Ausgabe November 2012
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Mitteilungen aus der Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz
Ausgabe November 2018
maxon motor: Vor der nächsten grossen Reise CSEM: Maschinen mit Gehirn Hochschule Luzern - Wirtschaft: Digitalisierung in der Schweizer Industrie zentralschweiz innovativ: Monolithische Impedanzanalysatoren von Senxellion GmbH LQ =XVDPPHQDUEHLW PLW
centre suisse d’électronique
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Ausgabe November 2018
Editorial
Digitalisierung ist in aller Munde, ebenso die Notwendigkeit der Schweizer Industrie hier den Anschluss nicht zu verlieren. Das CSEM beschäftigt sich seit seinen Anfängen mit miniaturisierter Sensorik mit entsprechendem ultra low power Design und drahtloser Kommunikation, die heute für Internet of Things (IoT) Anwendungen eingesetzt werden können. Auch Signalverarbeitung mit intelligenten, selbstlernenden Algorithmen – Stichwort Machine Learning – sind seit ca. 15 Jahren ein Forschungsthema am CSEM. Seit vor zwei Jahren der Schweizer Bund mit zusätzlichen Mitteln dem CSEM den Auftrag gegeben hat, die Schweizer Wirtschaft bei der digitalen Transformation zu unterstützen, wurden die Aktivitäten am CSEM in diesem Bereich noch verstärkt. Das Forschungsprogramm des CSEM hat die Schwerpunkte Industry 4.0, IoT, eHealth, e-Energy und Advanced Manufacturing als Schwerpunkte aufgenommen. Am CSEM Zentrum in Alpnach wurde die Thematik ebenfalls verstärkt. Seit Anfang Jahr fokussiert das Zentrum mit seinen 40 Mitarbeitenden seine Aktivitäten in Richtung Smart Automation & Process Control. Ziel ist durch Machine und Deep Learning in Kombination mit neuen, integrierten
Sensorkonzepten intelligente Lösungen für die Industrie zu ermöglichen. Die Anwendungsbereiche sind vielfältig und reichen von Produktionsmaschinen, zu Industrieanlagen, zu Laborinstrumentation, zu Netzwerken zur Überwachung der Umwelt. In dieser microNews-Ausgabe beschreibt der Artikel «Maschinen mit Gehirn» wie mit unseren Ansätzen Voraussagen über den Zustand von Anlagen erlernt werden können. Als Unterstützung bei der digitalen Transformation speziell für KMU hat das CSEM diesen Sommer einen Wettbewerb lanciert: die «Digital Journey for SME». Firmen mit weniger als 250 Mitarbeitenden konnten bis Anfang September innovative Projekte mit dem CSEM vorschlagen, um ihre Firma bei der digitalen Transformation weiter zu bringen. Eine Jury aus sieben Experten aus Technik, Politik und Wirtschaft in der Schweiz selektiert daraus ein Projekt, welches in der Höhe von CHF 100‘000 vom CSEM unterstützt wird. Der Gewinner aus den bisher bestimmten 7 Finalisten wird beim diesjährigen CSEM Business Day am 7. November in Neuchâtel bekannt gegeben. Dieser Tag steht übrigens mit dem Titel «From Big Data to Smart Data» ganz im Zeichen der Digitalisierung. Nutzen Sie die Gelegenheit, nehmen Sie teil und informie-
Inhalt
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ren Sie sich über die neuesten Trends und Forschungsergebnisse aus den Bereichen Advanced Manufacturing & Industry 4.0, IoT & Wearables, PV & Energy Management und Digital Health. Fordern auch Sie das CSEM heraus. Wir brauchen Aufgabenstellungen seitens unserer Kunden, die uns an die Grenzen des heute Machbaren führen. Alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des CSEM setzen sich mit aller Kraft dafür ein, dass diese Ziele erreicht werden. Ich freue mich, wenn Sie von unseren internationalen Kompetenzen profitieren möchten und lade Sie herzlich ein, bei einer nächsten Gelegenheit mit uns das Gespräch zu suchen und Ihre Innovationsideen mit dem CSEM voranzutreiben. Philippe Steiert Direktor Regionalzentren CSEM
Das Editorial wird abwechselnd von Philippe Steiert, Direktor Regionalzentren CSEM, und Bruno R. Waser, Delegierter VR MCCS AG, geschrieben.
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Lynn Braunschweig, maxon motor mit einem Modell
des ESA-Mobils
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maxon motor: Vor der nächsten grossen Reise
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CSEM: Maschinen mit Gehirn
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Hochschule Luzern - Wirtschaft:
Digitalisierung in der Schweizer Industrie
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zentralschweiz innovativ:
Monolithische Impedanzanalysatoren von Senxellion GmbH
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MCCS-Aktionär maxon motor
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Vor der nächsten grossen Reise
Der Countdown läuft: Mitte 2020 werden die NASA und die ESA zwei weitere Rover auf den Mars schicken. In den beweglichen Teilen steckt viel Technologie von maxon.
