Industrie 4.0

Wie weit ist die Digitalisierung von Werkzeugmaschinen?

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Auch die Werkzeugmaschinenbauer rüsten sich für Industrie 4.0. Bestehende Technik wird zunehmend mit neuen digitalisierten Komponenten vernetzt. In unserer Trendbefragung erklären Maschinenhersteller und Automatisierer welche Vorteile die Digitalisierung mit sich bringt, beleuchten aber auch die mit der „Werkzeugmaschine 4.0“ verbundenen Herausforderungen.

Interview: Johannes Gillar, stellvertretender Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Industrie 4.0 und die damit einhergehende Digitalisierung der Produktion ist in aller Munde. Wie weit ist der Werkzeugmaschinenbau beim Thema Digitalisierung?

Michael Brückner (Siemens): Für den Maschinenbau gibt es zwei Zielrichtungen. Zum einen mehr Effizienz und Flexibilität in der Entwicklung, z.B. mit konsequenter Virtualisierung im Entwicklungsprozess. Zum anderen, ergänzende Angebote für die Digitalisierung in der Produktion der Kunden bis hin zu neuen Geschäftsmodellen.

Markus Frank (Grob-Werke): Der deutsche Maschinenbau ist traditionell in der Vergangenheit nicht auf den Hype Industrie 4.0 oder Digitalisierung aufgesprungen. Jedoch zeigt die Entwicklung in den letzten 12 Monaten eine deutliche Steigerung von Aktivitäten und Bemühungen in diesem Bereich. Derzeit bieten einige wenige Firmen wirklich durchdachte Lösungen am Markt an. Die zur Verfügung stehenden Technologien sehen wir nicht als größtes Hindernis. Es ist eher die Wandlungsfähigkeit der Geschäftsmodelle, die in den Unternehmen angegangen werden muss. Es besteht auch eine Gefahr, dass branchenfremde Unternehmen im Werkzeugmaschinenbau bei der Digitalisierung nach neuen Geschäftsfeldern suchen. Dagegen kann durch kooperative Zusammenarbeit zwischen einzelnen Werkzeugmaschinenbauern direkt oder im Verband des VDWs noch stärker entgegengewirkt werden. In Summe sehen wir eine positive Entwicklung bei den technischen Lösungen und der Umsetzung der neuen Geschäftsmodelle in der Branche.

Dr.-Ing. Heinz-Jürgen Prokop (Trumpf/VDW): Die digitale Vernetzung und damit Industrie 4.0 hat die ganze Branche erfasst. Nachdem der Begriff auf der HMI 2011 vorgestellt wurde, konnten die Werkzeugmaschinenhersteller zunächst wenig damit anfangen. Heute sieht man auf den Leitmessen der Branche, dass die Hersteller die Chancen erkannt haben. Auch International ist eine enorme Dynamik entstanden. Unsere Branche verändert sich nachhaltig, und wir müssen uns in allen unternehmerischen Feldern auf diesen Wandel einstellen. Die Digitalisierung ist eine der Kernherausforderungen für die deutsche Werkzeugmaschinenindustrie. Sie bietet große Chancen, neue Wettbewerbsvorteile zu generieren und unser Angebotsportfolio auszubauen. Ich sehe uns in Deutschland gut aufgestellt, denn mit unseren technologischen Voraussetzungen haben wir die beste Ausgangsbasis, die Entwicklung zu gestalten.

Hansjörg Sannwald (Bosch Rexroth): Mit unserem Connected Automation Portfolio treiben wir die vierte industrielle Revolution aktiv voran und ermöglichen durch die Vernetzung von Automation und IT die Umsetzung von Industrie 4.0 in der Produktion. Diesen Wandel zur vernetzten Fertigung beobachten wir mehr und mehr auch bei Werkzeugmaschinen.

Michael Werbs (Schuler): Maschinen- und Anlagenbauer denken klassischerweise in Stahl und Eisen und haben ihre Produkte über Jahrzehnte hinweg perfektioniert. Doch die Hardware wird zunehmend von der Software verdrängt, weil sie noch viel mehr Spielraum zur Optimierung und damit zur Produktivitätssteigerung bietet. Viele Unternehmen haben das bereits erkannt und die nötigen Schritte unter anderem in der Rekrutierung von Fachkräften eingeleitet. Wie sich die Daten sinnvoll vernetzen lassen, ist allerdings eine ganz andere Frage, an der wir in den nächsten Jahren intensiv weiter arbeiten müssen.

elektro AUTOMATION: Wenn es um Digitalisierung der Fertigung geht, weisen die Experten auf die zahlreichen Vorteile hin. Doch wie sieht die andere Seite der Medaille aus? Welche Herausforderungen müssen die Maschinenbauer meistern, um in der autonomen Welt der Industrie 4.0 erfolgreich zu bestehen?

Brückner (Siemens): Mit Digitalisierung entsteht ein neues Arbeitsfeld, das weit über die Maschine hinausgeht. Das resultierende Geschäft mit Software und Services unterscheidet sich sehr deutlich vom klassischen Verkauf der Maschine. Zudem dreht es sich nicht nur um Anwendungen mit neuen Maschinen. Vielfach suchen Kunden Lösungen, die den besehenden Maschinenbestand (Brownfield) mit einbinden.

