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Fertigung: Digitale Vernetzung und KI verändern die Prozesse

Messe EMO 2019: Fertigung
Digitale Vernetzung und KI verändern die Prozesse

Digitale Vernetzung, Konnektivität und Künstliche Intelligenz – diese Themen werden die EMO 2019 prägen. Aber sie werden beileibe nicht die einzigen spannenden Neuheiten bieten. ❧

Mona Willrett

Jeder redet über die Megatrends, doch auch die klassische Maschinentechnik entwickelt sich weiter. Je nach Zielsetzung sind die neuen oder weiterentwickelten Modelle abermals steifer und robuster, ergonomischer und wartungsfreundlicher, produktiver oder präziser als ihre Vorgänger. Mit den 5-Achsen-Zentren G350a und G550a präsentiert zum Beispiel Grob (Halle 12, Stand B06) neue Einsteigermodelle in die Premiumwelt des Hauses, die insbesondere aus Kostensicht überzeugen sollen. Solche Maschinen bieten zwar in der Regel nicht den vollen Leistungs- und Ausstattungsumfang ihrer Highend-Geschwister, befinden sich aber in Sachen Präzision und Zuverlässigkeit auf Augenhöhe.

Interessante und clevere Angebote werden viele Ausseller zudem im Bereich Automatisierung zeigen. Weil der Wettbewerbsdruck zunehmend auch Kleinserien-, Einzelteil- und Prototypfertiger zwingt, immer mehr produktive Stunden aus ihren Anlagen zu kitzeln, sind viele der neuen Automationsmodule auf deren Bedarf zugeschnitten. Vergleichsweise preisgünstig sowie flexibel und einfach zu handhabend, sollen sie gerade kleineren Betrieben helfen, Produktivitätsreserven zu erschließen. Etwa durch mannlose Schichten nach Feierabend. Ein Beispiel für ein solches Modul ist die kompakte, modulare Roboterzelle RS 05-2 von Hermle (Halle 12, Stand C36), die an verschiedene Maschinen der Gosheimer passt und sich nach Bedarf des Kunden konfigurieren lässt.

Doch auch dort, wo bislang Großserien gefragt waren, erleben die Produktionsbetriebe den Wandel zu kleineren Losen mit hoher Varianz. Zudem kommen die Aufträge immer kurzfristiger, sollen aber schnell lieferbereit sein. Damit ihre Kunden das stemmen können, entwickelten beispielsweise DMG Mori (Halle 2) – mehr dazu auf Seite 46 – oder FFG (Halle 14) flexible Automationslösungen, von denen einige mit selbstfahrenden Transportsystemen ausgestattet sind, die die verschiedenen Module der Fertigungszelle verbinden.

Maschine hört auf gesprochene Befehle

Doch selbst dort, wo es darum geht, klassische Prozesse zu optimieren, kommen jedoch zunehmend auch digitale Systeme ins Spiel. Sie sollen den Nutzer bei seiner täglichen Arbeit unterstützen. Beispiele dafür sind touchfähige SmartPads, mit deren Hilfe sich Roboterzellen einfach und effizient programmieren lassen. Oder Maschinen, die durch sprachgesteuerte Systeme wie Athena von Makino (Halle 12, Stand B36) gehorchen aufs Wort. Athena stellt laut dem japanischen Maschinenbauer einen großen Fortschritt in der Mensch-Maschine-Kommunikation dar. Das System funktioniert laut Makino auch in Fertigungsstätten ohne Internet-Anbindung. Es protokolliert, steuert, berät, berechnet und unterstützt moderne Produktionsanlagen.

Aber das Thema Digitalisierung reicht längst viel weiter. Bei Okuma (Halle 27, Stand D26) beispielsweise basiert das IoT-Konzept auf neuesten Entwicklungen, die ursprünglich für die eigenen Smart Factories entwickelt wurden. Es kombiniert Big Data, Künstliche Intelligenz und intelligente Fertigungstechniken. Digitalisierung beginnt beim japanischen Maschinenbauer lange vor der eigentlichen Zerspanung. Der 3D Virtual Monitor etwa ermöglicht, den gesamten Zerspanungsprozess vorab zu simulieren und zu testen. So lassen sich Programmierfehler vermeiden und die Einfahrzeit verkürzen. Und die Software Connect Plan bietet Echtzeit-Updates zu allen Maschinen im Fertigungsprozess – egal, wo sie stehen. Mit den Live-Informationen lässt sich die Auslastung der gesamten Produktionsumgebung analysieren und optimieren. Auch Werkzeugmaschinen von Fremdanbietern können integriert werden.

