Intelligente Fertigung: Auf dem Weg zu Losgröße 1

Hannover Messe: Intelligente Fertigung

Auf dem Weg zu Losgröße 1

Mit Digitalisierung und serviceorientierter Architektur zum flexiblen Produktionsnetzwerk. Bild: Fraunhofer IPT
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Derzeit sind in der industriellen Fertigung fest programmierte, einzelne Arbeitsschritte üblich. Doch wenn Maschinen plötzlich ausfallen, liegt die Produktion still. Fraunhofer-Forscher bieten mit dem Digital Twin einen besseren Weg

In der Fertigung wird heute ein Bauteil, zum Beispiel ein Motorblock oder der Rohling für eine Turbinenschaufel, in verketteten Bearbeitungsprozessen von mehreren Maschinen bearbeitet. Die Systeme drehen und fräsen das Bauteil und vermessen es zwischendurch immer wieder automatisch. Die Reihenfolge der Arbeitsschritte und die dafür benötigten Maschinen und Geräte sind in einer Art Fahrplan genau festgelegt. Doch ein solcher Plan arbeitet die einzelnen Schritte starr nacheinander ab. Fallen Maschinen aus oder müssen Bauteile aufgrund von Kundenwünschen priorisiert werden, muss der Unternehmer die Produktion mit hohem Aufwand umplanen oder den Maschinenpark umrüsten. Das kostet Zeit und Geld.
Besser wäre es, wenn sich der Arbeitsablauf flexibel entwickeln ließe. Arbeitsschritte kämen von keinem zentralen Steuerprogramm, sondern von den Bauteilen selbst. Jedes entschiede für sich, wie es am besten durch die Prozesskette liefe. Luftschloss? Ganz im Gegenteil: Entwickler des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT (Halle 2, Stand C22) arbeiten an so einem System.
„Serviceorientierte Architektur für die adaptive und vernetzte Produktion“ heißt es. Ähnlich einem Navigationssystem im Auto, das mit aktuellen Daten die schnellste Route in Echtzeit berechnet, wird zunächst zu jedem Bauteil die Information gespeichert, die vorgibt, welche Produktionsschritte es durchlaufen soll. Dabei ist bewusst offengelassen, welche Maschine zum Einsatz kommt. Erst wenn ein Bearbeitungsschritt ansteht, wählt das System aus den geeigneten Maschinen diejenige aus, die schnellstmöglich verfügbar ist. Damit ein Bauteil individuell erkannt wird, trägt es einen QR-Code.
Bei jedem Produktionsschritt merkt sich die Software, wie ein Bauteil bearbeitet wurde, beispielsweise „Loch ist gebohrt mit Maschinenparameter A und Werkzeug X“. Aus dieser Historie entsteht ein sogenannter Digital Twin (digitaler Zwilling). Man kann jederzeit sehen, was an einem Bauteil bereits bearbeitet wurde und welche Schritte noch bevorstehen. Der Digital Twin ist besonders wirksam für Hersteller, die Chargen unterschiedlicher Bauteile fertigen. Denn beim Wechsel auf einen neuen Arbeitslauf müssen keine Systeme umgestellt werden.
Unikate dank flexibler Produktion, Unabhängigkeit durch Plug and Produce
Das „Smart Manufacturing Network“ (intelligentes Fertigungsnetzwerk) verwaltet den Digital Twin. Im Nachhinein analysiert es seine Prozessdaten und verwendet sie weiter, um die Prozessrobustheit und Produktqualität zu erhöhen. „Durch die Vernetzung von Bauteilen und Maschinen können Unternehmen in Zukunft hintereinander Unikate fertigen, also sogar Chargen mit Losgröße 1“, sagt Michael Kulik, der als Projektleiter am Fraunhofer die neue Software mitentwickelt.
Einzigartig dabei ist das Menü, worüber der Nutzer die Reihenfolge des Produktionsprozesses konfiguriert. Aus einer Liste aller Dienste zieht er einzelne Arbeitsschritte per Drag and Drop in die gewünschte Prozesskette und reiht diese wie Bausteine aneinander. Fällt eine Maschine aus, wird das Bauteil einfach und flexibel zu einer anderen verfügbaren Maschine umgeleitet, die den nächsten Arbeitsschritt anbietet. Möglich ist dies, da in dem Rezept des Digital Twins im Detail gespeichert ist, welcher Schritt als nächster zu erfolgen hat.
„Viele Maschinen können in einer Fertigungslinie mehrere Aufgaben erfüllen“, erklärt Kulik. „Eine technisch ausgefeilte 5-Achs-Fräsmaschine kann zum Beispiel auch den Job einer einfacheren 3-Achs-Fräsmaschine erledigen. Innerhalb des Smart Manufacturing Network kann die serviceorientierte Software in Zukunft flexibel entscheiden, den Job auf der 5-Achs-Maschine zu erledigen, die gerade frei ist.“
Wichtig ist für die flexible Produktion auch, dass Maschinen verschiedener Hersteller sich leicht in das Smart Manufacturing Network integrieren lassen müssen. Daran arbeitet das IPT im Fraunhofer-Leistungszentrum „Vernetzte, adaptive Produktion“ gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie. „Eine Art Plug and Play, wie man es von Alltagstechnik kennt, gibt es in der Industrie noch nicht“, sagt Dr. Thomas Bobek, Koordinator des Fraunhofer Leistungszentrums. „Unser Ziel ist es deshalb, ein Plug and Produce möglich zu machen.“ (sk)

Forschung zum Anfassen
Auf der Research & Technology in Halle 2 präsentieren auch in diesem Jahr wieder führende internationale Forschungsinstitute – wie etwa die Fraunhofer-Gesellschaft, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die 4TU.Förderation (Niederlande) oder die Schweizer Innovationsparks – ihre Neuheiten. Die Schirmherrschaft der Leitmesse übernimmt Prof. Dr. Johanna Wanka, Bundesministerin für Bildung und Forschung der Bundesrepublik Deutschland. Neben den Forschungsinstituten zählen zu den rund 400 Ausstellern Universitäten, Fachhochschulen, Forschungsinstitute, Fördernetzwerke sowie Unternehmen und Länder- und Regionsvertretungen. Daneben präsentieren Dienstleister ihre Angebote etwa zu Finanzierung, Normung, Vermarktung oder Gestaltung.

Start-up-Treff
Zehn Minuten, um eine Idee zu verkaufen, um ein Publikum zu begeistern, um Förderer zu gewinnen. Vielleicht, um einen Lebenstraum zu verwirklichen. Darum geht es im „Startup Pitch @ Young Tech Enterprises“. Nach der Premiere im Vorjahr richtet die Hannover Messe gemeinsam mit dem Bundesverband Deutsche Startups (BVDS) erneut den Wettbewerb aus. Dabei kämpfen insgesamt 40 junge Unternehmen nicht nur um ein Preisgeld, sondern auch um potenzielle Investoren, Kunden, Partner und mediale Aufmerksamkeit. Die Themen reichen von industrieller Automation, Antriebs- und Fluidtechnik, Energie bis hin zu Druckluft und Vakuumtechnik, industrielle Zulieferung und Forschung. Die Pitches werden täglich auf der Young Tech Enterprises Bühne in der Halle 3 organisiert. Eine Fachjury ermittelt den Gewinner. Der Preis ist mit 1000 Euro dotiert und wird von der Constantia New Business bereitgestellt.


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