Maschinen- und Anlagenbau –
Komplette Übersicht und Zukunftsausblick
Der Maschinen- und Anlagenbau fasziniert die Menschheit seit jeher, eröffnet nie dagewesene Möglichkeiten und verbessert den Alltag der Menschen mit jeder neuen Erfindung. Wo wären die Menschen heute ohne Autos, Schiffe, Flugzeuge, Waschmaschinen oder ohne sonstige sinnvolle Erfindungen?
Heute ist der Maschinen- und Anlagenbau eine der wichtigsten Branchen in Deutschland und gilt als führende Export- und Innovationsbranche. In den letzten Jahrzehnten durfte der Sektor einen deutlichen Anstieg der Nachfrage und eine kontinuierliche Steigerung der Produktion erleben. Auch weltweite Krisen, wie die Finanzkrise in den Jahren 2008/2009 und die 2020 einsetzende Corona-Pandemie, haben die Stärke und Stabilität der Branche unter Beweis gestellt.
Der Maschinen- und Anlagenbau konzentriert sich heute vor allem auf die Herausforderungen der Digitalisierung. Zwar bringen die neuen digitalen Produktionsprozesse auch Aufgaben, wie Fachkräftemangel oder Cybersicherheit mit sich, dennoch überwiegen die Vorteile intelligenter Fabriken. Das sichert der Branche auch zukünftig die Vorreiterrolle.
Was bedeutet Maschinenbau?
Zu den umfangreichsten Ingenieurdisziplinen zählt der Maschinenbau. Die Branche stand, steht und wird auch weiterhin im Mittelpunkt des technologischen sowie ökologischen Fortschritts stehen. Zudem befasst sich dieses Fachgebiet mit einem riesigen Spektrum von mechanischen, material- sowie umweltbezogenen Herausforderungen.
Unternehmen, die im Maschinenbau tätig sind, beschäftigen sich mit der Entwicklung, Konstruktion und Produktion von Maschinen. Das können Maschinen sein, die in großer Stückzahl, also in Serienfertigung hergestellt werden. Genauso können es aber auch Maschinen sein, die in kleinen Mengen bis hin zu einer einzelnen Einheit hergestellt werden. Diese können dann unterschiedlichste Größen oder Komplexitätsgrade haben. Maschinenbauprojekte sind klassische Produktentwicklungsprojekte, in denen Produkte entwickelt, konstruiert, gebaut und in Produktion gebracht werden.
Aber was kann alles in die Kategorie des Maschinenbaus eingegliedert werden, außer der bekannten Fortbewegungsmittel? Es können schlichtweg alle technischen Geräte sein, die eine bestimmte Funktion in unserem Alltag erfüllen, wie Kochherde, Sportgeräte, Flugzeuge, Computer, Automotoren, medizinische Geräte oder auch Mikrosensoren. Die Vielfalt ist sehr groß.
Welche Herausforderungen des Alltags meistert der Maschinenbau?
Maschinenbauingenieure entwickeln mithilfe von neuesten Erkenntnissen aus Wissenschaft und Forschung Geräte und Systeme, welche die Gesellschaft benötigt. Die heutige Gesellschaft stellt den Maschinenbau vor weitere Herausforderungen und diese muss sich immer mehr auch mit Fragen beschäftigen, die wie folgt lauten:
- Wie lassen sich erneuerbare und zugleich effiziente Energiequellen entwickeln, die den Energiebedarf der Erde decken?
- Wie lässt sich der Mobilitätsbedarf der Zukunft mit einem ökologischen Ansatz verbinden?
- Wie lassen sich Prothesen und sonstige Hilfsmittel verbessern, um Personen mit Mobilitätseinschränkungen zu unterstützen und ihren Alltag so komfortabel wie möglich zu gestalten?
- Wie können innovative Diagnoseinstrumente entwickelt werden, die eine Früherkennung von Krankheiten ermöglichen?
- Wie lassen sich die Prinzipien der Maschinenbauwissenschaft mit einem ansehnlichen Design verknüpfen?
- Usw.
Selbstverständlich fließen in die hier genannten Fragen ebenso Aspekte aus dem Nachhaltigkeitsdreieck in die Entwicklung der Lösungen ein. Dabei achten Maschinenbauingenieure darauf, die drei Säulen der Nachhaltigkeit miteinander zu vereinen: Ökologie, Ökonomie und Soziales erfahren im Zuge der Entwicklung und Problemlösungsdarstellung keine Benachteiligung. Um dieses Ziel zu verwirklichen, kooperiert der Maschinenbau mit anderen Fachbereichen wie Umwelt- und Wirtschaftsingenieurwesen.
Damit die neuartigen Erfindungen mit Hilfe des Maschinenbaus Wirklichkeit werden, vereint dieses Fachgebiet gekonnt Theorie und Praxis miteinander. So treffend wie José Ortega* bringen es die wenigsten Wissenschaftler auf den Punkt: Die Wissenschaft benötigt Kooperationen. Es geht nicht um Wettbewerb, sondern um Zusammenarbeit und gegenseitige Unterstützung.
Somit agiert der Maschinenbau als ein wichtiger Zweig des Ingenieurwesens. Er vereint die Grundlagen der Physik, Mathematik sowie der Materialwissenschaft, um mechanische Geräte zu entwerfen, zu produzieren und zu warten. In den Fachbereich fallen ebenso die Teildisziplinen Konstruktions-, Steuerungs- und Produktionstechnik. Nur dank dieser sinnvollen Vereinigungen der unterschiedlichen Fachbereiche hat sich der Maschinenbau stets weiterentwickelt.