Keine Vision mehr, sondern tägliche Realität

Dass sich unterschiedlichste Maschinen und Systeme verschiedener Hersteller schnell und einfach vernetzen lassen, gehört zu den wichtigsten Voraussetzungen von Industrie 4.0 und einer Smart Factory. Gerade in Sachen Konnektivität bietet die EMO 2019 ein besonderes Highlight: 60 Maschinenbauer und 20 Software-Anbieter aus weltweit zehn Ländern demonstrieren in einem umfangreichen Show Case, was der neue Schnittstellenstandard Umati kann und bringt (mehr dazu auf Seite 36). „Wenn Umati von allen als einheitliche Schnittstelle akzeptiert wird, gibt es in Zukunft keine Grenzen mehr im Bereich der Digitalisierung“, sagt Sascha Gersmann, Leiter Marketing bei Citizen Europe (Halle 26, Stand D26). Insbesondere mit Blick auf die bislang erforderlichen aufwändigen individuellen Anpassungen an die Gegebenheiten bei jedem Kunden sei eine standardisierte Schnittstelle ein immens großer Fortschritt.

Laut Kenneth Sundberg, Managing Director After Sales bei WFL (Halle 26, Stand C16), nimmt die Vernetzung von Werkzeugmaschinen, Werkzeugen, Robotern und IT-Systemen zu einem Gesamtsystem mit kompletter Transparenz stark zu. „Das ist nicht mehr bloß eine Vision, das passiert tagtäglich.“ Und Dr. Andreas Grotz räumt ein: „Natürlich ist die Digitalisierung für Fertigungsbetriebe zunächst mit Investitionen verbunden, deren ROI nicht vollständig quantifizierbar ist.“ Doch der Leiter Steuerungstechnik bei FFG gibt auch zu bedenken: Beim Einführen von CAD- und CAE-Systemen seien zunächst ebenfalls höhere Kosten angefallen als bei der Arbeit mit dem Zeichenbrett. Trotzdem habe sich die Technik aufgrund ihrer Vorteile durchgesetzt.

Vor dem Einstieg in die Digitalisierung sollten Unternehmen aber ein klar definiertes Zielbild für die eigene digitale Zukunft formulieren, betont Markus Piber, Bereichsvorstand Vertrieb bei DMG Mori. Als prozessseitige Basis sei eine gute IT-Infrastruktur nötig. Außerdem müssten alle Prozesse und Abläufe zunächst hinsichtlich ihrer Digitalisierbarkeit hinterfragt, gegebenenfalls gezielt angepasst und durchgängig definiert werden. Und Andreas Rauch, Leiter Digital Business bei GF Machining Solutions (Halle 27, Stand B26) bestätigt: „Es reicht nicht aus, einen bestehenden analogen Prozess zu digitalisieren. Wichtig ist ein durchgehender Prozess ohne Medienbrüche.“ Dabei solle man sich auf einfache, transparente Lösungen fokussieren und auf standardisierte Schnittstellen achten.

Doch nicht nur die klassischen Verfahren lassen sich mittels Digitalisierung optimieren. In besonderem Maß profitiert beispielsweise der 3D-Druck. Bei DMG Mori etwa unterstützt die intelligente Software Optomet den Anwender additiver Verfahren bei der Wahl der idealen Prozessparameter. Die integrierte Materialdatenbank kann mit den Ergebnissen von Materialversuchen erweitert werden und schafft so die Grundlage für eine selbstlernende Maschine, die mit jedem Druckjob noch ein Stück besser wird.