Frank (Grob-Werke): Das Thema Datenschutz und -sicherheit stehen mit an erster Stelle wenn es um Digitalisierung geht. Eine weitere Herausforderung zu Beginn ist die Schaffung einheitlicher Standards, um eine herstellerübergreifende Konnektivität und die Bildung einer gemeinsamen Plattformtechnologie zu erreichen. Unabhängig vom Maschinenhersteller sind benutzerfreundliche und einfach zu integrierende Lösungen erforderlich. Eine große Aufgabe ist, eine maschinennahe Vorverdichtung der relevanten Daten zu gewährleisten, um ressourcenschonende und kostengünstige Industrie 4.0 Lösungen bereitstellen zu können. In Zukunft werden selbstlernende Algorithmen, smarte Bauteile und zusätzliche Gadgets die Digitalisierung weiter vorantreiben. Es besteht die Gefahr, dass sich zwischen Maschinenbauern und Kunden, branchenfremde IoT-Organisationen ansiedeln, falls Trends nicht frühzeitig erkannt und Lösungen bereitgestellt werden.

Dr. Prokop (Trumpf/VDW): Mit den Chancen gehen sicherlich auch Risiken einher. Es werden neue Geschäftsmodelle entstehen, die erst durch Vernetzungstechnologien möglich werden und für den Kunden neue Dienstleistungsangebote erschließen. All das wird die Märkte, wie wir sie bisher kannten, verändern. Auch unser Verständnis von Arbeit und schließlich auch der Unternehmenskulturen wird sich einem Wandel unterziehen. Um den Anforderungen der Kunden in der vernetzten Welt von morgen gerecht werden zu können, müssen Mitarbeiter zunehmend in der Lage sein, schnell und flexibel die richtigen Entscheidungen dort zu treffen, wo sie benötigt werden. Es bedarf daher einer tiefgreifenden Veränderung des Rollenverständnisses der Führungskräfte. Weiterhin müssen Fachbereiche näher zusammenrücken und gemeinsam an Lösungen arbeiten. All dem steht das in den vergangenen 100 Jahren geprägte Denken in hierarchischen Organisationsstrukturen entgegen. Es benötigt daher einen kulturellen Wandel für dessen Zielzustand der Begriff „Agile“ geprägt wurde.Im Übrigen halte ich das Thema Informationssicherheit für noch brisanter als das Thema Datensicherheit. Derjenige, dem ich die Auswertung meiner Daten ermögliche, erhält grundsätzlich wesentlich mehr Informationen als er für den eigentlichen Zweck benötigt. Es spielt daher eine bedeutende Rolle inwieweit ich dem jeweiligen Unternehmen und den dort beschäftigten Mitarbeitern vertrauen kann.

Werbs (Schuler): Wenn es uns in Deutschland nicht gelingt, mit Hilfe von Industrie 4.0 die Technologieführerschaft im Maschinen- und Anlagenbau zu verteidigen, werden wir gegenüber anderen Standorten mit günstigeren Produktionsbedingungen zwangsläufig ins Hintertreffen geraten. Das Risiko besteht natürlich in einem Missbrauch der Daten. Durch geeignete Sicherheitsvorkehrungen lässt es sich jedoch auf ein beherrschbares Maß reduzieren. Die Fernwartung unserer Anlagen ist seit Jahren etabliert, und hierfür werden sichere Übertragungsmöglichkeiten genutzt. Diese Sicherheit müssen wir für alle Daten bieten, und damit die Grundlage für die weitere Nutzung schaffen.

elektro AUTOMATION: Vor dem Hintergrund der Industrie 4.0 wird viel über den digitalen Schatten bzw. digitalen Zwilling geredet. Um was geht es dabei konkret und welchen Nutzen haben Werkzeugmaschinenbauer und -betreiber davon?

Brückner (Siemens): Der Digitale Zwilling macht die Digitalisierung sichtbar. Der digitale Zwilling der Maschine kann in mehreren Anwendungsfällen zum Einsatz kommen: zu Beginn beim Erstellen eines Maschinenkonzeptes, bei der virtuellen Inbetriebnahme, zur Vorführung beim Verkauf der Maschine, beim Einfahren von Teilen in der Produktion bis hin zum Umbau und Service. Damit ergeben sich deutliche Zeiteinsparungen, Verbesserungen im Konzept sowie der Qualität und der Ausbringung in der Produktion. Mit Echtzeitdaten lassen sich durch konkrete Analysen des Fertigungsprozesses wichtige Informationen für den Maschinenbediener, Erkenntnisse über Qualität und Verbesserungen im Bearbeitungsprozess bis hin zu Indikationen für vorausschauende Wartung gewinnen – und das meist ohne zusätzliche Sensorik.

Frank (Grob-Werke): Die Echtzeitdaten liefern ein direktes Feedback und unterstützen die Entwicklung zur selbstlernenden Maschine. Der digitale Zwilling erlaubt es, Verfahren zu testen und Abläufe durchzuspielen ohne dabei die laufende Produktion zu belasten. Weiter bildet sich hier ein enormer Kostenvorteil, da physikalische Anlagen nicht beeinflusst werden.

Dr. Prokop (Trumpf/VDW): Der digitale Schatten ist ein Abbild aller relevanten Daten, die während eines Prozesses anfallen. Maschinenzustände, Verbrauchsdaten, Auftragsdaten, Bearbeitungszeiten, Ortsangaben von Teilen um nur einige zu nennen. Der digitale Schatten ist somit ein Echtzeitbild der betrachteten Fertigungsprozesse, das größtmögliche Transparenz schafft.