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Was ist Anlagenbau?
Der Anlagenbau beschäftigt sich mit der Planung, Realisierung und Wartung von technischen Anlagen. Je nach Art der zu planenden und zu errichtenden Anlage beinhaltet der Anlagenbau verschiedene technische Disziplinen. Diese können beispielsweise die Verfahrenstechnik, die Energietechnik, die Versorgungstechnik, die Produktionstechnik, der Maschinenbau und die Elektrotechnik sein. Eine Anlage an sich ist eine Ausrüstung, ein Gerät, eine Maschine oder gar eine Großanlage, welche die tägliche Arbeit von Menschen in der Industrie unterstützt, erleichtert und beschleunigt.
Unternehmen, die im Anlagenbau tätig sind, entwickeln Prozesse und setzen diese dann in Form von Anlagen um. In der Regel werden einzelne technische Komponenten verwendet und zu einem Gesamtsystem kombiniert, das dann in der Lage ist, eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Oftmals sind das dann Anlagen in der Verfahrenstechnik oder in der Energietechnik.
Anlagen werden meist als Unikate erstellt und verbinden zahlreiche Komponenten wie z.B. Mechanik, Hydraulik, Elektronik und Software zu einem Gesamtsystem. Jede Anlage im Anlagenbau ist daher eine individuelle Maßanfertigung. Unternehmen im Anlagenbau bauen auf der Basis verfahrenstechnischer Prozesse ein- oder mehrmals jährlich kundenspezifische Industrieanlagen.
Als Großanlagen werden beispielsweise Projekte für Kraftwerke, Chemieanlagen, Hütten- und Walzwerke, Zementanlagen, Zellstoff- und Papierfabriken sowie Anlagen für die Elektroindustrie, für die holzverarbeitende Industrie und für die Förderung von Rohstoffen bezeichnet. Insgesamt beliefert die Anlagenbau-Branche über zwanzig unterschiedliche Industriebereiche.
Worin liegen die Unterschiede zwischen Maschinen- und Anlagenbau?
Der Maschinenbau befasst sich mit der Produktentwicklung, wohingegen Projekte im Anlagenbau auf die Prozesskonzeption abzielen. Sie verwenden dafür Maschinen oder technische Produkte, die bereits vorhanden sind. Im Gegensatz zu Projekten im Maschinenbau handelt es sich im Anlagenbau nicht um Produktentwicklung, sondern um das Konzipieren von Prozessen und Abläufen und das Kombinieren von zumeist bereits vorhandenen technischen Komponenten.
Der Maschinen- und Anlagenbau sind dynamische Industriezweige mit einem hohen Innovationsgrad. Als Querschnittsbranche und Technologieführer auf vielen Gebieten integrieren sie neueste Erkenntnisse in Maschinen, Anlagen und Produkte. Sie versorgen nahezu alle Wirtschaftszweige mit den notwendigen Produktionstechnologien und agieren dabei als Treiber für Innovationen.
Die wesentlichen Unterschiede zwischen Maschinen- und Anlagenbau sind:
Projekte des Anlagenbaus spielen sich bei den Kunden ab, wohingegen Maschinenbauprojekte in der Regel im eigenen Unternehmen stattfinden.
Im Anlagenbau legen Kunden ihre Anforderungen an das Projekt aufgrund ihrer Bedürfnisse fest. Bei Maschinenbauprojekten hingegen bestimmt der Markt, welche Produkte notwendig sind, wobei die Produktnachfrage ebenso aus den Kundenbedürfnissen resultiert.
Bei Maschinenbauprojekten funktioniert nichts ohne eine einwandfreie Kommunikation innerhalb des Projektteams. Im Gegensatz dazu setzt sich die Kommunikation im Anlagenbau aus einer internen und externen Kommunikation – zwischen Unternehmen und Kunde – zusammen.
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Die historischen Meilensteine des Maschinen- und Anlagenbaus
Im Laufe der Industrialisierung, welche in Deutschland im Jahre 1830 begann, entstand ebenso der Maschinenbau. Allerdings stellt dieser Zeitpunkt keineswegs den Beginn des Maschinen- und Anlagenbaus dar. Denn die ersten Prototypen des Maschinen- und Anlagenbaus sind tatsächlich so alt wie der Mensch. Bereits im Steinzeitalter existierten Faustkeile, welche das Schneiden, Kratzen und Schaben ermöglichten.
Mesopotamien war ein Ort der Hochkulturen. Dort arbeiteten die ersten Ingenieure: Sie lernten das Lesen, Schreiben und Rechnen. Dank dieser Ausbildung entdeckten sie die schiefe Ebene oder das Rad. In der Antike wiederum fand die Verbreitung des Mechanikunterrichts statt. Heute ist dieses Fach die Grundlage der Ingenieurwissenschaften.
Im Mittelalter waren nahezu in ganz Europa Wind- und Wassermühlen anzutreffen. Sie agierten als bedeutendste Energiequelle. Zudem lernten Mühlebauer* dadurch selbst viel über mechanische Übertragungselemente. Am Ende des Mittelalters erschien die Feinmechanik als innovativer Gewerbezweig auf der Bildfläche.
