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Digitale Transformation bei thyssenkrupp Steel

Digitalisierung läuft auf Hochtouren

Daten spielen in der hochautomatisierten Stahlindustrie schon seit Jahrzehnten eine tragende Rolle. Im Zuge der digitalen Transformation eröffnet ihre intelligente Nutzung neue Möglichkeiten, um die Lieferperformance und die Qualität in der Fertigung weiter zu erhöhen.

"Siehst du die Karosserie in der Mitte des Raums? Komm, wir schauen sie im Detail an“, sagt der Avatar neben mir. Ich folge, ohne mich von der Stelle zu bewegen, mit meinem Laserpointer. Das Fahrzeug steht jetzt genau vor mir. Durchsichtig, dreidimensional, virtuell. Über unser Kontextmenü rufen wir Details zu den verbauten hochfesten Stählen auf. Dann simulieren wir einen Crash und prüfen, wie sich die Materialien verhalten. Halten die Schweißnähte? Und ist im Fahrzeuginneren noch alles intakt? Ich bücke mich, um durch die Tür zu schauen. Vorsichtig und mit einer komischen Drehung, damit ich mir nicht den Kopf stoße. Jemand neben mir lacht – es ist nicht der Avatar. Mir fällt wieder ein, dass ich in einem Besprechungsraum stehe, und eine VR-Brille trage. Und dass sich mein virtueller Gesprächspartner in Wirklichkeit in einem anderen Raum befindet.

smart factory: intelligente, vernetzte Prozesse


smart factory steht auch für Data Analytics und Big Data

IT-Container

Ein Kernziel der digitalen Transformation besteht darin, Produkt- und Maschinendaten über verschiedene Prozessstufen hinweg auszuwerten. Denn mithilfe von Data Analytics lassen sich beispielsweise Materialeigenschaften wie Dickenschwankungen, Rauheiten oder Festigkeiten präziser vorhersagen und Toleranzen genauer treffen. Hunderttausende Sensoren erfassen dazu die Qualitäts- und Produktionsdaten während der gesamten Prozesskette der Flachstähle, und schaffen so die Basis, um Produktionsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren. Ein interdisziplinäres Team, das Big Data Squad, entwickelt daraus mathematische Modelle. Eines davon steuert seit einem Jahr das Dressiergerüst der Feuerbeschichtungsanlage 8 in Dortmund. Es sorgt dafür, dass die Anlage die angepeilten Rauheitswerte der Stahlbänder nun noch passgenauer trifft. „Bislang war es so, dass der Anlagensteuerer die Maschine vor allem erfahrungsbasiert einstellte. Unser Modell ermöglicht es nun, für jede erdenklichen Auftragsparameter automatisch die passende Einstellung vorzunehmen“, erklärt Yavuz Dogan aus dem Big Data Squad. Der Vorteil: Die digitalbasierte Anlagensteuerung trifft das Toleranzband schon jetzt genauer und schafft die Grundlage dafür, dass sich die Fahrweise bei Bedarf online nachjustieren lässt. Dadurch steigt das Qualitätsniveau weiter an.

Vorteile durch das Erschaffen digitaler Zwillinge

Digitaler Zwilling

Derweil führt ein interdisziplinäres Team unter Koordination des Innovationsbereichs Pilotprojekte im Bereich der horizontalen Vernetzung durch. Die zentrale Frage dabei: Welche Produktdaten aus der Stahlverarbeitung ließen sich künftig auch für Kunden nutzbar machen? Die Vorteile eines solchen Datenaustauschs liegen für Lothar Patberg, Leiter Innovation bei thyssenkrupp Steel, auf der Hand: „Daten sind schon nach der Produktion der Coils verfügbar. Ein Kunde könnte künftig nicht nur den aktuellen Status seines Auftrags nachvollziehen. Er könnte auch ausgewählte Qualitätsdaten aus der Produktion erhalten, um bereits vor der Auslieferung der Coils eigene Prozesse anzupassen.“ Die Überlegungen sind richtungsweisend für eines der zentralen Vorhaben von thyssenkrupp Steel: Daten aus verschiedenen Prozessstufen so miteinander zu verknüpfen, dass ein möglichst exaktes digitales Abbild der Produktion entsteht. Die Geburt dieser digitalen Zwillinge und die damit verbundene Datentransparenz wäre nicht nur für die nachgelagerten Wertschöpfungsstufen von Vorteil. Sie hätte auch einen selbstverstärkenden Effekt. Lothar Patberg: „Digitale Abbilder helfen uns dabei, unsere Prozesse besser zu verstehen. Dadurch lassen sich mögliche Fehlerquellen und Ausfallrisiken zuordnen und beheben. Letztlich führt die Digitalisierung unserer Wertschöpfungskette also dazu, dass wir sowohl unsere Lieferperformance als auch unsere Materialqualitäten weiter erhöhen.“

