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Metav 2018: Virtuelles Ebenbild – mit digitalem Zwilling die Effizienz der Produktion weiter erhöhen

: VDW


Industrie 4.0, digitalisierte Daten in der Cloud, vernetzte Prozesse in smarten Fabriken – welche Rolle spielt dabei das Zerspanungswerkzeug? Bei der virtuellen Abbildung von Prozessen spielt das virtuelle Werkzeug eine entscheidende Rolle. Dieser digitale Zwilling vereint alle Eigenschaften des realen Werkzeugs und kann dieses durchgängig in allen digitalen Prozessen abbilden. Die kommende Fachmesse METAV in Düsseldorf thematisiert den Datenaustausch bei Werkzeugen und gibt praxisnahe Beispiele für die wirtschaftliche Umsetzung. Von Walter Frick, freier Redakteur

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Moderne Präzisionswerkzeuge sind auf Hochleistung getrimmt. Für jede Herausforderung gibt es das passende Werkzeug. Dies führt zu einer kaum überschaubaren Variantenvielfalt, die nur noch mit digitalen Hilfsmitteln beherrschbar ist. (Bild: Uni Bayreuth)

Moderne Präzisionswerkzeuge sind auf Hochleistung getrimmt. Für jede Herausforderung...

„Eine durchgängige Digitalisierung erlaubt beispielsweise eine virtuelle Inbetriebnahme oder die simulative Optimierung von Prozessparametern. Da es möglich ist, sämtliche Informationen über das Werkzeug zentral abzulegen, kann auf Veränderungen des Werkzeugs während seiner Lebenszeit – etwa durch Nachschleifen – reagiert, die Parameter angepasst und somit eine gleichbleibende Qualität der Produkte gewährleistet werden“, erläutert Claudia Kleinschrodt, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD der Universität Bayreuth. Durch eine Verlagerung zeitintensiver Schritte in die virtuelle Welt können Prozesse zudem effizienter gestaltet werden. Die Automatisierung und eine zentrale Planung führen beispielsweise zu geringeren Rüstzeiten, besserer Maschinenauslastung oder optimierten Taktzeiten.

Um einen Überblick über die große Anzahl an verwendeten Werkzeugen in Betrieben zu erhalten, sind effiziente Toolmanagement-Systeme (TMS) unabdingbar. Sie stellen eine Voraussetzung für Automatisierung und Vernetzung dar. Ein funktionierender Datenaustausch ist nicht nur wichtig, um das TMS mit den benötigten Informationen zu versorgen, es ist vielmehr für jeden digitalen Schritt in der Prozesskette entscheidend. Hierbei stellt neben dem Informationsgehalt vor allem die Kompatibilität zwischen den unterschiedlichsten Systemen eine große Herausforderung dar. Abgestimmte Systeme und qualitativ hochwertige Daten sind also entscheidend für die Umsetzung von effizient digitalisierten Prozessen. „Sind diese Bedingungen erfüllt, können Unternehmen stark von einer Digitalisierung ihrer Prozesse profitieren. Vor allem
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Jedes Werkzeug benötigt seinen digitalen Zwilling, um in der virtuellen Welt abgebildet zu werden. An das virtuelle Werkzeug werden jedoch andere Anforderungen als an das reale Objekt gestellt. Ein ausreichender Informationsgehalt des digitalen Zwillings ist die Voraussetzung für funktionierende digitale Prozesse. (Bild: Uni Bayreuth)

Jedes Werkzeug benötigt seinen digitalen Zwilling, um in der virtuellen Welt...

der Mittelstand kann so effizient und flexibel arbeiten und langfristig wettbewerbsfähig bleiben“, so Kleinschrodt.

Hohes Optimierungspotenzial

„Beim Stichwort Industrie 4.0 denkt man meist an digitale Fabriken, ans Internet der Dinge, an Datenspeicherung in der Cloud oder vielleicht auch an robotergestützte Fertigung. Zerspanungswerkzeuge werden in diesem Zusammenhang kaum wahrgenommen“, sagt Thomas Funk, Mitarbeiter im Technischen Büro der Emuge-Werk Richard Glimpel GmbH & Co. KG. Für die digitale Fabrik wurde der digitale Zwilling des Zerspanungswerkzeugs geschaffen. „Dieser Zwilling enthält alle notwendigen Informationen, um alle Stationen, die das Werkzeug in der Fabrik durchläuft, virtuell abzubilden“, so Funk. „Ich erwarte, dass der Trend der vergangenen Jahre anhält und die Bedeutung der digitalen Werkzeugdaten weiter steigt. Toolmanagement-Systeme werden vermehrt Anwendung finden und mit Hilfe des digitalen Zwillings der Werkzeuge die Effizienz der Produktion weiter erhöhen und Arbeitsabläufe optimieren. Deshalb werden wir auf der METAV 2018 unter anderem unsere neue Homepageanwendung präsentieren, auf der der digitale Zwilling zu vielen unserer Katalogartikel für unsere Kunden hinterlegt worden ist und kostenlos heruntergeladen werden kann.“ (Mehr dazu auf Seite XX).

