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WZL-Direktor Prof. Thomas Bergs über die Zukunft der Fertigungstechnik

Fertigungstechnik
WZL-Direktor Prof. Thomas Bergs über die Zukunft der Fertigungstechnik

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Das Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium musste wegen Corona verschoben werden. Welche Themen die Fertigungstechnik über den neuen Termin im Juni 2021 hinaus prägen werden, erklärt Prof. Thomas Bergs. Er ist geschäftsführender Direktor am WZL der RWTH Aachen. ❧

Mona Willrett

Herr Prof. Bergs, was bedeutet die Verschiebung des Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquiums auf das nächste Jahr für Sie?

Wir hatten bereits großen personellen und finanziellen Aufwand in die Vorbereitung gesteckt. Natürlich ist uns die Entscheidung schwergefallen, das AWK zu verschieben. Aber zum Schutz unserer Partner, Teilnehmer und Mitarbeiter war das ein absolut notwendiger Schritt. Nun werden wir einen Großteil der erarbeiteten Inhalte über unterschiedliche Kanäle der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen. Wie das im Detail geschehen soll, daran arbeiten wir derzeit noch.

Wie hat sich die Produktionstechnik seit dem letzten AWK weiterentwickelt?

Vor drei Jahren waren wir noch in einer Phase der Sensibilisierung. Vielen war beim letzten AWK noch nicht wirklich klar, was Industrie 4.0 überhaupt bedeutet. Damals ging´s noch um die Frage, wo einzelne Unternehmen ansetzen können, um Vertrauen in die Digitalisierung und deren realen Nutzen aufzubauen. Unser Motto lautete vor drei Jahren „Internet of Production“. Das heißt, es ging schon damals darum, Industrie 4.0-Prinzipien auf die klassische Produktionstechnik anzuwenden. Damit wollten wir zeigen, was mit einem solchen Ansatz möglich ist. Jetzt sind wir an einem Punkt, an dem viele Beispiele validierte Zahlen liefern, die den Nutzen ganz konkret belegen.

Ein zentrales Thema des AWK‘20 sollte die Nachhaltigkeit durch Digitalisierung sein. Erwarten Sie, dass sich der Trend zu Ressourceneffizienz und umweltschonenderen Technologien durch die Corona-Folgen sogar noch beschleunigt oder eher umkehrt?

Die Corana-Krise zeigt deutlich, welch enorme Bedeutung die Digitalisierung hat, um derartige Ereignisse zu bewältigen. Im Prinzip sind Covid-19 und die sich daraus ergebenden Folgen auch für die produzierende Industrie eine Art Stresstest. Unternehmen müssen jederzeit in der Lage sein, sich schnell auf gravierende Veränderungen einzustellen. Und das gelingt ihnen immer dann gut, wenn die notwendigen Daten für Analysen und Prognosen zur Verfügung stehen. Jetzt zeigt sich, welche Ansätze des Internet of Production bereits wertvolle Werkzeuge für die Betriebe sind. Das AWK‘21 wird diesbezüglich vielfältige Beispiele präsentieren, wie Unternehmen mit Hilfe der Digitalisierung diese Krise überwunden haben.

Welche Auswirkungen erwarten Sie durch Covid-19 für den Innovations- und den Produktionsstandort Deutschland?

Hierzu kann ich nur eine ganz persönliche und subjektive Antwort geben: Ich glaube, dass es in Deutschland aufgrund der mittelstandsgeprägten Unternehmerkultur immer gelungen ist, Krisenzeiten zu überwinden. Auf Basis dieser Fähigkeit und aus der Notwendigkeit heraus – in diesem Wort stecken übrigens zwei an dieser Stelle wichtige Begriffe: Not und Wendigkeit – werden auch jetzt wieder Innovationen entstehen, die den Produktionsstandort Deutschland langfristig stark machen. Dazu werden auch Forschungseinrichtungen ihren Beitrag leisten.

Wie lassen sich die Corona-Folgen abfedern und was sind die wichtigsten Aspekte, die wir aus dieser Krise lernen sollten?

Ich gehe davon aus, dass die Politik mit finanziellen Mitteln ihren Beitrag zur Linderung der Folgen leistet. Wir brauchen aber auch in der Wirtschaft eine Art Solidaritätskultur. Am Ende ist der Standort stark, wenn die Player stark sind. Starke Forschungseinrichtungen können Plattformen schaffen, auf denen Unternehmen gemeinsam mit uns Wissenschaftlern Lösungen erarbeiten. In diesem Sinne sehen auch wir uns am Standort Aachen mit verschiedenen Unternehmens-Communities in der Pflicht, diesen Prozess aktiv zu unterstützen.

Wäre es angesichts aktueller Erfahrungen nicht sinnvoll, die Lieferketten künftig wieder autarker zu gestalten?