Digitale Zwillinge in der Anwendung

Digitale Abbilder helfen uns dabei, Prozesse besser zu verstehen sowie den Einsatz von Rohstoffen und Betriebsmitteln zu tracken oder den Zustand von Anlagen und Produkten im Blick zu behalten. Drei Beispiele:

  • Data Analytics: Qualitätsoptimierung im Walzwerk
    Ein Kernziel der digitalen Transformation besteht darin, Produkt- und Maschinendaten über verschiedene Prozessstufen hinweg auszuwerten. Denn mithilfe von Data Analytics lassen sich beispielsweise Materialeigenschaften präziser vorhersagen und Toleranzen genauer treffen. So wie am Dressiergerüst der Feuerbeschichtungsanlage 8 in Dortmund: Dort sorgt ein intern entwickelter Algorithmus dafür, dass die Anlagensteuerer für jeden erdenklichen Auftragsparameter automatisch die passende Einstellung vornehmen.
  • smart insight: Instandhaltung per Tablet
    Stillstände beeinflussen die Lieferperformance. Folglich geht es bei einer Störungsmeldung darum, Ventile oder andere Maschinenbauteile schnellstmöglich zu orten und den Fehler zu beheben. Die AR-Lösung „smart insight“ erleichtert diesen Suchprozess. Über einen integrierten Hallenplan navigiert sie den Instandhalter zunächst direkt zur betroffenen Maschine. Dort angekommen, erhält der Mitarbeiter kontextbezogene Informationen: Er kann auf seinem Tablet ein bestimmtes Bauteil anklicken und erhält dann automatisch nur die dazu passenden Referenzdaten, darunter auch Wartungen und letzte Reparaturen. Zudem lässt sich aufrufen, wie einzelne Bauteile mit den Ventilen an der Anlage verknüpft sind. Das Ganze funktioniert auch mit versteckten Ventilen, denn die AR-Anwendung ermöglicht es dem Instandhalter, durch das Gehäuse ins Innere der Anlage zu schauen. Ein erster Prototyp von smart insight, der auf einer Anlage im Kaltwalzwerk II basiert, liegt vor.
  • Track and Trace: LKWs im Blick
    Jedes Jahr transportieren unsere Frachtschiffe, Loks und Lkws mehr als 140 Millionen Tonnen an Rohstoffen zu den jeweiligen Lager- und Fertigungsstätten. Optimierte Fahrtwege und das Wissen darüber, wo sich eine spezifische Lieferung gerade befindet, reduzieren die Durchlaufzeiten und senken so unsere Logistik- und Lagerhaltungskosten. So fertigen wir beispielsweise die rund 1.000 Lkws, die täglich an unseren Toren ankommen, digital ab und leiten sie über eine Navigations-App gleich an die richtige Stelle auf dem Werksgelände. Auch die Rohstofftransporte per Schiff aus Rotterdam lassen sich online verfolgen. Eine künstliche Intelligenz berechnet die voraussichtliche Ankunftszeit der Ladung in unserem Umschlaghafen. Dagegen läuft die Auftragsdisposition im Bahnverkehr neuerdings über eine App – seitdem braucht der Disponent den Auftrag nicht mehr manuell ins System einzugeben, und auch die zeitaufwändige Abstimmung mit dem Lokführer, die bislang über Sprechfunk lief, lässt sich nun bequem online erledigen.

