Zukunft der Werkzeugmaschinenindustrie

Die Mischung aus Nachfrage und technologischem Wandel
Neben den massiven Auswirkungen der COVID-19-Pandemie führen mehrere externe und interne Effekte zu einer rückläufigen Nachfrage im Werkzeugmaschinenmarkt.Die Transformation der Automobilindustrie vom Verbrennungsmotor zum Elektroantrieb stellt eine große Herausforderung für die Werkzeugmaschinenindustrie dar.Während ein Verbrennungsmotor viele hochpräzise Metallteile benötigt, gilt dies nicht für elektrische Antriebsstränge, die weniger bearbeitete Teile haben.Abgesehen von den Auswirkungen der Pandemie ist dies der Hauptgrund dafür, dass die Bestellungen für Zerspanungs- und Umformmaschinen in den vergangenen 18 Monaten deutlich zurückgegangen sind.
Neben aller wirtschaftlichen Unsicherheit befindet sich die Branche in einer ernsthaften Umbruchphase.Nie zuvor haben Werkzeugmaschinenbauer einen so großen Wandel in ihrer Branche erlebt wie der durch Digitalisierung und neue Technologien getriebene.Der Trend zu mehr Flexibilität in der Fertigung treibt Produktinnovationen wie Multitasking und additive Fertigung als geeignete Alternativen zu traditionellen Werkzeugmaschinen voran.
Digitale Innovationen und tiefgreifende Konnektivität sind wertvolle Features.Sensorintegration, Nutzung künstlicher Intelligenz (KI) und die Integration ausgefeilter Simulationsfunktionen ermöglichen Verbesserungen der Maschinenleistung und der Gesamtanlageneffektivität (OEE).Neue Sensoren und neue Wege der Kommunikation, Steuerung und Überwachung eröffnen neue Möglichkeiten für Smart Services und neue Geschäftsmodelle im Werkzeugmaschinenmarkt.Digital Enhanced Services sind dabei, Teil des Portfolios jedes OEM zu werden.Das Alleinstellungsmerkmal (USP) verschiebt sich klar in Richtung digitaler Mehrwerte.Die COVID-19-Pandemie könnte diesen Trend weiter beschleunigen.

Aktuelle Herausforderungen für Werkzeugmaschinenbauer
Investitionsgüterindustrien reagieren empfindlich auf allgemeine wirtschaftliche Abschwünge.Da Werkzeugmaschinen hauptsächlich zur Herstellung anderer Investitionsgüter eingesetzt werden, gilt dies insbesondere für die Werkzeugmaschinenindustrie, die konjunkturellen Schwankungen ausgesetzt ist.Als größte Herausforderung für die meisten Werkzeugmaschinenhersteller wurde der jüngste wirtschaftliche Abschwung genannt, der durch die Pandemie und andere negative Auswirkungen ausgelöst wurde.
Im Jahr 2019 führte die wachsende wirtschaftliche Unsicherheit durch geopolitische Ereignisse wie den Handelskrieg zwischen den USA und China und den Brexit zu einer Verlangsamung der Weltwirtschaft.Einfuhrzölle auf Rohstoffe, Metallkomponenten und Maschinen betrafen die Werkzeugmaschinenindustrie und den Export von Werkzeugmaschinen.Gleichzeitig forderte die wachsende Zahl von Wettbewerbern im Niedrigqualitätssegment, hauptsächlich aus China, den Markt heraus.
Auf Kundenseite hat der Paradigmenwechsel in der Automobilindustrie hin zu Elektroantrieben zu einer Strukturkrise geführt.Der entsprechende Nachfragerückgang bei Autos mit Verbrennungsmotor führt zu einem Nachfragerückgang bei vielen Fertigungstechnologien im automobilen Antriebsstrang.Aufgrund der unsicheren Zukunft konventioneller Motoren zögern Autohersteller, in neue Produktionsanlagen zu investieren, während der Hochlauf neuer Produktionslinien für E-Autos noch in den Anfängen steckt.Dies betrifft vor allem Werkzeugmaschinenbauer, die sich auf spezialisierte spanende Werkzeugmaschinen für die Automobilindustrie konzentrieren.
Allerdings ist es eher unwahrscheinlich, dass die rückläufige Nachfrage nach Werkzeugmaschinen vollständig durch die neuen Produktionslinien ersetzt werden kann, da für die Produktion von E-Autos weniger hochpräzise Metallteile benötigt werden.Doch die Diversifizierung des Antriebsstrangs über verbrennungsmotorische und batteriebetriebene Motoren hinaus wird in den nächsten Jahren neue Produktionstechnologien erfordern.