Die Globalisierung von Lieferketten einzuschränken, halte ich für fatal. Vielmehr brauchen wir datengetriebene Analyse- und Prognosemethoden, die uns befähigen auf plötzliche Veränderungen frühzeitig und vorausschauend zu reagieren. Das drückt sich durch das Thema „Resilienz“ aus, das wir bereits auf dem AWK‘20 adressieren wollten und das auf dem AWK’21 noch stärker in den Vordergrund rücken wird.

Wie wird sich das AWK’21 vom AWK’20 unterscheiden? Gibt´s schon einen Termin?

Der neue Termin steht. Es wird der 10. und 11. Juni 2021 sein. Das Motto „Internet of Production – Turning Data into Value” bleibt. Es wird sogar noch an Aktualität gewinnen. Wir werden eine Art „AWK reloaded“ haben. Inhaltlich werden wir – gemeinsam mit Experten aus Industrie und Forschung – die Konsequenzen und die Erfahrungen aus der aktuellen Krise aufgreifen. Darüber hinaus bleibt die Nachhaltigkeit als Wirtschaftsfaktor ein zentrales Thema. Insofern verstehen wir den neuen Termin als Chance, gezielt auf die Folgen von Corona und Klimawandel einzugehen.

Turning Data into Value – was ist damit konkret gemeint?

Das Motto an sich ist selbsterklärend. Die eigentliche Frage lautet: Was sehen wir als konkreten Nutzen oder Mehrwert an? Im Grunde geht‘s um ökonomische Fragestellungen. Wenn wir die aktuellen Themen rund um Corona mal beiseite lassen, erleben wir gerade, wie ein neues Wertebewusstsein entsteht. Der Klimawandel und der schonende Umgang mit Ressourcen und Umwelt werden künftig auch die Produktionswelt prägen. Wo es bislang darum ging, noch wirtschaftlicher zu fertigen, müssen wir jetzt Wege finden, Rohstoffe, Energie, Kapazitäten und Manpower optimal einzusetzen. Dabei hilft uns die digitale Vernetzung, weil sie uns sehr effizient wichtige Daten hinsichtlich des Bedarfs, der Verfügbarkeit und des Einsatzes von Ressourcen zugänglich macht. Veredelt zu wertvollen Informationen, geben uns diese Daten ein klares Bild, wie sich die Nachhaltigkeit steigern und der Verbrauch minimieren lässt.

Welche Chancen bietet die intelligente Nutzung von Daten in der Produktion?

Die klassische Entwicklungsphilosophie in der Fertigungstechnik, nämlich die Leistungsfähigkeit von Einzelsystemen immer weiter auszureizen, läuft gegen physikalische Grenzen. Hier noch entscheidende Verbesserungen zu erzielen, ist mit enormem Aufwand verbunden – und das bei begrenztem Nutzen. Auf der anderen Seite hilft uns Industrie 4.0, die kontinuierlich steigende Komplexität der Prozesse zu beherrschen und so erhebliche Optimierungspotenziale zu heben. Aber dazu brauchen wir Daten. Sie sind der Schlüssel, um uns signifikant zu verbessern. Wenn wir Prozessinformationen intelligent nutzen, können wir sogar vorhandene Fertigungstechnik viel effizienter, flexibler und ökologischer einsetzen. Hinzu kommt: Neben der Nachhaltigkeit und dem schonenden Umgang mit Ressourcen müssen wir uns weiteren Herausforderungen stellen. Eine ist der demografische Wandel und die damit verbundene Frage, wie wir das Know-how sichern, wenn in naher Zukunft die geburtenstarken Jahrgänge aus dem Berufsleben ausscheiden? Auch hier gibt uns das Internet of Production vielfältige Möglichkeiten.

Wo sehen Sie diesbezüglich noch größeren Entwicklungsbedarf?

Es gibt zwei Bereichen, in denen wir ansetzen müssen. Punkt eins: Dort, wo wir Optimierungspotenziale vermuten, gilt es, Systeme zu vernetzen und Daten zu sammeln, um den Prozess zu validieren. Ich vergleiche das gerne mit der Suche nach Öl. Geologische Untersuchungen geben Aufschluss über Ölvorkommen. Probebohrungen zeigen dann, wo das Ölfeld genau liegt. Wir befinden uns in einer ähnlichen Situation. Wir sammeln Daten, um herauszufinden, wo Potenziale verborgen sind. Dann müssen Versuche zeigen, wie und wo wir unsere „Ölquelle“ am besten anzapfen können. Wichtig ist, dass wir endlich ins Handeln kommen. Ein wichtiges Werkzeug dazu sind digitale Zwillinge von Fertigungssystemen, Prozessen und Bauteilen sowie deren Verknüpfung.

Wie können digitale Zwillinge hier helfen?