digital supply chain: mehr Transparenz und Flexibilität für unsere Partner


Vernetzte Lieferketten sind Bestandteil der Digitalisierung bei thyssenkrupp Steel

Warmwalzwerk Precision Steel Hohenlimburg

Was eine vernetzte Supply Chain darüber hinaus an Vorteilen bringt, lässt sich im Warmwalzwerk Precision Steel in Hohenlimburg hautnah erleben. Hier sind die einzelnen Produktionsprozesse bereits so aufeinander abgestimmt, dass das Werk seinen Kunden ein bislang einzigartiges Angebot machen kann: „Walzen as a Service“. Die Abnehmer der Stahlprodukte steuern dazu ihre kurzfristigen Bedarfe direkt ins System ein und lösen damit den Fertigungsprozess aus. „Eine hohe Lieferflexibilität selbst bei kleinen Losgrößen ist für unsere Kunden zentral. Diesen Mehrwert können wir durch unsere volldigitalisierten Bestell- und Herstellungsprozesse realisieren“, sagt Ulrich Schneppe, IT-Leiter des Bereichs Precision Steel. Auf der anderen Seite der Lieferkette steuern die Mitarbeiter im Warmwalzwerk die Belegung der Stranggussanlage im Stahlwerk ihres Vorlieferanten an, um auf diese Weise eine fristgerechte Bereitstellung der Materialien zu gewährleisten. Ein weiterer Vorteil: Auf beiden Seiten lässt die hochflexible Produktionsweise die Lagerbestände und somit das gebundene Kapital sinken.

Lückenlose Supply Chain

Flexibles Auftragshandling

Vorreiter der voll vernetzten Supply Chain ist das Warmwalzwerk thyssenkrupp Hohenlimburg: Dort können Kunden direkt und systemgestützt in die Fertigung ihrer Bestellungen eingreifen und mit einem Vorlauf von 48 bis 72 Stunden selbst festlegen, wann ihr Mittelband gewalzt werden soll. Zusätzlich haben sie bis wenige Stunden vor der Walzung die Möglichkeit, die Materialeigenschaften der bestellten Produkte noch einmal anzupassen. Nach abschließender Einteilung lässt sich der Status online, zum Beispiel per App, verfolgen. Auch eine „Ein-Klick-Bestellung“ ist auf diesem Weg möglich. thyssenkrupp profitiert ebenfalls von der vernetzten Wertschöpfungskette: Das Werk kann auf diese Weise direkt in die Anlagensteuerung seines Vormateriallieferanten eingreifen, um somit auch in dieser Richtung Liefertreue und Flexibilität zu gewährleisten.

smart services: innovative Lösungen für unsere Kunden


Virtual Engineering als ein Instrument der digitalen Transformation

So also könnte künftig ein Meeting zwischen Entwicklungsingenieuren aussehen. Beim Virtual Engineering geht es unter anderem darum, Entwicklungszeit, Hardware und teure Testreihen einzusparen: Statt des realen Crashfahrzeugs fährt sein digitaler Zwilling an die Wand – aufgebaut aus 3D-Daten von großen Mengen an Crash-Simulationsberechnungen. „Die Entwicklungskosten sinken dadurch auf einen Bruchteil“, erklärt Erik Hilfrich, Teamleiter in der Anwendungstechnik bei thyssenkrupp Steel. „Hinzu kommt, dass wir Daten um die Welt schicken und keine sperrigen Bauteile. Das erleichtert die Zusammenarbeit mit unseren internationalen Kunden. Wir können Fahrzeugcrashs beispielsweise beliebig oft, in Zeitlupe und aus nächster Nähe untersuchen. Auf diese Weise lässt sich auch unsere Entwicklungsarbeit besser darstellen.“ Virtual Engineering ist in diesem Sinne also auch ein Werkzeug, mit dem die Ingenieure schnell und über Ländergrenzen hinweg mit Kunden und Kollegen kollaborieren können.

