Auf den Punkt genau

FUTUR: Und welche Themen treiben die nächsten Entwicklungsschritte bei Werkzeugmaschinen?

Polte:

Wenn wir die Werkzeugmaschine betrachten, wie sie heute ist und wie sie morgen aussehen müsste, sehen wir zahlreiche Aspekte, die berücksichtigt werden müssen. Aus meiner Sicht stechen zwei besonders hervor: Insbesondere in der Vergangenheit war hochqualifiziertes Personal zur Bedienung nötig, und davon steht immer weniger zur Verfügung. Mit Verbesserungen in der Bedienbarkeit begegnen wir also den Herausforderungen des demographischen Wandels und Fachkräftemangels. Außerdem haben wir in den letzten zwei Jahren schmerzlich erfahren, wie wichtig das Thema Resilienz ist. Und da ist die Frage: Wie kann eine Werkzeugmaschine die Resilienz von Produktionsunternehmen verbessern – und wie kann ein Maschinenhersteller Unternehmen zu mehr Resilienz befähigen?

FUTUR: Dann schauen wir diese Themen doch direkt an. Was kann ein Werkzeugmaschinenhersteller leisten, um dem Fachkräftemangel zu begegnen? Wie kann man etwa damit umgehen, wenn es keine Personen mit Fachausbildung gibt, die die Maschine bedienen, und trotzdem eine hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit erreicht werden müssen?

Fleiner:

Wir sind schon vor Längerem dazu übergegangen, unsere Maschinen zu automatisieren. So wird das vorhandene Fachpersonal von normalen Bedienaufgaben entlastet und kann sich um Vorgänge kümmern, die wirklich eine Fachkraft erfordern. Außerdem ermöglichen unsere User Interfaces ein vergleichsweise schnelles Lernen – das erleichtert die Einarbeitung in neue Maschinen oder Prozesse.

Polte:

Ich finde den Ansatz von exeron zum ersten Punkt sehr spannend. Das Unternehmen stellt quasi Mini-Fertigungszellen her, bei denen zum Beispiel die Werkstückwechseleinheit symbiotisch in die Werkzeugmaschine integriert ist. Das ist besonders für KMU interessant, die keine vollautomatisierten Prozessketten haben, die aber dennoch die Vorgänge an der einzelnen Maschine ein Stück weit automatisieren wollen.

FUTUR: Könnten Sie bitte erläutern, was das bedeutet?

Fleiner:

Nun, die meisten Kunden, die solch ein System bei uns erwerben, hatten bisher durchgehend jemand an der Maschine stehen, der die Fertigungsaufträge durchleitet. Nun haben sie in der extremsten Ausbaustufe ein Jobmanagementsystem, das den Überblick über den gesamten Prozess behält. In diesen Pro-zess geht Rohmaterial hinein, das zunächst auf Vollständigkeit geprüft und vermessen wird, ob es zusammenpasst. Dann wird auf der Fräsmaschine eine Elektrode hergestellt, anschließend wird auf der Erodiermaschine erodiert. Und wenn zum Beispiel bei der Elektrodenherstellung ein Fräserbruch geschieht, reagiert das System flexibel. Im Idealfall läuft der Prozess so autark, dass am Freitagabend beladen wird, am Montag ist der Prozess fertig und zwischendrin ist keinerlei Eingriff erforderlich. So kann ich relativ viel an Produktion zur Verfügung stellen mit vergleichsweise wenig Personen. Im geflügelten Sinne ist das wie »am Freitag säen und am Montag ernten«.

Polte:

Wenn man Sie also als Maschinenhersteller bezeichnen würde, wäre Ihre Leistung unzureichend beschrieben. Sie haben ja eher den Anspruch, gesamtheitliche Lösungen für Problemstellungen beim Kunden anzubieten.

Fleiner:

Ja, das geht auch kaum noch anders, denn die reproduzierbare Herstellung hochgenauer Bauteile macht es erforderlich, dass Maschinenhersteller für Anwender ansprechbar sind. Abgesehen davon müssen wir den Kunden auch stark zur Hand gehen, denn es erfordert ein Umlernen, stärker automatisierte Prozesse zu handhaben – schon deshalb, weil dabei die Distanz zum Prozess größer ist.

Polte:

Das ist eine schöne Vorlage für uns, denn am Fraunhofer IPK arbeiten wir quasi am nächsten Level des Service. Wir wollen mit kontextsensitiver Assistenz Werkzeugmaschinen befähigen, die Bedienenden bei verschiedenen Prozessen bestmöglich zu unterstützen. Dabei werden die Bedienenden mit Edge Devices wie Tablets, Smartphones oder Smartwatches in Abhängigkeit von ihrem Erfahrungslevel durch den Prozess geleitet. Das können Fertigungsprozesse sein, etwa Unterstützung bei der Werkstückeinrichtung oder Vorbereitungsprozesse im Bereich der Programmierung der Bauteile, aber auch Service und Reparatur.

