhabens sollen die Unternehmen positiv in ihren Risikoabwägungen beeinflusst werden. Das gestaffelte Vorgehen verschafft der Wirtschaft mehr Kontrolle bei der Entwicklung solcher Projekte. Der Bundesrat verspricht sich davon einen Impuls, dass die im globalen Wettbewerb befindlichen Unternehmen durch Innovationen die eigene Wettbewerbsfähigkeit auch bei anhaltendem Währungsdruck aufrechterhalten können. Auch die zweite Änderung der V-FIFG dient dieser Zielsetzung. Die Unternehmen müssen sich gemäss dem Forschungs- und Innovationsförderungsgesetz (FIFG) an den Projektkosten mindestens zur Hälfte beteiligen. An diesem Grundsatz wird nichts geändert. Hingegen kann die KTI bei Bedarf die Barzahlung, welche die Unternehmen an die Forschungsinstitution zu leisten haben und die in der Regel 10 Prozent beträgt, einzelfallweise senken oder sogar ganz erlassen. Massgebend für diesen Entscheid ist die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit des Wirtschaftspartners. Diese Änderung ist befristet auf ein Jahr ab Inkrafttreten der Verordnungsrevision. [mg]

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Innovationen schaffen und sichern Vielerorts ist der Wirtschaftsaufschwung wieder spürbar. Wirtschaftskrise, Nullwachstum, Kostensenkungen und Sorge um den Werkplatz Schweiz sind aber noch nicht vergessen. Umso mehr ist es wichtig, rechtzeitig in die Zukunft zu investieren. Neuartiges möchte geschaffen werden und Zukunftsgeschäfte sind zu entwickeln. ie werden Innovationen gezielt entwickelt und wie werden diese richtig geschützt? Dieses Wissen fördert die Hochschule für Technik Zürich HSZ-T (eine Teilschule der Zürcher Fachhochschule) mit berufsbegleitenden Studiengängen.

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onsmanagement oder -marketing führt nach zwei Jahren Studienzeit zum anerkannten Master of Advanced Studies ZFH in Innovation Engineering.

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Innovation

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Produktentstehungsprozesse ohne Verschwendung

Lean Development ist die Anwendung der Lean-Philosophie im Produktentstehungsprozess mit dem Ziel, Verschwendung in jeder Form zu vermeiden. Dies führt zu massiv kürzeren Projektlaufzeiten und trägt dazu bei, dass Innovationen rechtzeitig und ausgereift auf den Markt kommen. eder Produktentstehungsprozess besteht neben den effektiv wertschöpfenden Anteilen aus Tätigkeiten, welche aus Kundensicht als Verschwendung angesehen werden müssen. Diese Verschwendungen wirken sich als Durchlaufzeit-verlängernd und Effizienz-reduzierend aus. Diese Verschwendungen hindern häufig auch daran, Innovationen frühzeitig auf den Markt zu bringen.

Produktentstehungsprozess lassen sich grundsätzlich in drei Kategorien einteilen:

Die drei Kategorien des Produktentstehungsprozesses. • Wertschöpfung: diese ist zu maximieren u. a. Konstruieren, Software schreiben • Notwendige Verschwendung: diese ist zu minimieren u.a. Projekttracking durchführen, Dauer der Projektmeetings • Unnötige Verschwendung: diese ist zu eliminieren u. a. Interne Änderungen, negatives Multitasking. Die Durchlaufzeit des Produktenststehungsprozesses. (Bilder: Staufen.AG)

Verschwendung sichtbar machen und reduzieren Eine Grundvoraussetzung, um die in jedem Unternehmen vorhandene Verschwendung zu reduzieren, ist ein transparenter Produktentstehungsprozess und die Bereitschaft, die Verschwendung aufzuzeigen und konsequent anzugehen. Eine transparente Abwicklung eines Projektes durch Visualisierung trägt dazu bei, dass Probleme frühzeitig erkannt werden und Störungen proaktiv vermieden werden können. Die Tätigkeiten in einem

Innovation

Die Hauptverschwendungsursachen Aufgrund von umgesetzten Lean Development-Projekten hat sich ge-

zeigt, dass ein mangelhaft durchgeführtes Projekt-Frontloading und negatives Multitasking mit zu den Hauptursachen für Verschwendung im Produktentstehungsprozess gehören. Projekt-Frontloading ist ein Prinzip der Konzeptphase. Die Konzeptphase ist die Kreativphase des Projektes, dabei werden interdisziplinär möglichst viele Informationen zur Projektaufgabe gesammelt. Parallel zur eindeutigen Klärung des Lastenheftes erfolgt die Beschreibung des Pflichtenhefts unter

Autor Ruedi Graf ist Senior Consultant/Projektleiter bei der Staufen.AG und Spezialist für Lean Development. Zuvor war er während fünf Jahren Lean Manager der Baumer Gruppe und zuständig für die Weiterentwicklung des gruppenweiten Lean-Systems und den Aufbau eines Operationssystems unter Anwendung der Lean- und Six-Sigma-Methoden. Davor war er als Projekt- und Konstruktionsleiter in verschiedenen führenden Unternehmen tätig. Ruedi Graf ist dipl. Masch. Ing. FH und hat Nachdiplomstudien zum Wirtschaftsing. FH und Exec. MBA sowie eine Ausbildung zum Six Sigma Blackbelt.

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Projektbearbeitung mit und ohne negativem Multitasking.

Berücksichtigung von Erfahrungswissen aus sämtlichen Unternehmensbereichen. Ein effektiv umgesetztes Frontloading verhindert Verschwendung in späteren Projektphasen. Negatives Multitasking als zweite wesentliche Verschwendungsursache entsteht dann, wenn gleichzeitig mehrere Projekte oder Aufgaben erledigt werden und Mehraufwand durch erneutes Eindenken entsteht (Setupzeiten).

Maximale Reduktion der Verschwendung Um die Verschwendung in einem Produktentstehungsprozess maximal zu reduzieren, sind nicht nur punktuell Verbesserungen notwendig. Häufig sind die Ursachen in ei-

nem Zusammenspiel von verschiedenen Handlungsfeldern zu suchen. In der Praxis hat sich gezeigt, dass sich in folgenden sieben Handlungsfeldern Optimierungsmöglichkeiten ergeben, welche zu einem ganzheitlichen Lean Development-System führen: 1. Strategie 2. Technologie-Management 3. Wertstrom-Organisation 4. Prozess-Orientierung und Frontloading 5. Projekt-Management und Engpass-Orientierung 6. Führung und Kommunikation 7. Produktgestaltung

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Online-Überwachung in Echtzeit steigert Qualität beim selektiven Laserschmelzen

Beim selektiven Laserschmelzen (SLM, Selective Laser Melting) bringt ein Laserstrahl dünne Schichten an Metallpulver mit hoher Geschwindigkeit zum Schmelzen und formt so Lage für Lage komplexe Bauteile. Die hohen Qualitätsansprüche in der Luft- und Raumfahrt oder Medizintechnik lassen sich nur mit einer Echtzeit-Überwachung der Laserleistung und Geschwindigkeit der Laserumlenkspiegel erreichen. n der Fakultät für Maschinenbau der Katholieke Universiteit Leuven (Belgien) wird seit den frühen 90er-Jahren an der generativen Fertigung (Additive Manufacturing, AM) geforscht. Der Arbeitsschwerpunkt der Gruppe um Professor Jean-Pierre Kruth liegt aktuell auf dem selektiven Laserschmelzen (SLM) von Metallen, im Besonderen auf der Steigerung der Qualität des Verfahrens.

Bauteile wachsen in die Höhe Das selektive Laserschmelzen zählt zu den generativen Fertigungsverfahren, bei denen schichtweise Werkstoff aufgetragen wird und so direkt metallische Werkstücke hergestellt werden – im Gegensatz zur klassischen subtraktiven Fertigung, bei der das Bauelement aus einem massiven Block durch Abtragen von Material mittels Fräsen, Drehen oder Funkenerodieren hergestellt wird.

Infos National Instruments 5408 Ennetbaden 056 200 51 51 ni.switzerland@ni.com www.ni.com/switzerland Tom Craeghs KULeuven, Department of Mechanical Engineering 3001 Heverlee tom.craeghs@mech.kuleuven.be www.mech.kuleuven.be

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Bild 1: Schematische Darstellung und Aufbau des selektiven Laserschmelzen(SLM-)Verfahrens. In Bild 1 wird der Ablauf des SLM-Verfahrens schematisch dargestellt. Zu Beginn wird eine Pulverschicht auf eine Bauplattform aufgebracht, die an der Fertigungsgrundplatte der Maschine befestigt ist. Der Laser bearbeitet das pulverförmige Ausgangsmaterial entsprechend des ersten Querschnitts des Modells, wodurch das vollständig geschmolzene Pulver die erste Schicht des Werkstücks auf der Bauplattform bildet. Dann wird die Plattform je nach Schichtdicke abgesenkt und eine neue Pulverschicht auf die vorhergehende aufgetragen, indem Pulver aus dem Pulvervorratsbehälter mithilfe eines Beschichters (zum Beispiel einer Walze oder eines Pulverschiebers) über den Werkstückbereich geschoben wird. Im Anschluss daran wird durch das Schmelzen der

zweiten Schicht gemäss den dazugehörigen Slice-Daten erneut eine Schicht aufgetragen und so lange fortgeführt, bis das Werkstück vollständig erstellt ist. Aufgrund des schichtweisen Verfahrens ermöglicht das SLM eine grosse geometrische Vielfalt und kann Bauteile mit sehr komplexen Strukturen erzeugen. In Bild 2 ist ein Werkstück zu sehen, das nach dem SLM-Verfahren gefertigt wurde.

Kameras überwachen die Fertigungsqualität Trotz der bereits erheblichen Fortschritte bei der Verbesserung des SLM-Verfahrens und der Bauteilqualität muss für einen Durchbruch in Branchen mit hohen Qualitätsansprüchen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik noch das Problem der Online-

Bild 2: SLM-gefertigter Wärmetauscher aus rostfreiem Stahl. Qualitätskontrolle und der Steuerung des Verfahrens gelöst werden. Der Versuchsaufbau einer Überwachung mit einer Hochgeschwindigkeits-CMOS-Kamera (Prozesskamera) ermöglicht die ständige Überwachung des geschmolzenen Pulvers um den Laserpunkt herum. Mit einer zweiten Kamera (Sichtprüfungskamera) werden die Oberfläche nach dem Schmelzen und das Auftragen einer neuen Schicht untersucht. Eine schnelle Verarbeitung aller Daten in Echtzeit ist für die Steuerung des Verfahrens nötig. Während des Fertigungsprozesses können viele Probleme auftreten, wie zwei Beispiele verdeutlichen.

auftreten, wodurch deutliche Abweichungen in der Grösse des Schmelzbereichs hervorgerufen werden. Ist der Schmelzbereich von einer grösseren Menge an (wärmeisolierendem) Pulver als von (wärmeleitendem) Feststoff umgeben, nimmt die Grösse des Schmelzbereichs erheblich zu, was zu einer Abnahme der Werkstückabmessungen und der Oberflächenqualität führt. Dieser Überhitzungseffekt lässt sich mit der Prozesskamera verfolgen. Eine schnelle Bildverarbeitung in Echtzeit ist für die Steuerung des Verfahrens nötig. Die mit der Prozesskamera ermittelte Abtastrate (Bildrate) beträgt mindestens 10 kHz, während die Rate des Regelsystems bei rund 1 kHz liegt.

Überhitzen des Pulvers

Beschädigung des Beschichters

Überhitzen kann bei starken Abweichungen von den Bedingungen um den Auftreffbereich des Laserpunktes

Im Laufe des Fertigungsprozesses können kleine Teile von der Prüfstand-Fer-

Bild 3: Implementierung der Sensoren und optischen Komponenten am Prototyp der Katholieke Universiteit Leuven.

Automation

tigungsgrundplatte abbrechen. Wenn sich der Beschichter über diese Teile bewegt, kann die Auflagefläche des Beschichters beschädigt werden und die neue Schicht wird nicht gleichmässig aufgetragen. In diesem Fall muss die Auflagefläche erneuert werden. Dieses Problem lässt sich mit der Sichtprüfungskamera nachweisen.

Bild 4: Bild des Schmelzbereichs, der mit einer HochgeschwindigkeitsCMOS-Kamera aufgenommen wurde; der kleine «Punkt» am rechten unteren Bildrand stellt einen Funken dar, der sich vom Schmelzbereich entfernt.

Prozessparameter optisch kontrollieren Um diese Probleme aufzuspüren, zu beheben und zu vermeiden, musste ein Überwachungssystem entwickelt und implementiert werden, das aus zwei optischen Komponenten besteht: • Prozesskamera: Eine Hochleistungs-CMOS-Kamera überwacht kontinuierlich einen kleinen Bereich um den Laserpunkt herum. Bild 3 zeigt den Aufbau. In Bild 4 ist ein Bild des Schmelzbereichs zu sehen, der von der Kamera aufgezeichnet wird. Da sich der Laser normalerweise mit einer Geschwindigkeit von 1000 mm/s bewegt, müssen die Bilder mit einer hohen Abtastrate (etwa 10–20 kHz) aufgenommen und verarbeitet werden. Die Grösse des Schmelzbereichs lässt sich durch Regelung der Laserleistung und Geschwindigkeit steuern. • Sichtprüfungskamera: Ausserhalb der Bearbeitungskammer ist eine zweite Kamera installiert, mit der die Prüfstand-Fertigungsgrundplatte nach dem Schmelzen und Auftragen überprüft wird.

FPGA berechnet Position und Grösse des Schmelzpunkts

Bild 5: Schmelzen einer dünnwandigen Struktur mit vielen Wendungen, die von einem Pulver umgeben ist (links); dazugehöriger Schmelzbereich in Bezug zur Zeit (rechts); ein grosser Schmelzbereich tritt auf, wenn der Laser seine Richtung sehr stark ändert (zum Beispiel Wendung um 180°).

Für die Verarbeitung der Bilder der Prozesskamera wird ein Framegrabber verwendet, der mit einem integrierten, programmierbaren FPGA ausgestattet ist. Der Framegrabber lässt sich jedoch nicht in ein Echtzeitsystem integrieren. Aus diesem Grund wurden ein NI-PXIe-1082-System, eine FlexRIO-FPGA-Karte mit Camera-LinkAdaptermodul und ein rekonfigurierbares Multifunktions-I/O-Gerät NI PXI-7853R eingesetzt. Die Kamerabilder werden an den FPGA übergeben, nach und nach die Grenzwerte ermittelt und anschliessend Länge, Breite und Position des Schmelzbereichs mit eigens entwickelten IP-Cores auf dem FPGA bestimmt.

Bildverarbeitung kommt Abweichungen auf die Spur

Bild 6: Die Abnutzung des Beschichters wird durch Streifen im Pulverbett angezeigt (rechts).