Wir müssen uns darüber klar sein: Gleiche Maschinen, gleiche Werkzeuge, gleiche Rohteile und gleiche Prozessabfolgen führen nicht notwendigerweise zu gleichen Ergebnissen. Jede dieser Systemkomponenten hat ihren individuellen Zustand. Eine Maschine, die fünf Jahre im Drei-Schichtbetrieb gearbeitet hat, liefert ein anderes Ergebnis als eine baugleiche neue Maschine. Um eine stabile Produktqualität zu gewährleisten, müssen wir uns in engen Toleranzfeldern sicher bewegen. Mit einem digitalen Zwilling sind alle entlang der Wertschöpfungskette relevanten Daten verbunden. Gelingt es uns, Teilsysteme virtuell zu verknüpfen und die jeweilige Kombination einem bestimmten Ergebnis zuzuordnen, dann können wir daraus Schlüsse für andere Systemkombinationen ziehen. Nach einer Zeit des Lernens erlaubt uns dieser Ansatz präzise Prognosen hinsichtlich zu erwartender Bearbeitungsergebnisse. Allerdings fehlen dazu noch Modelle und Daten. Genau hier sehe ich eine große Chance für deutsche Fertigungsexperten. Mit ihrem Prozesswissen erkennen sie treffsicher, welche Informationen wichtig sind, und kommen so schneller zu besseren Ergebnissen, als jemand, der sich nur auf Big-Data-Ansätze verlässt.

Wo stehen die deutschen Fertigungstechniker hier im internationalen Vergleich?

Eines meiner Lieblingsthemen! Ich sage es so: Deutschland steht für technologische Exzellenz, die USA für disruptive Innovationen und China für schnelle Umsetzung. Mit unserem Technologie-Know-how erkennen wir schnell und zielgerichtet Korrelationen zwischen Daten und physikalischen Effekten und können daraus die richtigen Schlüsse ziehen. Wenn wir nun noch mithilfe digitaler Vernetzung und Künstlicher Intelligenz Datensätze sammeln und auswerten, dann ist das ein prima Werkzeug, um Grenzbereiche auszuloten. Um das in die Breite zu tragen, müssen wir schnellst möglichst die Rahmenbedingungen schaffen, die den Nutzen von Daten sichtbar machen und helfen, Optimierungspotenziale auszuschöpfen.

Wo sehen Sie aktuell den größten Handlungsbedarf und die größten Stolpersteine?

Wir brauchen integrierte Ansätze. Es geht nicht nur um die Maschine, nicht nur um das Werkzeug und auch nicht nur um Software, sondern um das intelligente Zusammenspiel aller Teilsysteme. Um die Idee ‚Industrie 4.0‘ in der Praxis umzusetzen, stehen Fertigungsunternehmen vor der Herausforderung, einen geeigneten Partner zu finden. Einer unserer Geschäftspartner sagte mal: Wir brauchen einen Moderator, der die verschiedensten Disziplinen koordinieren kann. Genau dieser Gedanke führte zu unseren Inkubatoren. Mit ihnen haben wir das Umfeld geschaffen, um Expertise interdisziplinär zu bündeln. Fertigungstechniker, Datenanalysten, IT-Spezialisten und Simulationsexperten arbeiten dort gemeinsam an vier exemplarischen Fertigungsszenarien. Sie üben die fachübergreifende Kooperation und erarbeiten Lösungsansätze. Wichtig war uns, dass sich die Ergebnisse auf ähnliche Szenarien übertragen lassen.

Wie ist der aktuelle Stand der Arbeiten?

Die Inkubatoren bieten viel Raum für langfristige Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Sie sind aber auch so angelegt, dass sich immer wieder Zwischenergebnisse ganz konkret verwerten lassen. Ein Beispiel: Im Inkubator Turbo geht es ums Fertigen so genannter Blisks – aus dem Vollen gefräste Turbinenscheiben. Wir sind heute schon in der Lage, die geometrischen Veränderungen eines derart komplexen Bauteils so präzise digital abzubilden, dass wir rein virtuell vorhersagen können, wo die Geometrie eines individuellen, realen Bauteils vom Sollzustand abweicht – ohne auch nur eine Messung durchzuführen. So arbeiten wir kontinuierlich weiter, etwa indem wir den Einfluss des Werkzeugverschleißes einbeziehen.

Welchen Einfluss hat das Internet of Production auf neue Geschäftsmodelle?