Der Weltraum fasziniert: Anfang Juni verfolgten mehrere hunderttausend Twitterer, wie der Mars-Rover Opportunity einen gigantischen Sandsturm aufziehen sah. Zehn Tage später war der Sturm da. Der Kontakt brach ab. Seither spekulieren Weltraumfans und Experten über das Schicksal von ‚Oppy‘. Am maxon-Hauptsitz in Sachseln begleitet man die Twitter-Diskussionen natürlich mit grösstem Interesse. Denn im OpportunityRover stecken nicht weniger als 35 Schweizer Gleichstrommotoren.
maxon ist seit Pathfinder – dem ersten Marsrover – bei jeder Landung auf dem Roten Planeten dabei, und die Obwaldner sind auch an den nächsten beiden Projekten beteiligt. Sowohl die NASA als auch die Europäische Weltraumagenturen (ESA) starten 2020 je eigene Marsmissionen; beide im Hochsommer, weil dann die Entfernung zum Mars minimal ist und der Flug nur sieben Monate dauert. Im US-amerikanischen Rover «Mars 2020» werden neun maxon-Antriebe für die Handhabung der Bodenproben zuständig sein. Beim «ExoMars» der ESA stecken sogar
mehr als 50 maxon-Motoren. Sie werden für den Radantrieb sorgen, die Bordkamera bewegen, den Bohrer antreiben, der bis in Tiefen von zwei Meter vordringen und dem Probenhandling dienen soll. Rund 60 maxon-Mitarbeiter sind in die beiden Mars-Projekte involviert. Verantwortlich fürs Gelingen ist unter anderem die technische Projektleiterin Lynn Braunschweig, die vor drei Jahren von der RUAG zu maxon stiess. Die Geschäftslogik ihres Arbeitsgebers hat sie unterdessen verinnerlicht: «Wir gehen immer von einem Standartprodukt aus, welches wir den Wünschen des Kunden anpassen», erklärt die gelernte Maschineningenieurin. Die beiden Weltraumagenturen NASA und ESA sind aufgrund der harschen Umwelt-
«Mars 2020» – Marsmobil der NASA, Copyright NASA
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MCCS-Aktionär maxon motor
«Wir gehen immer von einem Standardprodukt aus, welches wir den Wünschen des Kunden anpassen»
Lynn Braunschweig, technische Projektleiterin bei maxon motor
bedingungen im All besonders anspruchsvoll. So sind die Standardantriebe von maxon für den Betrieb in einem Temperaturband zwischen minus und plus 50 Grad Celsius konzipiert. Auf dem Mars allerdings sinken die Aussentemperaturen bis auf minus 130 Grad. «Da stellt sich die Frage, ob Verbundwerkstoffe mit zwei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten noch funktionieren», sagt Lynn Braunschweig. Eins anderes Thema ist die Schockresistenz. Bei der Landung auf der Marsoberfläche sind die Rover starken Schlägen ausge-
setzt. Konventionell verleimte Teile könnten dabei Schaden nehmen. Es braucht Klebstoffe mit höheren Adhäsionskräften. Und schliesslich ist da noch die Korrosion im feuchten Klima von Florida, von wo aus die Trägerraketen der NASA starten. «Im Weltall, wo es keine redundanten Systeme gibt, kommt es auf die kleinsten Details an», erklärt Projektleiterin Lynn Braunschweig. Wenn das Pflichtenheft des Kunden abgearbeitet ist, beginnt die Arbeit in den Testlabors. Schon die so genannten EngineeringModelle werden intensiv geprüft; genauso wie später die Qualifikationsmodelle und die schliesslich ausgelieferten Flugmodelle. Jede einzelne Schweissnaht kommt unter die Lupe. Taucht irgendwo ein Materialfehler auf, wird das Werkstück aussortiert. Bei terrestrischen Anwendungen werden so genannte Mikrorisse toleriert. «Im Weltraum», so Braunschweig, «sind die ein no-go.»
Das Qualitätsmanagement bei maxon ist streng regelbasiert. Es folgt den einschlägigen ISO-Normen, und die beiden neuen Mars-Aufträge haben es nun erlaubt, die Norm EN9100 für Produktionsprozesse in der Luft- und Raumfahrt zu implementieren. «Damit», so Braunschweig, «haben wir ein weiteres gutes Argument gegenüber potentiellen Aerospace-Kunden». Sieben Umsatzprozente macht die Luftund Raumfahrt bei maxon zurzeit aus; noch wenig im Vergleich zu den Bereichen Medizintechnik und Industrieautomation, die 50, beziehungsweise 30 Prozent zum Umsatz betragen. Aber es soll mehr werden. Konkrete Zahlen publiziert das Unternehmen keine. Öffentlich bekannt ist aber, dass maxon wächst: Produziert wird an acht Standorten in Europa, den USA und Asien. Weltweit beschäftigt das Unternehmen 2600 Mitarbeitende, 1200 davon am Hauptsitz in Sachseln. Dort hat man eben wieder 30 Millionen Franken in ein neues Fertigungsgebäude investiert. Das «Innovation Center» wird im Dezember dieses Jahres bezugsbereit sein. «Die Grundlage unseres Erfolgs sind die Präzision und Zuverlässigkeit unserer Antriebe», sagt Lynn Braunschweig. Wie zuverlässig die Motoren aus Obwalden tatsächlich sind, zeigt der Einsatz im All. Die Mission von Opportunity war ursprünglich auf 90 Tage befristet. Doch nun rollt der Rover – getrieben von Motoren aus Obwalden – schon seit mehr als 14 Jahren über den Roten Planeten. Das Kontrollzentrum im kalifornischen Pasadena versucht in diesen Tagen intensiv, Kontakt mit ‚Oppy‘ aufzunehmen. Sollten die Batterien im Sandsturm überlebt haben, wird der Rover wohl noch einige weitere Jahre durch die ewige Stille kurven.