* Mühlenbauer war ein jahrhundertealter Handwerksberuf, der noch in den 1950er Jahren in der Bundesrepublik Deutschland Ausbildungsberuf war, bevor er bei der Neuordnung mit dem Maschinenbauer zusammengelegt wurde. Mühlenbauer waren universelle Anlagenbauer (Maschinenbauer), die ehemals regional auch „Mühlärzte“ genannt wurden. Sie mussten sowohl Mechaniker als auch Zimmerleute und Wasserbauer sein. (Quelle: Wikipedia)
Im Zeitalter der Renaissance galt Leonardo da Vinci als wichtiger Erfinder zahlreicher Maschinen. Am Anfang des 18. Jahrhunderts baute Thomas Newcomen die erste Dampfmaschine in England und James Watt verbesserte diese. In England existierte dann im 19. Jahrhundert ein fortschrittlicher Maschinenbau. 1818 fand die erste Gründung der Vereinigung von Ingenieuren statt. Andere Industrienationen folgten dem Beispiel.
Zu Beginn des 19. Jahrhunderts fand in Deutschland eine Gründung von Polytechnischen Schulen statt, welche sich im Laufe der Zeit zu Technischen Hochschulen entwickelten. In Deutschland gehören zu den bedeutendsten Begründern des Maschinenbaus Karl Karmarsch, Ferdinand Redtenbacher und Franz Reuleaux. Sie befassten sich mit Dampf- und Werkzeugmaschinen. Sowie mit Mechanik und Fertigungstechnik.
Am Anfang des 20. Jahrhunderts war ein akademischer Abschluss die Voraussetzung für Ingenieure. Rudolf Diesel – ein junger, aufstrebender Student – hatte den Dieselmotor entwickelt. Zu diesem Zeitpunkt verbreitete sich der industrielle Maschinenbau. Nähmaschinen, Fahrräder, Autos und Flugzeuge waren Werke, welche die Meilensteine in der Geschichte des Maschinenbaus markieren. Auch heute noch sind einige dieser Erfindungen – wie Autos und Flugzeuge – wichtig. Sie durchlaufen lediglich stets neue Verbesserungsprozesse.
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Branchenüberblick: Die wichtigsten Märkte und Anwendungsbereiche im Maschinen- und Anlagenbau
Knapp 6.700 Unternehmen zählen allein in Deutschland zum Maschinen- und Anlagenbau. Sie fungieren als beliebter Arbeitgeber und beschäftigen über eine Million Menschen. Die Mehrheit der Unternehmen ist in den nachfolgenden Branchen tätig:
- Werkzeugmaschinen
- Antriebstechnik
- Fördermittel
60 Prozent der Industrieproduktion umfasst der Anlagenbau in Deutschland. Auf diesen sind mehrere Industriezweige angewiesen, die im Folgenden näher beschrieben werden.
- Prozessindustrie (z.B. Chemie, Petrochemie, Papier, Nahrungsmittel)
- Energiewirtschaft (z.B. Stromerzeugung, Öl- und Gasindustrie)
- Maschinen- und Anlagenbau (z.B. Herstellung von Maschinen und Anlagen für die Produktion)
- Automobilindustrie
- Luft- und Raumfahrtindustrie
- Bauwirtschaft (z.B. Herstellung von Baumaschinen)
- Schifffahrt (z.B. Herstellung von Schiffsmotoren und -maschinen)
- Landwirtschaft (z.B. Herstellung von Landmaschinen)
- Verpackungsindustrie (z.B. Herstellung von Verpackungsmaschinen)
- Medizintechnik (z.B. Herstellung von medizinischen Geräten und Anlagen)
- Elektrotechnik (z.B. Herstellung von Elektromotoren, Transformatoren, Schaltanlagen)
- Metall- und Metallverarbeitungsindustrie (z.B. Herstellung von Werkzeugmaschinen, Pressen, Walzwerken)
Die Prozessindustrie agiert in den nachfolgenden Bereichen:
- Nahrungsmittel
- Papier
- Chemie
- Petrochemie
Unternehmen in der Prozessindustrie müssen sich auf die Produkte und Werkstoffe zu 100 Prozent verlassen, wenn sie wirtschaftlich produzieren möchten. In der Chemie und Petrochemie sind die Anforderungen äußerst hoch. Denn in der Prozessindustrie kommen korrosive sowie abrasive Medien zum Einsatz. Des Weiteren sind Temperaturen, welche jenseits von 1.000 Grad Celsius liegen, keine Seltenheit.
Demzufolge sind hohe Anforderungen an die Prozessindustrie eine notwendige Bedingung. Nur so kann dieser Industriezweig eine hohe Produktqualität sowie eine hohe Sicherheit für Mensch und Umwelt gewährleisten. Dichtungen, Isolationen sowie Kompensatoren sind Feinheiten, die jedoch ein großes Resultat schaffen. Ohne diese Produkte funktioniert weder die Chemie noch die Petrochemie. Dasselbe gilt ebenso für die Papier- und Holzindustrie. Denn die Isolierung sowie die Abdichtung der thermischen Prozessanlagen in der Papier-, Holz- und Zellstoffindustrie fungiert als kaum merkliches Detail mit einer riesigen Wirkung.