Der digitale Zwilling hingegen ist eine digitale Nachbildung des realen physischen Objekts, zum Beispiel einer Maschine. Mit dem digitalen Zwilling können unter anderem Bearbeitungsprozesse simuliert werden. Das ermöglicht es zum Beispiel, Kosten eines Auftrages im Voraus abzuschätzen sowie Daten für eine exaktere Fertigungsfeinplanung zu erzeugen. Der spätere Abgleich der Simulation am digitalen Zwilling mit den Daten des digitalen Schattens erlaubt es – in Verbindung mit selbstlernenden Algorithmen – die Genauigkeit einer Simulation fortlaufend zu verbessern. Das ist auch eine wichtige Basis um Ansätze für Prozessoptimierungen zu finden. Die Herausforderung für Hersteller und Unternehmen liegt in der Ausgestaltung beider Modelle.

Sannwald (Bosch Rexroth): Mit einem digitalen Zwilling können Konstrukteure ihre Anlagen vorab simulieren und testen. Maschinenhersteller werden die Steuerung zeitsparend vor oder parallel zur Maschinenmontage virtuell in Betrieb nehmen. Das spart Programmieraufwand und verkürzt die Time-to-Market.

Werbs (Schuler): Die Arbeit mit Modellen und Simulationen ist unser tägliches Geschäft. Spannend wird es, wenn man diese Daten mit den in Echtzeit erhobenen Daten vergleicht: Eine Abweichung zwischen Soll- und Ist-Zustand – beispielsweise bei der Temperatur oder dem Motorstrom – kann schon in einem frühen Stadium auf Fehler hinweisen.

elektro AUTOMATION: Welche Rolle spielt das Thema Simulation für die Werkzeugmaschine 4.0?

Brückner (Siemens): Simulation gibt es schon lange, aber erst durch den Einsatz des virtuellen NC Kerns (VNCK) kann im Vorfeld die Bearbeitung nahezu realitätsidentisch simuliert werden. So kann die Produktivzeit der Maschine deutlich erhöht und die Rentabilität gesteigert werden. Ein Beispiel ist das Einfahren der Fertigungsbauteile anhand des digitalen Abbilds der Werkzeugmaschine, ehe die Maschine überhaupt ausgeliefert wurde oder den laufenden Auftrag fertig gestellt hat

Frank (Grob-Werke): Die Simulation spielt eine größere Rolle denn je. Bauteile und Bearbeitungsvorgänge werden immer komplexer, Aufspannungen werden aus Zeit- und Kostengründen immer ausgefeilter und die NC-Programme immer umfangreicher. Eine Simulation ermöglicht es, die Zeiten für Rüsten, Aufspannen, Einfahren und Bearbeiten eines Bauteils zu verkürzen. Weiter werden Mitarbeiter sicherer im Umgang mit komplexer Bearbeitung und erhalten mehr Vertrauen in die CAM-Programmierung. Das Feedback aus der hauseigenen Produktion bestätigt diese Argumente. Es konnten seit der Einführung von Grob4Simulate unproduktive Nebenzeiten deutlich gesenkt werden. Zusätzlich werden Crashs und teure Reparaturen vermieden. Es sprechen weitere Anwendungsfälle für die Verwendung einer Simulation. Wird zum Beispiel hochflexibel, standortübergreifend produziert, so können Bauteile schnell und effizient auf andere Maschinenkapazitäten verteilt werden, um Produktionsschwankungen auszugleichen.

Dr. Prokop (Trumpf/VDW): Simulationen sind ein wesentlicher Nutzen der Digitalisierung in allen Phasen des Produktlebenszyklus. Von der FEM-Simulation während der Entwicklungsphase über die Feinplanung in der Produktion bis hin zu Prognosemodellen im Service fallen vielfältige Simulationsaufgaben an. Die Kenntnis über Machbarkeiten und den effizientesten Weg durch die Fertigung, hilft uns Zeit und Kosten zu sparen. Denken Sie nur an den Entfall kostenintensiver Prototypen in der Entwicklung. Aber auch im Bereich der Validierung und Absicherung der Qualität unserer Produkte wird die Simulation immer wichtiger. Bei der Vielzahl an Varianten und Systemkonstellationen sind Tests aufgrund der schieren Anzahl an Möglichkeiten oft nicht mehr wirtschaftlich darstellbar. Wenn man dem Kunden trotzdem stabile und sichere Produkte liefern will, kommt man an der Simulation nicht vorbei.

Sannwald (Bosch Rexroth): Neben der Simulation im Rahmen des Entwicklungsprozesses bei Maschinenbauern (Strukturmechanik, Maschinendynamik, Vorabinbetriebnahme) spielt für Maschinenbetreiber seit einigen Jahren die Simulation von Fertigungsprozessen eine wichtige Rolle. Und das sowohl für die Planung, als auch für die Optimierung von Prozessen. Eine Simulation ist jedoch nur so gut, wie die dafür zur Verfügung stehenden Daten. Die Werkzeugmaschine 4.0 bietet über Sensorik, Datenerfassung und Konnektivität neue Möglichkeiten, die Simulation mit der Realität abzugleichen.

