„Werkzeugmaschine 4.0“ als Meilenstein der digitalen Transformation

DMG MORI und Schaeffler Technologies präsentieren zur EMO in Mailand das Innovationsprojekt „Werkzeugmaschine 4.0“ als Meilenstein zukunftsweisender Produktions-, Prozess- und Instandhaltungsoptimierung.

Die kalkulierbare Verfügbarkeit von Fertigungsmitteln gilt als ein entscheidender Faktor bei der Realisierung cyber-physischer Produktionsnetzwerke. Damit rückt die Optimierung von Wartungs- und Instandhaltungsprozessen aus dem früheren Schattendasein immer stärker ins Blickfeld. Deshalb hat DMG MORI gemeinsam mit Schaeffler Technologies am Beispiel des Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrums DMC 80 FD duoBLOCK im Rahmen eines konkreten Investitionsvorhabens das Innovationsprojekt „Werkzeugmaschine 4.0“ gestartet. Mehr als 60 zusätzliche Sensoren sind dazu an elementaren Komponenten der FD-Maschine installiert worden. Zusammen mit weiteren (obligatorischen) Zustandsinformationen werden nun alle Daten in Echtzeit erfasst und anhand speziell entwickelter Algorithmen analysiert. Im Ergebnis liefert die Auswertung der Daten qualifizierte Eintreff-Wahrscheinlichkeiten für unterschiedlichste Prozess- und Produktionsstörungen. Damit sind Anwender jetzt erstmals in der Lage, frühzeitig gezielte Vorsorgemaßnahmen zu ergreifen, wo derzeit noch ungeplante Maschinenausfälle jede Kapazitätsplanung schnell zur Makulatur machen. Wie weit die fertigungstechnische Praxis der geschilderten Theorie tatsächlich bereits jetzt folgt, können die Besucher live am EMO-Messestand von DMG MORI in Mailand erleben. Neben der Erhöhung der Verfügbarkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Servicekosten haben sich auch die Energie- und Betriebs-kosten entscheidend verringert. Und noch dazu ist schafft das neue „Wissen“ die Grundlage für eine nachhaltige Verbesserung von Prozessen, Produkten und Maschinen.

Gemeinschaftsprojekt mit Zukunft
„Industrie 4.0“ ist das Thema der Stunde. Grundlegende Ambition der 4. industriellen Revolution ist die individualisierte Produkterstellung in digitalisierten, dezentralen, sich selbst steuernden cyberphysischen Produktionsnetzwerken. Jeder Kunde soll demnach sein Produkt maßgeschneidert zu den Konditionen der Massenfertigung angeboten und innerhalb kürzester Zeit geliefert bekommen. So weit also die Vision. Der Status Quo sieht freilich anders aus. Selbst grundlegende und vor allem global abgestimmte Normen und Standards lassen auf sich warten.

Nicht mehr warten wollten hingegen DMG MORI und Schaeffler Technologies. Gemeinsam entwickelten sie in ihrem Innovationsprojekt „Werkzeugmaschine 4.0“ eine intelligente Maschine am Beispiel des Dreh-Fräszentrums DMC 80 FD duoBLOCK. Ein Exemplar dieser zukunftweisenden „Werkzeugmaschinen 4.0“ wird in Mailand am Stand von DMG MORI zu sehen sein. Der zweite Prototyp läuft dann bereits in der Serienproduktion des Schaeffler-Werks Höchstadt im Alltagseinsatz und wird von dort aus die EMO-Präsentation mit Zustandsdaten aus dem Shopfloor bereichern.