Die Nahrungsmittelindustrie, welche als Unterkategorie der Prozessindustrie fungiert, hebt die Bedeutung dieses Industriezweigs hervor. Somit handelt es sich bei der Prozessindustrie um eine existenzielle Branche, die allerdings eine mangelnde Wertschätzung genießt. Schließlich sind die Menschen mit ihrem heutigen Lebensstandard auf die Produkte, welche die Prozessindustrie – insbesondere die Nahrungsmittelbranche – hervorbringt angewiesen. Des Weiteren steht die Lebensmittelindustrie in einem konstanten Wandel. Dabei steigt das Bewusstsein der Menschen für eine achtsame Ernährung: weniger Fleisch bis gar kein Fleisch lautet die Devise. Der Trend hat sich gewandelt vom Vegetarier zum Veganer. Eine vegane Wurst sowie eine vegane Schokolade brauchen neue Rezepturen, die mithilfe der Prozessindustrie in der Lebensmittelbranche Wirklichkeit werden.
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Neben der Lebensmittelindustrie erlebt desgleichen die Energiewirtschaft einen beachtenswerten Wandel. Die Stromerzeugung fokussiert sich stets auf den Aspekt der Nachhaltigkeit. Neben erneuerbaren Energiequellen, wie Wind und Sonne, eignet sich ebenso Wasserstoff als Energielieferant. Das Ziel besteht darin, sich vom Erdöl und Gas nach und nach, zu lösen. Die Gründe für die gewünschte Abnabelung von den genannten Rohstoffen sind vielfältig:
- Erhöhung der Treibhausgase
- Abhängigkeit von den Lieferanten
- Endlichkeit der Ressourcen – insbesondere Erdöl
- Nur die “Reichen” profitieren davon
- Hohes Konfliktpotenzial
Aufgrund der genannten Nachteile sucht die Energiewirtschaft fieberhaft nach Alternativen – nicht umsonst erleben der Ökostrom, die Solar- und Windkraftanlagen sowie der Wasserstoff eine neue Art der Aufmerksamkeit. Das gilt gleichermaßen für Unternehmen und Privathaushalte. Nicht nur die Klimaerwärmung, sondern auch die Endlichkeit der fossilen Energielieferanten zwingen die Energiewirtschaft zu einem Umdenken. Verantwortungsbewusste Unternehmen, die immer noch Öl und Gas für die Produktherstellung sowie für die Lieferung von Dienstleistungen nutzen, spielen ebenso mit dem Gedanken, die fossilen Rohstoffe dafür aufzuwenden, um klimaneutrale Produkte herzustellen.
Maschinen und Anlagen setzen sich aus zahlreichen Einzelteilen zusammen, die zudem aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Der wesentliche Unterschied zwischen der Produktion von Maschinen und Anlagen besteht darin, dass Maschinen meistens mobile Bestandteile haben, Anlagen hingegen nicht. Zudem lassen sich die funktionierenden Teile der Maschine ebenso als Maschine bezeichnen.
Unter die Rubrik der Maschinenherstellung fällt die Produktion von Werkzeugmaschinen, Präzisionsinstrumenten sowie die Fertigung von Anlagensystemen. Dieser Industriezweig unterliegt einer starken Innovationskraft. Denn der Maschinen- und Anlagenbau bewältigt von Tag zu Tag neue und komplexere Aufgaben – unter der Berücksichtigung eines hohen Nutzerkomforts.
In Deutschland ist die Automobilbranche in Umsatzzahlen gemessen der wichtigste Industriezweig. Dennoch unterliegt sie starken Schwankungen. In Abhängigkeit von der Nachfrage schwanken die Umsatzzahlen. Wirtschaftskrisen verursachen einen konjunkturellen Nachfragerückgang. Allerdings fungieren Krisen ebenso als Umorientierung oder besser gesagt als ein Neuanfang. Denn auf ein Tief folgt stets ein Hoch. Zumindest trifft das auf die Automobilbranche zu. In der Automobilbranche waren in Deutschland im Jahr 2021 durchschnittlich 786.000 Menschen beschäftigt. Zudem belief sich der jährliche Umsatz der Automobilbranche auf ungefähr 411 Milliarden Euro. Zu den größten Automobilproduzenten gehören:
- USA
- China
- Japan
- Korea
- Deutschland
In der deutschen Automobilbranche liegt die Produktion von Personenkraftwagen im Mittelpunkt. 2021 wurden mehr als 3 Millionen PKW produziert. Allerdings erlebt die Branche einen großen Wandel. Der Trend geht Richtung Nachhaltigkeit, Elektroautos und grüner Wasserstoff als Energielieferant. Weg von den fossilen Rohstoffen und hin zu erneuerbaren Energien.
In den letzten 25 Jahren hat die Luft- und Raumfahrtbranche ihren Umsatz verfünffacht. Der aktuelle Jahresumsatz der Luft- und Raumfahrtindustrie liegt bei 41 Milliarden Euro. Seit dem Jahr 2002 wächst die Branche rasant. Dadurch eröffnen sich insbesondere für Ingenieure neue Perspektiven. Dennoch handelt es sich bei dieser Branche um einen kleinen Industriezweig. Das belegt zumindest ein direkter Vergleich zwischen der Luft- und Raumfahrt sowie der Maschinenbau- und Elektroindustrie. Dennoch zählt die Luft- und Raumfahrtbranche zu den innovativsten und zugleich leistungsstärksten Branchen in Deutschland. Berechnungen zufolge wird sich die Anzahl der Passagiere bis zum Jahre 2050 verdreifachen, was für einen erhöhten Flugverkehr spricht, und die Branche vorantreibt.