Werbs (Schuler): Zur Optimierung von Produktionsprozessen auf Pressen setzen wir Simulationen schon seit vielen Jahren ein, lange bevor der Begriff Industrie 4.0 geprägt wurde. Beginnend bei der Simulation des Umformprozesses, die wichtige Daten für die Einstellung der Produktionsanlagen wie optimale Blechhalterkräfte oder Ziehgeschwindigkeiten liefert, bis hin zur Simulation des Fertigungsprozesses ermöglicht die Optimierung der Bewegungskurven aller Anlagenkomponenten zu einem gemeinsamen Optimum. Viele dieser Simulationen werden von unseren Kunden selbst durchgeführt. Schuler liefert dazu die Softwareprodukte, die für die Anlagenoptimierung notwendig sind, und bietet auch Schulungen an. Die Erhöhung der Produktivität steht dabei meist an erster Stelle. Im nächsten Schritt lassen sich aber auch Spitzen im Energiebedarf reduzieren und der Verschleiß von Komponenten, ohne dass dies auf Kosten der Ausbringung gehen würde.

elektro AUTOMATION: Die Integration von virtueller und realer Welt ist in vollem Gange. Stichwort ist hierbei die virtuelle Werkzeugmaschine. Welche Vorteile ergeben sich hierbei für die Anwender?

Brückner (Siemens): Der Anwender kann an seinem virtuell identischen Arbeitsvorbereitungsplatz alle Produktionsschritte im Vorfeld planen und optimieren. So lässt sich beispielsweise die Bearbeitungsstrategie für ein neues Werkstück in der virtuellen Maschine prüfen, während die reale Maschine weiterhin produktiv läuft.

Frank (Grob-Werke): Vorgänge können ohne Einfluss auf die Produktion „durchgespielt“ werden. Sowohl der Hersteller als auch der Kunde erhalten bessere Einblicke in die Abläufe und ein besseres Verständnis. Anwender können „trainieren“ ohne den Betrieb zu beeinflussen und das „Know-How“ deutlich schneller verbessern. Wartungs- und Inspektionsaufgaben oder sogar Reparaturen können mittels moderner AR (Augument-Reality) und VR (Virtual-Reality) Technologie unterstützt werden. Servicekosten können aus OEM-Sicht gespart werden und Expertenwissen ist dann weltweit verfügbar. Die Reduktion von Reisezeiten, die Einsparung von Ressourcen und die kürzeren Reaktionszeiten führen zu einem Wettbewerbsvorteil. Ein weiterer Vorteil ist die Zeitberechnung im Vorfeld, welche sich bei der Angebotsberechnung und Kapazitätsplanung bemerkbar macht.

Dr. Prokop (Trumpf/VDW): Je größer die Komplexität eines Bauteils, desto größer ist der Aufwand dieses an der Maschine einzufahren. Mit der virtuellen Werkzeugmaschine kann man in der Arbeitsvorbereitung frühzeitig das reale Maschinenverhalten berücksichtigen und sogar hauptzeitparallel NC-Programme einfahren. So können beispielsweise Kollisionsprüfungen durchgeführt und damit erheblich Zeit und Kosten eingespart sowie Maschinenstillstände und Ausschuss vermieden werden. Auch hilft die Simulation, die optimale Fertigungsmaschine aus dem verfügbaren Maschinenpool zu finden. In Verbindung mit der Vorabkenntnis der Bearbeitungsdauer kann so eine optimale Feinplanung aller Bearbeitungsschritte erfolgen und damit die Produktionskosten gesenkt und die Liefertreue gesteigert werden.

Sannwald (Bosch Rexroth): Hauptanwendungsgebiete der virtuellen Werkzeugmaschine sind die Vorabinbetriebnahme von Steuerungen und Regelungen sowie die CNC-Simulation im Rahmen der CAD/CAM-Prozesskette. Bosch Rexroth hat mit Simster eine kostenfreie und leistungsstarke Multidomain-Simulationsumgebung entwickelt, mit der sich geregelte Antriebssysteme innerhalb von Werkzeugmaschinen effizient modellieren und optimieren lassen. Um schnell einen digitalen Zwilling erstellen zu können, bringt Simster eine umfassende Modellbibliothek aus verschiedenen Domänen mit, darunter Hydraulik, Mechanik und Regelungstechnik. Über die Schnittstellentechnologie Open Core Interface (OCI) lassen sich Simster-Modelle direkt mit einer Rexroth-Steuerung als „Hardware-in-the-Loop“ (HiL) verknüpfen, um Regelungsstrukturen zuverlässig zu testen. OCI ist eine Programmier-Schnittstelle, die Hochsprachen-basierten Applikationen erlaubt, in Echtzeit auf Daten des Steuerungs- oder Antriebskerns zuzugreifen. Somit ergeben sich für den Maschinenbauer neue Anwendungsszenarien beim Rapid Control Prototyping. Aber auch für den Maschinenbetreiber bringt OCI neue Möglichkeiten. Der Echtzeitzugriff auf den Steuerungs- oder Antriebskern erlaubt neue Lösungen, z.B. eine Online-CNC-Simulation an der Maschine oder die Bedienung über Smart Devices. Das bringt Vorteile im Bereich einer intuitiven und komfortablen Maschinenbedienung und -visualisierung, z.B. um nicht einsehbare Bereiche im Arbeitsraum der Maschine virtuell sichtbar zu machen.

