International wettbewerbsfähig bleiben

Nach Informationen des Geschäftsfeldes Werkzeugmaschinen der Trumpf Gruppe, Ditzingen

Die Fertigung wird effizienter, flexibler und produktiver – auch bei Losgröße eins. Das verspricht das Konzept der Industrie 4.0, hinter der eine Vision für die Fabrik der Zukunft steckt: die Smart Factory. Deren Umsetzung sieht der auf die flexible Blechbearbeitung spezialisierte Werkzeugmaschinenbauer Trumpf als große Chance. „Sie wird helfen, die internationale Wettbewerbsfähigkeit unserer Kunden zu sichern“, sagt Klaus Bauer, Leiter Systementwicklung Basistechnologie bei der Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG in Ditzingen. „Schon frühzeitig haben wir deshalb in die notwendigen Technologien investiert und unterstützen Forschungsprojekte rund um Industrie 4.0.“ So könne man bereits erste Bausteine einer Smart Factory präsentieren.

Die Smart Factory als Kernelement der Industrie 4.0 besteht aus sich selbst konfigurierenden Produktionsressourcen und den dazugehörigen Planungs- und Steuerungssystemen. In einem Netzwerk verbindet sie virtuelle und physische Produktionselemente, indem sie das Internet der Dinge und Dienste in der Fertigung nutzt. Fünf zum Teil widersprüchliche Begriffe kennzeichnen so ein Cyber-Physical System (CPS):

Zentraler Bestandteil eines solchen Netzwerks ist der Mensch, der Augmented Operator, der die Fertigung (dezentral) steuert und überwacht. „Als Erfahrungsträger und Entscheider behält der Mensch ganz bewusst eine wichtige Rolle in allen relevanten Abläufen des Produktionsnetzwerks“, bestätigt Klaus Bauer, „denn er kann Zielvorgaben situativ und kontextabhängig beeinflussen – unterstützt von IT-basierten Assistenzsystemen.“ Dazu zählen Planungssysteme für die Virtual Production, über die sich Fertigungsabläufe optimal organisieren lassen. Hinzu kommt die Möglichkeit, beispielsweise über mobile Geräte von jedem Ort der Welt in die Produktion eingreifen und Betriebs- und Produktzustände über Echtzeitabbilder überwachen zu können.

In der Fertigung selbst stehen Social Machines, die untereinander – und darüber hinaus mit Systemen von Zulieferern und Kunden – intelligent vernetzt sind. Sie können auf mögliche Abweichungen eigenständig und situationsabhängig sofort reagieren. Auf diese Weise soll ein Gesamtoptimum an Produktivität der Global Facility erreicht werden. Durch die Fertigung laufen dazu Smart Products, die beispielsweise über einen integrierten Chip mit ihrem Umfeld kommunizieren. Schon der Rohling eines Produkts ‚kennt‘ auf diese Weise seinen Status, seine Historie und seine Bestimmung – und kann damit den Maschinen selbständig mitteilen, wie er bearbeitet werden muss. Der Vorteil: Damit sollen sich Produkte mit der Losgröße Eins so wirtschaftlich produzieren lassen wie ihre Pendants in der Massenproduktion. Darüber hinaus bleiben in einem solchermaßen vernetzten Produktionssystem keine Kapazitätsengpässe und keine freien Ressourcen unerkannt. Es ist transparent und kann flexibel auf Abweichungen reagieren – schaltet aber bei Bedarf den Menschen als intelligenten Entscheider ein.

Noch allerdings ist eine solche Smart Factory nur eine Vision – um sie im großen Stil umsetzen zu können, fehlen Standards für Infrastruktur, Schnittstellen und Informationsträger. Auch die IT-Sicherheit ist in solch einem vernetzten System eine Herausforderung. Um Lösungen zu finden, müssen deshalb unterschiedliche Fachbereiche interdisziplinär zusammenarbeiten und voneinander lernen.