Innovation

Bild 5 zeigt als Beispiel einen typischen Kurvenverlauf (rechts) für die Schwankung der Grösse des Schmelzbereichs, bei dem der ge-

messene Schmelzbereich in Bezug zur Zeit gesetzt wird, während eine dünnwandige Struktur geschmolzen wird. Die Spitzenwerte des Schmelzbereichs entsprechen einer Überhitzung, wobei hier der Laser eine Wendung um 180° macht, wie links in Bild 5 zu sehen ist. Dieser Überhitzung kann lokal durch Reduzieren der Laserleistung in der Echtzeitregelung entgegengewirkt werden. Ausserdem werden die Daten des Schmelzbereichs aller Vektoren in einer umfangreichen Datenbank gespeichert. Während des Vorgangs suchen festgelegte Algorithmen zur Mustererkennung fortlaufend in dieser Datenbank nach «nichtstatistischen» Verfahrensabweichungen. Nach Beendigung des Fertigungsprozesses steht ein aussagekräftiger Qualitätsbericht zur Verfügung. Bild 6 verdeutlicht die Abnutzung des Beschichters: Das linke Bild zeigt eine perfekte Pulverschicht, wohingegen auf dem rechten Bild die Beschichtung durch einen abgenutzten Beschichter zu erkennen ist. Mithilfe von NI-Bildverarbeitungsalgorithmen können die Abnutzungsstreifen im Pulverbett sichtbar gemacht werden.

FPGA rechnet und steuert Die NI-FlexRIO-Karte mit programmierbarem FPGA-Chip ermöglicht die Qualitätskontrolle des SLM-Verfahrens. Das PXI-System führt die Bildverarbeitung durch und regelt die Laserleistung sowie die Positioniergeschwindigkeit des Abtastkopfs in Echtzeit. Der Abtastkopf lenkt mithilfe von galvanischen Spiegeln in einem integrierten Servosystem den Laserstrahl in Richtung der Werkstückplattform. Dadurch wurde es möglich, die Verfahrensaktoren ebenso wie die Laserleistung und die Positioniergeschwindigkeit zu steuern. [pm]

Autoren Tom Craeghs und Prof. JeanPierre Kruth, Katholieke Universiteit Leuven (Belgien), Fakultät für Maschinenbau

Technik

Innovation

Automation

Modulares Maschinenkonzept passt sich den Anforderungen flexibel an

Superschnell und mit hoher Präzision müssen Flachtextilien vollautomatisch nach einem vom Kunden vorgegebenen Packmuster gefaltet werden, damit sie nur noch in das Verkaufsregal gelegt werden müssen. In Anbetracht der Vielzahl an Verpackungs-Designs und Textilien stellt dies eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Dank PC-basierter Steuerungsarchitektur lässt sich die Textilfaltmaschine problemlos auf die unterschiedlichsten Ansprüche der internationalen Kunden einstellen. extilien automatisch zu falten, ist aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Ausgangsgrössen,

vorgegebene Format- und Falt-Design», erklärt Samuel Gerber, Gründer und CEO von espriTex. «Das

Bandantriebe und Faltarme zum Falten der Textilien. Stoffqualitäten, Packdesigns und Faltabmessungen ein alles andere als einfach zu automatisierender Prozess. «Faltmaschinen ‹verkleinern› die Teile auf das vom Kunden

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Faltergebnis entspricht exakt dem Präsentationskonzept der Verpackung, mit dem die Ware im Verkaufsregal angeboten wird. So können, je nach Maschinentyp, bis zu 1500 flache Textilteile pro Stunde gefaltet und mit einer oder zwei Kartoneinlagen versehen werden.

Falten, was der Stoff hergibt «Mit einem modularen MaschinenDesign und einer Vielfalt an möglichen Faltprogrammen erfüllen wir fast jedes gewünschte Präsentati-

onskonzept», betont Samuel Gerber. «Wir bauen unsere Maschinen exakt nach den Bedürfnissen unserer Kunden und den Anforderungen seiner Applikation.» Der komplexe Faltprozess läuft vollautomatisch ab. Samuel Gerber erläutert dies folgendermassen: «Wir haben es mit sehr unterschiedlichen Materialien zu tun. So handelt es sich beispielsweise bei Seide und Satin um sehr glatte, rutschige Stoffe, die sich beim Falten anders verhalten als ein schwerer Baumwollstoff oder ein Mischgewebe. Die zweite Anforderung resultiert aus den zu verarbeitenden Formaten. Beispielsweise sind Breiten- und Längenmasse für Bettwäsche weltweit unterschiedlich. Alleine im sehr standardisierten USMarkt unterscheidet man zwischen Twin-, Full-, Queen-, King- und California-King-Size. Das erfordert immer wieder andere Faltarten, um auf eine identische Verpackungsgrösse zu kommen.» Je nach Anwendungsbereich kann zwischen verschiedenen Faltverfahren gewählt werden, zum Beispiel Reversier-, Kaskaden-, Blasrohr-, Schieber-, Schwert-, Schwingarm-, Boxoder Schablonenfaltung. Die meist verwendeten Verfahren beruhen auf mechanischen Faltschiebern (die Textilien werden über Schablonen auf die vorgegebene Breite gezogen), Faltschwert- oder Blasrohrfaltung (hierbei wird die Ware mittels Faltschwert oder Luftstoss zwischen zwei Walzen

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www.compona.ch gedrückt), Schwingarm, kombiniert mit Schablone (die Textilien mit einem Schwingarm über eine Schablone gelegt), Reversierfaltung (eine Kombination aus reversierenden Transportbändern und Blasrohr- oder Schwertfaltung). «Wir transportieren, wir bewegen und arbeiten sehr viel mit Druckluft, Pneumatik, Elektronik und elektrischen Antrieben, sprich Mechatronik», beschreibt Samuel Gerber die Verfahren.

Präzision im Akkord Die Faltmaschinen arbeiten äusserst präzise. Die theoretische, maximale Abweichung beträgt ± 0,5 mm bei Transportgeschwindigkeiten von 60 m/min, was auf den ersten Blick für Textilfaltungen als unnötige Präzision erscheint. Zu berücksichtigen sind jedoch zusätzliche Abweichungen, die durch Faktoren entstehen, die nicht direkt beeinflusst werden können: zum Beispiel Luftfeuchtigkeit und Temperaturschwankungen, unterschiedliche elektrisch-statische Ladung, sich bildender Produktionsstaub, Erschütterungen sowie netzabhängige Strom- und Spannungsschwankungen oder Materialvariationen aus dem gleichen Produktionslos. Daher ist die gesetzte Wiederholgenauigkeit der Maschine sehr wichtig. Die Präzision und Schnelligkeit der Faltvorgänge wird entscheidend durch die eingesetzte Steuerung bestimmt. Als zentrale Steuerung nutzt espriTex einen BeckhoffIndustrie-PC C6350, mit der Automatisierungssoftware TwinCAT NC PTP. Der IPC ist im Schaltschrank montiert und wird über einen abgesetzten Touchscreen bedient. Die einzelnen Maschinenmodule besitzen dezentrale IOs, die über das EtherCAT-Bussystem verbunden sind. «Es gibt verschiedene Gründe, welche die PC-ControlTechnologie von Beckhoff zur optimalen Automatisierungsplattform für unsere Maschinen machen», erläutert Marcel Stebler, zuständig für das Software-Engineering: «Mithilfe der modularen Steuerung können wir sehr einfach unser breites Spektrum an System- und An-

triebselementen, den Beckhoff-Servoverstärker AX2006, 17 Frequenzumrichter und diverse Sensoriken, anbinden. Dank des Wechsels auf einen schnelleren PC und die EtherCAT-Technologie konnten wir die Genauigkeit unserer Maschinen um den Faktor 2–3 verbessern.» Im Weiteren sind an den Feldbusknoten auch die Safety-Klemmen integriert. «Das Beckhoff-Sicherheitssystem TwinSAFE kommt unserem Konzept einer schlanken Steuerungsarchitektur sehr entgegen», so Marcel Stebler. «Uns hat vor allem der Umstand überzeugt, dass die EtherCAT-Safety-Klemmen einfach in den bestehenden Klemmenstrang integriert werden können, aber programmtechnisch eine eigenständige Sicherheitslösung darstellen. Zudem kann ohne viel Aufwand eine detaillierte Diagnose betrieben und gegebenenfalls dem Bediener zur Verfügung gestellt werden. Mit einer konventionellen Sicherheitslösung wäre dies kaum zu realisieren.»

3-D-Simulation vereinfacht die Programmierung espriTex konstruiert und entwickelt seine Maschinen sowohl hinsichtlich der Mechanik als auch der Elektronik mit einem CAD-System. «Die 3-D-Konstruktion erlaubt eine sehr schnelle Umsetzung unserer Konzepte», erläutert Samuel Gerber. Hinsichtlich der Elektrokonstruktion können die Installations- und Verdrahtungspläne sowie die Handbücher als PDF-Dokumente ausgege-

Umspritzte M12-Kabelsteckverbinder für Bus-Anwendungen von Binder

Für Bus-Anwendungen bieten wir ab sofort Kabelstecker und -dosen als umspritzte Leitungen in Standardlängen von zwei und fünf Metern an. Dies stellt für uns eine entscheidende Erweiterung im Bereich M12 dar. Alle Steckverbindungen erfüllen im verschraubten Zustand die Schutzart IP67.

ITT: CA Bajonett-Steckverbinder – RoHS-konform

Angesichts der zunehmenden Einführung von RoHS-Normen in der Industrie entschied sich ITT Interconnect Solutions auf Stoffe wie sechswertiges Chrom, Blei und Cadmium in ihrer Produktion zu verzichten. Die CA Bajonett BLUE GENERATION von ITT ICS ist nicht nur RoHSkonform, sondern bietet mit ihrer ansprechenden, blaugrauen Beschichtung auch einen vollwertigen technischen Ersatz für die traditionellen, olivegrünen, nicht RoHS konformen Steckverbinder, die nur noch in einigen Märkten, hier speziell im militärischen Bereich, eingesetzt werden dürfen. Diese Steckverbinder sind 500 Stunden salzsprühbeständig und IP-69K-geschützt.

3M: AWG-26-Flachbandkabel im Raster 1,27 mm (Serie 3811) 3M führt ein sehr breites Sortiment an Flachbandkabeln. Speziell hervorzuheben ist das UL-gelistete Flachbandkabel der Serie 3811. Mit AWG-26-Aderquerschnitt ist das leicht trennbare Flachbandkabel für höhere Belastungen konzipiert. Es ist erhältlich von 10- bis 64-polig.

Die einzelnen Maschinenmodule kommunizieren über die Busklemmenstationen und EtherCAT mit der zentralen Steuerung.

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Automation

kumente über den PC, der eine Internet-Anbindung hat, nutzbar. Das HMI-Bedienkonzept der Faltmaschinen basiert auf VB6 und wird zurzeit mit .Net überarbeitet. «Die Rezepturgrundprogramme sind in einer Datenbank hinterlegt. Diese kann vor dem Laden über die Visualisierung angepasst werden, da stets die Eigenschaften der Textilien berücksichtigt werden müssen.»

Remote-Desktop erspart Servicefahrt um die halbe Welt Die modulare Faltmaschine mit einem Beckhoff-TouchscreenControl-Panel in kundenspezifischer Ausführung. ben werden. «Diese Dokumente speichern wir auf dem Industrie-PC ab», ergänzt Samuel Gerber. «Das ist sehr komfortabel für den Kunden, da er nicht mehr dicke Bücher lagern muss.» Sämtliche Antriebsdaten werden ebenfalls auf dem Rechner gespeichert und gesichert. Im Servicefall sind diese Daten und Do-

Die Faltmaschinen sind sowohl Stand-alone-Maschinen als auch Bestandteil von grösseren Systemlösungen und lassen sich zum Beispiel per Realtime-Ethernet an ein vollautomatisches Nähsystem koppeln. Bei Letzterem erfolgt die Beschickung vollautomatisch. Stand-alone-Maschinen werden oftmals als den Handnähplätzen nachgeschaltete Faltmaschinen eingesetzt oder müssen unter-

schiedliche Textilien mit verschiedenen Packmassen für Bettsetkonzepte und dergleichen falten und assemblieren. espriTex liefert seine Faltmaschinen in die ganze Welt; vorzugsweise in Schwellenländer, in denen heute Textilien produziert und verarbeitet werden. «Wir installieren die Anlagen gleich beim Textilhersteller», sagt Samuel Gerber. «Für espriTex sind daher Service- oder Wartungsmöglichkeit aus der Ferne sowie residente Hilfsstrategien von zentraler Bedeutung. Die PCbasierte Automatisierung bietet uns hier deutliche Vorteile: Wenn ein Kunde ein Problem vor Ort hat, müssen wir in der Regel nicht hinfahren, da wir uns einfach auf den IPC einwählen. Uns steht dann die ganze Maschinensteuerung zur Verfügung und durch die guten Diagnosemöglichkeiten der Beckhoff-Steuerung lässt sich der Fehler fast immer finden.». [pm]

Erfüllen Sie die Maschinenrichtlinie und steigern Sie die Maschinenleistung – mit integrierter Sicherheit Ab dem 1. Januar 2012 müssen Sie entweder die funktionalen Sicherheitsnormen EN ISO 13849-1 bzw. EN/IEC 62061 anwenden oder direkt die Anforderungen der Maschinenrichtlinie erfüllen. Funktionale Sicherheitsnormen ermöglichen Ihnen den Einsatz integrierter Sicherheitslösungen, mit denen Sie die Produktivität und Leistung Ihrer Maschine steigern können. Noch ist Zeit, versäumen Sie es nicht mit Rockwell Automation zu sprechen, einem der führenden Anbieter sicherheitstechnischer Lösungen für Maschinen und Anlagen. Besuchen Sie uns unter: www.scalabletechnology.eu/de

Automation

Roboter verdrahten Schaltränke vollautomatisch

Per Mausklick zum Schaltschrank – ein Online-Konfigurationstool, das Eplan Engineering Center und ein Roboter machen dies möglich. Per Browser können Schaltschränken bis 630 Ampere per Drag-and-Drop konfiguriert werden, die anschliessend automatisch und effizient verdrahtet werden. Als Backbone der Konfigurationsoberfläche kommt das Eplan Engineering Center (EEC) zum Einsatz. deutenden Marktteilnehmer im Schaltschrankbau mit 160 Mitarbeitern und einer grosszügigen Produktionsstätte entwickeln können. Nun aber geht P & V einen zweiten Weg und erschliesst einen weiteren, grundsätzlich anderen Kundenkreis. Gründer und Geschäftsführer Ghislain Vanherle: «Unsere bisherigen Kunden sind vor allem mittelständische Maschinen- und Anlagenbauer, für die wir zumeist Wiederholaufträge in jeweils individuellen Varianten fertigen. Das Projektgeschäft des Grossanlagenbaus war bislang nicht unser Zielmarkt, ebenso wenig Einzelaufträge von kleineren Elektro-Installateuren.»

Neues Geschäftsmodell für neue Kunden Genau das soll sich jetzt ändern: P & V adressiert nun auch die zahlreichen kleineren Unternehmen und die Distributoren, die kleine Stückzahlen von einfacheren Schaltschränken benötigen. Das geht nicht mit den vorhandenen

Infos Der neu entwickelte Verdrahtungsroboter übernimmt vollautomatisch alle fertigungsrelevanten Schritte der Verdrahtung. ie man neue Kunden findet – diese Frage stellen sich nahezu alle Industrieunternehmen. Die 1986 gegründete P & V Elektrotech-

niek in Zolder (Belgien) hat in den vergangenen 25 Jahren kontinuierlich neue Kunden gewonnen, sonst hätte sie sich nicht zu einem be-

EPLAN Software & Service AG 8105 Regensdorf 044 870 99 00 info@eplan.ch www.eplan.ch www.easypanel.be

Innovation

Automation

„Erbsen zählen“ leicht gemacht

Schritt für Schritt gelangen Kunden zum individuellen Schaltschrank-Layout, das mit auswählbaren Optionen spezifisch detailliert wird.