Mittlerweile werden Additive Verfahren auch im produzierenden Gewerbe in Serienprozessen eingesetzt. Beispiele dafür gibt es bereits viele – vor allem aus der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik. Die EMO trägt dieser Entwicklung Rechnung. Auf dem 300 m2 großen Gemeinschaftsstand „Additive Manufacturing Circle“ (Halle 9, Stand H20) stellen sowohl Dienstleister als auch Maschinenbauer oder Software-Anbieter ihr Angebot vor.

Neben des Spezialanbietern engagieren sich mittlerweile auch klassische Hersteller spanender oder umformender Maschinen in der additiven Fertigung. Außer DMG Mori gehören beispielsweise GF Machining Solutions oder Trumpf (Halle 9, Stand K02) dazu. Während die Schweizer in Hannover eine Komplettlösung fürs effiziente Vorbereiten, Optimieren und Ausdrucken hochwertiger Teile präsentieren – einschließlich der horizontalen Drahterodiermaschine AgieCharmilles Cut AM 500 für das abschließende Trennen der Teile von der Grundplatte –, legt Trumpf seinen Fokus auf der EMO eher darauf, die neuen Möglichkeiten durch additive Verfahren und deren Nutzen in verschiedenen Anwenderbranchen aufzuzeigen. Zu den Musterteilen gehören individuelle Knochenimplantate für Patienten, denen etwa aufgrund einer Krebserkrankung Teile des Schädels entfernt werden mussten, oder eine Leichtbau-Halterung für den deutschen Kommunikationssatelliten Heinrich Hertz.

Um solch anspruchsvolle Prozesse sicher zu beherrschen, nutzen bereits heute viele Maschinenbauer Methoden der Künstlichen Intelligenz. Mit ihrer Hilfe lassen sich die Produktivität, Funktionalität und Genauigkeit von Fertigungsanlagen steigern. „Das gilt besonders in den Bereichen Automatisierung und Digitalisierung sowie für zukunftsweisende Fertigungsverfahren wie dem Additive Manufacturing“, sagt Markus Piber. Denkbar sei eine Unterstützung durch künstliche Intelligenz etwa bei der cleveren Wegfindung oder beim Erkennen von Bauteilen in Automationslösungen. Trumpf setzt KI beispielsweise bereits seit einiger Zeit ein, um die Entnahme anspruchsvoller Blechzuschnitte aus einem Laservollautomaten zu optimieren.

„In der ersten Phase wird KI für die Kunden nicht direkt sichtbar sein“, sagt Andreas Rauch, aber Maschinenhersteller setzten sie ein, um ihre Anlagen unter optimalen Prozessbedingungen zu betreiben. Auch Predictive-Service-Prozesse werden mit KI hinterlegt sein. Markus Piber ergänzt: „Grundsätzlich möchten wir mit solchen Lösungen die Funktonalität und Produktivität unserer Produkte erweitern. Mit Künstlicher Intelligenz lassen sich große Datenmengen noch besser auswerten, und das hilft uns, Aktivitäten im Bereich Forschung und Entwicklung zu automatisieren und zu beschleunigen.“ Auch Christian Müller, Geschäftsführer Vertrieb bei Grob, bestätigt: „KI spielt bereits heute eine wichtige Rolle und wird in naher Zukunft unerlässlich sein.“ Grob biete bereits eine mitdenkende Software namens Grob4Track an, die ohne zusätzliche Hardware oder Sensorik den aktuellen Verschleißzustand von Kugelgewindetrieben ermittle, automatisch melde oder fehlerhaft eingebaute Kugelgewindetriebe erkenne.

Daten sind für Unternehmen digitaler Goldstaub

In der zweiten Phase sollen dann die Fertigungsbetriebe laut den Experten direkt von KI profitieren. Etwa indem sie mithilfe ihren eigenen Daten ihre Produktion steuern und optimieren können. Für Prof. Jörg Krüger, Leiter des Fachgebiets Industrielle Automatisierungstechnik am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin und Bereichsleiter Automatisierungstechnik am Fraunhofer IPK, sind die in den Firmen erzeugten Daten digitaler Goldstaub. „Viele Unternehmen sind sich noch nicht bewusst, welche Wertschöpfungspotenziale sie damit erschließen können. Wir sollten in der Produktion systematisch die Daten und das Domänenwissen verbinden, um die Prozesse weiter zu verbessern und effizienter zu gestalten.“ Das möchte der KI-Pionier mit seinen Kollegen von der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik WGP (Halle 9, Stand F32) forciert angehen.

