Interview: Industrie 4.0 mit CPPS bei KLINGELNBERG

Interview mit Herrn Dr. Müller von der KLINGELNBERG GmbH

Dr. Hartmuth Müller ist Leiter für Technologie und Innovation bei der KLINGELNBERG  Unternehmensgruppe, für die er seit dem Jahr 1990 tätig ist. Klingelnberg ist ein auf Zahnrad-Bearbeitungsmaschinen sowie Präzisionsmesstechnik spezialisiertes Maschinenbau-Unternehmen.

 Connected Industry: Herr Dr. Müller, Industrie 4.0 gilt derzeit als der größte Technologie-Trend der internationalen Industrie, dabei scheint jede Branche diesen Begriff für sich selbst zu interpretieren. Welchen kleinsten gemeinsamen Nenner könnten wir für die Industrie 4.0 finden?

Unsere Unternehmensgruppe betrachtet Industrie 4.0 als Trend, den die gesamte Industrie mit unterschiedlichsten Verständnissen im Fokus hat. Dabei werden viele Stichworte mit dieser Trendbezeichnung verbunden. Was die Industrie 4.0 für uns im Kern auszeichnet, ist der Gedanke an die cyber-physikalischen Systeme (CPS).

Connected Industry: Ist der Begriff „Industrie 4.0“ wirklich treffend und zukunftsfähig?

Die Industrie 4.0 wurde als vierte Revolution angekündigt. Ich sehe bisher nur evolutionäre Prozesse, bei der die digitale Welt weiter mit der realen verschmilzt.

Connected Industry: Somit wären wir wieder bei den cyber-physikalischen Systemen, welche Anwendung steht für KLINGELNBERG dabei im Vordergrund?

Der permanente Abgleich der realen und der digitalen Welt.

Wir sind ein Hersteller für Werkzeugmaschinen und Messtechnik für der Antriebstechnik, in der Zahnräder die wichtigste mechanische Funktion übernehmen: Drehmoment transformieren und in gegebenenfalls in eine andere Richtung umleiten. Mit unseren Anlagen fertigen unsere Kunden Zahnräder für Fahrzeuge oder Industriegetriebe. Diese  Zahnräder können sowohl Stirnräder als auch Kegelräder sein. Der Qualitätsanspruch ist sehr hoch, der Prozess von der Konstruktion bis zum fertigen Zahnrad kostspielig.

Mit unseren Ansatz verfügt der Anwender über einen digitalen Zwilling seines Produktes, das er produzieren möchte. Dieser Zwilling beinhaltet unter anderem ein digitales Abbild seiner Geometrie. Auf dieser Basis können wir in jedem Prozessschritt einen Abgleich zwischen dem digitalen Abbild und dem realen Werkstück herstellen und somit einen Qualitätsregelkreis aufbauen. Das Konzept, dass dahinter steht, ist das cyber-physikalische Produktionssytem (CPPS).

Connected Industry: Wie ändert CPPS den Prozess Ihrer Kunden?

Wir sind im Gebiet der spanenden Fertigung von Komponenten. Der traditionelle Prozess der Herstellung beginnt mit der Konstruktion, aus dem ein digitales CAD-Modell resultiert. Die Fertigung verwendet das CAD Modell lediglich dazu, um daraus Maschinenbewegungen mit auszuwählenden Werkzeugen zu generieren. Dies geschieht im CAM-Prozess in der Arbeitsvorbereitung und NC-Programmierung. Die Basis für die Fertigung sind die NC-Dateien für die Bearbeitungsmaschinen und Angaben über Toleranzen und im CAD-Modell bzw. daraus abgeleiteten Fertigungszeichnungen. Zur  Korrektur der immer auftretenden Fertigungsabweichungen braucht man nun entweder einen erfahrenen NC-Programmierer oder eine neue NC-Datei, in welche die gemessenen Fertigungsabweichungen so eingearbeitet sind, dass diese kompensiert werden.

Für die Zahnräder haben wir das im Sinne unserer Kunden anders verstanden: Wir verbinden den Konstruktionsprozess mit einer laufenden Herstellungssimulation. Im Mittelpunkt steht nicht das CAD-Modell selbst, sondern die Vorschrift zur Herstellung eines Zahnrades. Bei dem von uns entwickelten CPPS enthält der digitale Zwilling nicht nur das geometrische Abbild, sondern die Herstellvorschrift in Form von Werkzeuggeometrie und Bewegungsbeschreibung zwischen Werkzeug und Werkstück, die sogenannte Kinematik.  Somit entfällt der CAD-CAM Prozess vollständig, da die NC-Dateien für die Zahnradmaschinen ja schon durch die Konstruktion quasi nebenbei entstanden sind.