Autor: Stefan Kyora, JNB Niedermann Weitere Informationen: www.maxonmotor.com
Marsrover der Europäischen Raumfahrtagentur ESA, Copyright ESA
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FuE-Partner CSEM
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Maschinen mit Gehirn
Predictive Maintenance mit neuronalen Netzwerken Ort, Zeit und Stärke eines Erdbebens zuverlässig vorhersagen - dieser Wunsch ist wohl so alt wie die Menschheit selbst. Auch jeder Maschinenbauer und Betreiber einer Anlage wünscht sich eine zuverlässige Prognose über das Ende ihrer Lebensdauer. Ziel ist, den Betrieb langfristig sicherzustellen, Fehler frühzeitig zu erkennen und Ausfälle zu verhindern. Bei Predictive Maintenance liegt der Fokus darauf, Anzeichen für Zufallsausfälle frühzeitig zu erkennen und Alterungsprozesse zu prognostizieren. So können rechtzeitig Massnahmen geplant werden und das Ausfallrisiko lässt sich minimieren. Bestehende Daten intelligent nutzen Moderne Predictive-Maintenance-Konzepte setzen auf eine smarte Verarbeitung aller bereits erhältlichen Signale ohne Einsatz zusätzlicher Sensoren. In einer modernen Steuerung laufen unzählige Signale und Berechnungen zusammen. Werden alle diese klassischen Messwerte noch mit den weniger offensichtlichen Parametern wie Latenzzeiten, Zykluszeiten, Raumtemperatur und sogar Tageszeit und Jahreszeit kombiniert, entsteht eine sehr genaue Zustandswolke einer Maschine. Das CSEM hat eine PredictiveMaintenance-Software entwickelt, die diese Daten über neuronale Netzwerke zu einem intelligenten System verknüpft. Das intelligente System arbeitet in drei Schritten, nämlich dem Erkennen einer Verschlechterung einer Maschine, der Vorhersage, wie sich der Zustand der Maschine entwickelt sowie der Identifizierung der Komponenten, welche für die Störung verantwortlich sind. Anomalien aufdecken Zunächst erlernt das neuronale Netzwerk, wie sich eine Maschine im normalen Betrieb verhält. Je nach Einstellungen, ver-
Eine getriebelose Erz-Mühle von ABB: Anhand einer solchen Anlage testet das CSEM im Rahmen einer Forschungszusammenarbeit die Predictive-Maintenance-Lösung und entwickelt sie weiter. Die Algorithmen lassen sich auch auf kleine Systeme übertragen.
arbeiteten Teilen oder Umgebungsbedingungen können sich die Messwerte einer Maschine stark verändern, obwohl sich technisch noch immer alles im grünen Bereich bewegt. Solche Muster müssen erkannt und im Netzwerk gespeichert werden. Je komplexer eine Maschine ist, desto mehr Abhängigkeiten bestehen zwischen verschiedenen Sensoren und Aktuatoren. Bei grossen Maschinen ist es selbst für erfahrene Experten unmöglich, alle Beziehungen zu verstehen. Hier schlägt die künstliche Intelligenz den Menschen, da
sie dank Trainingsdaten selbst versteckte Abhängigkeiten eigenständig und ohne Expertenwissen aufdeckt. Dafür muss das neuronale Netzwerk in der Datenwolke einer Maschine die Spreu vom Weizen trennen: Welche Signale sind relevant? Welche Muster sind normal? Welche Variablen sind wie miteinander verknüpft? Hat die Software das normale Verhalten einer Maschine einmal erlernt, kann sie zuverlässig erkennen, wann eine Maschine vom normalen Betriebsbereich abweicht, und kann diese Anomalie bewerten.
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Anhand von Triebwerksdaten der NASA testet das CSEM die eigenen Algorithmen und vergleicht die Ergebnisse im internationalen Umfeld (Benchmark).