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Organisationsformen. Ghislain Vanherle: «Uns war klar, dass wir für diese neue Kundengruppe ein ganz neues Geschäftsmodell benötigen, für das wir zwei Voraussetzungen definiert haben. Erstens: Webbasierte Konfiguration des Schaltschranks durch den Kunden und vollständig standardisierte Abläufe von der Anfrage bis zur Auslieferung. Zweitens: weitestgehend automatisierte Fertigung der Schaltschränke.»

Standardisierte und automatisierte Abläufe Dass man mit beiden Voraussetzungen Neuland beschreitet, schreckte die Verantwortlichen nicht ab. Sie starteten die Entwicklung eines Online-Tools, das die Konfiguration von Schaltschränken bis 630 Ampere im «Drag-and-Drop»-Verfahren erlaubt. Immerhin musste man nicht ganz bei null beginnen, denn

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P & V setzt mit dem Eplan Engineering Center schon eine Plattform ein, die alle Voraussetzungen für die gewünschte Standardisierung der Prozesse mitbringt. Alain Beliën, Elektroingenieur, beschreibt den Ablauf, der auf der Website www.easypanel.be beginnt: «Der Kunde legt online seinen Schaltschrank fest bzw. aus und erhält als Ergebnis eine Konfigurationsdatei, die er per Tastendruck absendet. Dort wird der Schaltschrank im EEC konfiguriert, auch die automatisierte Kalkulation erfolgt mit den Daten des EEC.» Der Kunde erhält dann – wiederum weitestgehend automatisiert – ein Angebot, das bei «OK» als Auftrag in das ERP-System von P & V umgewandelt wird. Das Engineering Center bereitet parallel die Daten für den Verdrahtungsroboter und die CNC-Bearbeitung des Schaltschranks auf.

Robotergestützter Schaltschrankbau Parallel arbeitete P & V daran, Voraussetzung Nummer zwei in die Tat umzusetzen, und entwickelte zusammen mit einem Roboterhersteller einen Verdrahtungsroboter. Ghislan Vanherle: «Anhand der Daten aus dem Eplan Engineering Center wie Verdrahtungsschema, Klemmenliste und Geräteliste kann der Roboter nicht nur das Routing planen, sondern direkt automatisch die Verdrahtung vornehmen.» Selbstständig führt der Roboter alle fertigungsrelevanten Schritte durch. Angefangen mit der Auswahl des richtigen Werkzeugs für die Aderendbehandlung bringt der Roboter auch die Aderbeschriftung auf und zu guter Letzt verbindet er die Adern automatisch mit den entsprechenden Komponenten.

Flexibler Roboter übernimmt die Verdrahtung Somit ist eine durchgängige Automatisierung sowohl des vorgelagerten Engineerings und der Kundenkommunikation als auch des Schaltschrankbaus gelungen – und P & V hat auf diese Weise die Voraussetzung dafür geschaffen, auch kleinere Schaltschränke in Losgrösse Eins wirtschaftlich zu fertigen und das mit einer Qualität wie für Serienprodukte. Auf der Hannover Messe wurde der neue Verdrahtungsroboter übrigens erstmals präsentiert. Damit das Geschäftsmodell der vollkommenen Standardisierung greifen kann, kommuniziert das EEC selbsständig mit den anderen IT-Plattformen sowohl mit der Easy Panel-Bedienoberfläche als auch mit dem ERP und den CNC-gesteuerten Fertigungsanlagen sowie dem Verdrahtungsroboter. Dieser durchgängige Informationsfluss klappt in der Praxis problemlos und setzt gewaltige Rationalisierungspotenziale frei.

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Gelungener Start Der Roboter wurde zur Hannover Messe präsentiert und im Juli ging P & V mit der neuen Website in den Markt. Ghislain Vanherle: «Wir können erstmals in der ganzen Branche einfache kundenspezifische Schaltschränke automatisiert, ohne grossen Overhead, und somit kostengünstig produzieren. Damit machen wir der neuen Zielgruppe von Grosshändlern, Distributoren und kleineren Kunden ein attraktives Angebot – zumal wir gewährleisten, innerhalb von zehn Tagen zu liefern.» [ea]

Autor Timm Hauschke, Produktmanager bei Eplan Software & Service, Monheim am Rhein

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Automation

Automatische Codegenerierung als Schlüssel innovativer Algorithmen

Mechatronische Entwicklung mittels Model-Based Design und Rapid Prototyping ermöglicht die direkte Umsetzung innovativer Forschungsergebnisse und verkürzt gleichzeitig die Time-to-Market neuer Produkte. Erkenntnisse aus der wissenschaftlichen Forschung können in wenigen Schritten auf der Industriehardware implementiert werden, sodass ein effizienter Einsatz in der Industrie erfolgen kann. iele Algorithmen, die an Universitäten und Forschungseinrichtungen weltweit entwickelt wurden, konnten in der Vergangenheit keiner wirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden, da die

industrielle Umsetzung zu zeitaufwendig und zu kostenintensiv gewesen wäre. Mit dem Tool Automation Studio Target for Simulink können Programme direkt aus mechatronischen Entwicklungsumgebungen wie Matlab und Simulink heraus in wenigen Schritten auf eine SPS oder einen Industrie-PC übertragen werden. Diese Form der Entwicklung komplexer Algorithmen wird auch an der West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Polen, seit längerer Zeit genutzt, um neueste Forschungs- und Entwicklungserkenntnisse schnell und zuverlässig auf industrieller Steuerungstechnik verfügbar zu machen. So konnte unter anderem eine innovative CNC-Fräsmaschine mit Selbstdiagnose entwickelt werden. An der West Pomeranian University of Technology wird folgender Ansatz für die mechatronische Entwicklung umgesetzt: • Modellbildung: Ein Prozessmodell sowie ein Modell der Steuerungskomponenten werden entwickelt

• Simulation: Das Gesamtmodell der Anlage oder Maschine wird in einem Simulationswerkzeug wie zum Beispiel Simulink aufgebaut. Mithilfe der Simulation können aussagekräftige Erkenntnisse über die Funktionalität der entworfenen Lösung getroffen werden – noch lange bevor der erste physikalische Prototyp gebaut wird • Virtual Prototyping: Die in der Simulation optimierten und parametrierten Steuerungs- und Regelalgorithmen werden mithilfe von Automation Studio Target for Simulink auf die Industriesteuerung übertragen. Da das verwendete Prototypingsystem gleichzeitig auch das später an der Anlage eingesetzte System ist, wird dieser Schritt oft auch als «On-target Rapid Prototyping» bezeichnet • Hardware-in-the-Loop: Mit der optionalen Übertragung des Simulationsmodells des Prozesses selbst kann das Gesamtverhalten der Anlage unter Echtzeitbedingungen getestet werden, ohne

Infos

Mit dem Projekt O.C.E.A.N. konnte die West Pomeranian University of Technology den ersten Platz auf der «Innovation Technology Machines» Messe in Poznan gewinnen. (Quelle: Lukasz Urbanski)

50 Innovation

B&R Industrie-Automation AG 8500 Frauenfeld 052 728 00 55 office.ch@br-automation.com www.br-automation.com

An der West Pomeranian University of Technology in Szczecin kommt bereits seit Jahren Steuerungs- und Antriebstechnik von B&R für die Lehre zum Einsatz.

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dass ein Risiko für Mensch oder Maschine eingegangen wird. Das Maschinenmodell wird als eigenes Programm in Echtzeit auf der Steuerung ausgeführt und emuliert das Verhalten der realen Anlage • Finale Implementierung: Die im Simulationsmodell getesteten und mittels Hardware-in-the-Loop verifizierten Funktionen werden in das Gesamtautomatisierungsprojekt integriert und auf das Echtzeitsystem an der Anlage übertragen

Wasserdichte Netzteile für LED Anwendungen mit bis zu 240W Leistung Vergossen im robusten Metallgehäuse ist die HLG Serie je nach Ausführung IP 65 oder IP 67 geschützt und kann somit gefahrlos im Aussenbereich eingesetzt werden.

Offene Steuerungsarchitektur für CNC-Maschinen Die offene Architektur von Generic Motion Control ermöglicht es dem Benutzer, technologiespezifische Bewegungsprofile für diverse Anwendungen im Bereich der Robotik oder Werkzeugmaschinen zu entwerfen. Im Projekt «Open modular Control system for linEAr motioN» kurz «O.C.E.A.N.» haben die Forschungsteams der West Pomeranian University of Technology die offene, modulare Struktur der B&R-CNC-Steuerung mit den Vorzügen der automatischen Codegenerierung mittels Automation Studio Target for Simulink kombiniert. Am Prüfstand werden Algorithmen für die dynamische Positionskorrektur an einer Fräsmaschine in Matlab und Simulink entwickelt, vollautomatisch auf die Industriesteuerung übertragen und wirken über Powerlink auf die Antriebe. Ziel der Anwendung ist es, Störeinflüsse durch Temperaturschwankungen, Maschinenabnutzung und Nichtlinearitäten der Regelstrecke zu minimieren. Dabei wurden folgende Schwerpunktthemen betrachtet: • Selbstdiagnose: Durch die Überwachung von Schwingungen, Werkzeugabnutzung und weiteren Parametern sollen Maschinenstillstände vermieden und die Qualität des Endproduktes gesteigert werden • Dynamische Modellanpassung: Durch die Implementierung eines Temperaturmodells erfolgt eine dynamische Parameteranpassung während des Betriebs • Schwingungsunterdrückung: Schwingungen und Vibrationen an der Maschine werden erfasst und aktiv unterdrückt

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Vor- und Nachteile modellbasierter Entwicklungsmethoden in der Industrieautomation

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Automation

die verwendeten Steuerungskomponenten mit gezielt getroffenen Vernachlässigungen kommt dabei eine entscheidende Rolle zu. Jede Simulation ist nur so aussagekräftig wie das ihr zugrunde liegende Modell. Aus diesem Grund sollte für diesen entscheidenden Schritt im Entwicklungszyklus auch von Anfang an genügend Zeit einkalkuliert werden. Sobald allerdings ein geeignetes Modell vorliegt, wird der Entwickler durch Werkzeuge für die Simulation und für die automatische Codegenerierung durchgängig unterstützt, sodass sich die nachfolgenden Schritte

Autor Krzysztof Pietrusewicz, Assistenzprofessor am Institut für Steuerungstechnik und Robotik an der West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Polen

School of Engineering

Modellbasierter Ansatz für die Entwicklung mechatronischer Steuerungskomponenten an der West Pomeranian University of Technology. deutlich verkürzen, und in der Regel auch eine signifikante Reduktion der Gesamtentwicklungsdauer erreicht wird. Die West Pomeranian University of Technology in Szczecin beschäftigt sich mit der Entwicklung hochkomplexer und umfangreicher Funktionen für den Maschinenbau.

Die Umsetzung dieser Algorithmen wäre ohne die beschriebenen Werkzeuge kaum oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich. Aus diesem Grund setzt man hier bereits seit Jahren auf Matlab, Simulink und Automation Studio Target for Simulink von B&R. [pm]

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Automation

Vertikale statt horzontale Bearbeitung dank doppelseitiger Glasbohrmaschine

Glasscheiben werden in der Regel «stehend» gelagert, ebenso vertikal in Fahrzeugen transportiert und selbst beim Tragen greift man automatisch an die Schmalseite. Bloss beim Bohren galt lange Zeit die «liegende» Bearbeitung als die einzig wahre, obwohl sie besonders bei grossem Flachglas viel Auflagefläche und somit wertvollen Platz braucht. Eine vertikale doppelseitige Glasbohrmaschine macht damit Schluss. las findet als vielseitig einsetzbares Design-Element beziehungsweise als Baustoff in immer mehr Bereichen des täglichen Lebens Verwendung. Architektonisch ansprechend ziert Flachglas die Fassaden ganzer Wolkenkratzer, dient als Treppengeländer oder macht Aufzugschächte transparent. Die stark steigende Nachfrage nach grossflächigem, individuell bearbeitetem Flachglas in den frühen 1990er-Jahren war es auch, die den Erfindergeist von Horst Schraml, Inhaber einer Glaserei in Grossraming/Oberösterreich, auf den Plan rief. Sägen, Bohren, Sandstrahlen –

alles Arbeiten, die sich dauerhaft per Hand ausgeführt nur schwer wirtschaftlich realisieren lassen. «Wir wollten uns maschinell aufrüsten, fanden aber am Markt keine passenden Geräte, die unseren Anforderungen als Gewerbebetrieb entsprachen. Das Angebot war zu dieser Zeit überwiegend auf industrielle Flachglasverarbeiter ausgerichtet», erinnert sich Horst Schraml. Und da er genaue Vorstellungen hatte, wie auf seine Bedürfnisse optimal angepasste Maschinen aussehen müssten, begann er, gemeinsam mit einem regionalen Schlosserbetrieb verschiedene Arbeitsgeräte, wie beispielsweise einen Glaswaschautomaten, selbst zu entwickeln und zu bauen – zunächst nur für den Eigenbedarf. Die innovativen Ideen sprachen sich jedoch schnell in der Branche herum, sodass Horst Schraml bald schon die erste Maschine verkaufte. Der grosse Durchbruch gelang dann 1996, als er auf einer Fachmesse in Deutschland erstmals eine Glasbohrmaschine in vertikaler Bauweise vorstellte und damit auf reges Interesse der Fachwelt stiess.

Vertikal statt horizontal bohren Horst Schraml, Inhaber der Firma Schraml Glastechnik: «Es hat sich für uns als sehr vorteilhaft erwiesen, in Sachen Automatisierungstechnik nur einen, dafür aber sehr kompetenten und verlässlichen Ansprechpartner zu haben, der unsere Ideen aufgreift und sie mit seinem Knowhow zu funktionierenden, effizienten Lösungen umsetzt.»

Die Innovation entstand aus simpler Platznot. «Die vertikale Bauweise benötigt einfach wesentlich weniger Stellfläche. Ausserdem kommt es zu keinen Kratzern auf den heiklen Oberflächen, so wie das beim Manipulieren der grossen Flachglasscheibe auf horizontalen Maschinen immer wieder passiert», erklärt Horst Schraml die wesent-

Das Bearbeitungszentrum für Glasscheiben wartet mit einem 5+5-Revolverkopf auf und kann komplexe Bohr- und Senkbohrungen in einem Arbeitsgang vollautomatisch durchführen.

lichsten Vorteile seines Konzepts, bei dem Bohrköpfe samt Werkzeugen in vertikaler Richtung und die Glasplatte auf Rollen beziehungsweise Förderbändern gelagert «stehend» in horizontaler Richtung verfahren. Bereits zwei Jahre nach dem Messeauftritt ging die erste Maschinengeneration unter dem Markennamen «Topdrill» in Serienproduktion, von denen bis heute über 500 Stück weltweit ausgeliefert wurden. Mittlerweile baut Schraml

Infos SIGMATEK Schweiz AG 8307 Effretikon Tel. 052 354 50 50 office@sigmatek.ch www.sigmatek-automation.ch

Innovation

Automation

Glasscheiben vertikal zu bohren, benötigt wesentlich weniger Stellfläche und gleichzeitig werden Kratzern auf den heiklen Oberflächen verhindert.

