Maschinenbau-Know-how ist beim Digitalisieren wichtiger als Big-Data-Ansätze

„Das ganze Potenzial ist noch nicht abzusehen“, sagt Dr. Holger Rudzio. „Die Digitalisierung steht hier erst am Anfang.“ Wenn man die Entwicklung des Internets als Vergleich heranziehe, lasse sich erahnen, welche Reise der Fertigungstechnik durch Industrie 4.0 noch bevorstehe, blickt der Geschäftsführer der DMG Mori Software Solutions GmbH in die Zukunft. Es sei abzusehen, dass innerhalb des mechatronischen Systems Werkzeugmaschine die Bedeutung von Sensorik und Software dynamisch zunehme. Und laut Alexander Epple, Oberingenieur am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, müssen Werkzeugmaschinen künftig – neben Primärfunktionen wie dem Zerspanen – weitere Aufgaben übernehmen. Dazu gehöre auch, Daten aufzunehmen und zu verarbeiten sowie Systemwissen bereitzustellen, ohne das eine Datenauswertung nur oberflächlich möglich ist.

„Welchen Nutzen digitalisierte Prozesse im Produktionsumfeld konkret bieten, das hängt vom jeweiligen Unternehmen ab“, betont Epple. Und Holger Rudzio ergänzt: „Wo die Prozesse bereits schlank und gut organisiert sind, fallen die möglichen Fortschritte kleiner aus, als in einem Betrieb, der sich in dieser Hinsicht bisher weniger engagiert hat.“ Genauso sei das Potenzial in einer variantenreichen Fertigung größer als in der Massenproduktion. „Weil es unterschiedliche User-Profile gibt, bieten wir mit unserem Bedien- und Steuerungskonzept Celos die Möglichkeit, das System gemäß dem individuellen Bedarf zu konfigurieren und einzusetzen“, sagt Rudzio.

Das App-gestützte System ist der zentrale Baustein der Digitalisierungsstrategie von DMG Mori. Über eine einheitliche Bedienoberfläche für Maschine und Büro-PC können die Mitarbeiter in der Produktion wie auch in der Arbeitsvorbereitung die Abfolge von Jobs und Prozessen genau wie die Maschinendaten verwalten, dokumentieren und visualisieren. Durch seine offene Architektur erlaubt Celos neben seinen Aufgaben in der Werkhalle auch den Datenaustausch mit Strukturen höherer Ebenen. So erschließt es den Kunden die Integration ihrer Maschinen in die Unternehmensorganisation und es schafft bereits heute eine Schnittstelle zwischen der Fertigung und cyber-physikalischen Systemen der Zukunft.

„In den letzten Jahren wurde sehr viel über Industrie 4.0 diskutiert“, sagt Alexander Epple vom WZL. „Das Thema war allerdings für viele bodenständige Maschinenbauer wenig greifbar. Nun merken wir, dass Maschinenhersteller und Anwender sich zunehmend Gedanken machen, welchen Nutzen in ihrem individuellen Fall eine Digitalisierung und Vernetzung bieten kann.“

Laut Dr. Claus Eppler, Leiter Forschung & Entwicklung bei Chiron in Tuttlingen, gab es bereits in der Vergangenheit Kunden, die den Digitalisierungsansatz weit getrieben haben. Steuerungstechnik und Sensorik der Maschinen hätten schon bisher fast alle wichtigen Daten geliefert. „Die Herausforderung bestand darin, die relevanten Informationen herauszufiltern.“ Mit dem neuen Digitalisierungsansatz könnten nun viele Anwender von den Chancen einer effizienten Datenauswertung profitieren. Eppler erwartet, dass insbesondere kleine und mittlere Betriebe infolge transparenter Prozesse bislang versteckte Optimierungspotenziale identifizieren können. Das bestätigt Holger Rudzio: „Beim Optimieren der Betriebsabläufe spielt die Steuerung nur eine mittelbare Rolle indem sie Statusmeldungen und Verfügbarkeiten ausgibt.“ Aber genau diese Informationen würden erst die Transparenz schaffen, mit deren Hilfe sich die Fehlerquote in Unternehmen senken und die Produktivität steigern lässt.