Erfolgreicher Schulterschluss zwischen Mechanik, Elektronik und Informationstechnologie

Beide Maschinen verfügen über ein identisches, durchgängiges Industrie 4.0-Konzept vom Sensor bis in die Cloud, das bestehende Technik mit den neuen Möglichkeiten der Digitalisierung und Datenanalyse verbindet und so den erfolgreichen Schulterschluss zwischen Mechanik, Elektronik und Informationstechnologie meistert. Umfassend ausgestattet mit intelligenter Sensorik, werden hier in Echtzeit kontinuierlich Daten zu Betriebszustand und Prozess gesammelt und sowohl lokal an der Maschine in CELOS als auch in der Cloud ge-speichert und verarbeitet. In der Cloud werden die gesammelten Daten zusätzlich anhand speziell entwickelter Algorithmen analysiert, um auf dem Wege qualifizierte Vorhersagen über mögliche Schadensfälle oder Probleme im Prozess ableiten zu können. Diese Zustandsinformationen werden schließlich an die Maschine zurückgespielt. Als Informationszentrale an der ERGOline Steuerung mit CELOS hat DMG MORI mit dem „Condition Analyzer“ eine spezielle CELOS APP entwickelt, über die alle Zustandsinformationen visualisiert werden und von wo aus der Bediener ggf. unmittelbare Aktionen initiieren kann.

Umfassend ausgestattet mit intelligenter Sensorik, werden für die DMC 80 FD duoBLOCK in Echtzeit kontinuierlich Daten zu Betriebszustand und Prozess gesammelt und sowohl lokal an der Maschine in CELOS als auch in der Cloud gespeichert, verarbeitet und analysiert.

Eine kleine Fabrik der Zukunft in der Fabrik der Gegenwart
„Die DMC 80 FD duoBLOCK ist ein absolutes High-End-Produkt“, erklärt Alfred Geißler als Geschäftsführer der DECKEL MAHO Pfronten GmbH, die seitens DMG MORI das Innovations-projekt „Werkzeugmaschine 4.0“ verantwortet. Und er betont: „Mit ihrem Palettenwechsler, dem hohen Werkzeugbestand und den komplexen Fähigkeiten des bis zu 5-achsig simultanen Fräsens in Kombination mit anspruchsvollen Drehprozessen bietet die Maschine perfekte Voraussetzungen, den Nutzwert einer sensorintegrierten Intelligenz repräsentativ zu dokumentieren.“

Aus der Praxis für die Praxis

DMG MORI hat gemeinsam mit Schaeffler Technologies am Beispiel des Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrums DMC 80 FD duoBLOCK im Rahmen eines konkreten Investitionsvorhabens das Innovationsprojekt „Werkzeugmaschine 4.0“ gestartet.

Das gelte aus Sicht der Praxis noch weit mehr für eine zweite, bereits im Schaeffler-Werk in Höchstadt installierte Maschine, wie Martin Schreiber als Leiter des Geschäftsbereichs Produktionsmaschinen von Schaeffler Technologies ergänzt: „Wir sind mit unseren Produkten sowohl Systempartner des internationalen Werkzeugmaschinenbaus als auch Anwender von Werkzeugmaschinen. Im Rahmen der Investition in eine neue DMC 80 FD duoBLOCK haben wir folglich das Notwendige mit dem Zukunftsweisenden verbunden, indem wir als Anwender nun wichtige Erfahrungen mit einer intelligenten Maschine direkt aus der Fabrikumgebung sammeln können und wir diesen Kompetenzgewinn nachfolgend als Systemausrüster an unsere Kunden und Partner weitergeben können.“

Kundennutzen erlebbar machen
„Im Zentrum des Innovationsprojektes steht die Präsentation des Kundennutzens“, betont auch Alfred Geißler: „Mit der „Werkzeugmaschine 4.0“ präsentieren wir, was heute bereits umsetzbar ist, machen damit die Möglichkeiten von Industrie 4.0 erlebbar und zeigen Wege auf, wie Unternehmen den Einstieg zum Aufstieg in die digitalisierte Fertigungswelt aus eigener Kraft bewältigen können.“

Intelligenz im Standard
Vertrauensbildend dürfte vor allem wirken, dass die DMC 80 FD duoBLOCK auch als „Werkzeugmaschine 4.0“ im Prinzip eine normale Hightech-Standardmaschine aus dem Portfolio von DMG MORI geblieben ist. Alfred Geißler: „Die gesamte Steuerung und Bedienung unterscheidet sich nicht von einem herkömmlichen Dreh-Fräs-Zentrum. Das gilt vor allem auch für die CELOS-Bedienoberfläche als Kommunikations- und Organisationszentrale.“ Neu sei lediglich das maschineninterne Netzwerk, an das alle zusätzlichen Sensoren, Aktoren sowie die Auswerteeinheiten angebunden sind, sowie die CELOS APP „Condition Analyzer“ als Informationszentrale an der Maschine.