Glastechnik bereits die vierte Generation und deckt mit einer kompletten Produktfamilie, die sich in fünf Modellvarianten untergliedert, sämtliche Anforderungen der Flachglasverarbeitung ab. Alle Maschinen basieren auf einer gemeinsamen Plattform. Ein durchdachtes Modulsystem ermöglicht die optimale Anpassung der Anlage an individuelle Anforderungen, beispielsweise sind manuelle oder automatische Verlängerungsmodule für das Handling extrem grosser Glasscheiben verfügbar. Das System erlaubt auch die Kombination der Bohrmaschinen mit den Waschund Sägeanlagen von Schraml sowie mit Fremdprodukten. «Unsere Anlagen können bis zu 2,6 m x 6 m grosse Flachgläser beziehungsweise auch Mehrfachgläser mit bis zu 40 mm Stärke bearbeiten, 100 mm beträgt der maximale Bohrdurchmesser», beschreibt Horst Schraml die beeindruckenden Dimensionen.

All-in-One-Automatisierung Bereits die allererste vertikale Glasbohrmaschine von Schraml Glastechnik war mit einer SPS ausgestattet, die den eigentlichen Bohrvorgang steuerte – allerdings gab es noch keine HMI-Schnittstelle. «Uns wurde klar, dass wir für die Weiterentwicklung einen Partner brauchen würden, der uns beim Schritt von der halbautomatischen

Innovation

Eine der neuesten Topdrill-Maschinen kurz vor der Auslieferung: Die vertikale Bauweise spart Platz und schont die Glasoberflächen.

hin zur vollautomatischen Bearbeitung begleitet», erzählt Horst Schraml, der zum damaligen Zeitpunkt noch viele Ideen für eine Reihe ausgeklügelter Funktionalitäten in petto hatte, die er Schritt für Schritt realisieren wollte. Auf einer einschlägigen Fachmesse traf er dann auf den Salzburger Automatisierungsspezialisten Sigmatek. Die Kompetenz des Lamprechtshausener Herstellers sowie seine Flexibilität, auf individuelle Anforderungen einzugehen und massgeschneiderte Lösungen zu bieten, beeindruckten den findigen Glasbearbeitungsspezialisten vom Start der Zusammenarbeit weg. «Mir war es wichtig, einen regionalen Partner zu haben, der schnell vor Ort sein kann und dessen Entwicklung und Produktion unter einem Dach gebündelt ist», beschreibt Horst Schraml den Start der Zusammenarbeit. So hielten die «DIAS»-CPUs und -I/OSysteme in den Schaltschränken der Glasbohrmaschinen Einzug, ein 5,7”-Farb-Display fungierte als Mensch-Maschine-Schnittstelle. Die Entwicklung und Programmierung der gesamten Steuerungsarchitektur erledigten die Spezialisten von Sigmatek in enger Zusammenarbeit mit den Technikern von Schraml. Einzig antriebsseitig konnte der Automatisierer damals noch nicht mit geeigneten Produkten aufwarten. «Leider gab es immer

wieder Probleme mit den Schnittstellen zwischen der Steuerungsund der Antriebstechnik, die wir früher von anderen Lieferanten bezogen», macht Horst Schraml keinen Hehl daraus, dass nicht immer alles eitel Wonne war. «Auch wenn letztendlich sämtliche Schwierigkeiten gelöst wurden, kam ich mit der Zeit zur Erkenntnis: Es muss künftig alles aus einer Hand kommen.» Sein Wunsch ging in Erfüllung, Sigmatek baute in den vergangenen Jahren das Antriebstechnik-Portfolio kontinuierlich aus und liefert heute für die vierte Generation der Topdrill-Baureihe von den Motoren über die Antriebe bis hin zur Steuerung, Visualisierung, Feldbustechnik und der Programmierung ein integriertes Komplettpaket aus einem Guss.

Viele durchdachte Features Eine Reihe zusätzlicher und im Detail durchdachter Features prägen die vertikalen Glasbohrmaschinen der neuen Topdrill»-Generation. Das Modell «Topdrill RX» etwa wartet mit einem 5+5-Revolverkopf auf und kann komplexe Bohr- und Senkbohrungen in einem Arbeitsgang vollautomatisch durchführen. Für den Bediener steht ein 15"Touch-Display mit drei Front-USBSchnittstellen bereit, das die einfach weil logisch zu bedienende HMI-Software visualisiert. Auf der

Technik

SteuerungSelektronik im SyStem Als One-Stop-Shop für die Entwicklung und Fertigung von elektronischen Systemen sind wir ein Full Service Anbieter im Electronic Manufacturing. Unser Leistungsausweis liegt besonders in der eigentlichen Serienfertigung: Hadimec ist ein Powerhouse der Elektronikfertigung. Wir fertigen nach ISO 13485, ISO 9001 und UL auf modernen Anlagen und in hervorragender Infrastruktur. Proﬁtieren auch Sie!

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Innovation

Automation

Die Topologie der in den Topdrill-Glasbohrmaschinen realisierten All-inOne-Lösung.

Rückseite der Maschine arbeitet geschützt im Schaltschrank ein robuster, wartungsfreier C-IPC in kompaktem Design als steuerungstechnisches Herzstück. Ausgestattet mit Compact-Flash-Speicherkarten bietet er ausreichend Speicherplatz für individuelle Bohrmuster. Der Industrie-PC liefert dank leistungsstarker Prozessoren hohe Rechenperformance bei geringer Stromaufnahme und minimaler Abwärme und kommuniziert über den schnellen

Innovation

Echtzeit-Ethernet-Bus Varan mit den I/O-Baugruppen der C-DIASund DIAS-Baureihen zur Anbindung der Aktorik und Sensorik sowie mit den Servoreglern DIASDrive 100 und DIAS-Drive 310, die für die Antriebsregelung sämtlicher Motoren beziehungsweise der Bewegungsabläufe in X-, Y- und Z-Richtung zuständig sind. Besonders wichtig ist dabei die hohe Synchronität einzelner Achsen zueinander – beispielsweise der beiden

eigentlichen Bohrmotoren. Denn Glas wird immer von zwei Seiten gebohrt, damit es auf keiner Seite ausbricht – bei den Topdrill-Maschinen erfolgt dies sogar zeitgleich und bei höchster Präzision, denn selbstverständlich darf es dabei zu keiner Kollision kommen. Der Bohrvorschub beträgt zwischen 0,3 und 1,5 mm/s, wobei sich die Steuerung anhand der Abnutzung des Werkzeuges die Vorschubgeschwindigkeit selbst errechnet. «Der Servomotor liefert uns Informationen über den Drehmomentbedarf, um die vorgegebene Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit zu erreichen. Dadurch können wir Rückschlüsse auf den Zustand des jeweiligen Werkzeuges ziehen», verrät Ing. Erwin Bernroitner, Applikationstechniker bei Sigmatek und jener Spezialist, der die gesamte Programmierung der neuen Maschinengeneration durchführte, sowie gemeinsam mit seinen Kollegen in Lamprechtshausen den dahinterstehenden komplexen Regelalgorithmus austüftelte. «Bei dieser Maschine sind manuelle Einstellungen nicht mehr notwendig – sogar die Bohrerlänge wird automatisch ermittelt», geht Horst Schraml auf eines der zahlreichen innovativen Details näher ein. «Speziell für den Einsatz im Grossserienbetrieb bieten wir optional eine Funktion für das automatische Bohrerschärfen und somit für mannlose Fertigung.» Bewährt haben sich auch die realisierten FTP- und OPC-Schnittstellen für Online-Diagnose und Fern-Support, über die sich beispielsweise Programm-Updates schnell und einfach durchführen lassen, auch wenn der Kunde tausende Kilometer entfernt produziert. [pm]

Technik

80 % schneller beim Engineering

EasyHandling – mehr als ein Baukasten

Umfassendes Know-how kombiniert mit einem durchgängigen Systembaukasten für Handhabungsaufgaben – das ist EasyHandling. Das innovative System vereint Spitzenprodukte aus Antriebs- und Steuerungstechnologien mit einem intelligenten Inbetriebnahmeassistenten. Ihr Vorteil: bis zu 80 % schneller projektieren, montieren und in Betrieb nehmen. Unsere erfahrenen Branchenexperten unterstützen Sie dabei weltweit. Bosch Rexroth. The Drive & Control Company

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Innovation

Messtechnik

Laserscanner vermessen grosse Werkstücke – warum nicht auch Industriegebäude?

Innovieren bedeutet nicht nur Neues schaffen, sondern oft auch neue Anwendungsfelder für bekannte Lösungen erschliessen: Moderne Laserscanner ermöglichen im Zusammenspiel mit gängiger CAD-Software eine hocheffiziente, präzise und kostengünstige dreidimensionale Gebäudedokumentation. isher war ein dreidimensionales Vermessen von Bauwerken aufwändig, teuer und fehleranfällig. Mit der neuesten Generation von 3D-Laserscannern hingegen gelingt die Datenerfassung einfach, präzise und schnell – und das zu einem erschwinglichen Preis. Ganze Gebäude und deren Einbauten lassen sich jetzt vollständig und massgenau in digitale Modelle übertragen. Der neue Laserscanner erfasst bis zu einer Million Messpunkte pro Sekunde millimetergenau. So können Gebäude detailliert und hochauflösend dokumentiert werden. Massabweichungen sind gering und liegen innerhalb der im Bauwesen geforderten DIN-Toleranzen.

Einsatz in der Bestandsdokumentation Aufgrund der Vorteile des 3D-Aufmasses per Laserscanner setzt das Architekturbüro Rechenbach in Hannover diese Methode zur Bestandsdokumentation ein. Die hohe Effizienz und auch, dass die Methode Mehrfachmessungen am Objekt überflüssig macht, sind für die Planer unschlagbare Argumente.

Infos FARO SwissHolding GmbH 8222 Beringen 052 687 19 00 www.faro.com/swiss

Innovation

Mobil und leicht bedienbar: Der neue Faro-Laserscanner Focus3D ist ein ausserordentlich kompakter und preisgünstiger Laserscanner zur Erfassung von Bauwerken. (Bild: Faro) Gleichzeitig sinkt das Risiko teurer Planungsfehler deutlich. Mithilfe von Laserscanning war es Rechenbach Architekten beispielsweise möglich, eine 1500 Quadratmeter grosse Industriehalle in Hannover in etwa einer Stunde auszumessen. In dieser erstaunlich kurzen Zeit wurden alle Daten erfasst, um anschliessend sogar eine 360-GradPanorama-Ansicht erstellen zu können. Die Software des Scanners lieferte unmittelbar massgenaue und räumlich geometrische Analysen des Projekts, mit denen präzise Bestandsunterlagen angefertigt wurden. Diese bildeten die Basis für anstehende Sanierungsarbeiten der

Halle, für die mehrere Varianten der Nutzung angedacht waren. Der direkte Import der Scandaten in gängige Architektur-Software-Lösungen – wie etwa AutoCAD von Autodesk, Revit Architecture, 3DStudio Max Design oder Bentley´s Microstation – vereinfachte die Planungsarbeiten entscheidend: Das präzise, dreidimensionale Punktwolkenmodell konnte sehr einfach innerhalb der gewohnten CAD-Umgebung visualisiert werden. Zusätzlich entfiel die bisher nötige, aufwändige externe Datenaufbereitung. Die Kosten entsprachen in etwa dem Niveau einer klassischen 2D-Vermessung.

Scannerdaten als Basis für vektorbasierte 2D-Planung Muss mit 3D-Scannerdaten eine Planung im 2D-Linienmodell durchgeführt werden, lässt sich die Punktwolke per Software verzerrungsfrei und massgenau als Bild abspeichern. Nach dem Import in eine beliebige CAD-Software kann über diesem Hintergrundbild eine vektorbasierte 2D-Planung realisiert werden. Somit lassen sich aus den 3D-Daten beliebige Grundrisse, Schnitte und Ansichten extrahieren. Wie ein weiteres Beispiel aus dem Büro Rechenbach zeigt, ist mit der entsprechenden Software auch umgekehrt der Aufbau einer 3DPlanung aus einem 2D-Modell unkompliziert durchführbar. Bei der Planung der energetischen Sanie-

Gängige Architektur-Software-Lösungen erlauben den direkten Import der Scandaten zur weiteren Planung.

Eine geometrische Analyse mit direkter Abnahme von Massen kann unmittelbar nach dem Scan durchgeführt werden.

Unmittelbar nach der Vermessung zeigt die ScannerSoftware ein exaktes Abbild des Innenraumes der Industriehalle. (Bilder: laser-scanning-architecture) rung einer Fassade mit Revit Architecture liessen sich mithilfe der Scandaten die neuen Fenster- und Fassadenelemente massgenau planen und in die Gebäudestruktur einfügen. Mit einfach zu generierenden Renderings konnte der Architekt anschliessend unterschiedliche Materialvarianten für die Fassade darstellen. Animationen oder Videos aus beliebigen Perspektiven sowie virtuelle Besuche des Objekts durch stereoskopisches Navigieren im räumlichen Modell unterstützten zudem die Bauherrenkommunikation auf höchst anschauliche Weise.

Datengbasis für das Building Information Modelling Räumliche Gebäudemodelle haben gegenüber der klassischen 2D-Bestandsaufnahme zahlreiche Vorteile. Da im räumlichen Modell alle In-

formationen dreidimensional vorliegen, sind multifunktionale Anwendungen möglich: Die Spanne reicht von einfachen Mass- und Flächenberechnungen bis hin zur bereits beschriebenen stereoskopischen Navigation im virtuellen Gebäude. Der Scanner erfasst sämtliche sichtbaren Strukturen von Gebäuden und Bauteilen. So entstehen lückenlose Datensätze, die dann interdisziplinär genutzt werden können. Informationen, die für den jeweiligen Anwendungsfall nicht benötigt werden, können gelöscht werden, um wichtige Details freizulegen und die Dateigrössen gering zu halten. Als Datengrundlage für das Building Information Modeling liefern räumliche Gebäudemodelle unerlässliche Informationen für Planer, Facility- und Portfoliomanager sowie Bauherren. [mg]

Energie

Integriertes Energiemanagement garantiert für stabile Stromnetze

Elektromobilität ist Chance und Herausforderung – für alle Beteiligten. Nur wenn die Integration der Elektrofahrzeuge in die Netze gelingt, kann Elektromobilität auch bei zunehmender Marktdurchdringung zuverlässig funktionieren und sich zum Vorteil für Nutzer und Netzbetreiber entwickeln.

gern. Der Verantwortliche für den Energiebezug im Unternehmen möchte Lastspitzen vermeiden, die etwa durch elektromobile Pendler oder Flotten entstehen. Denn bei unkontrollierter Aufladung steigt das jeweilige Tagesmaximum, und damit der Leistungspreis, überproportional zur benötigten Fahrstrommenge und damit zum Arbeitspreis. Der Betreiber einer PV-Anlage möchte möglichst viel von seinem Solarstrom selbst verbrauchen.