„Der Begriff Industrie 4.0 ist neu – aber die Idee dahinter gibt es bei uns schon seit mehreren Jahren“, erläutert Klaus Bauer. „Das gilt insbesondere für Produkte und Entwicklungsprojekte von Trumpf, mit denen wir die Vision der Smart Factory Schritt für Schritt in die Realität umsetzen werden.“ Ein besonderes Augenmerk liege dabei natürlich auf der Entwicklung der Social Machine. So setzen die Ditzinger bereits seit 1996 standardmäßig eine Ferndiagnose bei inzwischen über 30.000 Serien-Maschinen ein. Zunächst nutzte das Unternehmen dazu vorwiegend die Analog-Modem-Technologie, bevor 2010 der Serienbetrieb des Cloud-basierten Telepresence-Portals startete. Bei Bedarf kann darüber etwa eine Maschine in China signalisieren, dass Unterstützung erforderlich ist. Ein Experte von Trumpf in Deutschland kann dann aus der Ferne den Status der Maschine einsehen und bei Bedarf sogar in den Produktionsprozess eingreifen. „Mehrere tausend Maschinen sind bereits heute über diese neue Plattform mit uns intelligent vernetzt“, so Bauer weiter.

Ein weiterer Schritt hin zur dezentralen Steuerung vernetzter Produktionssysteme erfolgt über den Einsatz intelligenter Fertigungssteuerungssysteme und die Einführung mobiler Endgeräte. Mit ‚TruTops Fab‘ bietet Trumpf eine Software an, mit der Kunden die verschiedenen Produktionsressourcen in ihren Fertigungen überwachen können. Zudem können sie damit Kundenaufträge einlasten und den Produktionsablauf planen. Ein Teil dieser Funktionen lässt sich auch über das iPad von Apple von überall auf der Welt nutzen – solange ein Zugang zum Internet verfügbar ist. „Mobile Endgeräte werden im Rahmen von Industrie 4.0 immer mehr Einzug in moderne Produktionen finden“, berichtet Klaus Bauer. „Zukünftig soll es zudem möglich sein, Werkzeugmaschinen von uns über ein iPad zu bedienen.“

Ein ganz wesentliches Element der Smart Factory ist zudem die Prozesssicherheit. „Für uns ist es gerade in mannlosen Schichten entscheidend, dass die Maschine keinen ‚Ausschuss‘ liefert“, betont etwa Michael Grave, Betriebsleiter bei der Jörg Oberschmidt GmbH + Co. KG, einem Blechbearbeiter in Westerkappeln. Das Unternehmen konnte seit Juni 2012 die neue Stanz-Laser-Maschine TruMatic 6000 testen, bei der die Entwickler ihr Augenmerk insbesondere auf die Prozessüberwachung mit Hilfe von Assistenz-Systemen legten. So wird beispielsweise mit der Smart-Punch-Monitoring-Funktion geprüft, ob ein Loch gestanzt wurde – ein möglicher Stempelbruch lässt sich so frühzeitig erkennen. Insbesondere während der Nacht- und Wochenendschichten vermeidet diese Funktion Ausschuss. Darüber hinaus lässt sich per Sensor erkennen, ob ein fertiges Teil wider Erwarten nicht durch die Teileklappe gefallen ist – die Maschine kann dann das Teil einfach ‚abschütteln‘ und störungsfrei weiterarbeiten. „Die so mögliche Prozesssicherheit ist beeindruckend – ich bin schon seit 25 Jahren in diesem Geschäft, aber eine solche Zuverlässigkeit habe ich bei einer Kombimaschine noch nicht erlebt“, sagt Michael Grave.

Schon mit diesen ersten Elementen der Industrie 4.0 lässt sich ein Szenario einer ‚Integrated Industry‘ darstellen: Der Geschäftsführer überwacht seine Fertigung von unterwegs über sein iPad mit der TruTops-Fab-App. Erkennt er einen Kapazitätsengpass, kann er sich mit seinem Produktionsleiter vor Ort in Verbindung setzen. Fehlt diesem das Fachwissen, kann er einen Experten von Trumpf einschalten, der über das Telepresence-Portal einen genauen Blick auf die Maschine erhält und so kompetent weiterhelfen kann.

„Ziel unserer Entwicklungen rund um die Industrie 4.0 sind solche flexibleren, effizienteren und transparenteren Fertigungsprozesse – und damit eine gesteigerte Gesamtproduktivität und verbesserte Nutzung von Ressourcen“, betont Klaus Bauer von Trumpf. „Das wird unseren Kunden helfen, international wettbewerbsfähig zu bleiben.“ co