Werbs (Schuler): Der Automobilzulieferer Läpple Automotive setzt an seiner neuen Transferpresse am Standort Heilbronn den sogenannten Optimizer von Schuler ein, der in der Pressensteuerung Bestandteil der Visualisierung ist. Die intelligente Software sorgt dafür, dass Pressenstößel und Transfer optimal zusammenspielen, und berechnet optimale Bewegungskurven. Dadurch erhöht sich die Ausbringungsleistung um bis zu 20 Prozent. Die meisten Transferpressen von Schuler verfügen mittlerweile über diesen smarten Kurvengenerator. Anhand vorgegebener Werkzeugdaten in Millimetern – ohne die Eingabe abstrakter Kurbelwinkel – kann der Bauteiltransport von einer Werkzeugstufe in die nächste optimiert werden. Auf dieser Grundlage lässt sich die Leistungsfähigkeit der gesamten Anlage ausreizen.

elektro AUTOMATION: Mittlerweile gibt es im Werkzeugmaschinenbau verschiedene innovative Ansätze wie eine „fühlende“ Werkzeugmaschine oder neue Ansätze in der Sensorik, etwa eine modulare Mikrosensorik sowie sensorische Spanntechnik. Sind solche Ansätze Ihrer Einschätzung nach schon praxisreif oder befinden sie sich eher noch im Experimentierstadium?

Brückner (Siemens): Tatsächlich wurden bisher schon einige solcher Ansätze umgesetzt, wie zum Beispiel die Ermittlung und Auswertung von Spannzeiten um anhand von Trends ggf. eine Verschmutzung oder Abnutzung des Spannmechanismus rechtzeitig zu erkennen. Ob das für alle der von Ihnen genannten Punkte ebenfalls zutrifft, wird sich noch zeigen, aber wir sind überzeugt davon, dass wir hier in der Zukunft noch einiges erwarten können.

Frank (Grob-Werke): Sowohl als auch – Je schneller die Maschinen in der Lage sind Auskunft über Zustände zu erzeugen, zu ermitteln und zu übertragen, desto schneller wird die physikalische Produktion optimiert und an die heutigen möglichen Grenzen gebracht.

Das Handling dieser großen Datenmengen stellt hier jedoch die größte Herausforderung dar. Kosten für IT-Infrastruktur, Datenspeicherung und -verarbeitung sind hier noch sehr hoch. Aus diesem Grund gehen die Grob-Werke den Weg mit bereits eingebauten Sensoren und erweiterten Algorithmen, um die notwendigen Erkenntnisse zu gewinnen. Dies führt zur optimalen Ausnutzung der bestehenden Sensorik und zu keiner weiteren unnötigen Steigerung der Anlagenkomplexität. Somit können ältere Anlagen aufgerüstet werden. Ziel der Grob-Werke ist es, die Analyse mittels moderner Grob-Net4Industry-Software voranzutreiben, die bereits im eigenen Haus verwendet wird. Die Evaluierungsphase wird in den nächsten Monaten beendet. Nach internen Praxisuntersuchungen und laufenden Referenzprojekten, erfolgt nun die Markteinführung des Produktes Grob4Track.

Dr. Prokop (Trumpf/VDW): Es gibt sicher sehr spannende Ansätze im Bereich der Sensorik, die bereits Einzug in die Serie gehalten haben. Viele Ideen müssen sich aber erst noch in der harten industriellen Praxis bewähren, und ein lukratives Kosten-Nutzen-Verhältnis beweisen. Bereits praxisreif, allerdings noch nicht flächendeckend in unserer eigenen Branche eingesetzt, sehe ich MEMS-Sensoren (MEMS = Micro-Electro-Mechanical-System). Hier haben wir es mit einer Technologie zu tun, die es bereits zu einer enormen Verbreitung und damit auch Reife im Bereich der Automobil- und Smartphoneindustrie gebracht hat. Für viele Einsätze in der Werkzeugmaschine sind allerdings noch Hürden zu nehmen. Daraus ergeben sich jedoch viele neue Möglichkeiten, wie zum Beispiel Strukturdiagnosen über den Lebenszyklus der Maschine oder verbesserte Antriebsregelungen. Eine aus meiner Sicht weitaus größere Herausforderung ist die Verwendung der generierten Sensordaten. Die Möglichkeiten, die z.B. hinter den Begriffen Analytics, Deep Learning, Sensordatenfusion usw. stehen, werden uns in Zukunft wirklich innovative Ideen umsetzen lassen. Es wird aber noch einige Zeit dauern bis ein überzeugender Kundennutzen dargestellt werden kann.

Sannwald (Bosch Rexroth): Rexroth arbeitet kontinuierlich daran, seine Produkte und Komponenten rundum fit für den Einsatz in vernetzten Umgebungen zu machen. So schaffen wir die Basis für neue Lösungsansätze der Maschinenhersteller. Als Teil der Bosch Gruppe treibt Bosch Rexroth das Thema Industrie 4.0 weltweit voran. Als Leitanwender von Industrie 4.0 setzen wir Industrie 4.0 schrittweise in unseren eigenen Werken um. Die Praxiserfahrungen aus unseren Pilotprojekten fließen direkt in unsere Automationslösungen ein.

Werbs (Schuler): Unsere Anlagen liefern schon jetzt Daten mit Hilfe von am Markt verfügbaren Sensoren, die an den verschiedensten Stellen verbaut sind – beispielsweise um die Presskraft zu messen. Werden die richtigen Rückschlüsse aus diesen Informationen gezogen, birgt auch dieser Bereich enorme Potentiale. Weicht der Presskraftverlauf beispielsweise von einem bestimmten Muster ab, ist das ein Hinweis auf Unregelmäßigkeiten im Prozess. Auf diese Weise lassen sich wichtige Informationen für die Instandhaltung der Linie sammeln und Schäden für Maschine und Werkzeug vermeiden. Welche Vorteile die Mikrosensorik uns bieten kann, erkunden wir gerade in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit unserem Mehrheitseigner Andritz.

elektro AUTOMATION: Wenn es um die Werkzeugmaschine 4.0 und Digitalisierung geht, kommt automatisch die Automatisierungstechnik ins Spiel. Welche Anforderungen müssen die Automatisierer erfüllen, um den Maschinenbau dabei zu unterstützen Werkzeugmaschinen Industrie-4.0-tauglich zu machen?