Prognose erstellen Hat das System erst einmal erkannt, dass die Maschine aus dem normalen Operationsbereich driftet, ist die nächste Frage, in welchem zeitlichen Horizont sich die Störung abspielt (Time to Failure). Diese ist der Kern einer Predictive-MaintenanceLösung. Eine simple lineare Regression kann hier nur sehr schlechte Ergebnisse erzielen. Eine genaue Prognose bedingt ein tiefes Verständnis der Maschine. Wichtig sind dabei nicht nur kurzfristige Änderungen, sondern auch Zustände der Maschine, die länger zurückdatieren. Um solche vergangenen Ereignisse einzubinden, haben sich sogenannte rekurrente neuronale Netze etabliert. Diese Netzwerke können relevante Informationen speichern, aber Unnötiges auch wieder vergessen. Es sind im Prinzip Erinnerungen an frühere Erfahrungen – ein Kurzzeitgedächtnis, das lange anhält. Mit dieser Kategorie künstlicher Intelligenz ist es möglich, Vorhersagen einer driftenden Maschine zu treffen. Die Prognosen können im Minutentakt an die aktuelle Situation der Maschine angepasst, neu berechnet und entsprechend evaluiert werden. Fehlerhafte Komponenten erkennen Bei den ersten beiden Schritten handelt es sich um universelle Verfahren der künstlichen Intelligenz. Sie spielen sich auf einer übergeordneten Ebene ab und erkennen, dass das System nicht mehr normal läuft und wie lange es dauert, bis es ganz ausfällt. Sie können aber nicht identifizieren, wo die Ursache der Störung liegt. Diese Aufgabe wird im dritten Schritt gelöst. Hierzu muss das System in den Zwischenschichten des neuronalen Netzwerks su-
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FuE-Partner CSEM 2018 Ausgabe November
Daten einer Maschine werden in einem neuronalen Netzwerk verarbeitet, das aus vielen mathematischen Funktionen besteht. Das künstliche Gehirn erkennt selbstständig, ob sich ein Defekt anbahnt.
chen und sozusagen den Weg zurück vom Gehirn zum Körper bzw. zur Maschine machen. Welche Neuronen wurden aktiviert? Welche Eingangsvariablen gehen bei diesen Neuronen ein? Welcher Sensor liefert diese Daten? So kann das neuronale Netzwerk die Ursachen klassifizieren, die verantwortlichen Komponenten identifizieren und helfen, geeignete Massnahmen einzuleiten. Programmiertes Maschinengehirn Die CSEM-Software stellt quasi das Gehirn einer Maschine dar. Sie ist fähig, die Maschine zu abstrahieren und selbstständig zu verstehen. So wird es möglich, alle Störungen – auch unvorhersehbare – zu erkennen. Die Vorteile einer solchen Lösung sind mannigfaltig:
• Fehler werden selbstständig erkannt, ohne vorgängige Definition eines Fehlerkatalogs. Auch unvorhersehbare Störungen werden so detektiert. • Keine oder wenige zusätzliche Sensoren sind notwendig. • Kontinuierliches Lernen verbessert die Trefferquote. • Eine Cloud-Lösung ist nicht nötig; die Daten können lokal gesammelt und verarbeitet werden.
Autor: Philipp Schmid, Head Robotics & Automation, CSEM Zentralschweiz Weitere Informationen: www.csem.ch
In Grossanlagen wie Raffinerien kann der Ausfall eines Anlagenteils die ganze Produktion lahmlegen. Die hohen Kostenfolgen rechtfertigen auch entsprechend hohe Investitionen in die Predictive Maintenance.
Hochschule Ausgabe Luzern November - Wirtschaft 2018
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Digitalisierung in der Schweizer Industrie
Im Rahmen einer Studie zu 'Digitalisierung in der Schweizer Industrie' wurde, basierend auf der 3-jährlichen Erhebung 'European Manufacturing Survey – Schweiz', untersucht, in welchem Umfang Digitalisierungs-Technologien (I40-Technologien) in Schweizer IndustrieUnternehmen eingesetzt werden und in welchem Ausmass die Betriebe deren zukünftige Nutzung planen.
Um den Status der Digitalisierung der industriellen Betriebsstandorte zu ermitteln, wurde ein Index auf Basis von sieben, im Rahmen von EMS-CH erhobenen, Enabling-Technologien zu 'Digitale Fabrik' bzw. 'Industrie 4.0' [Begriffserklärung › Ende Bericht] erstellt. Diese I40-Technologien wurden zu drei Technologiefeldern1 zusammengefasst: (1) Digital Management Systems • Product-Lifecycle-Management Systeme (PLM) • ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning) (2) Mensch-Maschinen-Kommunikation • Technologien für sichere Mensch-Maschinen-Kooperation • Digitale Techniken zur Erbringung von Dienstleistungen (Virtual Reality, Augmented Reality Anwendungen, Mobile Endgeräte) (3) Cyber-physische Systeme (CPS) • Digitaler Austausch von Dispodaten mit Kunden bzw. Zulieferern • Techniken zur Automatisierung und Steuerung der internen Logistik • Echtzeitnahes Produktionsleitsystem Nutzung I40-Technologien Beim Vergleich der Verbreitung der abgefragten I40-Technologien (Stand anfangs 2016) zeigt sich ein differenziertes Bild. Wie Abbildung 1 zeigt, schwankt der An-
teil an Betrieben je nach Technologie von lediglich 16 Prozent beim Einsatz von 'Product-Lifecycle-Management-Systemen' bis zu 72 Prozent bei 'Softwaresystemen zur Produktionsplanung und -steuerung'. Die vier Technologien 'Echtzeitnahes Produktionsleitsystem', 'Techniken zur Automatisierung und Steuerung der internen Logistik', 'Digitaler Datenaustausch mit
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Kunden/Lieferanten' und 'Digitale Visualisierung am Arbeitsplatz der Werker' werden jeweils fast von einem Drittel der Betriebe genutzt. Betrachtet man die geplante Einführung einzelner I40-Technologien stellt man fest, dass zumindest bis Ende 2018 von einer Zunahme bei allen Technologien auszugehen ist: 7 bis 16 Prozent der Betriebe
Quelle: European Manufacturing Survey, Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung.