Das ist ein recht komplexes Thema. Die Frage lautet: Wie kann ich durch Sammeln und Veredeln von Daten Produkte oder Dienstleistungen kreieren, die dem Kunden einen echten Mehrwert schaffen? Die Voraussetzung dafür ist der Zugang zu Daten. Aber dazu muss geklärt sein, wem sie gehören und wer sie unter welchen Bedingungen nutzen darf. Ist das klar, könnte ein Ansatz sein, Daten in ähnlichen Produktionsumgebungen, aber in unterschiedlichen Unternehmen zu sammeln, sie mithilfe von Analyse- und Prognosetechniken zu veredeln und so Kunden zu helfen, noch leistungsfähiger zu werden. Der Vorteil wäre, dass nicht jeder Standardabläufe selbst optimieren müsste. Die Abrechnung könnte klassisch in Euro und Cent erfolgen oder beispielsweise auch über Datennutzungsrechte.

Inwieweit sind die Unternehmen denn bereit, ihre Daten zur Verfügung zu stellen?

Im Moment erleben wir häufig noch eine gewisse Zurückhaltung. Wenn wir aber bedenken, wie sorglos inzwischen die meisten mit privaten Informationen umgehen, dann gehe ich davon aus, dass wir auch im geschäftlichen Bereich bald mehr Offenheit erleben werden. Wichtig ist: Es geht hier nicht um die wirklich sensiblen Betriebsdaten, sondern um eher allgemeingültige Informationen. Aus dieser Erkenntnis heraus steigt die Zahl derer, die verstehen: Wenn ich etwas gebe, dann bekomme ich etwas zurück, das mir hilft, meine Wettbewerbsposition zu verbessern. Wer sich darauf einlässt, erlebt einen konkreten Nutzen. Und das wiederum zeigt auch anderen: Der Gewinn überwiegt das Risiko. Auch das meine ich, wenn ich sage: Wir müssen ins Handeln kommen und das Thema in die Breite tragen.

Welchen Einfluss hat die Debatte über Klimawandel, Energiewende und Nachhaltigkeit auf die Fertigungstechnik?

Energiewende und Klimawandel werden dazu führen, dass Produkte anders aussehen. Daraus ergibt sich auch, dass sich die Aufteilung der Fertigungsverfahren verschiebt. Ein Elektromotor sieht anders aus als ein Verbrenner, und das hat zur Folge, dass wir andere Maschinen und Werkzeuge benötigen. Auf der anderen Seite werden uns IT-Systeme, Datenanalyse und Simulationstechniken helfen, den Ressourceneinsatz von der Produktentstehung über die Nutzung bis hin zur Entsorgung besser zu bewerten und zu optimieren. Ein Beispiel: Wir werden künftig über den Ansatz des digitalen Zwillings bereits in der Entwurfsphase eines Produkts abschätzen können, wie viele Zerspanwerkzeuge für dessen Herstellung nötig sind, wie viel Kobalt diese Werkzeugzeuge enthalten und ob es unterm Strich nicht Ressourcen- und Umwelt-schonender wäre, an bestimmten Stellen andere Fertigungsverfahren zu wählen und das Produkt gleich entsprechend anders zu konstruieren.

Sie sind dabei, ein 5G-Netz aufzubauen. Welche Möglichkeiten bietet diese Technologie für die Fertigungstechnik?

Der 5G-Industry Campus Europe hier in Aachen ist eines von vier echten 5G-Systemen, die unser Partner Ericsson weltweit installiert hat. Das System bietet uns aufgrund seiner Performance ganz neue Möglichkeiten Daten drahtlos auszutauschen. Diesen Standard können wir nutzen, um viele Fragen rund um die Datenübertragung innerhalb eines Unternehmens zu beantworten – von der Logistik, über die Teileortung, bis hin zur echtzeitfähigen Maschine-zu-Maschine-Kommunikation in umfangreichen Produktionsumgebungen oder zum Aufnehmen von Daten mit extrem kurzen Latenzzeiten. Insofern ist 5G ein Enabler für die digitale Vernetzung und für Industrie 4.0.


Die für das AWK‘20 entstandenen Inhalte wollen die Veranstalter ihren Kunden und interessierten Teilnehmern über Webinare und einen digitalen Tagungsband noch in diesem Jahr zur Verfügung stellen. Bild: WZL/IPT

Corona verschiebt AWK auf Juni 2021

Das Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium musste aufgrund der Corona-Krise verschoben werden. Statt Mitte Mai 2020 findet das 30. AWK jetzt erst am 10. und 11. Juni 2021 statt. Wie die Veranstalter von den Aachener Instituten WZL (Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen) und Fraunhofer IPT (Institut für Produktionstechnologie) mitteilen, bleibt die inhaltliche Ausrichtung unter dem Motto „Internet of Production – Turning Data into Value“ bestehen. Allerdings werden die Erfahrungen aus den aktuellen Ereignissen maßgeblich einfließen. So sollen sich wesentliche Teile des AWK‘21 damit beschäftigen, wie sich die Resilienz von Unternehmen stärken lässt, wie Unternehmen mit einschneidenden Krisen und Produktionsausfällen umgehen können und wie es gelingt, nach kurzer Zeit wieder rentabel zu wirtschaften.

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