Pimpel CHECKitB4: Smart Factory wird Realität

Die Vision der Smart Factory wird schon bald Realität werden. Wenn wir weiterhin im Bereich der Fertigungstechnik international eine Rolle spielen wollen, dürfen wir diesen Trend nicht versäumen. Ing. Friedrich Pimpel, Geschäftsführer Pimpel GmbH

Smart Factory bezeichnet die Vision einer Produktionsumgebung, in der sich Fertigungsanlagen und Logistiksysteme ohne menschliche Eingriffe weitgehend selbst organisieren. Technische Grundlagen sind cyber-physische Systeme, welche mit Hilfe des Internets miteinander kommunizieren. Teil dieses Zukunftsszenarios ist weiterhin die Kommunikation zwischen Produkt (z. B. Werkstück) und Fertigungsanlage: Das Produkt bringt seine Fertigungsinformationen in maschinell lesbarer Form selbst mit, z. B. auf einem RFID-Chip.* Ziel ist es, Losgrößen gleich 1 automatisiert zu fertigen. Dabei werden der Computer und Big Data den Menschen nicht ersetzen, sondern in der immer größer werdenden Komplexität weitgehend unterstützen. Wie auch bei vielen anderen Systemen wie Navigation, Spurassistent, Bremsassistent etc.

CHECKitB4 FIRST STEP beantwortet essentielle Fragen, bevor noch ein Werkzeugweg erstellt wird. So können Fehlkalkulationen, Material- und Zeitverluste im Vorfeld vermieden werden.

Sprung in die digitale Zukunft

1997 hat zum ersten Mal der amtierende Schachweltmeister Garri Kasparow, den viele für den stärksten Spieler aller Zeiten halten, eine normale Turnierpartie gegen einen Schachcomputer verloren. Danach kam es immer wieder zu diversen Vergleichskämpfen. 2012 trat Jan Gustafsson simultan gegen acht Schachamateure an. Dies wäre normalerweise ein leichtes Spiel, jedoch durften die Amateure bei jedem zweiten oder dritten Zug auf die Vorschläge eines Schachcomputers zurückgreifen und konnten somit den Großmeister in große Schwierigkeiten bringen. Das Beispiel zeigt auf, dass Hobbyspieler ohne jahrelange Erfahrung und Können eines Schachgroßmeisters mithilfe von Rechenleistung und einer Datenbank aus Erfahrungswerten sehr schnell und unkompliziert auf denselben Level gebracht werden können.

Um den Sprung in die digitale Zukunft gut zu meistern, sind alle gefordert – die Wissenschaft, die Entwickler und Hersteller wie auch die Anwender bis hin zur Politik. Gerade für ein Hochtechnologie- und Industrieland wie Österreich ist Industrie 4.0 eine enorme Chance. Damit wird nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit erhöht, sondern auch ein wichtiges Alleinstellungsmerkmal entwickelt.

CHECKitB4 GIANT LEAP ist der Brückenschlag von der Theorie in die Realität. Hier wird der gesamte Fertigungsprozess virtuell abgebildet.

Flexibilität als Grundvoraussetzung

Grundsätzlich bewegen wir uns schon länger in die Richtung, kleinere Losgrößen automatisiert zu fertigen. Jedoch stößt man mit den derzeitigen Systemen (Maschinen, IT Struktur) bald an die Grenzen und es ist nur eine Evolution und keine Revolution. Zurzeit findet man in den meisten modernen Unternehmen ein historisch klar strukturiertes IT-Modell (die klassische Automatisierungspyramide): vom ERP über MES in die reale Welt, verbunden mit CAX und QA. Zusätzlich gibt es eventuell noch CRM und eine Werkzeugdatenbank, welche auch mit dem ERP und CAM verbunden wird u.s.w. Die Systeme müssen ständig beim Durchlaufen eines Prozesses Daten in beide Richtungen austauschen. Man kann mit standardisierten Schnittstellen viel abdecken, jedoch wird man dadurch sehr unflexibel. Will man die Produktion effizienter gestalten, scheitert die Umsetzung vorwiegend an der IT. Eine Änderung im Prozessablauf ist oft zu teuer oder gar nicht machbar. Die bestehenden IT-Systeme werden immer mehr zum Blockierer von Veränderungen. Flexibilität in allen Bereichen ist Grundvoraussetzung für Smart Factory und das obwohl sowohl Abläufe als auch Umfeld im Unternehmen immer komplexer werden.

Das Kernelement der Smart Factory werden cyber-physische Systeme bilden, in denen man Daten ablegen kann und die in der Lage sind, frei mit anderen Komponenten zu kommunizieren – offene Standardisierung anstelle von firmengeprägten Einzellösungen mit eigenen Datenbanken. Somit können eigene Apps programmiert und konfiguriert werden.