Folgen der COVID-19-Krise
Die enormen Auswirkungen von COVID-19 sind in der Werkzeugmaschinenindustrie sowie in den meisten anderen Branchen zu spüren.Der allgemeine Wirtschaftsabschwung aufgrund der globalen Pandemie führte in den ersten beiden Quartalen 2020 zu einem massiven Nachfrageeinbruch. Werksschließungen, unterbrochene Lieferketten, fehlende Beschaffung von Teilen, logistische Herausforderungen und andere Probleme verschärften die Situation.
Unter den internen Folgen berichten zwei Drittel der befragten Unternehmen von allgemeinen Kosteneinsparungen aufgrund der aktuellen Situation.Je nach Fertigungstiefe führte dies zu längeren Kurzarbeitsphasen oder sogar zu Entlassungen.
Mehr als 50 Prozent der Unternehmen sind dabei, ihre Strategie angesichts der neuen Gegebenheiten ihres Marktumfelds zu überdenken.Bei einem Drittel der Unternehmen führt dies zu organisatorischen Veränderungen und Restrukturierungsmaßnahmen.Während KMU eher mit radikaleren Veränderungen ihres operativen Geschäfts reagieren, passen die meisten Großunternehmen ihre bestehende Struktur und Organisation an die neue Situation an.
Langfristige Folgen für die Werkzeugmaschinenindustrie sind schwer vorhersehbar, aber die sich ändernden Anforderungen an die Lieferkette und die steigende Nachfrage nach digitalen Dienstleistungen werden voraussichtlich dauerhaft werden.Da nach wie vor Services notwendig sind, um die installierten Maschinen produktiv zu halten, erweitern OEMs und Zulieferer ihr Serviceportfolio mit Fokus auf digital erweiterte Serviceinnovationen wie Remote Services.Die neuen Umstände und die soziale Distanzierung führen zu einer wachsenden Nachfrage nach fortschrittlichen digitalen Diensten.
Auf Kundenseite sind permanente Veränderungen deutlicher sichtbar.Die Luft- und Raumfahrtindustrie leidet unter weltweiten Reisebeschränkungen.Airbus und Boeing kündigten Pläne an, ihre Produktion für die nächsten Jahre zu reduzieren.Gleiches gilt für die Schiffbauindustrie, wo die Nachfrage nach Kreuzfahrtschiffen auf null gesunken ist.Diese Produktionskürzungen werden sich in den nächsten Jahren auch negativ auf die Werkzeugmaschinennachfrage auswirken.

Potenzial neuer technologischer Trends
Veränderte Kundenanforderungen
Mass Customization, kürzere Time-to-Consumer und urbane Produktion sind einige Trends, die eine verbesserte Maschinenflexibilität erfordern.Neben Kernaspekten wie Preis, Bedienbarkeit, Langlebigkeit, Prozessgeschwindigkeit und Qualität wird eine höhere Maschinenflexibilität als eines der Hauptmerkmale neuer Maschinen immer wichtiger.
Betriebsleiter und verantwortliche Fertigungsleiter erkennen die zunehmende Bedeutung digitaler Funktionen zur Verbesserung der Produktivität und Effizienz ihrer Anlagen.Datensicherheit, offene Kommunikationsschnittstellen und neueste Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sind unerlässlich, um digitale Anwendungen und Lösungen für einen höheren Automatisierungsgrad und die Serienproduktion zu integrieren.Der heutige Mangel an digitalem Know-how und finanziellen Ressourcen sowie Zeitdruck behindern die Umsetzung digitaler Erweiterungen und neuer Dienste für Endbenutzer.Darüber hinaus wird die durchgängige Nachverfolgung und Speicherung von Prozessdaten in vielen Kundenbranchen wichtig und zu einer zwingenden Anforderung.