Intelligenter Zerspanprozess

„Das Zerspanungswerkzeug ist Teil einer Prozesskette und unterliegt im Gegensatz zu fast allen
anderen Produktionsmitteln einem Verschleiß. Informationen zum Werkzeug müssen digital vorliegen, um in der Prozesskette verwendet werden zu können. Dies betrifft zum einen alle Informationen zu geometrischen Abmessungen, zum anderen Informationen zum Einsatz des Werkzeugs“, erläutert Markus Kannwischer, Leiter Technik und Mitglied der Geschäftsleitung der Paul Horn GmbH.

Informationen zum Verschleiß und zum Einsatz des Werkzeugs sind wichtig für die Prozesssteuerung. Sie können zum einen aus dem Werkzeug selbst generiert werden – Stichwort sensorische Werkzeuge. Hier sendet das Werkzeug selbst Informationen beispielsweise zu Drücken, Temperaturen und Schwingungen. Diese Informationen erlauben Rückschlüsse auf den Zustand und die Belastung der Schneide und zudem auf die Prozessstabilität. Die entsprechenden Zerspanparameter können dann automatisch über die Steuerung angepasst werden. Zum anderen können Informationen an der Spindel, an der Maschine oder über separate Messvorrichtungen aufgenommen werden, die ebenfalls Rückschlüsse über den Zustand der Schneide erlauben.

Eine Reihe von Forschungsprojekten beschäftigt sich aktuell mit der Frage, wie der Zerspanprozess im Zuge der Digitalisierung „intelligenter“, das heißt verlässlicher gesteuert werden kann: Sollen Standzeiten voll ausgenutzt werden? Ist die Betrachtung des Zerspanprozesses für jede einzelne Schneide notwendig? „Wir erwarten von der METAV 2018 neue Erkenntnisse über den aktuellen Stand dieser Projekte“, sagt Markus Kannwischer.

Transparenz in allen Bereichen

Nach Ansicht von Dr. Jochen Kress, Mitglied der Geschäftsleitung der Mapal Dr. Kress KG reicht es heute nicht mehr, das beste Werkzeug zu liefern: „Zum Werkzeug gehören heute Dienstleistungen wie das Toolmanagement und die korrespondierenden Daten. Wir reagieren darauf unter anderem mit dem Toolmanagement 4.0, das wir auf Basis der Open-Cloud-Plattform c-Com anbieten.“ (Mehr dazu auf Seite XX) Bezogen auf das Werkzeug spiele
vor allem der digitale Zwilling für die Optimierung der tatsächlichen Bearbeitung eine Rolle. Denn durch ihn ist es möglich, in einer NC-Simulationssoftware den gesamten Bearbeitungszyklus durchzuspielen. So können Kollisionen erkannt und das Werkzeugverhalten getestet werden. Das vermeidet nicht nur, dass kostenintensiver Ausschuss produziert wird, sondern kann in vielen Fällen sogar den Einsatz eines Bauteil-Prototypen ersetzen. Über den Zerspanungsprozess hinaus erleichtern die richtigen Daten zu den Werkzeugen alle Aufgaben, die während des Lebenszyklus eines Werkzeugs anfallen. Das betrifft von der Auftragserteilung bis zur Entsorgung sämtliche Prozesse, beispielsweise den Einkauf, den Nachschliff der Werkzeuge oder die Maschinenabnahme beim Kunden.

Heute werden in der zerspanenden Fertigung die Prozesse rund um die benötigten Werkzeuge, wie die Beschaffung und die Einstellung oder Bereitstellung, mehr und mehr ausgelagert. „Wir haben diese Entwicklung früh erkannt und ein effizientes Toolmanagement erarbeitet“, betont Jochen Kress. Nur durch das Teilen von Daten auf einer gemeinsamen Plattform wie c-Com und damit der größtmöglichen Transparenz können angewandte technische Lösungen innerhalb des Unternehmens verglichen werden. „Dadurch wird die Interaktion zwischen dem Einkauf und der Produktion sowie zwischen dem Einkauf und den Lieferanten vereinfacht“, so Kress abschließend.


Moderne Präzisionswerkzeuge sind auf Hochleistung getrimmt. Für jede Herausforderung gibt es das passende Werkzeug. Dies führt zu einer kaum überschaubaren Variantenvielfalt, die nur noch mit digitalen Hilfsmitteln beherrschbar ist. (Bild: Uni Bayreuth)
Jedes Werkzeug benötigt seinen digitalen Zwilling, um in der virtuellen Welt abgebildet zu werden. An das virtuelle Werkzeug werden jedoch andere Anforderungen als an das reale Objekt gestellt. Ein ausreichender Informationsgehalt des digitalen Zwillings ist die Voraussetzung für funktionierende digitale Prozesse. (Bild: Uni Bayreuth)


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