Brückner (Siemens): Die Anforderungen liegen darin, dass in Zukunft für eine Systementscheidung nicht nur eine effiziente Automatisierung der Anlage ausreicht. Auch die zusätzlichen Anforderungen des Managements der Endkunden (die mit den automatisierten Anlagen produzieren), nach belastbaren Daten gilt es möglichst einfach zu erfüllen. Dabei steht auch die Sicherheit der Daten und Verfahren, wie sie zum Beispiel durch eine IT beim Kunden gefordert sind im Mittelpunkt. In dieser Verknüpfung der verschiedenen Kommunikationsnetze, auf Maschinen, Produktionslinien und Fertigungsebene sehen wir die großen Herausforderungen. Nehmen Sie als Beispiel die Anbindung einer Maschine aus einem Fertigungsnetz an die Mindsphere, unsere Datencloud: Alle vorgenannten Aspekte werden berücksichtigt und doch erfolgt die tatsächliche Anbindung einer Anlage innerhalb von Minuten. Und das schließt auch ältere Maschinen im Bestand des Kunden mit ein.

Frank (Grob-Werke): Bei der Entwicklung neuer Maschinen muss bereits die notwendige Konnektivität vorbereitet sein und einheitliche Standards verwendet werden. Es sind Lösungen notwendig, um alte Maschinen einfach an bestehende Systeme anzuknüpfen, also modulare Bauweise schon im Standard bereitzustellen.Klar ist auch, dass der Automatisierer diese Mammutaufgabe nicht alleine bewerkstelligen kann. In Zukunft werden sich die Maschinenbauer, Automatiserer und Steuerungsanbieter auf gemeinsame Schnittstellen einigen müssen, um die stetig steigende Komplexität noch beherrschen zu können.

Dr. Prokop (Trumpf/VDW): Wesentliche Potenziale der Industrie 4.0 liegen in der Automatisierung des gesamten Auftragsdurchlaufs und der Behebung von Prozessstörungen. Dazu müssen sowohl die digitale als auch die physische Welt automatisiert und synchronisiert werden. Der Automatisierungstechnik kommt mit der durchgängigen Regelung des Materialflusses dabei eine wichtige Aufgabe zu. Eine wesentliche Anforderung sehe ich in der Beschreibung und einheitlichen Ausgestaltung der Schnittstellen. Die Komplexität von automatisierten Systemen werden wir nur dann beherrschen und wirtschaftliche Lösungen darstellen können, wenn wir eng mit den Lieferanten der Automatisierungstechnik zusammenarbeiten. Ziel ist es modulare Lösungen zu schaffen, die flexibel und ohne großen Entwicklungsaufwand an individuelle Kundenlösungen angepasst werden können. Auf diesem Weg können wir einen enormen Nutzen generieren. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass in vielen Fällen Produktivitätssteigerungen von bis zu 50% kein Hexenwerk sind.

Sannwald (Bosch Rexroth): Die Vernetzung der Produktion kann nur gelingen, wenn Endanwender, Maschinenhersteller, Wissenschaft und Automatisierungshersteller dies gemeinsam angehen. Wir benötigen zum einen mehr Intelligenz auf der Feldebene. Daran arbeiten wir kontinuierlich, zum Beispiel indem wir unsere Hydraulik rundum fit für den Einsatz in vernetzten Umgebungen machen. Zum anderen erfordert Vernetzung zwingend Hersteller übergreifende Standards für eine reibungslose Kommunikation und eine schnelle Programmierung. Industrie 4.0 macht proprietäre Systeme definitiv zum Auslaufmodell. Rexroth unterstützt seit jeher internationale Standards.

Werbs (Schuler): Für die meisten unserer Pressen entwickeln wir die Mechanisierung in Form von Transfers, Feedern und Bandanlagen selbst. Damit ist eine hundertprozentige Kompatibilität garantiert – nicht nur hinsichtlich der Mechanik, sondern auch der digitalen Schnittstellen. Durch die Simulation von Pressen und Automationskomponenten lässt sich sowohl die Zeit für den Teile-Transport minimieren als auch die Dauer der Inbetriebnahme verkürzen, weil diese in großen Teilen schon virtuell vorweggenommen wird. Hinsichtlich der Steuerungstechnik und Echtzeitregelungssysteme besteht die Herausforderung darin, neue Features und Updates prozesssicher zu integrieren – in anderen Worten: sie auf die Vernetzung vorzubereiten.

elektro AUTOMATION: Welche Lösungen hat Ihr Unternehmen in Sachen Werkzeugmaschine 4.0 im Portfolio?