Krüger gibt zu bedenken: „Die Investitionen in KI-Infrastrukturen, die gerade aus China bekannt werden, sind in der Tat beeindruckend. Kaum vorstellbar, hier in der gleichen Dimension mithalten zu können.“ Im internationalen Wettbewerb sehe er jedoch für Deutschland eine gute Zukunftschance darin, mit strukturierter Ingenieur-Denkweise an die industrielle Nutzung von KI und ans maschinelle Lernen heranzugehen. „So sollten wir in Zukunft auch unsere weltweit sehr gute Position im Bereich der Automatisierung weiterentwickeln und erhalten können.“

Diesen Weg beschreiten auch Dr. Theo Steininger und Dr. Maksim Greiner aus Garching, zwei ehemalige Doktoranden des Max-Planck-Instituts für Astrophysik. Sie haben eine KI-Software entwickelt, die neueste statistische Analysemethoden der Astrophysik nutzt. Dazu verknüpfen sie maschinelle Intelligenz mit dem Wissen und der Erfahrung von Prozessexperten.

Im Gegensatz zu sonst typischen Big-Data-Aufgabenstellungen, müssen dazu wenige Daten ausreichen. Dadurch sei zwar der technische Aufwand vergleichsweise trivial, aber der Aufwand bei den Algorithmen, die für den Prozess wichtige Daten in Echtzeit analysieren und aufbereiten, deutlich höher. Vor dem eigentlichen Software-Start analysieren die Physiker das Problem mit den Experten des Kunden und definieren mit ihnen das Optimierungsziel.

Auf EMO inspirieren lassen

Bisher kommt die Methode vor allem in der Automobilindustrie zum Einsatz, doch die Garchinger visieren auch das Zerspanen an. Sie denken dabei zum Beispiel an Frässpindeln, deren Rotationsverhalten sich mit zunehmender Abnutzung verschlechtert. Die Spindeln geraten ins Schlingern, das je nach Art des Verschleißes unterschiedlich ausfällt. Der Algorithmus der Astrophysiker könne nun – angereichert mit Expertenwissen – den Einsatz der Spindel in Abhängigkeit vom Verschleißgrad optimieren. Dabei denkt Steininger schon weiter: „Spannend wird es bei der Frage, ob sich der höhere Verschleiß beim Fahren in Grenzbereichen lohnt – etwa weil ein Bauteil in kurzer Zeit gefertigt werden soll. Unser Programm würde dazu nicht nur die Maschinenparameter berücksichtigen, sondern auch weiche Faktoren wie Kundenbeziehungen.“ Die Garchinger sind in Hannover am Start-up-Gemeinschaftsstand in Halle 9 vertreten.

KI-Pionier Krüger rät allen neugierigen Fertigern, sich auf der EMO von der WGP und mutigen Maschinenherstellern zu ersten KI-Schritten inspirieren zu lassen.


Gemeinschaftsstand zum additiven Fertigen

Das Informationsangebot auf der EMO ist enorm. Viele Besucher werden nur eingeschränkt Zeit finden, sich am Gemeinschaftsstand ‚Additive Manufacturing Circle‘ (Halle 9, Stand H20) über den aktuellen Stand und die jüngsten Entwicklungen im 3D-Druck zu informieren. Deshalb stellt der Konradin Verlag als Medienpartner des VDW und als Organisator des Stands sämtliche Informationen zu Vorträgen und Ausstellern auch schriftlich zur Verfügung. Im kostenlosen Tagungsreader finden Leser Portraits der ausstellenden Unternehmen mit einer Darstellung ihres Leistungsspektrums sowie eine Zusammenfassung der Expert Talks auf Deutsch und Englisch. Der Reader steht allen Besuchern des Gemeinschaftsstands kostenlos zur Verfügung – solange der Vorrat reicht. Weitere Infos unter: http://hier.pro/aHohb

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