Die Bauwirtschaft stellt Baumaschinen her. Dabei handelt es sich um ein breites Feld im Maschinenbau. Zu den vielfältigen Geräten, die in die Kategorie der Bauwirtschaft fallen, gehören:
- Endbaugeräte
- Stand-, Fahr-, Flach- und Saugbagger
- Bohr-, Schlitzwand- und Transportgeräte
- Maschinen für Beton- und Mörteltransport sowie für deren Verarbeitung
- Hebezeuge
- Ramm- und Ziehgeräte
- Verkehrswegebaugeräte
- Kanal- und Rohrleitungsbaugeräte
- Verdichtungs- und Tunnelbaugeräte
- Kompressor- und Reinigungsgeräte
Die Bauwirtschaft benötigt eine gut funktionierende nationale und internationale Infrastruktur. Die Baubranche ist auf eine gute, grenzüberschreitende Zusammenarbeit angewiesen, da sie auf offene Märkte angewiesen ist. Die Spezialmaschinen sind nicht überall vorhanden. Sie lassen sich in die Gebiete jedoch nur liefern, wenn neben der politischen Stabilität offene Märkte sowie eine wirtschaftliche Vernunft agieren.
Die Schiffsbranche ist für den Welthandel unverzichtbar, denn mehr als 90 Prozent der weltweit gehandelten Güter gelangen mithilfe des Schifftransports zum Zielort. Für die Globalisierung ist die maritime Wirtschaft inklusive des Schiffbaus von enormer Bedeutung.
Werften aus Deutschland spielen für den Bau von Spezialschiffen – wie Frachtschiffe, Arbeitsschiffe, Luxusyachten und Kreuzfahrtschiffe – eine unverzichtbare Rolle. Das ist ein Nischenmarkt, auf den sich allerdings mittlerweile auch China fokussiert. Deshalb beabsichtigt auch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle die maritime Wirtschaft Deutschlands wettbewerbsfähiger zu machen. Förderungen fungieren dabei als Werkzeug für ein erfolgreiches Vorhaben dieses Ziels.
Da es sich bei der Schiffbaubranche um eine von Krisen geschüttelte Branche handelt, steht diese unter einem starken Druck. Werften können nur dann ihr Überleben sichern, sofern sie einen innovativen Maschinenbau vorantreiben: Effizientere Schiffe, die weniger CO2 ausstoßen und über einen alternativen Antrieb verfügen, werden in der Zukunft eine noch größere Rolle einnehmen.
Für den Agrarsektor und die Forstwirtschaft stellt die Landtechnikbranche unverzichtbare Maschinen her. Land- und Forstwirte sind auf diese angewiesen, um ihrer täglichen Arbeit nachzugehen. Insgesamt weist diese Branche – trotz volatiler Getreide- und Milchpreise – eine stabile, positive Entwicklung auf. Doch, was beinhaltet der Wirtschaftszweig der Produktion von Landmaschinen? Die Branche produziert die nachfolgenden Maschinen sowie dazugehörige Einzelteile:
- Traktoren
- Mähmaschinen
- Pflüge
- Acker- und Forstschlepper
- Erntemaschinen
- Bodenbearbeitungsmaschinen
- Teile für Maschinen, Apparate und Geräte
Diese Branche ist vielfältig und von einem permanenten Erfolg gekrönt, denn die Herstellung von Maschinen für die Landwirtschaft sichert den Zugang zu hochqualifizierten Arbeitskräften. Zudem benötigt der Anlagenbau dieser Branche Fachkräfte, welche in der Lage sind, technologische Fortschritte im Einklang mit der Digitalisierung und dem Nachhaltigkeitsaspekt umzusetzen. Darüber hinaus dominiert hier ein intensiver Wettbewerb, weshalb die Entwicklung neuer Technologien und Maschinen in Kombination mit der Digitalisierung als immenser Wettbewerbsvorsprung fungiert.
Die Verpackungsindustrie ist von einer immensen Vielfältigkeit geprägt. Denn die Industrie stellt unterschiedliche Maschinentypen für Verpackungen her. Zu den in der Praxis gängigen Verpackungsmaschinen gehören die nachfolgenden Maschinentypen:
- Maschinen zum Abfüllen von Behältern
- Blister
- Ein- und Auspacker
- Ein- und Auswickler
- Etikettiermaschinen
- Palettierer
- Kartonierer
- Schlauchbeutel
- Top- und Frontloader
Generell gehört die Verpackungsbranche zu den Industriezweigen, die stark wächst. Für diesen Trend ist eine Reihe unterschiedlicher Faktoren verantwortlich. Immerhin fungieren Verpackungen als unverzichtbarer Teil der heutigen Infrastruktur. Schließlich erfolgt der globale Transport von Gütern nur mithilfe von Verpackungen jeglicher Art. Rohstoffe und Güter sind auf sichere Verpackungen angewiesen. Wachstum in der Verpackungsbranche ist aufgrund des internationalen Anspruchs der Gesellschaften gesichert.
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Die modernen medizinischen Geräte und Anlagen sind ein wichtiger Grund, weshalb die Medizintechnik in einem rasanten Tempo voranschreitet. Die frühzeitige Erkennung von Krankheiten, die sich im Inneren des Körpers abspielen, ist nur dank der Maschinen möglich, die entweder von außen den Körper scannen oder von innen untersuchen. In der Medizintechnik sind der Maschinen- und Anlagenbau eng miteinander verwoben.