Brückner (Siemens): Mit dem ganzheitlichen Portfolioangebot „CNC Shopfloor Management Software“ bietet Siemens sein Digitalisierungsportfolio für die Werkzeugmaschinenbranche an. Eine alles integrierende IT-Infrastruktur mit den drei Ebenen ‘In Cloud‘, ‘In Line‘ und ‘In Machine‘ bildet dafür den zukunftsfähigen Rahmen. Den Ebenen entsprechend wurden die drei Plattformen Mindsphere, Sinumerik Integrate und Sinumerik Edge entwickelt, mit maßgeschneiderten Funktionalitäten von der Maschine bis zur Cloud.

Frank (Grob-Werke): Die Grob-Net4Industry-Produktfamilie umfasst aktuell elf Produkte, welche sich in folgende Kategorien unterteilen:

  • Analyse/Produktivität/Überwachung

Grob4Line (Smartphone-Applikation zur ortsunabhängigen Maschinenzustandsüberwachung mit Benachrichtigungsdienst)

Grob4Analyze (Analyse-Programm zur Potenzialermittlung der unproduktiven Zeiten für den täglichen KVP)

  • Simulation /Training

Grob4Simulate (High-End NC-Simulation zur Vermeidung von Kollisionen und zur Produktivitätssteigerung)

Grob4Coach (Trainingssoftware zur Schulung von Mitarbeitern und hauptzeitparallele NC-Programmierung auf PC-Basis)

  • Konnektivität

Grob4Interface (Kommunikationssoftware zur Übertragung von PLC- und NC-Daten)

Grob4Portal (Online-Plattform zur Administration der Grob-Net4Industry Produktfamilie)

Grob4Connect (Webbasierte papierlose Bereitstellung von Arbeitsvorbereitungsdaten und maschinennahe Rückmeldung in die ERP, PLM, TDM oder MES-Systeme)

  • Bedienkonzept/Hardware

Grob4Pilot (Innovatives multifunktionelles 24”-Touch-Bedienpult mit Zugriff auf die Grob-NET4Industry Plattform)

Grob4Automation (Leitrechnersoftware zur autonomen Werkstückverwaltung und Realisierung von mannlosen Schichten)

  • Service/Maintenance

Grob4Track (Automatisiertes Condition-Monitoring zur Vorbeugung von ungeplanten Maschinenstillständen und Planung von Wartungsarbeiten)

Grob4Care (Service- und Instandhaltungsportal für die Bestellung von Ersatzteilen und Dienstleistungen)

Sannwald (Bosch Rexroth): Ein Thema im Kontext von Industrie 4.0 ist die Auswertung von Datenströmen zur Optimierung der Fertigung und Logistik – Big Data. Der Data Analytics Server von Rexroth ist eine Lösung zur Speicherung und Analyse von Maschinendaten. Die Datenbanklösung zeichnet sich dadurch aus, dass die Signale von Sensoren, Steuerung und Antrieben in Echtzeit aufgezeichnet und verarbeitet werden. Damit sind wirtschaftliche Lösungen für Prozess- und Condition Monitoring von der Einzelmaschine bis hin zur Fertigungszelle möglich. Das integrierte Diagnoselogbuch erlaubt zudem eine Top-10-Fehleranalyse zur Optimierung der Maschinenverfügbarkeit. Industrie 4.0-Konzepte erfordern auch das Einbinden älterer Maschinen und Fertigungsmodule in vernetzte Strukturen. Das übernimmt beispielsweise das IoT Gateway von Rexroth. Die Kompaktsteuerung verarbeitet die Daten nachträglich angebrachter Sensoren vor Ort vor und sendet sie ohne Umweg über die Maschinensteuerung an übergeordnete Systeme. Die Kommunikation erfolgt durchweg mittels offener, standardisierter Protokolle. Die Inbetriebnahme erfordert keinerlei SPS-Programmierung, darum können Techniker sie innerhalb weniger Arbeitsstunden montieren und mit dem Netzwerk verbinden. In einem nächsten Schritt wird die Vernetzung durch Industrie 4.0 die energetische Kopplung aller Verbraucher einer Fertigungslinie oder Fabrik ermöglichen. Die Software kennt im Voraus die anstehenden Verbrauchswerte der Maschinen und kann Lastspitzen gegeneinander verschieben. Unabdingbare Voraussetzung hierfür sind offene Kommunikationsstandards und dezentrale Intelligenz.

Werbs (Schuler): Mit dem „Smart Press Shop“ zeigt Schuler, wie Lösungen zur Vernetzung in der Umformtechnik nicht nur die Prozesssicherheit, Qualität und Wirtschaftlichkeit der Produktion erhöhen, sondern auch die Bediener- und Servicefreundlichkeit. Neben dem Smart Assist und zahlreichen Systemen zur Simulation in der Fertigung zählt dazu unter anderem auch unsere Service App, die Kunden noch besser dabei unterstützt, die Verfügbarkeit ihrer Anlagen zu erhöhen und Stillstände zu minimieren. Der Dialog mit den Experten von Schuler über die intuitiv bedienbare Software führt in der Regel zu einer schnelleren Problemlösung. Über ihr Smartphone erhalten die Kunden eine kompetente Hilfestellung, noch während sie an ihrer Presse stehen.

elektro AUTOMATION: In Großbetrieben sind vernetzte Maschinen in der Fertigung vielfach bereits Realität. Wie sieht es mit der Umsetzung bei kleinen und mittelständischen Unternehmen aus?

Brückner (Siemens): Auch in kleinen und mittelständischen Unternehmen lässt sich Schritt für Schritt die Digitalisierung umsetzen. Der ideale Einstig bietet Manage MyMachines, eine MindApp auf Mindsphere. Ohne große Investition gelingt der Einstieg zum digitalen Unternehmen und schafft die notwendige Transparenz für mehr Produktivität. Gerade für kleine und mittelständige Unternehmen bieten wir Einstiegslösungen für die Digitalisierung und damit zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit.