Fleiner:

Das ist definitiv ein Thema, wo Forschungsunterstützung für einen Mittelständler wie uns sinnvoll ist. Denn wenn ich den Bediener oder die Bedienerin zum Beispiel dabei unterstützen möchte in Werkstückeinricheinen Prozess einzugreifen, der nicht rund läuft, dann muss ich erstmal erfassen: Wo steht denn dieser Prozess? Und ich muss Warnsignale erkennen können. Da spielen Sensorik in der Maschine sowie das Aufnehmen von Zustandsdaten über diese Sensorik und vor allem die Interpretation der Daten eine große Rolle. Da bei null anzufangen, ist eine Herausforderung.

Polte:

Im Übrigen brauchen Sie für die Zustandserfassung nicht mal unbedingt zusätzliche Sensorik. Wir arbeiten inzwischen an der Frage, ob man so eine Überwachung ganz auf maschineninterne Daten stützen kann, zum Beispiel indem man direkt an die CNC-Steuerung geht. Die Forschung fokussiert da hauptsächlich auf das Verständnis von Zusammenhängen. Wie sind bestimmte Signale zu interpretieren und kann man aus der Kombination aller vorhandenen Signale Rückschlüsse auf den Zustand der Maschine ziehen?

FUTUR: Und wo führt das dann hin? Oder anders gefragt: Mit welchen Mitteln wird die Werkzeugmaschine der Zukunft die Grenzen des heute Möglichen erweitern?

Fleiner:

Wenn ich die Gedanken von Herrn Professor Polte einen Moment auf mich wirken lasse, denke ich: Wir werden mit intelligenten Softwarelösungen die Eintrittsbarrieren zur Bedienung von Maschinen, die hohe Prozesssicherheit und sehr hohe Fertigungsgenauigkeit garantieren, für einen noch breiteren Personenkreis reduzieren. Da wird neben Sensorik auch intelligente Messtechnik eine Rolle spielen und die Mensch-Maschine- Interaktion wird weiter verbessert werden.

Polte:

Und dabei wird es nicht bleiben. In aktuellen Forschungsprojekten rücken bereits kognitive Produktionsprozesse in den Fokus der Entwicklung. Dabei geht es darum, dass Ressourcen, die an der Produktion beteiligt sind – Maschinen, Transportfahrzeuge und so weiter – eigenständig ihren Zustand wahrnehmen und sich zum Beispiel für Aufträge zur Verfügung stellen oder Wartungen anfordern. Im Leitprojekt EMOTION wollen wir sogar noch einen Schritt weiter gehen und empathische Produktionssysteme schaffen – also Systemverbünde, in denen die beteiligten Ressourcen erkennen, dass eine andere Ressource im Prozess unter- oder überfordert ist und darauf reagieren. Wir sind überzeugt, dass der Erfolg der Produktion davon abhängt, mit welcher Effizienz die Stakeholder in einem Fertigungssystem zusammenarbeiten. Und um da ran zu kommen, ist es essenziell, auf die Maschinenebene zu gehen und eine Werkzeugmaschine zu befähigen, in dem Kontext aktiv mitzuarbeiten. Damit sind wir dann auch beim Thema Resilienz: Wenn technische Ressourcen aktiv auf unvorhergesehene Situationen reagieren, erhöht das die Resilienz einer Fertigung.

Kooperation zwischen exeron und Fraunhofer IPK  

exeron gewährleistet reproduzierbare Bauteilqualität auf höchstem Niveau bei garantierter Maschinenverfügbarkeit. Das Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik – AMP des Fraunhofer IPK bietet durch seine schwingungsentkoppelten Fundamente und Klimastabilität hervorragende Voraussetzungen für die Weiterentwicklung solcher Eigenschaften. Zudem hat exeron im Fraunhofer IPK einen Partner, der sich auf die Herausforderungen des Unternehmens einstellt und zielgerichtet Lösungen umsetzt, um Spitzen im Entwicklungsbedarf abzudecken. Mittlerweile sind im Fraunhofer IPK drei exeron-Maschinen im Einsatz:

• eine Fräsmaschine HSC MP7 / 5 für Entwicklungsarbeiten im Werkzeug- und Formenbau, der Energie- und Medizintechnik, der Uhrenindustrie und Mobilität
• eine Erodiermaschine EDM 313 Hochgenau für gemeinsame Entwicklungen zur Prozessoptimierung und Effizienzsteigerung
• eine Fräsmaschine HSC 600 im Applikationslabor »dip« für Forschung zur Kleinserienfertigung individualisierbarer Brennstoffzellen für Nischenmärkte sowie zu empathischen Produktionssystemen im Leitprojekt EMOTION