Zwischen der Medizintechnik sowie dem Maschinen- und Anlagenbau existiert eine Symbiose. Denn die Fachbereiche hängen voneinander ab. So gesehen stimuliert die Medizintechnik den Werkzeugmaschinenbau. Das rührt daher, dass die Medizintechnik neue Produkte nachfragt und damit die Innovation des Maschinen- und Anlagenbaus vorantreibt.
Im Zeitalter der Digitalisierung stehen die Hersteller von Maschinen und Anlagen für die Medizintechnik vor einer besonderen Herausforderung: Ist es möglich, individualisierte Medizinteile inklusive eines selbstregulierenden Systems produktiv sowie prozesssicher zu fertigen? Das ist möglich, allerdings funktioniert dieses Vorhaben lediglich mit einem unumgänglichen intensiven Aufwand. Dennoch sind die selbstregulierenden Systeme stark im Kommen. Sie funktionieren auf der Basis von Daten. Mithilfe von Prozessketten und einer perfekten Vernetzung der einzelnen Modulteile erleichtern selbstregulierende Systeme den Alltag in der Medizintechnik.
Somit ist die Medizin für den Anlagenbau und für den Maschinenbau eine Branche, die noch viel Potenzial für die Weiterentwicklung bietet. Maschinen- und Anlagenbau sowie die Medizintechnik streben stets danach, sich weiterzuentwickeln.
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Wenn eine Maschine auf Knopfdruck startet, steckt in der Regel ein Elektromotor dahinter. Das trifft auf große und kleine Geräte gleichermaßen zu: Waschmaschinen, Rollos, Garagentore, Küchengeräte, elektrische Zahnbürsten. Versteckt, leise und unauffällig gehen Elektromotoren ihrer Tätigkeit nach. Mittlerweile stehen Elektromotoren – zumindest im Maschinen- und Anlagenbau – mehr denn je im Fokus der Betrachtung. Weil sie dabei sind, den klassischen Verbrennungsmotor in den Kraftfahrzeugen zu ersetzen. Sie können weitaus mehr, als nur mechanische Energie zu erzeugen.
Einen wichtigen Bestandteil der Elektrotechnik machen ebenso Transformatoren aus. Sie agieren als bedeutende elektronische Komponenten, die eine Wechselspannung umwandeln können. Mithilfe eines Transformators lässt sich eine höhere Spannung in eine niedrigere Spannung transformieren. In der Regel besteht der Trafo aus zwei Kupferdrahtspulen, die sich auf einem Eisenkern befinden.
Eine weitere, wichtige Rolle in der Elektrotechnik nehmen Schaltanlagen ein. Zusammen mit den Transformatoren sichern sie die Zukunft dieser mittlerweile essenziellen Branchen. Für den Maschinenbau eröffnen sich hiermit, stets neue Möglichkeiten.
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Die Branche, die Werkzeugmaschinen herstellt, ist gigantisch. Denn mit den hier hergestellten Maschinen lassen sich die folgenden Aufgaben erledigen:
- Bohren
- Drehen
- Friesen
- Pressen
- Brechen
Zu dieser Branche gehört ebenso die Produktion von Werkzeugmaschinen, welche für die Bearbeitung von sämtlichen Stoffen, Laserstrahlen, Plasmabögen, Ultraschallwellen und magnetischen Impulsen notwendig sind. Manuell geführte Werkzeuge samt eines Motorantriebs fallen jedoch nicht in die Werkzeugmaschinenbranche.
Die Werkzeugmaschinenbranche steht jedoch vor großen Herausforderungen, weil sie Digitalisierungslösungen benötigt, um sich am Markt zu behaupten.
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Digitalisierungslösungen für die Branche im Maschinenbau: Mehr erfahren »
Herausforderungen und Trends im Maschinen- und Anlagenbau
Die drei großen Herausforderungen der Maschinen- und Anlagenbaubranche sind:
Fachkräftemangel
Digitalisierung
Nachhaltigkeit
CAD Schroer bietet unterschiedliche Planungs-Lösungen für den Maschinen- und Anlagenbau an. Egal ob es um die Planung einer Anlage oder das Layout einer Fabrik inkl. der Maschinenaufstellung ist, hier ist für jeder Unternehmen etwas dabei.
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Der Maschinen- und Anlagenbau verzeichnet einen hohen Fachkräftemangel und die Situation lässt nicht auf eine Besserung hoffen. Infolgedessen kommt es zu Produktionsausfällen und teils hohen Umsatzeinbußen. Zusätzlich zu den finanziellen Verlusten kommt es zu einem enormen Verlust an Fachwissen. Denn die langjährigen, erfahrenen Fachkräfte im Maschinen- und Anlagenbau nehmen ihr erworbenes Wissen mit in die Rente. Sie haben schlichtweg keine oder zu wenig jüngere Kollegen, an die sie ihr Fachwissen weitergeben können. Neue Mitarbeiter benötigen Zeit, um sich diesen Wissensstand zu erarbeiten. Da Zeit jedoch bekanntlich Geld ist, wenden Unternehmen wiederum hohe finanzielle Ressourcen auf, um die neuen Fachkräfte zu schulen.