Frank (Grob-Werke): Dies ist stark abhängig von den Unternehmen. Einige setzen sich stark mit der Digitalisierung ihres Unternehmens auseinander und wollen sich dadurch Wettbewerbsvorteile verschaffen. Gerade bei Lohnfertigern ist der Wettbewerb hart umkämpft. Andere beobachten die Entwicklung aus einer gewissen Distanz. Bei unseren Kundengesprächen wird die IT-Sicherheit bei größeren Unternehmen deutlich wichtiger eingeschätzt. Kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) setzen Ihre Prioritäten eher auf den Nutzen und den konkreten Vorteil. Sei es Kosteneinsparung oder Produktivitätssteigerungen. Jedoch haben die KMU´s eher die Schwierigkeiten eine eigene IT-Infrastruktur stabil betreiben zu können. Vor allem in der Test- und Evaluierungsphase kommen hier häufiger Cloud-Lösungen zum Einsatz. Abschließend kann man durchaus sagen, dass die KMU´s schneller und effizienter bei der Umsetzung sind als größere Unternehmen. Hier ist oft der administrative oder organisatorische Aufwand ein Vielfaches größer. Fazit: Wer klein ist, ist auch agiler und schneller, das dürfen die großen nicht vergessen.

Dr. Prokop (Trumpf/VDW): Kleine und mittelständische Unternehmen waren zunächst eher zögerlich im Umgang mit der vernetzten Fertigung. Dieses Bild wandelt sich allerdings zurzeit rasant. Lohnte es sich bisher eher im Bereich der Massenfertigung durchgängige Vernetzungslösungen zu etablieren, entstehen nun Stück für Stück Angebote die auch für kleinere Losgrößen attraktiv sind. Die Potenziale der Vernetzung sind erkannt. Immer mehr Kunden kommen auf uns zu und bitten uns zu helfen Ihre Probleme zu lösen. Ich denke es ist nur eine Frage der Zeit, bis die digitale Vernetzung der Fertigung in der Breite des Markts Fuß gefasst hat.

Sannwald (Bosch Rexroth): Allein in Deutschland stehen mehrere zehn Millionen funktionsfähige Maschinen ohne Industrie-4.0-Anbindung. Denn insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen ist die Idee, komplett neue Werke auf der grünen Wiese zu errichten, in der Regel zu teuer, mit zu hohen Risiken behaftet und damit schlichtweg unrealistisch. Eine wirtschaftlichere Lösung ist der so genannte Brownfield-Ansatz, bei dem Unternehmen bereits installierte Maschinen wo möglich weiter verwenden. Die Vernetzung erfolgt hier erst im kleinen, dann im immer größeren Rahmen mit den eigenen Mitarbeitern, die die individuellen Rahmenbedingungen kennen und über das notwendige Prozesswissen verfügen.

Werbs (Schuler): In der Automobilindustrie nehmen die OEMs klassischerweise eine Vorreiterrolle bei der Umsetzung von Innovationen ein, weil sie naturgemäß über mehr Ressourcen und Kapazitäten verfügen als die Tier-2– und Tier-3-Zulieferer. Bei der Digitalisierung und Vernetzung erwarten die KMUs Lösungen von uns. An sie richten sich Entwicklungen wie der „Smart Assist“, der auch Bediener ohne spezifische Vorkenntnisse schrittweise durch einen Optimierungsprozess führt.

Informationen zum Digitalen Zwilling:
http://hier.pro/g2yq3


„Es dreht sich bei der Digitalisierung nicht nur um Anwendungen mit neuen Maschinen. Vielfach suchen Kunden Lösungen, die den bestehenden Maschinenbestand (Brownfield) mit einbinden.“

Michael Brückner, Vice President Sales Machine Tool Systems, Siemens
Bild Siemens

„Die Entwicklung in den letzten 12 Monaten zeigt eine deutliche Steigerung von Aktivitäten und Bemühungen im Bereich Industrie 4.0.“

Markus Frank, Abteilungsleiter Grob-Net4Industry, Grob-Werke
Bild: Grob-Werke

„Um den Anforderungen der Kunden in der vernetzten Welt von morgen gerecht werden zu können, müssen Mitarbeiter zunehmend in der Lage sein, schnell und flexibel die richtigen Entscheidungen dort zu treffen, wo sie benötigt werden.“

Dr. Heinz-Jürgen Prokop, Vorsitzender des VDW e.V.
Bild: Trumpf

„Mit einem digitalen Zwilling können Konstrukteure ihre Anlagen vorab simulieren und testen. Maschinenhersteller werden die Steuerung zeitsparend vor oder parallel zur Maschinenmontage virtuell in Betrieb nehmen.“

Hansjörg Sannwald, Leiter Markt- und Produktmanagement CNC-Systeme, Bosch Rexroth
Bild: Bosch Rexroth

„Wenn es uns in Deutschland nicht gelingt, mit Hilfe von Industrie 4.0 die Technologieführerschaft im Maschinen- und Anlagenbau zu verteidigen, werden wir gegenüber anderen Standorten mit günstigeren Produktionsbedingungen ins Hintertreffen geraten.“

Michael Werbs, Leiter Technologiemanagement, Schuler
Bild: Schuler

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