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wollen diese Technologien bis Ende 2018 erstmals einsetzen. Von den Betrieben, welche die 'Softwaresysteme zur Produktionsplanung und -steuerung' aktuell nicht nutzen, planen rund ein Viertel diese bis Ende Jahr noch einzuführen. Die Sättigungsgrenze ist somit auch in dieser bereits weit verbreiteten Technologie noch nicht erreicht. Umgekehrt lässt sich aber auch feststellen, dass I40-Technologien, die heute von einem geringen Anteil an Betrieben genutzt werden, auch in absehbarer Zeit nicht verbreitet eingesetzt werden sollen. Von den Betrieben, welche 'Product-Lifecycle-Management-Systeme' und 'Mobile Geräte zur Programmierung und Bedienung von Anlagen und Maschinen' nicht nutzen, planen nur rund 13 bzw. 15 Prozent diese in naher Zukunft einzuführen. Die Verbreitung von Softwaresystemen zur Planung und Steuerung der Produktion (PPS-Systeme) begann im Rahmen von Industrie 3.0 in den 1980er Jahren (Abbildung 2). Im gleichen Zeitraum wurden auch IT-Systeme zur Automatisierung und Steuerung der internen Logistik (Materialbewirtschaftung, Lager) eingeführt. Bereits 1990 waren alle sieben befragten Technologien vertreten, sie waren jedoch zu diesem Zeitpunkt kaum verbreitet. Eine Ausnahme bilden die Softwaresysteme zur Produktionsplanung und -steuerung, diese verzeichneten in diesem Zeitraum eine extrem schnell wachsende Verbreitung. Auch heute ist deren Verbreitung mit Abstand am höchsten. Im Gegensatz dazu hat die Verbreitung der anderen I40-Technologien wesentlich später begonnen und ist langsamer fortgeschritten. Heute lassen sich – neben den PPS-Systemen – zwei Gruppen erkennen: Eine Gruppe bilden die mit rund 30 Prozent verbreiteten I40-Technologien
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'Digitaler Datenaustausch mit Kunden/ Lieferanten', 'Digitale Visualisierung am Arbeitsplatz der Werker', 'Techniken zur Automatisierung und Steuerung der internen Logistik' und 'Echtzeitnahes Produktionsleitsystem'. Eine zweite Gruppe bilden die mit knapp unter 20 Prozent verbreiteten Technologien ‘Product-LifecycleManagement-Systeme' und 'Mobile Geräte zur Programmierung und Bedienung von Anlagen und Maschinen'. Es fällt jedoch auf, dass sich letztgenannte Technologie in den letzten Jahren besonders stark verbreitet hat und – sollte sich diese Entwicklung fortsetzen – in wenigen Jahren zur ersten Gruppe aufschliessen wird.
Verbreitung von digitalen Technologien nach Betriebsgrösse und Branchen Da ein Grossteil der Schweizer IndustrieUnternehmen aus kleinen und mittleren Unternehmen besteht, wurde untersucht inwieweit sich die Verbreitung von I40-Technologien in Bezug auf die Betriebsgrösse unterscheidet. Dabei wurde festgestellt, dass mit zunehmender Standortgrösse der Anteil der Betriebe, welche keine I40-Technologien einsetzen, abnimmt, während zugleich eine Zunahme der Betriebe mit einer hohen Nutzung festgestellt werden kann.