Zu den wichtigsten Gütern der Industrie gehören mittlerweile neben Zeit noch zwei weitere Güter: Daten und Digitalisierung. Denn die digitale Transformation hat einen erheblichen Einfluss auf die Produktion. Sie vernetzt Menschen, Maschinen, Produkte sowie Unternehmen miteinander. Dadurch beschleunigen sich die Arbeitsabläufe. Sie werden intelligenter, präziser und effizienter. Diejenigen, die im Maschinen- und Anlagenbau die Bedeutung der Digitalisierung außer Acht lassen, verlieren nicht nur den Kampf gegen den Wettbewerb, sondern im schlimmsten Fall auch ihre Existenz. Tatsächlich besteht das Risiko, dass die Unternehmen des Anlagenbaus die Möglichkeiten für neue Geschäftsfelder, die sich durch Industrie 4.0 ergeben, nicht oder zu spät erkennen. Auch das Risiko, dass neue Wettbewerber aus anderen Industriezweigen im Anlagenbau Einfluss gewinnen, darf nicht unterschätzt werden. So kann die zunehmende Bedeutung datengetriebener Dienstleistungen bislang Außenstehenden die Möglichkeit bieten, branchenrelevantes Know-how aufzubauen und einen Teil der Wertschöpfung vom klassischen Anlagenbau abzuzweigen. Quelle: VDMA
Der sogenannte EU Green Deal verfolgt das Ziel, bis 2050 die Netto-Treibhausgasemissionen auf null zu reduzieren. Bei diesem Vorhaben spielt der Maschinenbau eine wichtige Rolle. Denn das Ziel lässt sich nur mit effizienten Anlagen, Maschinen und Verfahrensinnovationen umsetzen. Immerhin hat der Maschinen- und Anlagenbau einen großen Einfluss auf zahlreiche Nachhaltigkeitsdimensionen. Es beginnt bei der Energienutzung, geht weiter mit dem Wasserverbrauch und endet schließlich mit dem Ausstoß von Treibhausgasen. Somit kann die Maschinenbaubranche als Motor für eine nachhaltige Produktherstellung dienen.
Die wichtigsten Produktionsprozesse und Fertigungstechniken im Maschinen- und Anlagenbau
Der Maschinen- und Anlagenbau zeichnet sich durch eine Vielzahl von Produktionsprozessen und Fertigungstechniken aus. Hier sind einige der wichtigsten:
- Drehen: Ein Werkstück wird auf einer Drehmaschine bearbeitet, indem es gedreht und mit einem Werkzeug bearbeitet wird.
- Fräsen: Ein Werkstück wird mit einem Fräser bearbeitet, um es in Form zu bringen oder eine Oberflächenbearbeitung durchzuführen.
- Bohren: Ein Loch wird in ein Werkstück gebohrt, entweder mit einer Bohrmaschine oder einem Bohrwerkzeug.
- Schweißen: Zwei Teile werden miteinander verbunden, indem sie durch einen thermischen Prozess verschweißt werden.
- Schleifen: Eine Oberfläche wird abgetragen, um eine glatte Oberfläche zu erzielen oder eine genaue Maßhaltigkeit zu erreichen.
- Stanzen: Ein Werkstück wird mit einer Stanzmaschine oder einem Stanzwerkzeug bearbeitet, um es in eine gewünschte Form zu bringen.
- Spritzgießen: Ein flüssiger Kunststoff wird in eine Form gespritzt, um ein Werkstück herzustellen.
- Gießen: Flüssiges Metall wird in eine Form gegossen, um ein Werkstück herzustellen.
- Schmieden: Ein Werkstück wird unter hohem Druck und hohen Temperaturen verformt, um es in die gewünschte Form zu bringen oder um seine Festigkeit und Härte zu erhöhen. Es ist eine der ältesten Fertigungstechniken und wird oft für Werkstoffe wie Stahl und andere Metalllegierungen verwendet.
- Montage: Hierbei werden mehrere Teile zu einer Einheit zusammengesetzt.
Dies sind lediglich die wichtigsten Produktionsprozesse und Fertigungstechniken im Maschinen- und Anlagenbau. Diese dienen meist der Herstellung einzelner Bauteile einer Maschine oder Anlage.
Fazit
Da nichts so beständig ist wie der Wandel, ist es einleuchtend, dass der Maschinen- und Anlagenbau einer laufenden Veränderung unterliegt. Dabei nimmt die Digitalisierung in dieser Branche eine unverzichtbare Rolle ein. Sie fördert eine effiziente, schnelle, präzise und intelligente Produktion. Der wachsende Wettbewerbsdruck, die steigende Komplexität sowie die vermehrten Kundenanfragen benötigen ein hohes Maß an Flexibilität – auch im Maschinen- und Anlagenbau. Diese Herausforderungen lassen sich jedoch im Zeitalter der Digitalisierung mit der passenden Software im Maschinen- und Anlagenbau hervorragend meistern.
Dank einer passenden Software ist eine präzise Produktionsplanung garantiert. Sie verschafft wiederum mehr Sicherheit. Außerdem lassen sich Ressourcen auf diese Weise gezielter einsetzen. Mithilfe einer Software im Maschinenbau erfolgt ebenso eine perfekte Auslastung des Personals. Des Weiteren gewährleisten die praktischen Softwaresysteme, neben einer hohen Prozesssicherheit auch den bestmöglichen Komfort. Eine integrierte Groupware kann bestimmten Projekten die richtigen Aufgaben zuordnen und diese an die verantwortlichen Mitarbeiter weitergeben.