Dass die Entwicklung noch lange nicht am Ende ist, verdeutlicht WZL-Wissenschaftler Epple: „Die aktuellen Systeme helfen zwar beim Überwachen der Prozesse, sie sind aber nicht in der Lage zu lernen oder Handlungsalternativen vorzuschlagen. Das ist das Ziel für die Zukunft.“ Die Nutzer sollen auch bei fremden, neuen Bearbeitungen oder Randbedingungen unterstützt und die Abläufe so systematisch optimiert werden. DMG-Mori-Software-Chef Rudzio bestätigt: „Derzeit können wir bereits über die Sensorik Daten aus der Maschine erfassen, auswerten und lokal entsprechende Erkenntnisse aus diesen Informationen ziehen. Richtig spannend wird es aber, sobald Systeme in der Lage sind, aus global und massenweise erfassten Prozessdaten zu lernen und sich selbst zu optimieren.“ Chiron-Chef-Entwickler Eppler sieht im Bereich der selbstlernenden Systeme noch einigen Forschungsbedarf: „Bisherige Lösungen erfordern eine intensive Betreuung und viel Expertenwissen vom Nutzer. Aber wenn es gelingt, solche Systeme deutlich zu vereinfachen und bedienerfreundlicher zu gestalten, dann können sie einen erheblichen Mehrwert bieten.“

Einig sind sich die Experten auch darin, dass bei den weiteren Entwicklungen immer eine Frage im Zentrum steht: Was nützt es dem Anwender im betrieblichen Alltag?

„Das primäre Ziel unserer Digitalisierungsstrategie ist, den Kunden eine effektivere und flexiblere Produktionslösung anzubieten“, betont Rudzio. Das beginne in der Werkstatt. Der Bediener kann mit Celos viele Informationen, die er bislang mühsam zusammentragen musste, jetzt ganz einfach abrufen. Auch die Bedienung sei einfacher und intuitiver geworden, was die Akzeptanz ebenfalls verbessere. „Die Analyse von rund 200 unterschiedlichen Celos-Nutzern in Deutschland ergab, dass die Rüstzeiten durchschnittlich um 30 Prozent gesunken sind und der Aufwand für die Berechnung technischer Werte oder das Zusammentragen wichtiger Daten halbiert werden konnte“, berichtet Rudzio.

Anlässlich der traditionellen Hausmesse in Pfronten demonstrierte DMG Mori gerade den nächsten Evolutionsschritt in Richtung Durchgängigkeit seines Systems. Im Fokus stand dabei das problemlose Zusammenspiel aller Apps sowie externer Systeme, etwa CAD-CAM-Lösungen. „Um das zu gewährleisten, haben wir uns intensiv mit der Schnittstellen-Problematik beschäftigt“, erzählt Rudzio. „Besonders wichtig war uns zudem, die Informationen anforderungsgerecht bereitzustellen.“

Als einen großen Schritt bezeichnet er die Developper App, mit deren Hilfe auch externe Anbieter Software-Lösungen ins System einbringen können. Erste Anwendungen von Partnern sind verfügbar, weitere in Arbeit. „Ein weiterer Meilenstein, an dem wir arbeiten, ist das Celos Terminal“, verrät Rudzio. Mit dieser mobilen Lösung werde es möglich, die Prozessplanungstools für Nicht-Celos-Maschinen – auch von anderen Herstellern – zugänglich zu machen. „Wir haben hier viel investiert, um die Anforderungen und Wünsche unserer Kunden umzusetzen.“

Von den derzeit mit Celos verfügbaren Maschinen – das sind rund zwei Drittel des DMG-Mori-Portfolios – werden über 90 % mit dem System ausgeliefert. Im Oktober 2016 waren bereits mehre Tausend Celos-Maschinen im Feld – bei einer Markteinführung im April 2014. „Auch Kunden, die aktuell noch keinen Bedarf sehen, entscheiden sich oft dafür, weil sie damit für künftige Entwicklungen gerüstet sind“, sagt Rudzio.

Wie die DMG-Mori-Prozesskette in der Praxis funktionieren kann, zeigt die Partnerschaft zwischen dem Maschinenbauer und dem Porsche-LMP1-Team, das in den vergangenen beiden Jahren sowohl die Fahrer- als auch die Hersteller-Wertung der Langstrecken-Weltmeisterschaft gewonnen hat. Das sogenannte Porsche Motorsport Center bei Deckel Maho in Seebach fertigt in Kleinserien unter anderem komplexe Pumpengehäuse aus unterschiedlichen Materialien sowie anspruchsvolle Befestigungselemente. Die Entwickler des Rennstalls liefern die CAD-Daten, die Fertigungsexperten in Seebach sind für den Gesamtprozess bis zum fertigen Werkstück zuständig. Auf der Basis der virtualisierten Prozesskette können die Bearbeitungszentren vorab optimiert werden und ermöglichen dadurch eine perfekte Planung, einen wirksamen Kollisionsschutz und minimale Einrichtzeiten.