Datenprodukte

Daten, die das Material ersetzen – eine Vision für das Stahlwerk der Zukunft? Volker Lang, Head of Digitalization & Architecture erteilt diesem Gedankenspiel eine klare Absage. „In unserer Branche ist es etwas anders als in der Automobilindustrie. Kunden kaufen dort längst nicht mehr nur noch Ingenieurskunst, sondern auch und vor allem High-Tech-Computer auf vier Rädern. Wir unterstützen diesen Wandel, in dem wir unser Kernprodukt Stahl digitalisieren. Das heißt, dass wir unseren Kunden neben den klassischen Werkstoffeigenschaften beispielsweise einen erhöhten Servicelevel bieten, weil wir flexibler in der Auftragsbearbeitung werden. Daten sind also auch für uns von zentraler Bedeutung. Sie unterstützen uns dabei, Kundenerwartungen besser zu treffen und sowohl unsere Produkte als auch unsere Prozesse zu optimieren.“

Ein weiterer Schritt Richtung smart factory: Augmented-Reality

Augmentede Reality am Beispiel der smartform-App

Eins wird an den Standorten von thyssenkrupp Steel deutlich: Die digitale Transformation ist ein Prozess mit offenem Ende. Ein Prozess, den Vordenker zwar anstoßen können, dessen Umsetzung jedoch von der Haltung und von dem Veränderungswillen jedes einzelnen Mitarbeiters abhängt. Sie abzuholen, Wissen zu teilen und Vorbehalte zu nehmen, gehört bei jedem der lösungsorientierten Digitalvorhaben von thyssenkrupp Steel zu den wichtigsten Aufgaben. Lars Bode aus der Business Unit Automotive erinnert sich an die Vorstellung von smartform® auf dem Tablet, eine der ersten Augmented-Reality-Anwendungen im Unternehmen. Das innovative smartform®-Verfahren ermöglicht komplexe Bauteile aus höchstfesten Stählen mit minimaler Rückfederung. Das lässt sich auf dem Tablet realitätsgetreu abbilden und somit gut veranschaulichen. „Die Simulation erleichtert uns den fachlichen Austausch über komplexe Prozesse sehr. Zusätzlich haben wir aber weiterhin ein Bauteil dabei, sozusagen als Anschauungsobjekt.“ Verständlich – denn Daten lassen sich zwar erleben, aber eben nicht anfassen. Bis sich die VR-Brille als Arbeitstool durchsetzt, werden die Maschinen in den Walzwerken ihre Daten vermutlich längst mit den Anlagen anderer Standorte teilen.

smartform® als AR-Anwendung

Komplexer Prozess leicht erklärt

smartform® ist ein patentiertes Verfahren, das speziell für die Kaltumformung von maßhaltigen Stählen jenseits der 600 Megapascal entwickelt wurde. Ziel ist es, ungewollte Rückfederungseffekte der höherfesten Werkstoffe zu verhindern. Der Prozess besteht aus zwei Stufen: dem Herstellen einer Vorform, die der finalen Bauteilgeometrie nahekommt, sowie dem anschließenden Einstellen der Maßhaltigkeit im eigentlichen smartform® - oder auch Kalibrierungs-Prozess genannt. Doch wie lässt sich dieser komplexe Prozess anschaulich und überzeugend vermitteln? Die Lösung: Statt der klassischen Darstellungsvariante – einer endlosen Abfolge von Schnittbildern in Power Point – entschied sich thyssenkrupp Steel für eine neuartige Visualisierung via Augmented Reality (AR): Per Tablet tragen die Entwicklungsingenieure die tonnenschwere Presse dabei virtuell zum Kunden, um das Zusammenspiel von Werkzeug und Bauteil dreidimensional zu veranschaulichen. Der Clou: Der Kunde kann sich die Umformung und das Wirkprinzip zwischen Werkstoff und Werkzeug detailgetreu und aus unterschiedlichen Perspektiven in 3D betrachten.