Die Verlinkung in die Cloud erfolgt über ein Gateway. Um den Datenaustausch zur Maschinensteuerung mit CELOS zu gewährleisten, wird sowohl der Profibus in die SPS für zeitkritische und prozessrelevante Daten als auch das OPC UA Protokoll zum Human-Machine-Interface (HMI) für weitere Informationen genutzt.

Wissensbasierter Mehrwert
Insgesamt mehr als 60 zusätzliche Sensoren messen an der sensor-intelligenten DMC 80 FD duoBLOCK kontinuierlich Schwingungen, Kräfte, Temperaturen und Drücke und melden die Ergebnisse an die Auswerteeinheit, über die die Informationen sowohl an CELOS gemeldet als auch der Cloud zur Verfügung gestellt werden. Dabei werden in der Cloud die Ergebnisse beider Pilotmaschinen analytisch ausgewertet, was die Qualität der Vorhersage zusätzlich steigert.

Maximale Verfügbarkeit
„Jeder Tag und jede detektierte Abweichung von den eingestellten Normwerten wird die Aussagekraft der Datenanalyse verbessern“, verspricht Alfred Geißler. Schließlich würden die Algorithmen auf Grundlage der kontinuierlichen Datenauswertung stetig angepasst, so dass immer gezieltere Statusinformationen mit immer qualifizierteren Eintreffwahrscheinlichkeiten abgeleitet werden könnten. Und Martin Schreiber betont: „Damit sollten wir in der Lage sein, über die Intelligenz von Maschine, Sensorik und Auswertung der maximal möglichen Verfügbarkeit immer näher zu kommen.“

Dabei sei die höhere Verfügbarkeit das Ergebnis einer besseren Maschinenauslastung sowie einer effizienteren Planung von Instandhaltungsmaßnahmen, so Martin Schreiber weiter. „Darüber hinaus“, so Alfred Geißler, „wird die spanende Wertschöpfung insgesamt höher aufgrund der zahlreichen Möglichkeiten der Prozess- und Produktionsoptimierung.“ Außerdem ließen sich auf Grundlage der beschriebenen Wissensbasis bereits während beziehungsweise direkt nach der Produktion zuverlässige Vorhersagen zur Qualität des Werkstückes treffen.

Partnerschaftliche Zusammenarbeit
Man darf gespannt sein, wie die Kunden auf das Innovationsprojekt „Werkzeugmaschine 4.0“ reagieren. Für DMG MORI und Schaeffler Technologies ist die EMO-Präsentation schon jetzt ein Meilenstein – auch vor dem Hintergrund des sehr engen partnerschaftlichen Zusammenwirkens im Rahmen des Projektes. „Im Alleingang wäre solch eine komplexe Aufgabenstellung in dieser kurzen Zeit und in solch hoher (praxistauglicher) Qualität nicht zu realisieren gewesen“, bilanziert Alfred Geißler. Martin Schreiber holt abschließend noch den Kunden ins Boot: „Die enge Verzahnung von Herstellern und Lieferanten ist nur der Anfang. Industrie 4.0 benötigt vielmehr eine offene Interaktion aller bei der Wertschöpfungskette involvierten Parteien.“

Datenschutz und Datensicherheit
Dabei sind sich DMG MORI und Schaeffler Technologies bewusst, dass die Themen Datenschutz und Datensicherheit die nächsten großen Herausforderungen sein werden, um darauf das elementare Vertrauen wachsen zu lassen, das Industrie 4.0-Lösungen grundsätzlich benötigen. „Wir alle kennen das Problem im Umgang mit sensiblen Daten“, heißt es unisono. „Deshalb werden wir alles daran setzen, gemeinsam mit Anwendern und eventuellen weiteren Partnern eine sichere Kommunikationsumgebung zu finden,“ so Alfred Geißler und Martin Schreiber übereinstimmend.