Lastmanagement vereinfachen Die Integration der Elektrofahrzeuge in das Stromnetz erfordert einheitliche Standards. Im Auftrag der Nationalen Plattform Elektromobilität (NPE) wurde in einer branchenübergreifenden Zusammenarbeit die «Deutsche Normungsroadmap Elekt-

romobilität» erstellt. Sie setzt auf Interoperabilität durch eine einheitliche Ladeinfrastruktur bei Ladetechnik, Schnittstellen und Abrechnung. Als vordringlich erachtet werden einheitliche Stecker – die NPE favorisiert den Typ 2 nach IEC 62196-2 (Bild 2, das Laden im Mode 3 als bevorzugte Ladevariante sowie die Kommunikation mit dem Smart Grid. Der Lademodus 3 nach IEC 61851-1 vereinfacht das Lastmanagement. Mit dem definierten Control-PilotHilfsstromkreis wird dem Fahrzeug der maximale Ladestrom mitgeteilt. Ein umfassendes Energiemanagement benötigt weitere Informationen: Restladung der Batterie, benötigte Strommenge, Zeitpunkt der nächsten Fahrt, Tarifinformationen. Dazu dient die ISO/IEC 15118, in Teil 1 werden die «Use Cases» wie Identifikation, Bezahlung oder Ladevorgang

Bild 1: Wenn Elektromobilität auch im Massenmarkt zuverlässig funktionieren soll, ist eine umfassende Netzintegration erforderlich. ür die Integration von Elektrofahrzeugen in die Stromnetze gibt es gute Gründe. Der Netzbetreiber muss sein Netz stabil halten. Durch gesteuertes Laden, zum Beispiel durch Tarifanreize, kann er die Ladezyklen auf Zeiten mit geringer Netzbelastung oder hohem Windoder Solarstrom-Aufkommen verla-

Infos PHOENIX CONTACT AG 8317 Tagelswangen 052 354 55 55 infoswiss@phoenixcontact.com www.phoenixcontact.ch

60 Innovation

Bild 3 Die Ladeinfrastruktur hinter den E-Mobilen muss in ein datenbankbasiertes Energiemanagement-System eingebunden werden.

Informationstagung Photovoltaik und E-Mobility

Bild 2 Einheitliche Stecker erleichtern die Kommunikation zwischen dem Elektrofahrzeug und den Elektrizitätswerken.

Beide Themen – Photovoltaik und E-Mobility – werden in der nahen Zukunft weitere Spezialisten benötigen. Um die Verbindungen zu den Fachkräften herzustellen und die wichtigsten Fragen zu beantworten, führt Phoenix Contact am 28. September 2011 eine Informationstagung mit dem Thema «Green Technologies» für Photovoltaik und E-Mobility in Tagelswangen durch. An diesem Tag werden namhafte Fachreferenten in kompakter Form beide Themen näher bringen. Ausserdem präsentiert Phoenix Contact seine Produkte und Lösungen live an der ineltec in Basel vom 13. bis 16. September 2011 Halle 1.0 / Stand C54 und C5

beschrieben. Als «Physical Layer» für die serielle Kommunikation wird Powerline nach dem GreenPhy-Standard favorisiert. Die Kommunikation zwischen Ladesäule und Betreiber definiert der Betreiber selbst, und die Ladestation übernimmt die Funktion eines Gateways zwischen diesen Domänen. Für den Heimbereich ist eine Anbindung an das Normenwerk ISO/IEC 14534-3 denkbar, für die Integration in das Smart Grid wurde in der Normungsroadmap eine Erweiterung der IEC 61850-7-420 vorgeschlagen.

Standards aus der IT-Welt Die Netzintegration erfolgt beispielsweise durch Anbindung an ein Energiemanagement-System über eine IT-Schnittstelle (Bild 3). Die Kompaktsteuerung der Ladestation greift über ein TCP/IP-Protokoll direkt auf eine SQL-Datenbank zu (Bild 4). Hat sich ein Nutzer identifiziert, werden seine Daten mit der Datenbank abgeglichen. Eine Steuerung überwacht die Ladeparameter vor Ort. Erkennt ein überlagertes EnergiemanagementSystem eine Änderung im Netz, werden die Ladeparameter angepasst. Über die gleiche Schnittstelle kann der Betreiber Diagnosedaten erfassen, die Auslastung abfragen und eine Wartung veranlassen. Programm- oder Prozessparameter werden aus der Ferne gewartet und modifiziert. Die durchgängige Kommunikation in die Feldebene mit gängigen IT- und Automatisierungs-Standards ermöglicht dann eine umfassende Integration der Ladeinfrastruktur in die Leitebene.

Fast wie Urlaub... Engineering für Ihre Maschine: Alles inklusive: ein Toolset für SPS-Programmierung, Visualisierung, Motion Control, Safety, Service und Fernwartung Außergewöhnlicher Komfort in allen Projektphasen: Projektierung, Programmierung, Inbetriebnahme und Wartung Höchste Qualität: objektorientierte Programmierung mit grafischer Darstellung sorgt für Modularität, Wiederverwendbarkeit und Flexibilität Exklusive Ausstattung: viele Tools wie Online-Debugger, Echtzeit-Datenaufzeichnung und automatische Projektbearbeitung über Scripts integriert Spar-Tipp: die moderne, durchgängige Entwicklungsumgebung reduziert Engineeringzeiten und -kosten

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Energie

INTELLIGENTES STROMNETZ

Die schwankende Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien macht intelligente Netze nötig. Künftig werden Verbraucher bevorzugt dann eingeschaltet, wenn durch Wind und Sonne viel Strom vorhanden ist. Das erfordert neue Strukturen der Steuerung und einen intensiven Datenaustausch.

Kühlaggregate bevorzugt dann, wenn der Wind stark weht. Das geht problemlos, weil das Gebäude gut gedämmt ist und bei Wind stärker als nötig heruntergekühlt werden kann. Herrscht anschliessend Flaute, kann der Betrieb mehrere Tage ohne Strom auskommen. Der Betreiber spart dabei Geld, weil nach Marktlogik der Strom immer dann am billigsten ist, wenn am meisten vorhanden ist – also speziell, wenn viel Wind weht. Ähnliche Projekte wird es in Zukunft in grossem Stil geben.

Betrieb optimal ausrichten nach Verbrauch und Angebot Millionen von Stromkunden werden ihren Betrieb optimieren, indem sie ihren Verbrauch so weit wie möglich in Zeiten hohen Angebots verlagern. Das betrifft zum Beispiel auch Eigentümer von Elektrofahrzeugen, die dann tanken werden, wenn das Angebot an Strom aus erneuerbaren Energien gross ist. Zugleich werden dezentrale Erzeuger – wie etwa flexible Blockheizkraftwerke – nach den Erfordernissen des Strommarktes ein-

Smart Grid im Überblick

Ein grundlegender Wandel steht an: Das «Stromnetz 2.0» versucht den Verbrauch nach dem Angebot zu regeln. (Bild: Composing.fun) as Management des Stromnetzes wird komplexer. Weil die erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne schwanken, muss das Stromnetz künftig umgebaut werden – es muss intelligent werden. Das heisst: Die Stromerzeugung aus konventionellen Energien muss sich in dezentralen Kraftwerken flexibel daran orientieren, ob gerade der Wind weht oder die Sonne scheint. Und auch die Stromnachfrage soll sich stärker als bisher nach dem Angebot richten. Ein Beispiel: Ein Kühlhaus startet seine

62 Innovation

• Effizienter Stromtransport mit Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) ermöglicht Energieerzeugung in grossen Offshore-Windparks. • Fossile Kraftwerke arbeiten effizient dank gesteigertem Wirkungsgrad. Sie werden nur benötigt, wenn die erneuerbaren Energien gerade nicht ausreichend zur Verfügung stehen. • In sonnigen Regionen wird in Solarfarmen viel Energie gewonnen. • Über Industrie- und Prozessautomation arbeitet der Industriebetrieb effizient und produktiv. Intelligente Geräte machen ihn zur smarten Produktionsstätte. • Effiziente Übertragungs- und Verteilernetze sorgen für verlustarmen Stromtransport. • Rechner verarbeiten die Daten aus den elektronischen Zählern und steuern Energieerzeuger sowie Verbraucher. • Smart Homes sind effizient und intelligent. Smart Meter und eine umfassende Gebäudesystemtechnik binden den Verbraucher aktiv ein. Wird in den dezentralen Anlagen mehr Energie erzeugt als benötigt, wird diese in das Netz eingespeist. • Gebäudeautomation macht auch Zweckgebäude effizient. Mit Smart Metern und Gebäudesystemtechnik auf KNX-Basis werden sie zu intelligenten Gebäuden. KNX ist ein weltweiter Standard zur Datenübertragung in der Gebäudeautomation.

Energie

Automation – innovativ optimiert. Erst wenn verschiedene Komponenten präzise aufeinander abgestimmt sind, läuft ein Prozess reibungslos und optimal. Schneider Electric entwickelt und testet seine innovativen Automationslösungen für sämtliche Hard- und Softwarekomponenten genau nach diesem Prinzip. So ist für die Kunden ein umfassendes Angebot entstanden, das mir der weltweit verfügbaren Leistung ergänzt wird. Schliesslich wollen wir eine perfekte Lösung, die den gesamten Lebenszyklus Ihrer Automation abdeckt. Gerne überzeugen wir Sie persönlich von den Vorteilen unserer Produkte.

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Leistung ohne Grenzen – die Steuerungsfamilie von Schneider Electric

Verbindet ConneXium

Magelis iPC bieten Ihnen für jeden HMI und SCADA Bedarf eine optimale Lösung. Dies natürlich der industriellen Umgebung angepasst. – Maximale Flexibilität und Modularität mit Modular iPC. – Kompaktheit und Einfachheit mit Smart und Compact iPC. Die bauartbedingte Betriebssicherheit und die vorbeugenden Wartungstools bieten Ihnen zusätzlich eine maximale Betriebsqualität.

Die richtige Lösung für Steuerungsaufgaben der obersten Leistungsklasse. Die skalierbare, modulare Architektur gestattet Konﬁgurationen von der Einzelsteuerung bis hin zu komplexen Architekturen.

Vereinigen Sie Ihre Anlage von der Geräteebene bis zum Firmen-Intranet mit einer durchgängigen Lösung. Optimieren Sie dank maximaler Netzwerkefﬁzienz die Produktion Ihrer Anlage.

Vernetzbar, redundant, vielseitig, bewährt und zuverlässig sind nur ein paar wenige Merkmale welche diese SPS auszeichnen.

ConneXium bietet ein offenes, robustes, skalierbares und zuverlässiges Ethernet Netzwerk in industrieller Umgebung.

Schneider Electric (Schweiz) AG, 3063 Ittigen, Tel. 031 917 33 33, www.schneider-electric.ch

Innovation

Energie

speisen. Die mit Erdgas oder Biomasse betriebenen Kleinkraftwerke laufen dann, wenn die schwankenden Stromerzeuger Sonne und Wind nicht ausreichend Energie liefern.

Herausforderungen für alle Akteure im Strommarkt Damit kommen sowohl auf die konventionellen Stromerzeuger mit ihren Grosskraftwerken wie auch

auf die Netzbetreiber, die für die Stabilität des Stromnetzes zuständig sind, grosse Veränderungen zu. Auch für den Kunden wird es Neuerungen geben, weil der Stromtarif, wie wir ihn heute kennen, zum Auslaufmodell wird: Der Strompreis wird nicht mehr rund um die Uhr konstant sein, sondern schwanken. Damit wird neue Steuerungstechnik auch im privaten Haushalt nötig. Denn Elektrogeräte

automation Sensorik Steuerungstechnik Netzwerke

sollen sich künftig mit einer speziellen Elektronik selbst zu- und abschalten. So wird sich auch ein Kühlschrank im Privathaushalt jeweils die besten Zeiten aussuchen, um billig Strom zum Kühlen zu beziehen. Über eine IT-Schnittstelle bekommen die Geräte das Preissignal übermittelt, was eine ausgeklügelte Datenkommunikation voraussetzt. Seit Jahresbeginn müssen zum Beispiel in Deutschland bereits die sogenannten Smart Meter in Neubauten und bei umfangreichen Gebäudemodernisierungen installiert werden und alle Stromversorger sind verpflichtet, ihren Kunden zumindest als Option einen lastvariablen oder tageszeitabhängigen Tarif anzubieten.

Antriebstechnik Bedien- und Visualisierungssysteme Software Automatisierungssystem PSS 4000 Beratung und Engineering Schulungen

Wer hoch hinaus will, setzt auf Sicherheit. In bestimmten Situationen hat Sicherheit Priorität. Dies gilt auch für die Steuerung von Maschinen und Anlagen. Da setzen Sie auf ein ausgereiftes System, weil Sie wissen, dass es alle individuellen Anforderungen erfüllt. Ein System, auf das Sie sich verlassen können. In der Sicherheitstechnik sind wir mit unserer breiten Produktrange der führende Anbieter. So setzen wir immer wieder Massstäbe, die sich in innovativen und offenen Systemen, wie der PSSuniversal widerspiegeln: einer Steuerungsplattform für Sicherheits- und Standard-Steuerungstechnik. Kein Wunder, dass immer mehr Kunden Pilz auch als Partner für die komplette Automatisierungstechnik sehen.

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64 Innovation

Ein Wandel der energiewirtschaftlichen Denke Damit vollzieht sich in der energiewirtschaftlichen Denke ein grundlegender Wandel, der durch den Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren Energien nötig und durch die Fortschritte in der Datenkommunikation möglich wurde. Historisch ging man stets davon aus, dass die Stromerzeugung dem Verlauf der Nachfrage zu folgen hat. Inzwischen weiss man aber, dass es oft sinnvoller ist, den Verbrauch am Angebot zu orientieren, weil die Verlagerung von Verbräuchen volkswirtschaftlich betrachtet oft billiger ist als der Bau von Stromspeichern. Somit steht in den nächsten Jahren ein Umbau der Energieversorgung bevor, der so fundamental ist, dass Beobachter längst vom «Stromnetz 2.0» sprechen – oder auch vom «Internet der Energie». (ea)

Infos

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Energie

Echtzeitprotokoll Bluecom für intelligente Energienetze

Regenerative Energien sind schwer planbar: wegen der Umwelteinflüsse und der Vielzahl unabhängiger, dezentraler Stromerzeuger. Eine hohe Netzqualität ist aber erforderlich. Mit Bluecom stellt Bachmann Electronic eine speziell für intelligente Energienetze entwickelte Kommunikationslösung vor, welche auf herkömmlicher Ethernet-Technologie basiert. ie Grundlage für die Systemspezifikation von Bluecom bilden die für ein Kommunikationsnetz relevanten Prozesse beim Aufbau, der dynamischen Erweiterung und dem sicheren und effizienten Betrieb von erneuerbaren und dezentralen Energiesystemen. Das Übertragungsprotokoll wurde deshalb hinsichtlich der spezifischen Anforderungen zukunftsfähiger Energiesysteme optimiert. Im Vordergrund dieser Überlegungen steht die Aufrechterhaltung der Stromnetzstabilität durch die rasche Reaktionsfähigkeit von Energieparks und virtuellen Kraftwerken, welche aus einer grossen Anzahl dezentraler Energieerzeugungsanlagen bestehen. Gleichzeitig trägt es der Randbedingung vorhandener gewachsener Strukturen und dem Prinzip der Systemoffenheit Rechnung.