Positiver Ausblick für die Automobilindustrie
Trotz einiger Gegenwinde sieht die Automobilindustrie weltweit gut aus.Laut Branchenquellen sind die weltweiten Produktionseinheiten für leichte Fahrzeuge bemerkenswert und werden voraussichtlich weiter wachsen.APAC wird voraussichtlich die höchsten Wachstumsraten in Bezug auf das Produktionsvolumen verzeichnen, gefolgt von Nordamerika.Darüber hinaus steigen der Verkauf und die Herstellung von Elektrofahrzeugen in Rekordgeschwindigkeit, was eine Nachfrage nach Werkzeugmaschinen und anderen Ausrüstungen im Zusammenhang mit dem Herstellungsprozess schafft.Werkzeugmaschinen haben ein breites Anwendungsspektrum in der Automobilindustrie wie CNC-Fräsen (Getriebegehäuse, Getriebegehäuse, Motorzylinderköpfe usw.), Drehen (Bremstrommeln, Rotoren, Schwungrad usw.), Bohren usw. mit dem Aufkommen von Advanced Technologien und Automatisierung wird die Nachfrage nach Maschinen nur steigen, um Produktivität und Präzision zu steigern.

Es wird erwartet, dass CNC-Werkzeugmaschinen den Markt weltweit dominieren werden
Die computergesteuerten Maschinen rationalisieren viele betriebliche Prozesse, indem sie die Produktionszeit verkürzen und menschliche Fehler minimieren.Die wachsende Nachfrage nach automatisierter Fertigung in der Industrie hat zu einem zunehmenden Einsatz von CNC-Maschinen geführt.Auch die Einrichtung von Produktionsstätten im asiatisch-pazifischen Raum hat die Verwendung von computergestützten numerischen Steuerungen in diesem Sektor vorangetrieben.
Ein hart umkämpfter Markt hat die Akteure dazu gezwungen, sich auf effiziente Fertigungstechniken zu konzentrieren, um durch die Neugestaltung ihrer Anlagen, zu denen auch CNC-Maschinen gehören, Wettbewerbsvorteile zu erzielen.Abgesehen davon ist die Integration des 3D-Drucks mit CNC-Maschinen eine einzigartige Ergänzung für einige der neuen Produktionseinheiten, die voraussichtlich eine bessere Multi-Material-Fähigkeit bei geringer Ressourcenverschwendung bieten wird.
Gleichzeitig werden CNC-Maschinen angesichts der zunehmenden Besorgnis über die globale Erwärmung und die Erschöpfung der Energiereserven aktiv in der Stromerzeugung eingesetzt, da dieser Prozess eine weitreichende Automatisierung erfordert.

Wettbewerbslandschaft
Der Markt für Werkzeugmaschinen ist von Natur aus ziemlich fragmentiert mit der Präsenz großer globaler Akteure und kleiner und mittlerer lokaler Akteure mit einer ganzen Reihe von Akteuren, die den Marktanteil besetzen.Zu den wichtigsten Wettbewerbern auf den globalen Werkzeugmaschinenmärkten gehören China, Deutschland, Japan und Italien.Für Deutschland gibt es neben mehreren hundert Vertriebs- und Serviceniederlassungen bzw. Niederlassungen deutscher Werkzeugmaschinenhersteller in aller Welt derzeit wohl weniger als 20 deutsche Konzerne, die komplette Anlagen im Ausland produzieren.
Mit der zunehmenden Bevorzugung der Automatisierung konzentrieren sich die Unternehmen auf die Entwicklung von stärker automatisierten Lösungen.Die Branche erlebt auch den Trend der Konsolidierung mit Fusionen und Übernahmen.Diese Strategien helfen den Unternehmen, neue Marktgebiete zu erschließen und neue Kunden zu gewinnen.

Die Zukunft der Werkzeugmaschinen
Fortschritte in Hard- und Software verändern die Werkzeugmaschinenindustrie.Die Branchentrends der kommenden Jahre werden sich wahrscheinlich auf diese Fortschritte konzentrieren, insbesondere in Bezug auf die Automatisierung.
Von der Werkzeugmaschinenindustrie werden Fortschritte in folgenden Bereichen erwartet:
Integration von intelligenten Funktionen und Netzwerken
Automatisierte und IoT-fähige Maschinen
Künstliche Intelligenz (KI)
CNC-Software-Fortschritte