Die Digitalisierung gewinnt auch im Maschinen- und Anlagenbau Oberhand. Sie hat die Macht, sämtliche Prozesse zu perfektionieren und dabei ein maximales Ergebnis mit einem minimalen Einsatz zu erzielen. Fehlplanungen und Risiken rücken dadurch in eine weite Entfernung. Darüber hinaus beschleunigt eine Software, die im Maschinen- und Anlagenbau die Produktionsprozesse steuert, die Produktherstellung.
Der Maschinenbau zählt zu den umfangreichsten Ingenieurdisziplinen. Die Branche stand, steht und wird auch weiterhin im Mittelpunkt des technologischen sowie ökologischen Fortschritts stehen. Unternehmen, die im Maschinenbau tätig sind, beschäftigen sich mit der Entwicklung, Konstruktion und Produktion von Maschinen. Das können Maschinen sein, die in großer Stückzahl, also in Serienfertigung hergestellt werden. Genauso können es aber auch Maschinen sein, die in kleinen Mengen bis hin zu einer einzelnen Einheit hergestellt werden. Diese können dann unterschiedlichste Größen oder Komplexitätsgrade haben. Maschinenbauprojekte sind klassische Produktentwicklungsprojekte, in denen Produkte entwickelt, konstruiert und produziert werden. Dabei unterstützt eine professionelle CAD-Software wie M4 DRAFTING.
Der Anlagenbau beschäftigt sich mit der Planung, Realisierung und Wartung von technischen Anlagen. Im Anlagenbau werden dafür professionelle Werkzeuge genutzt wie die Anlagenbau-Software M4 PLANT. Unternehmen, die im Anlagenbau tätig sind, entwickeln Prozesse und setzen diese dann in Form von Anlagen um. In der Regel werden einzelne technische Komponenten verwendet und zu einem Gesamtsystem kombiniert, das dann in der Lage ist, eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Oftmals sind das dann Anlagen in der Verfahrenstechnik oder in der Energietechnik. Eine Anlage kann eine Ausrüstung, ein Gerät, eine Maschine oder eine Großanlage sein, welche die tägliche Arbeit von Menschen in der Industrie unterstützt, erleichtert und beschleunigt.
Die Hauptanwendungen im Maschinen- und Anlagenbau sind die Konstruktion von Maschinen, Anlagen und Komponenten zur Herstellung der gewünschten Produkte. Einige der Hauptanwendungen des Maschinen- und Anlagenbaus umfassen Fertigungsprozesse wie Metallbearbeitung, Kunststoffverarbeitung, Holzbearbeitung, Werkzeugmaschinenbau, chemische Produktion und Veredelung, Lebensmittelverarbeitung und -verpackung, Oberflächenbehandlungsverfahren wie Lackieren oder Plattieren; Kraftwerke zur Stromerzeugung; Wasserversorgungssysteme; Abfallbewirtschaftung. Darüber hinaus ist der Maschinen- und Anlagenbau für die Verwaltung von Wartungsaufgaben an Industrieanlagen verantwortlich.
Eine der größten Herausforderungen im Maschinen- und Anlagenbau besteht darin, mit der sich schnell entwickelnden Technologie Schritt zu halten. Maschinenbauingenieure müssen sich stets mit den neuesten Fortschritten auf ihrem Gebiet beschäftigen, da sie ständig neue Maschinen und Anlagen entwerfen und bauen müssen, die noch effizienter, zuverlässiger und kostengünstiger sind. Schließlich müssen Maschinenbauingenieure bei der Konstruktion von Maschinen oder Systemen oft mit knappen Budgets arbeiten, ohne Kompromisse bei Qualität oder Zuverlässigkeit eingehen zu müssen – dies erfordert eine sorgfältige Balance zwischen der Erfüllung der Kundenanforderungen und gleichzeitig niedrigen Kosten.
Die Digitalisierung des Maschinen- und Anlagenbaus bietet zahlreiche Vorteile, von verbesserter Effizienz über Kosteneinsparungen bis hin zum besseren Verständnis der Kundenbedürfnisse. Erstens können digitale Systeme dazu beitragen, die mit manuellen Prozessen verbundenen Kosten zu senken, indem sie Verwaltungsaufgaben wie die Führung von Aufzeichnungen und die Dateneingabe rationalisieren. Darüber hinaus können papierbasierte Prozesse durch sicherere digitale Systeme ersetzt werden, die das Risiko von Fehlern durch manuelle Handhabung verringern. Schließlich ermöglichen digitalisierte Systeme Unternehmen auch, schnell auf sich ändernde Marktbedingungen zu reagieren, indem Prozesse oder Services schnell angepasst werden, um Kundenanforderungen zu erfüllen.
Der Maschinen- und Anlagenbau umfasst ein breites Spektrum von Tätigkeiten, von der Konstruktion über die Installation bis hin zum Betrieb und zur Wartung industrieller Maschinen und Anlagen. Zu den gemeinsamen Aktivitäten in diesem Bereich gehören die Konstruktion von Prozesssteuerungssystemen, das Konstruieren von Rohrleitungssystemen, die Herstellung und Installation von kundenspezifischen Geräten, die mechanische Anlagenwartung und die Fehlersuche. Weitere Aufgaben sind die Entwicklung von Prozessen für chemische Produktionsbetriebe oder die Planung neuer Kraftwerke.