Informationen in Echtzeit Eine wichtige Eigenschaft virtueller Kraftwerke ist die Möglichkeit, Zustandsinformationen und Istwerte aus den einzelnen Energieanlagen in Echtzeit abrufen und entsprechende Steuer- und Regeleingriffe vornehmen zu können. Für Windparks werden in Zukunft bis zu 500 Windkraftanlagen zu einem virtuellen Kraftwerk miteinander vernetzt werden müssen. Eine genaue Erfüllung der «Grid Codes» am Netzanschlusspunkt setzt dazu eine sehr schnelle Parkkommunika-

Durch Segmentierung entsteht eine optimale Bandbreitenausnutzung.

tion voraus. «Diese Forderung wird von Bluecom nachweisbar übertroffen», wie Dr. Vaheh Khachatouri, Branchenmanager Wind bei Bachmann, erklärt.

Topologieänderungen ohne Betriebsunterbruch Bei Wartung, Reparatur und Erweiterung von Energieparks ist eine möglichst kurze Unterbrechung des Betriebs wünschenswert. «Bluecom ermöglicht das unterbrechungsfreie Hinzufügen von Stationen und ganzen Netzsegmenten wäh-

rend des Echtzeitbetriebs», sagt Dr. Khachatouri eine wichtige Funktionalität im Netzbetrieb mit Windoder Solarkraftwerken. Jegliches

Infos Bachmann electronic A-6800 Feldkirch +43 (0)55 22 34 970 info@bachmann.info www.bachmann.info

Innovation

mechanismen erkannt und die fehlerfreie Funktion des Energieparks gewährleistet.

Vollständige Ethernetkonformität

Dr. Vaheh Khachatouri, Branchenmanager Wind bei Bachmann Electronic: «Energieparks profitieren von den integrierten Funktionen zur Erhöhung der Verfügbarkeit.» (Bilder: Bachmann Electronic) Risiko einer möglichen Überlastung des Kommunikationsnetzwerks wird durch integrierte Kontroll-

Die Anforderung nach reibungsloser Koexistenz der Echtzeitkommunikation im Energiepark parallel zu Ethernet-basierten Protokollen und darauf aufbauenden Diensten und Applikationen wird von Bluecom erfüllt. Einige Beispiele dafür sind FTP, HTTP, MMS, OPC und priorisierte Übertragungen, wie HD-Videostreams und sogar Feldbus-Kommunikation. Die Konformität zu Ethernet geht einher mit dem Einsatz von Netzwerkswitches, was die Einteilung grosser Netze in Subnetze ermöglicht. Diese Möglichkeit wird von Bluecom zur Optimierung der Datenübertragung durch die automatische Aggregation der Datenpakete genutzt.

Höchste Verfügbarkeit «Energieparks profitieren von den in Bluecom integrierten Funktionen zur Erhöhung der Verfügbarkeit», wie Vaheh Khachatouri unterstreicht. Das zum redundanten Einlesen von Eingangskanälen notwendige Voting ist bei Bluecom ressourceneffizient im Protokoll integriert. Dadurch wird die CPU im Master deutlich entlastet. Der Bluecom-Handler (BCH) ermöglicht das parallele Einlesen von Eingangswerten zweier Stationen und die nachfolgende Zusammenführung auf einen Wert. Dieses Voting ist frei programmierbar. Darüber hinaus stehen zusätzlich StandardVoter zur Konfiguration zur Auswahl. Im Weiteren ist durch den konfigurierbaren Multi-Master-Betrieb ein unterbrechungsfreier Einsatz möglich. [ea]

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66 Innovation

Energie

TruLaser 5030 fiber: Ihr Vorsprung im Dünnblech. Wirtschaftlicher kann man Dünnblech nicht schneiden: Der fasergeführte TruDisk Festkörperlaser ist dank hoher Vorschübe extrem produktiv und sorgt für konkurrenzlos niedrige Teilekosten. Ausserdem sparen minimale Nebenzeiten sowie beste Energieeffizienz im Betrieb bares Geld. Dazu besticht die TruLaser 5030 fiber durch ihre grosse Materialvielfalt. Sie meistert sogar Kupfer und Messing in höchster TRUMPF Qualität.

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Innovation

Vier Motoren, wovon einer druckabhängig geregelt ist, sorgen für einen konstanten Wasserdruck.

Elektromotoren schöpft Frequenzumrichter für Druckerhöhungsanlage voll aus

Der Wasserbedarf eines Krankenhauses ist immens: Ärzte säubern vor einer Operation ihre Hände, Krankenpfleger waschen die Patienten, es wird geduscht, die sanitären Anlagen benutzt, das Essen für mehrere Hundert Menschen gekocht und regelmässig jedes Zimmer gereinigt. Schwankender Wasserdruck stört den eng getakteten Klinikalltag. In einem Krankenhaus standen bei einem angestrebten Druck von 5,5 bar Druckschwankungen von 1 bis 1,5 bar an der Tagesordnung. Mit neuen Frequenzumrichtern konnte die vorhandene Druckerhöhungsanlage des Krankenhauses auf konstanten Wasserdruck umrüsten und den Energieverbrauch der Anlage optimieren. in funktionierendes Facility Management ist bei grossen Gebäuden nicht mehr wegzudenken,

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68 Innovation

denn die Erwartungen an den Komfort des Alltags sind klar umrissen: die richtige Temperatur, gute Lüftungssysteme, bequeme Infrastrukturen und natürlich ein konstanter Wasserdruck. Dabei müssen stetig Einsparungen in Energie und Kosten vorgenommen werden. Viele ältere Applikationen verursachen jedoch gerade im Energieverbrauch unnötig hohe Kosten und liefern nur unzureichende Ergebnisse. Einsparpotenziale und Verbesserungen lassen sich oft schon durch klei-

nere Umrüstarbeiten erzielen, wie beispielsweise im Wasserverteilungssystem.

Konstanter Wasserdruck ist keine Selbstverständlichkeit Häufig reicht in hohen Gebäuden, komplexen industriellen Prozessen oder weit verzweigen Netzen der Druck nicht aus, das (Trink-)Wasser gleichmässig zu verteilen. Kann innerhalb des Wasserverteilungssystems die konstante Bereitstellung des Wassers an allen Entnahme-

Antriebstechnik

stellen nicht mehr gewährleistet werden, kommen Druckerhöhungsanlagen zum Einsatz. Mehrere Pumpen, in der Regel zwei bis sechs, erhöhen dann den Druck entsprechend und stellen die Wasserverteilung überall gleichermassen sicher. Unterschiedlich häufige und verschieden grosse Wassermengen, wie in einem grossen Gebäudekomplex, fordern das Wasserverteilungssystem in besonderer Weise. In einem Krankenhaus bestand die Druckerhöhungsanlage aus vier Pumpen, die je nach Bedarf und im Wechsel ab- oder zugeschaltet wurden. Konkret bedeutete dies: Sinkt der Wasserdruck im System, weil beispielsweise ein Wasserhahn aufgedreht wird, schaltet sich eine weitere Pumpe zu. Diese arbeitet nun mit gleicher Kraft wie die bereits laufende Pumpe(n) und der Druck steigt schlagartig an. Der jetzt vorliegende Druck überschreitet häufig den benötigten Wasserdruck und es entsteht ein sogenannter «Drucksprung». Dieser erhöht sich zusätzlich, wenn gleichzeitig im Wasserverteilungssystem an anderer Stelle ein Hahn geschlossen wird. Das Steuersystem schaltet dann die Pumpe wieder ab, ein Vorgang der allerdings bis zu 20 Sekunden dauern kann. Der Druck fällt daraufhin wieder schlagartig ab. Auf diese Weise kam es im Krankenhaus zu deutlich schwankendem Wasserdruck von 1 bis 1,5 bar. Bei einem gewünschten Druck von 5,5 bar sind diese Schwankungen so stark spürbar, dass sie das Mass des Tolerierbaren überschreiten.

Frequenzumrichter passt Pumpleistung den Anforderungen an Instandhaltungsexperte Martin Eberhardt Elektromotoren entwickelte für diesen speziellen Anwendungsfall eine Lösung zur Optimierung der Druckerhöhungsanlage, die genau auf die vorliegenden Bedingungen zugeschnitten ist. Die bereits vorhandenen Pumpen werden weiter verwendet und auch sonst waren keine grossen Umrüstarbeiten nötig. Armin Bente, Pro-

jektleiter bei Martin Eberhardt Elektromotoren, erklärte: «Wir haben bei diesem Projekt einen Frequenzumrichter von Mitsubishi Electric verwendet. Der FR-F 740 ist auf die besonderen Herausforderungen des Pumpenmanagements ausgelegt und kann die Steuerung von bis zu vier Motoren übernehmen. Bei dieser Druckerhöhungsanlage haben wir also das Leistungspotenzial des Frequenzumrichters voll ausgeschöpft. Die Zuschaltung einer SPS-Steuerung wird unnötig und wir haben gleichzeitig ein Energieeinsparpotenzial von etwa 10 Prozent umgesetzt.» Die Energieeinsparung wird durch die Funktionsweise des Frequenzumrichters erreicht. Das Stromnetz liefert eine feste Spannung und Frequenz, die der Umrichter in variable Spannungen und Frequenzen umwandelt. Auf diese Weise wird genau die Leistung geliefert, die für den Aufbau des momentan benötigten Drucks nötig ist. Drucksprünge, die überschüssigen Wasserdruck erzeugen und dadurch mehr Energie verbrauchen als eigentlich benötigt, werden vermieden. Den verwendeten Frequenzumrichter zeichnet eine Multi-MotorFunktion aus, mit der er bis zu vier Motoren gleichzeitig antreiben kann. Dabei ist ein Motor frequenzgeregelt, während die anderen zuoder abgeschaltet werden. Auf diese Weise entsteht ein effektives Motormanagement, das eine schnelle und flexible Reaktion ermöglicht. In der optimierten Anlage werden jetzt drei der vier Pumpen bei Bedarf zuoder abgeschaltet, während die vierte druckabhängig geregelt ist. Während vorher nur die Pumpleistung jeder einzelnen Pumpe um 100 Prozent zuoder abgeschaltet werden konnte, passt sich die druckabhängige Regelung an den spezifisch vorliegenden Wasserbedarf an und liefert nur den benötigten Druck. Für diese Aufgabe wird ein Drucksensor im System integriert. Neben dem konstanten und gleichmässigen Wasserdruck ist auch eine flexible Reaktion auf sprunghaften Anstieg oder Abfall im Wasserbedarf möglich.

Das integrierte Motormanagement des Frequenzumrichters steigert die Leistung der Druckerhöhungsanlage und reduzierte den Energiebedarf um 10 Prozent.

Der verwendete Frequenzumrichter FR-F 740 von Mitsubishi Electric treibt bis zu vier Motoren gleichzeitig an und kommt ohne externe SPS aus.

Als Resultat liegen die Druckschwankungen der optimierten Anlage statt bei 1 bis 1,5 bar lediglich bei 0,2 bis 0,3 bar und damit im tolerierbaren, kaum merkbaren Bereich. Der Wechselbetrieb der vier Pumpen wird beibehalten, um die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleisten. [pm]

Innovation

Werkzeugmaschinen

Tornos und die Ingenieurschule HE-Arc gründen das Tornos Research Center

Tornos und die Ingenieurschule HE-Arc unterzeichneten im Frühjahr in St. Imier ein Übereinkommen zur Gründung des Tornos Research Center. Diese neue Form der Zusammenarbeit zwischen den beiden bedeutenden Akteuren des Jurabogens hat zum Ziel, innovative Ideen in anwendbare Technologien für die Werkzeugmaschinen der Zukunft umzusetzen. ie Partnerschaft verschafft den Forschern den Zugang zu finanzieller Unterstützung und modernen industriellen Ausrüstungen und nutzt die Kreativität der Studierenden. Das von Dr. Pierre Voumard, einem Kadermitglied des Maschinenherstellers aus Moutier, geführte Forschungszentrum vertieft die bereits engen Beziehungen zwischen Tornos, der HE-Arc und TT-Novatech. Es zielt darauf ab, Innovationen, akademisches Wissen und kommerzielles Know-how unter einem Dach zu vereinen und langfristig zu sichern, um gemeinsam grosse technische Herausforderungen zu meistern.

Die finanzielle und technische Unterstützung, die den Labors der HE-Arc und den Studierenden im Rahmen dieser Partnerschaft jedes Jahr zufliessen, werden für die Durchführung gemeinsamer Projekte und andere Formen der Zusammenarbeit eingesetzt. Nicht zuletzt rechnen die Akteure auch mit bedeutenden Auswirkungen auf die Wirtschaft der Region.

Werte und Leidenschaft teilen «Tornos ist ein wichtiger Bestandteil des Industrienetzes unserer Region und Ingenieurschulen wie die HE-Arc sind grundlegende Pfeiler

für das lokale Know-how», erklärte Philippe Jacot, CEO von Tornos AG anlässlich der Unterzeichnung des Übereinkommens. «Wir teilen dieselben Werte und dieselbe Leidenschaft», führte er fort. «Mit dem Tornos Research Center, das in unserem Sektor eine Premiere darstellt, beabsichtigen wir ein intellektuelles Wetteifern zwischen unserem Partner, der HE-Arc, einerseits und den Ingenieuren unseres

Philippe Jacot (links) und Brigitte Bachelard besiegeln die Zusammenarbeit im Tornos Research Center.

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70 Innovation

Seit 1880 entwickelt, produziert und vertreibt Tornos Einspindel- und Mehrspindeldrehautomaten. Das Unternehmen ist hauptsächlich in den folgenden Sektoren tätig: Automobil, Mikromechanik, Elektronik und Medizin. Die Einspindeldrehautomaten mit beweglichem Spindelstock und Führungsbuchse sind für die Bearbeitung von Werkstücken ausgelegt, die im Verhältnis zu ihrem Durchmesser lang sind. Sie sind mit zahlreichen Werkzeugsystemen und Apparaten für die Fertigung komplexer Werkstücke in grossen Stückzahlen ausgerüstet. Die Mehrspindeldrehautomaten sind für einen optimalen seriellen Bearbeitungsablauf mit 6 bis 8 Spindeln ausgestattet. Ihre Produktionsleistung ist 4- bis 6-mal höher als die der Einspindeldrehautomaten.

TT-Novatech Das vor 13 Jahren gegründete interdisziplinäre Institut TTNovatech pflegt enge Beziehungen mit der Ingenieurschule HE-Arc. Es ist ein wichtiges Bindeglied für Wirtschaftspartner, um Projekte in der angewandten Forschung und Entwicklung durchzuführen, sowie für die Vermittlung von Dienstleistungen, Unterstützung und Beratung. TT-Novatech stellt seine eigenen Ressourcen zur Verfügung sowie jene der HE-Arc (Lehrkräfte, Labors, Ausrüstungen usw.) für die Konzeption, Entwicklung, Optimierung und sogar Fertigung von Produkten jeder Art, bei denen spezifisches und/oder interdisziplinäres Know-how zum Einsatz kommt. TT-Novatech führt Studien durch, entwickelt neue Verfahren und realisiert Prototypen, die den Anforderungen seiner Kunden entsprechen, und setzt dabei das Knowhow aus den Interessensgebieten und Kompetenzen der Ingenieurschule HE-Arc ein.

Unternehmens andererseits. Das neue Forschungszentrum wird nicht nur die Zusammenarbeit bei der Umsetzung von F&E-Projekten, sondern auch bei den Überlegungen zu den strategischen Technologie-Roadmaps fördern.»