So wird sich die IT-Welt ändern

Das Kernelement der Smart Factory werden technische Systeme bilden, in denen man Daten ablegen kann und die in der Lage sind, frei mit anderen Komponenten zu kommunizieren – sogenannte cyber-physische Systeme: offene Standardisierung (Open Source) anstelle von firmengeprägten Einzellösungen mit eigenen Datenbanken. Somit können eigene Apps programmiert und konfiguriert werden. Systeme wie ERP oder MES werden nicht mehr existieren. Die gewünschten Funktionalitäten dieser Systeme werden in diversen Apps vorhanden sein. Die Funktionen kann man sich einfach herunterladen oder selbst einwickeln. Es findet somit eine Personifizierung statt. Eine Person in der AV muss nicht mehr in unterschiedlichen Systemen agieren, sondern hat in einer App die für sie notwendigen ERP-, MES-,… Funktionalitäten.

Dieses System geht bis zu den Maschinen und deren Sensorik. Werkzeugdaten werden nur einmal, an einer Stelle eingepflegt und die jeweils notwendigen Daten via App vom Einkauf, Programmierer, Werkzeugvoreinstellung oder der Maschine abgefragt. Für mich persönlich hat Steve Jobs 4.0 ins Rollen gebracht. Früher hat es für unterschiedliche Nutzer eigene Mobiltelefone gegeben. Jetzt kann dasselbe Smartphone mit diversen Apps konfiguriert werden.

Das System lernt von selbst

Es wird auch in der Industrie ein Quereinsteiger aus der Softwarebranche kommen und eine Art Industriebetriebssystem mit einem einheitlichen Framework entwickeln, welches bis an die Steuerung geht. Somit werden Daten einheitlich und jederzeit abrufbar. Werkzeugmaschinen werden in Zukunft selbstständig wissen, wie sie von A nach B kollisionsfrei fahren müssen. Während der Bearbeitung werden Maschinenbelastung und Schnittbedienungen überwacht, verbessert und rückgemeldet. Optimierte Daten stehen somit beim nächsten Bearbeitungsvorgang zu Verfügung. Das System lernt von selbst und kann somit standort- und personenunabhängig immer wieder auf Erfahrungswerte zurückgreifen. Autos und Flugzeuge fahren bzw. fliegen schon mannlos – warum nicht auch Werkzeugmaschinen? Das sind die Themen der Zukunft und nicht die einfache und schnelle Programmierung einer Tasche oder eines M12 an der Maschine. Viele Hersteller nehmen sich bereits dem Thema Industrie 4.0 an, jedoch ist das Öffnen zu anderen Systemen und die Flexibilität noch nicht vorhanden – eher im Gegenteil.

Das Simulieren der Prozessabläufe in Echtzeit ist ein weiterer wichtiger Baustein in der Smart Factory. Denn nur so kann gewährleistet werden, dass die Planung und Steuerung der Prozesse immer wieder auf Echtzeitdaten zurückgreifen kann. Das gilt natürlich für die Teileprogrammierung. Da durch die Sensorik der Maschinen die Fertigungsprozesse optimiert und die Daten bezogen auf Maschine, Werkzeug, Material und Teile rückgemeldet werden, haben die Programmierer jederzeit exakte Werte für den nächsten Teil zur Verfügung. Es können somit bestimmte Teile voll automatisiert programmiert werden. Die Programmierer werden über eine kontext-sensitive Benutzerführung mit Vorschlägen zur Bearbeitungsmethode aus Best Practice unterstützt.

Industrie im Wandel

Mitarbeiter werden zielgerichteter und damit effizienter eingesetzt. Sie werden zu Dirigenten und somit nicht mehr so viele Arbeitsplätze direkt in der Produktion vorhanden sein. Vor 100 Jahren arbeiteten ca. 40 % der Bevölkerung in der Landwirtschaft – zurzeit weniger als ein Prozent. Jetzt findet erneut ein solcher Umbruch statt. Vielleicht arbeiten in Zukunft wieder mehr Personen in der Landwirtschaft?

Schon ein Jahrzehnt beschäftigt sich die Firma Pimpel intensiv mit dem Thema Virtualisierung. Unsere Produktlinie CHECKitB4 erweitert den klassischen CAM-Prozess, damit prozesssichere Daten an die automatisierte Fertigungszelle geliefert werden. Es beginnt mit CHECKitB4 FIRST STEP bei der Machbarkeitsanalyse (welche Maschine, welche Spannung, welches Werkzeug) bevor noch ein Werkzeugweg erstellt wird. So bekommt man bei der Kostenanalyse schon ein besseres Bild. Es endet mit CHECKitB4 GIANT LEAP – der virtuellen Maschine. Hier wird der gesamte Fertigungsprozess virtuell, basierend auf dem NC-Kernel, abgebildet. CHECKitB4 ist somit die Schnittstelle von der virtuellen Welt in die reale. In der realen Welt fallen die Späne, in der virtuellen die Entscheidung.

*Quelle: Wikipedia