Connected Industry: Somit zeigen Sie sehr gut auf, die die Industrie 4.0 zu besseren Prozessen führen kann. Aber gibt es auch konkurrierende Technologien, die zu noch schnelleren Prozessen führen, wie etwa der 3D-Druck?

In dem CPP-System lasse sich beinahe beliebig viele Daten ablegen, die sicherlich in Zukunft zur weiteren Prozessoptimierung genutzt werden können.

Was den 3D-Druck betrifft, so der ist für einige Anwendungsszenarien sehr gut geeignet. Insbesondere im Rapid-Prototyping oder auch bei der Serienherstellung von besonders komplexen Bauteilen mit innerem Strukturen, die man mit einer spanenden Bearbeitung kaum herstellen kann.

Doch sobald man spanend bearbeiten kann und größere Stückzahlen herstellt, ist der 3D-Druck keine Option mehr. Skaleneffekte sind mit 3D-Druck nicht realisierbar.

Connected Industry: Kommen wir zurück zu den CPPS, aber gehen wir daraufhin gleich einen Schritt weiter: Welche Rolle spielt das Internet der Dinge dabei?

Internet of Things (IoT) ist eine Vernetzung von Objekten auf höherer Ebene und verstehen wir als das Potenzial, prozessübergreifend zu arbeiten. Damit erreichen wir beispielsweise nicht nur ein Maschinen-Monitoring, sondern auch das Überwachen und Planen von allen anderen Betriebsmitteln in nahezu Echtzeit.

Im Bereich der Instandhaltung von Werkzeugmaschinen ist die vorbeugende Wartung oder preventive Maintenance  ein wirkungsvolles Mittel zur Absicherung der Verfügbarkeit. Dabei wird der aktuelle Verschleiß der einzelnen Komponenten auf Basis statistischer Informationen erfasst. So werden oft Komponenten ausgetauscht, die zwar einen gewissen Verschleißzustand zeigen, Aber noch nicht am Ende ihrer Lebensdauer angelangt sind.

Mit dem IoT kann man den Schritt von preventive Maintenance zu predictive Maintenance schaffen. Bei der predictive Maintenance wird der Verschleißzustand der Komponenten einer Werkzeugmaschine durch die jetzt schon vorhandene Sensorik erfasst und in einem digitalen System dokumentiert. Da man nun die Verschleißzustande exakt kennt, braucht man bei der Wartung auch nur deas austauschen, was tatsächlich am Ende seiner Lebensdauer angekommen ist. So kann man mit dem IoT neben einem schonenden Umgang mit Ressourcen auch einen nicht unerheblichen Kostenvorteil erreichen.

Connected Industry: Sie erwähnten bereits, dass in der Industrie 4.0 viele Daten generiert werden. Welches Potenzial steckt Ihrer Meinung nach in Big Data?

Ja, es werden sehr viele Daten generiert, in denen man sich auch schnell verlieren kann. Ich bin daher ein Verfechter von Small Data Analytics, also die Verarbeitung von vergleichsweise überschaubaren Datenbeständen. Big Data klingt erstmal nach viel, aber Daten alleine sind zunächst dumm. Es bedarf schlauer Köpfe, welche die Daten mit Ihrem Wissen verbinden und daraus einen Nutzen ziehen können.

Schon heute verwenden wir Maschinendaten, um Ursachen zu identifizieren. Dabei wird nach Korrelationsmuster gesucht, die bei der Kausalitätssuche hilfreich sein können, also welche Bediener- oder Umwelteinflüsse zu bestimmten Anomalien führen.

Unsere Datenanalysen erledigen bei uns Menschen, denn von einer künstlichen Intelligenz, die das für uns übernimmt, sind wir noch weit entfernt. Das mag sicherlich eine akademische Spielwiese sein, für die Realität des Werkzeugmaschinenbaus fehlt es jedoch noch sehr viel an Reife.

 

Aunkofer

Benjamin Aunkofer engagiert sich als Wirtschaftsingenieur und Informatiker für Innovationen der datengestützten Produktion und Logistik. Er ist Mitbegründer des Connected Industry e.V. und Unternehmer im Bereich Big Data Analytics.