Wettbewerb und Innovationsgeist fördern Für Brigitte Bachelard, Direktorin der Fachhochschule HE-Arc, «blicken die Ingenieurschule HE-Arc und Tornos auf dieselbe Geschichte zurück. Die Gründung dieses Forschungszentrums stellt für den Sektor des Werkzeugmaschinenbaus eine grosse Chance dar, denn es fördert den Wettbewerb und den Innovationsgeist.» «Zudem steht diese Partnerschaft im Einklang mit der der Fachhochschulen übertragenen Aufgabe, die Nähe zur Industrie zu pflegen», meinte sie abschliessend. Bei den im Tornos Research Center entwickelten Projekten werden die Kompetenzen der HE-Arc in den Bereichen mechanisches Design, Bearbeitungsvorgänge, fortgeschrittene Kontrolle und Mechatronik sowie Modellierung und Simulation angewendet. [mg]

HE-Arc Die HE-Arc ist die einzige interkantonale Schule der Fachhochschule HES-SO. Sie deckt die gesamte Region des Jurabogens ab und fördert somit Fachhochschulkompetenzen in den Kantonen Bern, Jura und Neuenburg. Die HE-Arc bietet vier verschiedene Fachrichtungen (Konservierung/Restaurierung, Wirtschaft, Ingenieurwesen und Gesundheit) sowie sieben Bachelor-Ausbildungsgänge an und zählt insgesamt rund 1800 Studierende, von denen ungefähr 1200 einen Bachelor-Studiengang absolvieren. Die Ingenieurabteilung der HE-Arc bietet drei HES-SO Bachelor – Mikrotechnik, Informatik und Ingenieur-Designer – mit sieben Bildungsprofilen an. Ausserdem verfügt sie über fünf Forschungsinstitute, mit denen sie direkte Beziehungen zu Wirtschaftspartnern unterhält. Zwei von ihnen, das Institut für industrielle Mikrotechnik IMI-Arc und das Institut für Informationsund Kommunikationssysteme ISIC-Arc, befinden sich in Saint-Imier.

Infos Tornos 2740 Moutier 032 494 44 44 contact@tornos.ch www.tornos.ch Haute Ecole Arc 2002 Neuchâtel 032 930 11 11 www.he-arc.ch

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Industrial-IT

Kostenkalkulation über den ganzen Lebenszyklus mit Enterprise Product Costing (EPC)

Innovative Produkte bringen Wettbewerbsvorteile – vorausgesetzt ihre Wirtschaftlichkeit stimmt. Um diese zu garantieren, braucht es eine transparente und einheitliche Produktkostenkalkulation im gesamten Lebenszyklus. Mit einem neuen Costing-Ansatz, dem «Enterprise Product Costing» (EPC) von Facton, ist dies jetzt erstmals möglich. lternative Antriebssysteme, neue Sicherheitskonzepte, effizientere Hightech-Elektronik: Investitionen in neue Technologien sind für die Industrieunternehmen überlebenswichtig – allerdings nicht zu jedem Preis. Zwar sollen die Produkte von morgen fortschrittlich sein, doch auch günstiger. Und das bei steigenden Lohn- und Materialkosten. Wer unter diesen Umständen investiert, muss genau wissen, wohin jeder Franken fliesst. Doch genau an diesem Punkt stossen viele Unternehmen an ihre Grenzen: Die Produktkostenkalkulation ist nicht auf eine präzise und langfristige Betrachtung der Kosten ausgelegt: Noch immer werden Kosteninformationen mühselig aus ERP-, PLMund BI-Systemen zusammengesucht und in Programmen wie Excel kalkuliert. Dabei lässt sich häufig nicht erkennen, wie sich Kalkulationen von der Angebotserstellung bis hin zur Produktion entwickeln, z. B. aufgrund von Änderungswünschen oder schwankenden Rohstoffpreisen. Eine Möglichkeit, ältere und neuere Versionen auf einen Blick zu vergleichen, gibt es nicht, weil es

Infos FACTON GmbH DE-14482 Potsdam +49-331-97992-400 info@facton.com www.facton.com

Innovation

Durch die konsequente Anwendung des EPC-Konzeptes lassen sich strategische Entscheidungen auf Basis sicherer Angaben fällen und Innovationen gezielt steuern. (Bild: Pixelio, Konstantin-Gastmann)

weder Schnittstellen gibt noch eine einheitliche Berechnungsmethode existiert.

Standardisierte Prozesse und Methoden Beim Product-Costing ist deshalb ein radikales Umdenken angesagt. Dazu bedarf es eines unternehmensweit einheitlichen Ansatzes: dem sogenannten «Enterprise Product Costing» – kurz: EPC. Führender Anbieter für EPC-Lösungen ist die Facton GmbH mit Sitz in Potsdam. Die wichtigsten Neuerungen bei der EPC-Lösung: Alle Abteilungen und Standorte kalkulieren auf Basis derselben standardisierten Prozesse und Methoden. Kostendaten aus allen relevanten Quellen werden berücksichtigt und an einer zentra-

len Stelle zusammengeführt. Das macht die Kalkulation nicht nur transparent, sondern auch deutlich schneller und genauer. Durch die konsequente Anwendung des EPCKonzeptes lassen sich Angebote in wesentlich kürzerer Zeit erstellen, strategische Entscheidungen auf Basis sicherer Angaben fällen und Innovationen gezielt steuern und hinsichtlich ihres Wertbeitrages bewerten. Dabei werden alle Phasen des Produktlebenszyklus abgedeckt – von der ersten Stufe der Produktdefinition bis zum Produktionsauslauf.

Produktstrukturen simulieren Beim EPC werden mithilfe von Informationen aus Konstruktion, Einkauf und Entwicklung die Produkt-

GUMMI FORMTEI LE

strukturen, das Material und die Werkzeuge simuliert und hinsichtlich ihrer Kosten miteinander verglichen. Dabei kommen Methoden wie der Produkt-Teardown – also das Aufbrechen der Produktstrukturen – oder die Zielpreiskalkulation zum Einsatz. Zusätzliche Informationen zum Einkaufspreis, den Stückzahlen und dem Automatisierungsgrad bilden eine weitere Grundlage für strategische Entscheidung zum Make or Buy. Für die erfolgreiche Anwendung von EPC bedarf es jedoch neuer IT-Instrumente. Nur mit geeigneten Software-Systemen lässt sich die Datenfülle integrieren und überblicken. Bisher gab es genau an dieser Stelle eine Lücke: Während PLM-Tools vorrangig auf eine technische Perspektive ausgerichtet sind, sind ERP-Systeme transaktionsorientiert und wenden ihren Blick eher auf historische Daten. Zukünftige Parameter werden damit aber nicht berücksichtigt.

Mehr als 45 Millionen Benchmark-Datensätze Moderne EPC-Lösungen schliessen die Lücke zwischen den vorhandenen Systemen: Die kostenrelevanten Daten (ERP, PLM, PDM, CAD, Excel) werden in der Stammdatenbank zentral bereitgestellt. Dazu gehören z. B. aktuelle Einkaufspreise und mögliche Herstellungsverfahren. Die zur Angebotserstellung benötigten Angaben lassen sich einfach per «Drag & Drop» in die entsprechende Kalkulation hineinziehen; neue Daten werden in Bruchteilen von Sekunden in die gesamte Kalkulation integriert. Hinzu kommt: Durch die Abbildung wissensbasierter Prozesse können auch Nicht-Ingenieure Kosten von Herstellprozessen und Verfahren bewerten. Gerade in

WIR FORMEN GUMMI Sie können auch nur mit einer Idee und einer Skizze zu uns kommen. Wir kümmern uns darum und realisieren für Sie Gummiformteile von höchster Qualität und Präzision. Ihre Vorstellungen sind unser Antrieb. Mehr als 60 Jahre Erfahrung haben uns gelehrt, dass es fast nichts gibt, was für die Kubo Form AG unmöglich ist.

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Die kostenrelevanten Daten werden in der Stammdatenbank zentral bereitgestellt. Dazu gehören z. B. aktuelle Einkaufspreise und mögliche Herstellungsverfahren. (Bild: Facton)

der Angebotsphase kann die schnelle Erstellung einer Kalkulation einen elementaren Wettbewerbsvorteil bieten und über den Zuschlag entscheiden. Erstmals lassen sich verschiedene Projekt-Versionen gegenüberstellen und Vorkalkulationen mit den tatsächlichen Serienkalkulationen vergleichen. Facton ist ausserdem mit Benchmark-Daten aus über 1000 Regionen weltweit ausgestattet. Insgesamt stehen mehr als 45 Millionen Datensätze zu Lohn-, Gehalts-, Gemeinkostendaten sowie Werkzeug-, Material- und Logistikkosten aus verschiedenen Branchen zur Verfügung. Die Aktualität der Kalkulationsdaten wird durch regelmässige Updates sichergestellt. [ea]

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Highlight

Wirtschaftliches Lasergravieren

Im Bereich Qualitätssicherung und Nachverfolgbarkeit werden zunehmend moderne Lasergravierverfahren eingesetzt. Mit flexiblen Einzelarbeitsplätzen oder direkt in der Fertigungskette integrierten Systemen bietet der britische Marktführer ELECTROX zusammen mit dem Schweizer Technologiepartner MINELLI AG kostengünstige und prozesssichere Lösungen zur Senkung der Produktionskosten an. ls ELECTROX-Generalimporteur und -Technologiepartner umfasst das Leistungsspektrum der MINELLI AG nebst Vertrieb, Schulung und Service auch die Entwicklung, Fertigung und Integration kompletter Laserbeschriftungssysteme in neue oder bestehende Produktionslinien. Gleichzeitig können Kunden auf ein breites, modular aufgebautes Programm an kostengünstigen ELECTROXStandardlösungen zurückgreifen. In jedem Fall wird bei der MINELLI AG kompromisslos auf absolute Prozesssicherheit bei bestmöglichem Preis-Leistungs-Verhältnis Wert gelegt. Vorteile, die sich für den Kunden direkt auszahlen und die Investitionssicherheit auf Jahre hinaus gewährleisten!

ELECTROX gehört heute zu den weltweit führenden Anbietern von Laserstrahlquellen und Lasergraviermaschinen. Das Produktespektrum umfasst diodengepumpte Faserlaser sowie CO2 und UV-Laser in verschiedenen Leistungsklassen für praktisch jeden Einsatzbereich. ELECTROX-Laserstrahlquellen werden weltweit in über 3000 Applikationen zum Hochgeschwindigkeitsbeschriften und Gravieren von Metallen, Hartmetallen, Keramik, Aluminium, Holz, Glas, Karton sowie Kunststoffen und Folienmaterialien erfolgreich eingesetzt. [ea]

Infos Minelli AG Mechatronik & Lasertechnik 8330 Pfäffikon ZH 044 952 35 35 cnc@minelli.ch www.minelli-cnc.ch

Innovation

Highlight

Seit 50 Jahren liegt Erfolg in der Druckluft

Heute nutzt praktisch jeder Industrie- und Gewerbebetrieb Druckluft. Druckluft erzeugen, aufbereiten, verteilen und anwenden sind seit 50 Jahren die Kernkompetenzen der Prematic AG in Affeltrangen. Mit ihrem Komplettprogramm gehört das innovative Unternehmen zu den führenden Anbietern im Schweizer Markt.

ruckluft wird technisch äusserst vielfältig genutzt. Mit Druckluft wird gespannt, gespritzt, bewegt und geschliffen; wird gepresst, geblasen, gereinigt, gebohrt und gefördert. Mit Druckluft werden in unzähligen Bereichen alle Arten von Maschinen und Geräten pneumatisch gestartet, angetrieben und gesteuert, werden vielerlei Prozesse und Verfahren geregelt und überwacht. Die Prematic AG hat für jeden Einsatz die richtige Lösung. Dank innovativen, zuverlässigen Produkten, einem offenen Ohr für die Anliegen und Wünsche der Kunden sowie einem grossen Fachwissen hat sich das Thurgauer Unternehmen einen hervorragenden Namen im Markt geschaffen. Seit 50 Jahren steht der Name Prematic für Qualität mit einem abgerundeten Komplettprogramm – von der Entwicklung über die Fertigung und Montage bis zum Service.

dern und Ventilen ergänzt das vielfältige Verkaufssortiment. Das Verkaufsprogramm bei den Kompressoranlagen erstreckt sich von mobilen Kleinkompressoren über stationäre Kolbenkompressoren bis zu anschlussfertigen ALMiG-Schraubenkompressoren – auf Wunsch auch in ölfreier Ausführung.

Optimierungspotenzial Die Energiekosten machen den Hauptteil der gesamten Betriebskosten aus, die während der Lebensdauer einer Druckluftanlage entstehen. Darum ist es wichtig, mit einer optimierten Drucklufterzeugung Kosten bzw. Energie zu sparen. Mit Bedarfsanalysen, energieeffizienten, drehzahlgeregelten Kompressoren, intelligenten Kompressorensteuerungen und gezielter Wärmerückgewinnung bietet Prematic die idealen Systeme zur Druckluftoptimierung an.

Pneumatik auf Mass In der eigenen mechanischen Werkstatt werden Zylinder, Ventile und Baugruppen nach Kundenwunsch entwickelt, konstruiert, gefertigt und montiert. Dank der langjährigen Erfahrung in der Pneumatik garantiert Prematic praxisorientierte und kostengünstige Lösungen. Ein Standardprogramm an Airtec- und SMC-Zylin-

Infos Prematic AG Druckluft-Technik 9556 Affeltrangen 071 918 60 60 www.prematic.ch info@prematic.ch

Flexibler Komplettanbieter Eine wirtschaftliche Aufbereitung der Druckluft senkt die Betriebskosten ebenfalls. Allerdings ist nur trockene und saubere Druckluft wirklich leistungsfähig. Trockner, Filter und Wartungsgeräte von Prematic erfüllen die hohen technischen Anforderungen für eine gut aufbereitete Druckluft. Die optimale Verteilung der Druckluft ist ein wichtiger Punkt bei der Betrachtung der Gesamtanlage. Dank dem Einsatz von korrosionsbeständigen Rohren mit glatten Oberflächen werden ausgezeichnete Durchflusswerte erzielt, was zu weniger Druckabfall und Verwirbelungen führt. Prematic unterstützt seine Kunden bei der

Dank umfassenden Beratungs- und Kundendienstleistungen trägt Prematic auch zu einem energiebewussten Umgang mit der Druckluft bei. Planung und Montage sowie bei der praktischen Ermittlung von Leckagen. Mit kleinen Investitionen kann so innert kurzer Zeit sehr viel Geld eingespart werden. Auch das Angebot an Druckluftzubehör besticht durch seine Vollständigkeit. Ob Armaturen, Blas- und Spritzgeräte, Werkzeuge, Zubehör für Kompressoren, Kupplungen oder Schläuche, Prematic hat für alle Druckluftanwender die passende Lösung. Dank einem grossen und umfangreichen Lager besteht eine äusserst hohe Lieferbereitschaft.