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Es gibt nur geringfügige Unterschiede zwischen den Branchen in Bezug auf die durchschnittliche Anzahl eingesetzter I40-Technologien. Sie schwankt lediglich zwischen 2 und 2.6 von 7 möglichen Technologien. Dies zeigt, dass alle Branchen entsprechende Technologien nutzen. Wobei in der Regel I40-Technologien in der Prozessindustrie leicht stärker verbreitet sind als in der Stückgutindustrie. Wie die Portfolio-Matrix (Abbildung 3) bestätigt, sind die Unterschiede innerhalb einzelner Branchen grösser als zwischen den Branchen. Die horizontale Achse zeigt den Anteil der Betriebe ohne Nutzung digitaler Technologien, die vertikale Achse zeigt den Anteil der Betriebe mit hoher Nutzung. Die gestrichelten Linien stellen jeweils den Durchschnitt über alle Branchen dar. Produktivität Bezüglich Produktivität sind wesentliche Unterschiede erkennbar. So zeigt Abbildung 4, dass die Arbeitsproduktivität bei hoher Nutzung digitaler Technologien 20 Prozent höher ist als ohne deren Nutzung. Betrachtet man die 'Totale Faktorproduktivität' (TFP)2, so fällt auf, dass Betriebe mit 'keiner Nutzung' von DigitalisierungsTechnologien einen signifikant geringeren TFP haben. Der Mittelwert von 1.40 bei Betrieben ohne Nutzung digitaler Technologien ist als eher tief zu interpretieren. Aktuell weisen 50 Prozent aller Betriebe einen Wert von 1.54 oder höher auf. Betriebe mit einem mittleren bis hohen Anteil an Digitalisierungs-Technologien haben im Schnitt eine rund 10 Prozent höhere Totale Faktorproduktivität (TFP). Fazit Wie die Ergebnisse der Studie zeigen, ist die Nutzung digitaler Technologien in Schweizer Industrie-Unternehmen noch ausbaufähig. Gemäss der Erhebung EMS-
CH nutzen 80 Prozent aller befragten Schweizer Produktions-Unternehmen I40Technologien. Die Verbreitung wie auch die Nutzung schwankt je nach Art der Technologie. So sind bereits seit längerer Zeit verfügbare Digitalisierungs-Technologien wie PPS-Systeme mit über 70 Prozent weit ver2
breitet, während bei neueren Technologien noch Aufholbedarf besteht. Zugleich zeigt die Studie, dass bei stärker digitalisierten Unternehmen die Totale Faktorproduktivität rund 10 Prozent höher ist.
Total Factor Productivity = (Umsatz – Vorleistungen) / (Personalaufwand + Betriebsmittelaufwand)
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Das disruptive Potenzial der Digitalisierung liegt in neuen Geschäftsmodellen, die einerseits auf neuartigen Leistungsangeboten (bspw. Dematerialisierung von Sach-/Dienstleistungen, Produkte als Service) sowie andererseits auf der Neugestaltung von Wertschöpfungsketten (Vernetzung von Personen, Produkten, Prozessen) basieren, wovon Industrie 4.0 (Leistungserstellung) ein Teil davon ist. Die unternehmerische Herausforderung der Digitalisierung liegt in der Komplexität einer digitalen bzw. unternehmerischen Transformation und erfordert sowohl strategisches wie auch systemisches Denken und Handeln. Dabei darf nicht vergessen werden, dass als entscheidende Rahmenbedingung für eine erfolgreiche digitale Transformation eine Unternehmens-/Innovationskultur erforderlich ist, die auf visionärer Führung, digitalen Kompetenzen, ganzheitliche/integrale Denk- und Handlungsweise sowie einem partizipativen Prozess unter Einbezug aller Stakeholder basiert. Autoren: Bruno R. Waser, Christoph Hanisch, Silke Zöllner, Hochschule Luzern – Wirtschaft Weitere Informationen: www.produktionsinnovation.ch
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Industrie 4.0 Der Begriff 'Industrie 4.0' wurde 2012 durch die gleichnamige deutsche Zukunftsinitiative [www.plattform-i40.de] geprägt und steht für die Digitalisierung der Leistungserstellung im Rahmen der vierten industriellen Revolution. Das wesentliche Merkmal von 'Industrie 4.0' ist die gezielte Nutzung der Prinzipien des 'Internet der Dinge' [Vernetzung von Produkten, Personen und Prozessen, um Daten untereinander austauschen, Aktionen auszulösen und sich wechselseitig zu steuern]. Neben der horizontalen Digitalisierung von Wertschöpfungsnetzwerken findet auch eine vertikale Digitalisierung bei einzelnen Teilprozessen statt. Die technologische Entwicklung generiert leistungsfähigere Fertigungssysteme, wie bspw. selbstlernende Maschinen/Roboter oder additive Fertigung (3D-Drucker), welche eine höhere Produktivität und eine flexiblere Leistungserstellung (individualisierte Produkte mit Stückzahl 1) versprechen.
European Manufacturing Survey – Schweiz [www.produktionsinnovation.ch] Seit 2001 führt das Institut für Betriebs- und Regionalökonomie (IBR) der Hochschule Luzern, in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe, eine Erhebung zu Produkt- und Prozessinnovationen bei Industrie-Unternehmen mit zwanzig und mehr Mitarbeitenden durch. Das Ziel der unabhängigen Erhebung ist die systematische Analyse und der Vergleich des Innovationsverhaltens sowie der Leistungskraft von produzierenden und verarbeitenden Betrieben über einen längeren Zeitraum in einem Erhebungsintervall von drei Jahren [Datenbasis 2015: 14 Prozent (gemäss BUR 2015) der Arbeitsstätten mit 20 und mehr Mitarbeitenden des verarbeitenden und produzierenden Gewerbes/Herstellung von Waren (Abschnitt C, NOGA 2008)]. Untersuchungsgegenstand sind die verfolgten Strategien, der Einsatz innovativer Organisations- und Technikkonzepte, FuE-Quote sowie der daraus resultierende Umsatz mit Markt-/Produktneuheiten, Art der FuE-Kooperationen, Effizienz des Energie- und Ressourcenverbrauchs, Fragen des Personaleinsatzes und der Qualifikation sowie Produktions- und FuE-Verlagerungen. Daneben werden Leistungsindikatoren wie Produktivität, Flexibilität und Qualität erhoben.
