Was mit der einfachen Frage nach dem idealen Präzisionswerkzeug der Zukunft begann, wuchs sich bei den Innovationsworkshops des Industrial-Design-Unternehmens Design Tech zum Thema „Werkzeug der Zukunft“ schnell zu einer grundsätzlichen Debatte aus. Dementsprechend umwälzend waren auch die Ideen der Werkzeughersteller, die die Ammerbucher zu einem Konzept verarbeiteten.
Drohnen, so die Annahme der Innovatoren, werden zukünftig die Aufgabe heutiger Bearbeitungsmaschinen komplett übernehmen. Auf Abruf werden sie sich an eine mobile Werkstücksaufspannung, das so genannte Shuttle, andocken, um die Werkstücke im Kundenauftrag selbstständig zu bearbeiten. Eine Idee, die in ihrer Innovationsstärke die Erwartungen der Geschäftsführer und Ingenieure um „zwei Etagen“ übertraf, wie es Hans-Peter Böhm, stellvertretender F+E-Leiter der Elgan Diamantwerkzeuge GmbH & Co. KG, nach der Ergebnispräsentation auf den Punkt brachte.
Von Drohnen und Shuttles
Die Begeisterung der Teilnehmer der Innovationsworkshops hatte für den Inhaber von Design Tech, Jürgen R. Schmid, wesentlich damit zu tun, dass dabei viele für Ingenieure relevante technische Details vorgestellt wurden. Die referierenden Industrial Designer thematisierten beispielsweise die Verbindung zwischen Drohne und Werkstückaufnahme sowie den Transport und die Aktivitäten im Bearbeitungsshuttle. Um eine präzise Bearbeitung zu ermöglichen, verbinden sich diese Teilsysteme zuvor zu einem festen Gesamtsystem. Und auch das Shuttle selbst wird sich mit dem Fabrikboden verankern, um die bei der Bearbeitung entstehenden Gegenkräfte aufnehmen zu können.
Anders als bei der Inline-Fertigung mit ihren vordefinierten Arbeitsschritten, bewegen sich die Werkzeuge bei dem Drohnenkonzept jedoch völlig frei in der Fabrikhalle. Sie fliegen erst „wie ein Vogel zum Futterhäuschen“, wenn sie vom Shuttle, auf dem das Werkstück aufgespannt ist, dazu aufgefordert werden. Dann docken sie sich an und bearbeiten das Werkstück. Der gesamte Prozess steuert sich autonom je nach Auslastung und dabei logistisch intelligent. Möglich wird dies durch die Sensorik des Werkzeugs, der Drohne und des Shuttles – so wird eine Schwarmintelligenz erzeugt, die alle Produktionsschritte und die Logistik innerhalb des Bearbeitungssystems einschließt.
Bearbeitungsschritte im Visier
Auch das Industrial Design- und Funktionskonzept des Shuttles beweist, dass die Idee nicht der Feder eines Science-Fiction-Schreibers entsprungen ist, sondern das Ergebnis eines intensiven Austausches unterschiedlicher Experten aus Industrie und Forschung ist. Denn das vorgestellte Shuttle bewegt nicht nur das zukünftige Produkt sicher durch die unterschiedlichen Produktionsstufen. Es nimmt auch gleich die Späne sowie die Schmierstoffe während des Bearbeitungsvorgangs auf. An den Ankerplätzen, den Produktionsspots, versorgen sich die Shuttles mit der notwendigen Energie. Auch die Drohnen werden über eine Dockingstation induktiv aufgeladen. Zudem können sie hier ihre Materialspeicher auffüllen oder entstandene Späne oder Hitze direkt abführen.
Das Shuttle steuert die Abfolge der Bearbeitungsschritte und kommuniziert mit dem Werkzeug und der Drohne. Diese übernehmen dann je nach Ausstattung unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben. Das heißt, die eine „Drohnenart“ bohrt, die andere schleift, wieder eine sintert, eine andere laserschweißt und manche bringen Materialien additiv auf – ganz so, wie es der Auftrag erfordert. Zudem werden durch den variablen Einsatz der Drohnen und die hoch flexiblen Produktionsabläufe nach Ansicht von Design Tech neue Produktionsräume entstehen. So könnten die autonomen Shuttles und Drohnen etwa in vielstöckigen Produktionsplattformen, den sogenannten Supertalls, agieren. Dies hätte gleich mehrere Vorteile: Zum einen würde dank der kurzen Wege innerhalb dieser Supertalls die Effizienz in der Produktion erheblich gesteigert werden. Zum anderen ermöglicht der geringe Platzbedarf der flexiblen Bearbeitungsstationen zukünftig auch, Produktionsstandorte in Ballungsräumen und damit in unmittelbarer Nähe der Kunden zu etablieren – sowohl unter- als auch überirdisch.
Mit großen Schritten in die Zukunft
Schmid ist sich sicher: „Die Werkzeugdrohnen werden kommen.“ Zum einen, weil diese Art der Fertigung „eine für die Unternehmen profitable Losgröße eins ermöglicht, die mehr als eine Adaption von Standardmodulen ist“. Ein Punkt, der angesichts des Wunsches der Kunden nach bezahlbaren und wirklich individuellen Produkten zunehmend zu einer Überlebensfrage für die Firmen wird. Zum anderen gibt es bereits Prototypen von Arbeitsdrohnen, die mehr können, als Bilder aufnehmen oder Pakete befördern.
Forschungen von Dr. Mirko Kovac, Senior Lecturer an der Faculty of Engineering, Department of Aeronautics am Imperial College in London, werden wie die vieler anderer Wissenschaftler nach Ansicht von Schmid „die Grundlage dafür schaffen, dass die Werkzeugdrohnen über kurz oder lang die Fertigung übernehmen“. Das Feedback der Teilnehmer der Ergebnispräsentation stimmt ihn zuversichtlich, dass die hiesigen Präzisionswerkzeughersteller die Entwicklungen nicht verschlafen werden: Peter Schneck, Geschäftsführer der TDM Systems GmbH, will die vorgestellten Ideen, „die über das normale Engineering-Denken ein Stück hinausgehen“ in die eigenen Innovationsprozesse einbringen. Auch wenn er als Ingenieur noch etliche technische Herausforderungen ausmacht, „die Idee ist innovativ und ich möchte mich dieser auf keinen Fall verschließen“.
Versammelte Visionäre
An den Innovationsworkshops zum Thema „Werkzeug der Zukunft“ nahmen Vertreter von 18 Firmen und Forschungseinrichtungen teil, darunter Mapal, Schunk, Liebherr, Nagel, Kadia, das Fraunhofer IPA und der Hochschulcampus Tuttlingen. Mitinitiatoren der im Juli von Design Tech durchgeführten Veranstaltungen waren die Wirtschaftsförderung Stuttgart, der Verein Manufuture-BW e.V. sowie das Landesnetzwerk Mechatronik BW.
Animationsfilm: http://hier.pro/9xMCG
Blickt in die Zukunft: Der Initiator des Workshops, Maschinendesigner Jürgen R. Schmid von Design Tech.
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