Service im Mittelpunkt Der prompte und zuverlässige Kundendienst für Service- und Reparaturarbeiten in der ganzen Schweiz rundet die komplette Angebotspalette ab. Fachkundige Service-Mechaniker und ein grosses Lager an Service- und Ersatzteilen garantieren einen kompetenten, schnellen und kostengünstigen Service. Um die Nähe zum Kunden auch in der Region Bern und Westschweiz garantieren zu können, wird Prematic ein Servicecenter in Domdidier FR eröffnen. [pm]

Innovation

Highlight

Kompakte, leise und robuste Mini-PCs für die Industrie-Automation

Geringer Energiebedarf, hohe Rechenleistung – auf diesen Nenner lassen sich die robusten Mini-PC-Serien von Spectra bringen. Die lüfterlosen Rechner sind gegen starke Vibrationen, Staub und hohe Umgebungstemperaturen resistent und eignen sind durch ihren wartungsfreien Aufbau für die verschiedensten Aufgaben.

ie Mini-PCs der PowerBox-Serie von Spectra sind mit einer leistungsfähigen Grafik und einem intelligenten Kühlsystem ausstaffiert.

Die hybridgekühlte PowerBox-Serie bietet hohe Rechenleistung für den Dauerbetrieb. Sie sind konzipiert als 24-h-/7-dDauerläufer, auch unter den widrigsten Betriebsbedingungen.

Ausgeklügeltes Kühlkonzept für zuverlässigen Betrieb Auch thermisch ungünstige Einbausituationen können diesen Systemen nichts anhaben. Primärgekühlt mittels einer Heatpipe ist ein lüfterloser Betrieb bis zum Erreichen einer vordefinierten Temperaturschwelle möglich. Darüber schaltet sich ein grossvolumiger, langsam drehender

Die lüfterlose und kompakte NISE-Serie ist sehr preisgünstig.

Innovation

Lüfter zu. Die MTBF aller Komponenten des Systems wird dadurch deutlich erhöht. Ein flüsterleiser Betrieb ist garantiert. Das Herz der PowerBox-Systeme ist ein Mini-ITX Mainboard. Das 170 x 170 mm grosse Board stehen für nahezu alle gängigen Prozessortypen mit einer Vielzahl von Schnittstellenkonfigurationen zur Verfügung. Stetig werden neue Boards dieses Formfaktors entwickelt, sodass immer Mainboards der neuesten Technologien verfügbar sind. Die acht Standard-Systeme der Highend-PowerBox-Serie sind mit Core-2-Duo- oder Core-i7-Prozessoren bestückt und erfüllen nahezu alle Wünsche in Bezug auf Leistung, Schnittstellen oder Sicherheit (RAID). Zusätzlich haben diese Systeme, ja nach Ausführung noch Erweiterungsmöglichkeiten, wie zwei PCI-, PCIe- und Mini-PCIe- Slots.

Geräuschlose PCs zum sehr günstigen Preis Neueste Technologie auf kleinstem Raum, das sind die Eigenschaften der NISE-Serie. Das lüfterlose Design ermöglicht die Benutzung auch in sehr schmutziger Umgebung. Da keine Luft angesaugt wird, entfällt die Reinigung verschmutzter Lüfter. Ein störendes Lüftergeräusch gibt es deshalb ebenfalls nicht. NISE-Systeme sind mit Intel-Pentium-M-, Celeron-M-, Core-2-Duo-, Atom-, Core-i5Mobile- Prozessoren lieferbar oder mit einem Intel Tolapai low Cost-Prozessor. Die Systeme der NISE-Serie sind mit unterschiedlicher Ausstattung an Schnittstellen lieferbar. Viele Modelle der Serie sind mit einem Mini-PCI Stecksockel und mit einem oder zwei zusätzlichen PCI-Erweiterungssteckplätzen ausgestattet. Dadurch lassen sich diese Systeme opti-

mal an jede Anwendung anpassen. Das Anwendungsspektrum der NISE-Systeme ist breit gefächert. Einige Beispiele sind die digitale Beschilderung, Steuerungs- oder Visualisierungsrechner in der Automationstechnik oder Kiosk- und POS-Anwendungen. Die NISE-Systeme bieten für industrielle Anwendungen optimierte Leistungsmerkmale zu einem sehr günstigen Preis.

Modernste Fertigung garantiert hohe Qualität Die moderne Produktionshalle von Spectra, in Verbindung mit erfahrenen, bestens geschulten Mitarbeitern, garantieren, dass jedes gefertigte System sehr hohen Qualitätsansprüchen gerecht wird. Spectra fertigt in der «IPC-Factory» auf jede Anwendung individuell zugeschnittene Systeme, auch in kleinen Stückzahlen und zu attraktiven Preisen. Bei der Assemblierung der PC-Systeme wird gewissenhaft auf die Einhaltung von Richtlinien zur Vermeidung von EMV-bedingten Schädigungen geachtet. Jedes System durchläuft eine sorgfältige Endkontrolle mit ausführlichem Testbetrieb unter realistischen Betriebsbedingungen inklusive Ausdruck eines Prüfprotokolls. Die meisten Systeme werden darüber hinaus einem Burn-in-Test unterzogen. [pm]

Infos Spectra (Schweiz) AG 8132 Egg ZH Tel. 043 277 10 50 info@spectra.ch www.spectra.ch/nise

Zuverlässig wie gewohnt

DIGIFORCE von burster ist bekannt, wenn es um lückenlose Überwachung von Einpress-, Füge-, Niet- und Verstemmvorgängen oder Drehmomentverläufen geht. Mit dem neuen DIGIFORCE 9307 hat burster auf Basis einer leistungsfähigeren Hard- und Software-Architektur einen HighEnd-Universal-Controller entwickelt, der die Stärken des Vorgängers mit noch flexibleren Auswerteroutinen und neuen Messroutinen verknüpft. Eine intuitive Bedienung durch klare und grafikbasierende Menütools führt den Anwender schnell zum Ziel. Die präzise Kontrolle von Füge-, Nietund Verstemmprozessen oder Verlaufsüberwachungen gehört nach wie vor zu seinen Kernkompetenzen, neue Einsatzmöglich-

keiten in den Bereichen wie Drehmoment- und Haptikprüfung, universelles Signaltesting, Leckagekontrolle erweitern das Anwendungsspektrum enorm. Auswertung wird grossgeschrieben beim neuen DIGIFORCE 9307. Mit einem Blick erhält der Anwender nicht nur eine globale, sondern auch eine detaillierte IO/NIO-Aussage zum Prozessstatus. Dank neuer grafischer Bewertungselemente wie Schwellen, Trapeze, Fenster, Hüllkurven und zusätzlichen frei parametrierbaren, mathematischen Verknüpfungen können Prozessverläufe präzise überwacht werden. Aussagefähige und vielseitige Diagnoseseiten unterstützen eine differenzierte Prozessbetrachtung.

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Neu konzipierter FHS-Weiterbildungsmaster Die FHS St. Gallen bietet ab Frühjahr 2012 den neu konzipierten Weiterbildungsmaster Corporate Innovation Management an. Der modular aufgebaute Studiengang mit den beiden wählbaren Schwerpunkten markt- oder unternehmensorientierte Innovation richtet sich an experimentierfreudige und integrativ denkende Persönlichkeiten, die sowohl mit Fach- als auch Allgemeinwissen zu über-

zeugen wissen. Die gelehrte Denkmethode «Design Thinking» wird es unter anderem den erfolgreichen Absolventinnen und Absolventen erlauben, die in einer Unternehmung vorhandenen Chancenfelder zu erkennen und diese systematisch in gewinnbringende Innovationen umzuwandeln. Weitere Informationen und Anmeldemöglichkeiten finden Sie unter www.fhsg.ch/mas-cinm

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Corporate Innovation Management Erfolgreiches Innovationsmanagement ist für den Erfolg jedes Unternehmens unabdingbar. Mit dem Master- und Zertifikatslehrgang der FHS St.Gallen erwerben Sie die nötigen Innovations-Kompetenzen, um auch in Zukunft erfolgreich zu bleiben. Master of Advanced Studies (MAS) Corporate Innovation Management Zertifikatslehrgänge (CAS) Design Thinking Informationsanlässe 9. September 2011, 19.15 Uhr und 27. September 2011, 19.00 Uhr FHS St.Gallen, Weiterbildungszentrum Technik, Tellstrasse 2, CH-9001 St.Gallen, Tel. +41 71 226 12 04, wbte@fhsg.ch

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ArchestrA Workflow ist Wonderwares Echtzeit-Softwarelösung für das Business Process Management (BPM). Sie verbindet Mitarbeiter, Applikationen und industrielle Prozesse. Die Lösung ermöglicht es, jeden beliebigen Prozess grafisch zu modellieren und ihn zyklisch oder auf ein bestimmtes Ereignis hin auszuführen. Die Software intensiviert die Zusammenarbeit der verschie-

denen Abteilungen, beschleunigt Validierungszyklen, vereinfacht mühsame Aufgaben und erlaubt es, eventuell auftretende Anomalien effizient zu managen. Dank der nativen Integration mit dem Unternehmens-Informationssystem und den Anlagen vor Ort kann die Industrie mit dieser Lösung ihre Prozesse mit grossem Mehrwert optimieren.

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Das neue PicoLog CM3 USB/EthernetDatenaufzeichnungsgerät für Netzstrom ist ein kompaktes und einfach zu bedienendes Gerät zur Messung des Stromverbrauchs von Gebäuden und Maschinen. Mit den drei Kanälen eignet sich das Gerät zur Überwachung von Strom in einphasigen und dreiphasigen Wechselstromanlagen. Das Datenaufzeichnungsgerät wird komplett mit drei Wechselstromklemmen und einem leistungsstarken Softwarepaket für die Datenerfassung geliefert. Der Messbe-

reich des PicoLog CM3 reicht von 0 bis 200 A, bei einer Genauigkeit von +/–1 % und weniger als 10 mA Rauschen. Die Konvertierungsauflösung beträgt 24 Bit. Die Stromquellen erfüllen die Anforderungen der IEC 1010-1 (1995) sowie der EN 61010-1 (2001) für CAT II 600 V und CAT III 300 V.

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Sicherheitszuhaltung für Ex-Zonen 1 und 21 Die Sicherheitszuhaltung Ex STM 295 von Steute sorgt für Maschinen- und Arbeitssicherheit in sensiblen Bereichen, denn sie ist für den Einsatz in den Ex-Zonen 1 und 2 (Gas-Ex) sowie 21 und 22 (Staub-Ex) zugelassen. Die kompakte Bauform erlaubt eine «unauffällige» Montage, und die robuste Bauweise gewährleistet lange Lebensdauer. Als Basis der Zuhaltung dienen die bewährten Schalteinsätze der Ex-95-Baureihe, die in einem Gehäuse aus glasfaserverstärktem Kunststoff untergebracht sind. Eine elektromechanische Verriegelung hält die Schutztür geschlossen. Die Schaltelemente mit jeweils einem Öffner und einem Schliesser schaffen die Voraussetzung für eine flexible Anschaltung. Zudem kann der Anwender zwischen Ausführungen mit Arbeitsstromund dem von den Berufsgenossenschaften favorisierten Ruhestromprinzip wählen. Trotz der kompakten Bauweise ist die Zuhaltung sehr robust und kann auch in sehr verschmutzter Umgebung eingesetzt werden. Mit diesem Eigenschaftsprofil und

dank der Zertifizierung für die Ex-Zonen 1 und 2 (Gas-Ex) sowie 21 und 22 (Staub-Ex) ist die Ex STM 295 in explosionsgefährdeten Bereichen universell einsetzbar. In Verbindung mit dem Sicherheits-Relaisbaustein SRM 21 Multi kann sie in Sicherheitskreise bis zum Performance Level e nach EN ISO 13849 und SIL3 nach EN 61508 eingebunden werden und sorgt dann für ein hohes Mass an Arbeitssicherheit in extremem und sicherheitstechnisch sensiblem Umfeld.

CARL GEISSER AG, 8117 Fällanden, 044 806 65 00, info@carlgeisser.ch, www.carlgeisser.ch

Berührungslos sicher überwachen Der sichere Näherungsschalter PSENini von Pilz erfasst berührungslos die Annäherung metallischer Objekte. Anwendungen mit mehreren Positionen – lange Nocken oder Drehbewegungen – werden sicher erfasst. Die verschleissfreie Technik eignet sich insbesondere für hohe Schaltfrequenzen und gewährleistet eine hohe Produktivität und lange Lebensdauer. PSENini stehen in IP-67Ausführung zur Verfügung und sind somit für den Einsatz unter erschwerten industriellen Bedingungen wie starker Verschmutzung, Erschütterung oder Vibration geeignet. Die sicheren Näherungsschalter liefern Signale über Positionen und Endlagen und erfassen mit hoher Wiederholgenauigkeit metallische Objekte. So lassen sich Positionen von Maschinenteilen wie etwa Drehtellern oder Tischen oder auch Drehbewegungen von Robotern sicher überwachen, damit der Fertigungsprozess nicht gefähr-

det wird. Die sicheren Näherungsschalter bieten kurze Reaktionszeiten sowie eine bedienerfreundliche Diagnose über LED. Damit lassen sich Fehlerursachen im Fall einer sicherheitstechnischen Abschaltung der Maschine schnellstmöglich erfassen. Näherungs- und Sicherheitsschalter sowie Schutztürsysteme von Pilz sind in Reihe schaltbar, was Verdrahtungsaufwand spart. Die sicheren Näherungsschalter erfüllen Sicherheitsanforderungen, für Anwendungen bis PL e nach EN/ISO 13849-1 bzw. Kat. 4 nach EN 954-1 und SIL CL 3 nach EN62061.

Pilz Industrieelektronik GmbH, 5506 Mägenwil, Tel. 062 889 79 30, pilz@pilz.ch, www.pilz.ch

Spectra (Schweiz) AG Gewerbestr. 12a CH-8132 Egg/ZH Telefon E-Mail Internet

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80 Innovation

Firmen in dieser Ausgabe ABB Antrimon B&R Bachmann electronic Bauberger Baumer Electric Beaulieu Exploitation Beckhoff Automation Bernex Bimetall BERNEXPO Bosch Rexroth Brain Connection CSEM Compar Compona Computer Controls Denkmotor EBV Elektronik EPLAN ETH Zürich Fabrimex FARO FHS St. Gallen Hochschule Finder (Schweiz) FlowCAD Frost & Sullivan Geisser Carl Hadimec Hilpert Electronics HSR Hochschule für Technik IBM Item Industrietechnik Jakob Keller KTI Kubo Form Lastech Linktronix LNS maxon motor Minelli AG Minimotor MSC-Gleichmann MTS Messtechnik National Instruments Omni Ray PHOENIX CONTACT Pilz Industrieelektronik Plaston Prematic Rehm Reimmann Hch. Rockwell Automation RS Components Saia-Burgess Controls Schneider Electric sfb Bildungszentrum Siemens SIGMATEK Simpex Electronic Spectra (Schweiz) Staufen AG Beratung TORNOS Triag TRUMPF Maschinen WAGO CONTACT Weidmüller Schweiz Wonderware ZHAW School of Engineering

28 71 43, 50 65 77 12 25 31, 44 5 5 24, 57 12 32 66 45 78 12 27, 62 47 9 41 58 77, 78 23 59 6 79 55 48 6 5 9 66 34 73 70 2 20 4 74 8 37 77 21, 40 7, 68 60 64, 79 14 75 5 29 46 35 39 8, 63 78 17 53, 61 51 76, 79 49 3, 70 19 67 2 26 78 52

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