Einbeziehung von intelligenten Funktionen und Netzwerken
Fortschritte in der Netzwerktechnologie haben es einfacher denn je gemacht, intelligente Geräte zu verbinden und lokale Netzwerke aufzubauen.
Beispielsweise wird erwartet, dass viele Geräte und industrielle Edge-Computing-Netzwerke in den kommenden Jahren Single-Pair-Ethernet (SPE)-Kabel verwenden werden.Die Technologie gibt es schon seit Jahren, aber Unternehmen erkennen allmählich die Vorteile, die sie beim Aufbau intelligenter Netzwerke bietet.
SPE kann Strom und Daten gleichzeitig übertragen und eignet sich gut für die Verbindung intelligenter Sensoren und vernetzter Geräte mit den leistungsstärkeren Computern, die industrielle Netzwerke antreiben.Es ist nur halb so groß wie ein herkömmliches Ethernet-Kabel, passt an mehr Stellen, kann verwendet werden, um mehr Verbindungen auf demselben Platz hinzuzufügen, und kann an bestehenden Kabelnetzwerken nachgerüstet werden.Dies macht SPE zu einer logischen Wahl für den Aufbau intelligenter Netzwerke in Fabrik- und Lagerumgebungen, die möglicherweise nicht für WLAN der aktuellen Generation geeignet sind.
Low-Power Wide Area Networks (LPWAN) ermöglichen die drahtlose Übertragung von Daten an verbundene Geräte über eine größere Reichweite als bisherige Technologien.Neuere Iterationen von LPWAN-Sendern können ein ganzes Jahr ohne Austausch auskommen und Daten bis zu 3 km übertragen.
Sogar WLAN wird leistungsfähiger.Neue WLAN-Standards, die derzeit vom IEEE entwickelt werden, werden 2,4-GHz- und 5,0-GHz-Funkfrequenzen verwenden, um die Stärke zu steigern und über das hinauszugehen, wozu aktuelle Netzwerke in der Lage sind.
Die größere Reichweite und Vielseitigkeit der neuen kabelgebundenen und drahtlosen Technologie ermöglichen eine Automatisierung in größerem Umfang als zuvor.Durch die Kombination fortschrittlicher Netzwerktechnologien werden sich Automatisierung und intelligente Netzwerke in naher Zukunft auf breiter Front durchsetzen, von der Luft- und Raumfahrtherstellung bis hin zur Landwirtschaft.

Automatisierte und IoT-fähige Maschinen
Da die Industrie immer mehr digitale Technologien einführt, werden wir die Herstellung von mehr Maschinen sehen, die für die Automatisierung und das industrielle Internet der Dinge (IIoT) gebaut wurden.In ähnlicher Weise wie wir eine Zunahme vernetzter Geräte – von Smartphones bis hin zu intelligenten Thermostaten – beobachten, wird die Fertigungswelt vernetzte Technologie annehmen.
Intelligente Werkzeugmaschinen und Robotik werden mit fortschreitender Technologie wahrscheinlich einen größeren Prozentsatz der Arbeit in industriellen Umgebungen übernehmen.Insbesondere in Situationen, in denen die Arbeit für Menschen zu gefährlich ist, werden automatisierte Werkzeugmaschinen immer mehr zum Einsatz kommen.
Da immer mehr mit dem Internet verbundene Geräte die Fabrikhallen bevölkern, wird die Cybersicherheit zu einem immer größeren Problem.Industrielles Hacken hat im Laufe der Jahre zu mehreren besorgniserregenden Verletzungen automatisierter Systeme geführt, von denen einige zum Verlust von Menschenleben hätten führen können.Mit zunehmender Integration von IIoT-Systemen wird die Cybersicherheit immer wichtiger.

AI
Vor allem in großindustriellen Umgebungen wird der Einsatz von KI zur Programmierung von Maschinen zunehmen.Mit zunehmender Automatisierung von Maschinen und Werkzeugmaschinen müssen Programme in Echtzeit geschrieben und ausgeführt werden, um diese Maschinen zu verwalten.Hier kommt KI ins Spiel.
Im Kontext von Werkzeugmaschinen kann KI verwendet werden, um die Programme zu überwachen, die die Maschine zum Schneiden von Teilen verwendet, um sicherzustellen, dass sie nicht von den Spezifikationen abweichen.Wenn etwas schief geht, könnte die KI die Maschine abschalten und eine Diagnose durchführen, um den Schaden zu minimieren.
KI kann auch bei der Wartung von Werkzeugmaschinen helfen, um Probleme zu minimieren und zu beheben, bevor sie auftreten.Kürzlich wurde beispielsweise ein Programm geschrieben, das den Verschleiß von Kugelgewindetrieben erkennen kann, was zuvor manuell durchgeführt werden musste.KI-Programme wie dieses können dazu beitragen, dass eine Maschinenwerkstatt effizienter läuft und die Produktion reibungslos und unterbrechungsfrei bleibt.