Auch Chiron hat sein Digitalisierungskonzept auf den Kundennutzen ausgerichtet. Unter dem Überbegriff SmartLine haben die Tuttlinger ein Paket an Soft- und Hardware-Lösungen geschnürt, das Fertigungsprozesse steuert und optimiert, die Verfügbarkeit von Anlagen sichert, vorausschauende Wartung ermöglicht und eine Fülle von Auswertungsmöglichkeiten bietet. Beispiele für die Module sind die virtuelle Maschine ProcessLine, das Ferndiagnose-System RemoteLine oder das Prozess-Analyse- und -Planungs-Modul DataLine.

Derzeit sind laut Claus Eppler gut 400 Maschinen an das Ferndiagnosemodul angeschlossen. Die Kunden öffneten sich zunehmend. Trotzdem werde noch immer intensiv diskutiert, welche Daten ein Unternehmen nach außen zu geben bereit ist. Hier helfe eine saubere Strategie seitens des Maschinenbauers und eine klare Definition, wer auf die Daten zugreifen darf.

Während die Nutzung der Fernwartung mit jeder aktuellen Chiron-Maschine möglich ist, handelt es sich bei DataLine um eine Option. Mit dem System hat der Nutzer über einen Computer, ein Smartphone oder ein Tablet stets Zugriff auf Maschinen- und Prozessdaten. Wichtige Kennzahlen bezüglich Produktivität und Verfügbarkeit werden regelmäßig ermittelt, gespeichert, ausgewertet und visualisiert. „DataLine ist zwar für Werkzeugmaschinen konzipiert, aber offen gestaltet. Andere Prozesse, etwa die Teilereinigung, können wir vielfach über Partner einbinden“, erläutert Eppler.

Stand bislang die Produktivität der Prozesse im Fokus der DataLine-Entwicklung, so wollen die Tuttlinger ihr Angebot künftig auch in Richtung Condition Monitoring ausweiten und damit Aussagen über die Maschine ermöglichen. Ein weiterer Aspekt ist der optimierte Einsatz der Werkzeuge. Entsprechende Lösungen befinden sich derzeit in der Entwicklung.

Dass die Digitalisierung von Fertigungsprozessen bei den unterschiedlichsten Werkzeugmaschinenbauern ein Zukunftsthema ist, zeigen weitere Beispiele. So hat der Mindelheimer Systemspezialist Grob mit Grob-Net4Industry eine Lösung geschaffen, um mittels Webtechnologie werksübergreifend Transparenz in Produktionsabläufe zu bringen. Die einzelnen Module vernetzen die Prozesse, ermöglichen eine papierlose Kommunikation und noch mehr Produktivität.

Die zentrale Kommunikationsplattform von GF Machining Solutions heißt rConnect. Sie vernetzt Fräs-, Erodier- und Laserprozesse und unterstützt Kunden dabei, die Betriebszeit ihrer Maschinen zu maximieren. Phase eins von rConnect besteht in der Fernassistenz Live Remote Assistance (LRA), die den Kunden in Echtzeit mit dem lokalen Diagnosecenter verbindet.

Und auch Haas Automation hat mit HaasConnect ein mobiles Überwachungssystem für seine mit NCG-Steuerung ausgestatteten Maschinen auf den Markt gebracht. Das Überwachungssystem ermöglicht die mobile Kommunikation zwischen Anlagen, Maschinen und Menschen, um Betriebsdaten in Echtzeit zu übermitteln.

Chiron setzt auf Prozess-relevante Informationen statt auf „Big Data“. Das ist einer der Gründe, warum Chiron-Chef Dr. Markus Flik überzeugt ist, dass Maschinenbauer neuen Wettbewerbern aus dem Bereich der Digitalisierung Paroli bieten können. „Wir haben ein umfassendes Domänen-Know-how, das den IT-Unternehmen fehlt. Und dieses Fachwissen erspart oftmals Big-Data-Rundumschläge.“ Die reine Suche nach Mustern und Korrelationen in großen Datenmengen sei zwar ein gangbarer Ansatz, wenn Wirkzusammenhänge unklar sind, „aber bei unseren Bearbeitungszentren kennen wir diese Kausalitäten sehr gut und können die entsprechenden Erkenntnisse viel effektiver gewinnen“.