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zentralschweiz innovativ c/o ITZ
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Monolithische Impedanzanalysatoren von Senxellion GmbH Seit 2016 vergibt «zentralschweiz innovativ» pro Quartal jeweils einen Scheck – den «Zinno-Ideenscheck», welcher mit 15'000 Franken dotiert ist. Im Rahmen der URI 18 in Altdorf konnte Senxellion GmbH den begehrten Scheck aus den Händen des Urner Regierungsrats Urban Camenzind entgegennehmen.
«zentralschweiz innovativ» ist das gemeinsame Programm der sechs Zentralschweizer Kantone zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen in der Zentralschweiz. Dabei werden KMU bei der Realisierung ihrer innovativen Ideen und Projekte unterstützt. Zusätzlich wird viermal jährlich die beste Idee mit den höchsten Realisierungschancen und dem grössten Marktpotential mit 15‘000 Franken unterstützt.
log/digitale Lösung gewählt. Insbesondere führt diese Lösung eine erste Frequenzabwärtskonvertierung im analogen Bereich (A) durch und verschiebt die I/Q-Demodulation in den digitalen Bereich (D). Diese Schaltungsarchitektur hat den grossen Vorteil, dass sie jeglichen Doppelpfad aus der analogen Domäne (analoge I- und QPhasendetektoren) entfernt, mit wichtigen Vorteilen in Bezug auf Komplexität, Präzision und Stromverbrauch.
Die Senxellion GmbH ist ein Sensorsystemanbieter mit Sitz im Technopark Luzern, der sich auf die Anwendung modernster Mikroelektronik, embedded Systeme und Sensor-Fusionsalgorithmen in der Messtechnik konzentriert. Die Kerntechnologie des Unternehmens basiert auf einem patentgeschützten Mixed-SignalMikrochip namens "High Precision Impedance Sensing Integrated Circuit (HPISic)", der auf eine Fingerspitze passt und die Miniaturisierung von Impedanzanalysatoren ermöglicht, die für die Charakterisierung von Geräten und Systemen weit verbreitet sind. Alle Produkte von Senxellion sind mit dem HPISic ausgestattet und ermöglichen die Messung des Zustands von Korrosionsschutzschichten in Rohrleitungen, die Messung der Feuchtigkeit in Nutzpflanzen und die Messung des Hydratationsgrades von Menschen.
Der analoge Bereich (A) beinhaltet alle Schaltungen, die zum Erzeugen der Reizströme und zum Sammeln der induzierten Spannungssignale erforderlich sind: (a) Dreistufenstromquelle, (b) Schaltmatrix, (c) rauscharmer Verstärker sowie die Schaltungen, die erforderlich sind, um den ersten Schritt der Lock-in-Erkennung durchzuführen: (d) RF-ZF-DemodulatorMischer, (e) programmierbarer Verstärkungsverstärker und Antialiasing-Filter, (f) Digital-Analog-Wandler zum Erzeugen eines 86dB SNR LO-Demodulationssignals, (g) Sigma-Delta-Modulator ADC. Andererseits umfasst die digitale Domäne (D): (h) den synchronen Signalgenerator, (i) den ADC-Decimator, den digitalen Teil des Lock-in-Detektors und die gesamte Steuerlogik, die zur Verwaltung des Chips und zur Kommunikation mit einem externen Mikrocontroller erforderlich ist. Das HPISic wurde in einer kommerziellen 0.35μm CMOS-Technologie implementiert und die Chipgröße beträgt ca. 5’095μm x 3’820μm.
Die innovative Architektur des HPISic kombiniert den Lock-in-Ansatz mit dem zweistufigen Superheterodyn-Demodulationsverfahren. Im Gegensatz zum vollanalogen Ansatz wird eine gemischt ana-
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Senxellions HPISic die Möglichkeiten der IoT-Produkte erweitert, indem es sehr kleine, kostengünstige und stromsparende Multifrequenz-Impedanzanalysatoren anbietet. Weitere Informationen unter: www.zentralschweiz-innovativ.ch
Systemarchitektur des HPISic.