Weiterentwicklung der CNC-Software
Fortschritte in der computergestützten Fertigungssoftware (CAM), die in der CNC-Bearbeitung verwendet wird, ermöglichen eine noch höhere Präzision in der Fertigung.CAM-Software ermöglicht es Maschinisten jetzt, digitales Twinning zu verwenden – den Prozess der Simulation eines physischen Objekts oder Prozesses in der digitalen Welt.
Bevor ein Teil physisch hergestellt wird, können digitale Simulationen des Herstellungsprozesses durchgeführt werden.Verschiedene Toolsets und Methoden können getestet werden, um zu sehen, was wahrscheinlich das optimale Ergebnis liefert.Das senkt die Kosten, indem Material und Arbeitsstunden eingespart werden, die andernfalls zur Verfeinerung des Herstellungsprozesses aufgewendet worden wären.
Neuere Versionen von Bearbeitungssoftware wie CAD und CAM werden auch verwendet, um neue Mitarbeiter zu schulen, indem ihnen 3D-Modelle der Teile, die sie herstellen, und der Maschine, mit der sie arbeiten, gezeigt werden, um Konzepte zu veranschaulichen.Diese Software ermöglicht auch schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeiten, was weniger Verzögerungszeit und schnelleres Feedback für Maschinenbediener während der Arbeit bedeutet.
Mehrachsige Werkzeugmaschinen sind effizienter, aber sie bergen auch ein höheres Kollisionsrisiko, da mehrere Teile gleichzeitig arbeiten.Fortschrittliche Software verringert dieses Risiko, was wiederum Ausfallzeiten und Materialverluste reduziert.

Intelligenter arbeitende Maschinen
Die Werkzeugmaschinen der Zukunft sind intelligenter, besser vernetzbar und weniger fehleranfällig.Im Laufe der Zeit wird die Automatisierung durch den Einsatz von Werkzeugmaschinen, die von KI und fortschrittlicher Software gesteuert werden, einfacher und effizienter.Bediener können ihre Maschinen einfacher über die Computerschnittstelle steuern und Teile mit weniger Fehlern herstellen.Durch die Fortschritte bei der Vernetzung werden intelligente Fabriken und Lager leichter zu erreichen sein.
Industrie 4.0 hat auch die Fähigkeit, die Auslastung von Werkzeugmaschinen in Fertigungsbetrieben zu verbessern, indem Leerlaufzeiten reduziert werden.Branchenstudien haben gezeigt, dass Werkzeugmaschinen in der Regel weniger als 40 % der Zeit aktiv Metall schneiden, was manchmal nur 25 % der Zeit ausmacht.Die Analyse von Daten im Zusammenhang mit Werkzeugwechseln, Programmstopps usw. hilft Unternehmen, die Ursache von Leerlaufzeiten zu ermitteln und zu beheben.Dies führt zu einer effizienteren Nutzung von Werkzeugmaschinen.
Da Industrie 4.0 weiterhin die gesamte Fertigungswelt im Sturm erobert, werden auch Werkzeugmaschinen Teil des intelligenten Systems.Auch in Indien gewinnt das Konzept langsam an Fahrt, obwohl es noch in den Kinderschuhen steckt, insbesondere bei großen Werkzeugmaschinenherstellern, die in diese Richtung innovativ sind.In erster Linie blickt die Werkzeugmaschinenindustrie auf Industrie 4.0, um den steigenden Kundenanforderungen nach verbesserter Produktivität, kürzeren Zykluszeiten und höherer Qualität gerecht zu werden.Daher ist die Übernahme des Industrie 4.0-Konzepts der Schlüssel zum Erreichen des ehrgeizigen Ziels, Indien zu einem globalen Zentrum für Fertigung, Design und Innovation zu machen und den Anteil der Fertigung am BIP von derzeit 17 % auf 25 % bis 2022 zu steigern.