Diese Ansicht teilt Alexander Epple vom WZL: „Aufgrund der Vielfalt der Bearbeitungsprozesse und Maschinensysteme, der hohen Komplexität, zahlreicher Einflussparameter sowie sich ständig ändernder Randbedingung, ist der Nutzen einer reinen Big-Data-Auswertung begrenzt.“ Die Forscher des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen am WZL verfolgen deshalb die Strategie, gezielt Modellwissen in die Analyse einzubeziehen. Damit können viele Zusammenhänge und Korrelationen aus den Daten abgeleitet werden. Beispielsweise könne durch den Abgleich mit der Bauteiltoleranz an unkritischen Stellen die Abtragsrate erhöht und in kritischen Bereichen die Prozessparameter zurückgenommen werden.

Um die relevanten Prozessparameter korrekt zu verarbeiten, sind präzise, schnell-rechnende Maschinenmodelle nötig. „Unsere zahlreichen Prüfstände geben uns die Möglichkeit detaillierte Komponentenmodelle zu validieren und diese dann im Rahmen eines modellbasierten Ansatzes einzusetzen“, berichtet Epple. Dazu sei jedoch sowohl eine umfassende technische Expertise hinsichtlich des Maschinensystems und der Bearbeitungsprozesse notwendig als auch das Know-how, große Datenmengen zu erfassen, strukturiert abzulegen und zu verwalten. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren und Informatikern ist hier unerlässlich.

Parallel zur Frage der Effizienz beim Sammeln vieler Informationen ist auch die Datensicherheit ein zentrales Thema. „Bei vielen Kunden steckt das spezifische Know-how unter anderem in den Prozessen. Da gibt es verständlicherweise Vorbehalte, umfangreiche Datenmengen in unternehmensferne Clouds zu transferieren“, ist sich Chiron-Chef Flik bewusst. Digitalisierung bedeute aber nicht, alle Informationen in einer Cloud abzulegen. Vieles lasse sich direkt auf der Maschine umsetzen.

Auch Holger Rudzio von DMG Mori sieht in der Datensicherheit einen wichtigen Aspekt, an dem kontinuierlich gearbeitet werde. Die Bereitschaft, sich auch extern zu vernetzen, sei regional noch sehr unterschiedlich ausgeprägt und beispielsweise in Japan größer als in Deutschland. „Aber wir erkennen ganz klar – die Hemmschwelle sinkt auch hierzulande“, betont Rudzio. Solche Systeme einzusetzen werde immer normaler. Und: „Das größte Sicherheitsrisiko geht nach wie vor vom Nutzer selbst aus – etwa wenn er über einen infizierten USB-Stick eine Schadsoftware ins System bringt.

Fertigungsbetrieben, die ihre Prozesse digitalisieren und vernetzen wollen, rät Alexander Epple vom WZL, sich dem Thema wirklich zu öffnen und sich intensiv damit zu beschäftigen. „Jeder Anwender muss sich individuell über seinen Bedarf klar werden. Das geht nur, wenn man seine Prozess gut kennt und auch bereit ist, sie zu hinterfragen.“ Und Holger Rudzio von DMG Mori ergänzt: „Wir versuchen die Startbarriere so niedrig wie möglich zu halten und Interessenten den Einstieg zu erleichtern. Viele arbeiten bereits nach wenigen Schulungsstunden erfolgreich mit dem System. Man muss aber auch ganz klar sagen: Vom vollen Potenzial kann nur profitieren, wer sich der Technologie öffnet und bereit ist, seine Prozesse bei Bedarf anzupassen.“

Einig sind sich die befragten Experten auch, dass ein solider Maschinenbau durch die zunehmende Digitalisierung seine Bedeutung keinesfalls verliert. Im Gegenteil. Die ermittelten Daten und Prozessmodelle liefern viele Hinweise, um die Mechanik weiter zu optimieren. „Auch da sind wir noch lange nicht am Ende. Unser Kerngeschäft ist und bleibt die Werkzeugmaschine“, betont Claus Eppler von Chiron.