Mikroskopische Aufnahme des HPISic
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microNews
News MCCS-Aktionäre und -Partner Ausgabe November 2018
News Impressum Auflage: 3000 Exemplare Herausgeber: Micro Center Central-Switzerland AG, Industriestrasse 23, 6055 Alpnach
maxon eröffnet sein Innovation Center Nach knapp zweijähriger Bauzeit ist das Innovation Center des Obwaldner Antriebspezialisten maxon motor praktisch fertig. Die offizielle Eröffnung findet am 9. November statt, bis Ende Jahr werden die neuen Räume bezogen. Im sechsgeschossigen Gebäude am Sarnersee werden künftig die kleinsten Antriebe des Unternehmens entwickelt und produziert, welche hauptsächlich in der Medizintechnik zum Einsatz kommen. Das Investitionsvolumen beträgt rund 30 Millionen Schweizer Franken.
Redaktion/Konzept: Bruno R. Waser, MCCS AG Fotos: Titelseite: maxon motor Übrige: jeweilige Firmen/Institutionen Gestaltung und Druck: von Ah Druck AG, Sarnen
› www.maxonmotor.com
Copyright: MCCS AG
Breitband Infrarotquellen für die Gaslecksuche von morgen Austretende Gase (HFCs, NH3, CO2) durch Lecks bei Klimasystemen müssen auch in Zukunft frühzeitig entdeckt werden; trotz Trend zu umweltverträglicheren und effizienteren Kühlmitteln. Axetris' Infrarotquellen EMIRS50 und EMIRS200 bieten dank der «black body» Breitband-Technologie beste Eigenschaften für das ganze Spektrum von Kühlmitteln und eine sehr hohe Langzeitstabilität. Die kleine EMIRS50 ist speziell ausgelegt für portable und batteriebetriebene Sensor-Lösungen.
Adressänderungen: E-Mail info@mccs.ch
Aktionäre Micro Center Central Switzerland AG Aurovis AG, Alpnach Celfa – Folex AG, Seewen CSEM SA, Neuchâtel elfo ag, Sachseln Gerresheimer AG, Küssnacht Komax AG, Dierikon Leister AG (mit Axetris AG), Kägiswil maxon motor ag, Sachseln Olle Larsson Holding AG (mit Medela AG+CARAG), Zug Obwaldner Kantonalbank, Sarnen Pilatus Flugzeugwerke AG, Stans Roche Diagnostics AG, Rotkreuz Rosen Swiss AG, Stans Schindler Aufzüge AG, Ebikon Schurter AG, Luzern Sika Manufacturing AG, Sarnen Trisa AG, Triengen Ulrich & Hefti AG, Alpnach
› www.axetris.com/de/infrared-sources/products
Veranstaltungskalender
Mission Abfallentsorgung im Weltall Die Verbreitung von Weltraumschrott entwickelt sich zu einer tickenden Zeitbombe, wie der Absturz des «Himmelspalasts» jüngst vorgeführt hat. Das europäische Projekt «RemoveDEBRIS» zielt darauf ab, unter realen Bedingungen Technologien zur Beseitigung von solchen Satellitentrümmern zu testen. Der eigens dafür entwickelte «Fänger-Satellit» wurde im April ins Weltall geschickt. Das CSEM gibt, mit einem speziellen Visionsystem, dieser Mission das «Sehvermögen». Die Tests werden bis nächstes Jahr durchgeführt.
www.mccs.ch/veranstaltungen www.csem.ch/events Save the Date - microDay 2019 Dienstag, 14. Mai 2019 8:30–17:30 Uhr KKL, Luzern
Revolutionäres Bluthochdruck-Monitoring Eine digitale Antwort auf die weltweite Plage des Bluthochdrucks. Das ist das Ziel von aktiia, das neueste Startup vom CSEM. Unter Verwendung einer vom CSEM entwickelten Technologie wird das Startup eine neue Generation von Blutdruckmessgeräten für das Handgelenk entwickeln. Diese von der medizinischen Fachwelt langersehnte Innovation macht die präzise, drahtlose und kontinuierliche Erfassung und Überwachung des Blutdrucks möglich. Behandlung chronischer Wunden mit blauem Licht Mit Licht die Heilung verbessern! Im Rahmen des EU-Projekts MEDILIGHT haben das CSEM und sechs Partner eine neue Lösung zur Behandlung chronischer Wunden entwickelt. Dieses tragbare Gerät verwendet blaues Licht, um den Heilungsprozess zu verbessern und zu beschleunigen. Der Prototyp wurde auf der Abschlussveranstaltung am 2. Juli 2018 bei URGO Laboratories in Dijon vorgestellt.
› www.microday.ch
Modulreihe «Energie und Ressourceneffizienz» Stehen Sie mitten im Berufsalltag und wollen Ihre Grundlagenkenntnisse verbessern, um Prozesse bezüglich Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit optimieren zu können? Sind Sie in leitender Position und spüren den Druck, ihre Energie- und Materialflüsse schlank gestalten zu müssen, um sich langfristig erfolgreich im Markt positionieren zu können? Wir bieten Ihnen eine Modulreihe mit dreitägigen Kursen, bei denen betrieblich relevantes und praxisnahes Fachwissen zu den Themen Energie- und Ressourcenmanagement vermittelt wird. › www.werz.hsr.ch/weiterbildungsmodule
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