digital culture: geht nicht, gibt es nicht


Digital Lab als smarte Lösung von Steel

Vitual Engineering

Neben den großen Vorhaben zeigt die Digitalisierungslandkarte von thyssenkrupp eine Vielzahl an kleineren Projekten: Sie schließen Digitalisierungslücken in der Logistik, optimieren die Instandhaltung und zahlen letztlich darauf ein, dass Aufträge zügig und effizient bearbeitet werden. Für das Team „Digital Innovation“ bergen die Werksgelände mit ihren weit verzweigten Schienennetzen, den Rohstoffhäfen und Materiallägern viel Potenzial zur Digitalisierung. In so genannten „Digital Labs“ entwickeln die Speziaisten gemeinsam mit und für Kollegen aus den jeweiligen Fachbereichen innerhalb weniger Wochen anfassbare Prototypen: Lösungen, die konkrete Herausforderungen adressieren und den Arbeitsalltag erleichtern. Entstanden ist so beispielsweise eine App zum mobilen Bestandsmanagement von Stahlschrott oder eine Track-and-Trace-Lösung, über die sich der aktuelle Standort der Kohle- und Erzlieferungen aus Rotterdam in Echtzeit abrufen lässt. Mehr als 20 solcher Lösungen hat das junge Team in den vergangenen drei Jahren entwickelt. Auch die Augmented-Reality-Anwendung „smart insight“, die es Instandhaltern per virtuellem „Röntgenblick“ ermöglicht, ins Innere einer Maschine zu schauen, wurde im Lab bis zum ersten Anwendungsfall vorangetrieben „Die Entwicklungsphase ist mit zwei bis vier Wochen recht kurz, aber auch sehr intensiv. Es wird viel diskutiert. Dabei entsteht oft eine ungeheure Dynamik. Am Ende dieser Phase findet man das entwickelte Produkt meist so gut, dass man gerne weiter an ihm arbeiten würde“, erzählt Tim Rupp. Gemeinsam mit Tobias Eckhoff gehört er zum Kernteam der Digital Labs. „Wir arbeiten sehr eigenständig und kommen gleichzeitig mit nahezu allen Bereichen aus unserem Unternehmen in Kontakt“, so Tobias Eckhoff. „Einerseits sind wir IT-Experten, andererseits Change-Manager und Kulturbotschafter. Unsere Aufgabe ist es auch, mehr und mehr Kollegen für Digitalisierungsthemen zu begeistern.“

Die digitale Community wächst

Die digitale Transformation betrifft jeden Mitarbeiter. Deswegen fördert thyssenkrupp Steel die Vernetzung von Digitalexperten und -interessierten im Unternehmen.

  • smart steel Natives
    Eines dieser offenen Netzwerke ist die smart steel natives Community, der sich inzwischen rund 500 Mitarbeiter angeschlossen haben. Sie treffen sich regelmäßig, um eigene Digitalisierungsprojekte vorzustellen, sich auszutauschen und mit neuen Anregungen Veränderungen in ihrem spezifischen Bereich anzustoßen. Auf einer der letzten Veranstaltungen ermutigte Stahlchef Bernhard Osburg die Mitarbeiter in seinem Eröffnungsvortrag dazu, der Digitalisierung mit einem offenen Blick für Chancen und Machbarkeit zu begegnen.
  • smart steel Pioneers
    Mitarbeiter mit neuen Ideen für digitale Lösungen, Methoden oder Geschäftsmodelle erhalten in diesem Programm die Chance, ihre Projekte in einer Start-up Umgebung zu entwickeln – ohne feste Strukturen oder Hierarchien.
  • weitere Communities
    Die Veranstaltungsreihe Learn-Share-Inspire vermittelt Wissen über inspirierende Vorträge. Darüber hinaus kommen in regelmäßigen Abständen weitere Communities mit Digitalfokus zusammen, beispielsweise auf dem Extended-Reality- oder Big-Data-Day.

Kontakt

ThyssenKrupp Contact

Volker Lang

Head of Digital Transformation & Innovation

thyssenkrupp Steel Europe AG
Kaiser-Wilhelm-Straße 100
47166 Duisburg

Telefon: +49 (0)203 52-47749

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ThyssenKrupp Contact

Marcus van Marwick

Head of Brand & Marketing Communications

thyssenkrupp Steel Europe AG

Kaiser-Wilhelm-Straße 100

47166 Duisburg

Telefon: +49 (0)203 52-41005

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