Digitaler Wandel und KMU

Kleiner Wegweiser für Zerspaner durch den Digitalisierungsdschungel

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Im Kontext von Industrie 4.0 wird unter dem Begriff der Autonomie all das zusammengefasst, was eine automatische Datenauswertung vornimmt, auf deren Grundlage die autonomen Systeme dann selbstständig reagieren können. Partiell werden bereits in einigen Anwendungen Regelkreise für Prozesssteuerung, Qualitätsüberwachung, Materialversorgung und Produktionsablaufsteuerung per intelligenten und selbst organisierenden Objekten eingesetzt. So hat die Komet Group als Werkzeughersteller ihr Portfolio bis in den Bereich der Prozessüberwachung erweitert.

Smart Factories werden autonome Selbstorganisierer sein

Das Industrie 4.0-fähige Messsystem Toolscope überwacht und dokumentiert während des Prozesses maschineninterne Signale, wie beispielsweise die Spindelleistung oder die Vorschubkraft einer Achse. Toolscope lernt aus der Wechselwirkung von Material und Werkzeug selbstständig die werkzeug- und werkstückspezifischen Ober- und Untergrenzen der Spindelleistung ein und sichert dadurch den Zerspanungsprozess ab. Bei einem Materialwechsel wird in den ersten Sekunden der neuen Bearbeitung vom System automatisch eine Kalibrierung durchgeführt. Sobald das gemessene Drehmoment eine der definierten Grenzen aufgrund unterschiedlicher Aufmaße und Schnitttiefen im Bearbeitungsprozess oder Leerfahrten durch die Geometrie des Werkstücks über- bzw. unterschreitet, erfolgt eine online-Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit an die nutzbare Spindelleistung.

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Diese adaptive Zerspanung führt zur Vermeidung von Schäden an Werkzeug, Maschine und Werkstück und damit auch zur Optimierung der Werkzeugstandzeit. Daneben können Werkzeugbruch und -verschleiß anhand erhöhter Spindelleistung detektiert und ein Werkzeugwechsel initiiert werden [KOM 2017].

Ungeachtet einzelner Anwendungen hat der Funktionsbereich Autonomie insgesamt noch einen geringen Umsetzungsstand. Für die Implementierung komplexer autonomer Systeme ist zukünftig die schwerpunktmäßige Entwicklung von Cyber-Physischen Produktionssystemen (CPS) erforderlich. CPS bezeichnet dabei die Kopplung von mechanischen Komponenten mit informations- und softwaretechnischen Komponenten, die über eine Kommunikationsinfrastruktur wie beispielsweise das Internet in Echtzeit miteinander kommunizieren.

CPS agieren weitestgehend autonom und können durch die Integration bzw. Kombination von Daten, Informationen und Funktionalitäten komplexe (Fertigungs-)Systeme und Infrastrukturen steuern und kontrollieren [LUB 2017]. Bezogen auf den Bereich der Zerspanung kommt dem Zerspanungswerkzeug hierbei eine Schlüsselrolle zu. Es teilt sich den anderen Bereichen selbstständig mit und tauscht Informationen wie Werkzeuglänge oder Prozessdaten aus, die gegenwärtig noch häufig aufwändig über viele Subsysteme und Schnittstellen zustande kommen und vielfach manuelles Eingreifen erfordern [BIS 2015, HEL 2013, MAP 2016].

Trotz der Reife zahlreicher Einzelanwendungen sind entlang der gesamten Wertschöpfungskette noch zahlreiche Herausforderungen zu bewältigen. Ein vollständig digitalisiertes, integriertes und davon durchdrungenes Unternehmen bis hin zur Smart Factory, in der die Fertigungsanlagen und Logistiksysteme mithilfe des Internets der Dinge und Dienste miteinander kommunizieren und sich autonom organisieren, liegt noch in weiter Ferne [BIS 2015].

Und wo steht der deutsche Mittelstand?

Mit der Digitalisierung erlebt die industrielle Fertigung einen grundlegenden Paradigmenwechsel, der angesichts drängender Probleme und Herausforderungen konkrete Lösungen mit Mehrwert für den Mittelstand schaffen kann. Doch liegt die Realisierung einer vollständigen Integration von Industrie 4.0 bei KMU gegenwärtig noch in weiter Zukunft. Viele Industrie 4.0-fähige Anwendungen und Technologien stehen für den Einsatz im Mittelstand zwar grundsätzlich bereit, werden aber von den Unternehmen aus unterschiedlichen Gründen noch nicht hinreichend genutzt. Zum einen scheuen Unternehmen die hohen Investitionen, die mit der digitalen Transformation einhergehen, oder fürchten um die Sicherheit ihrer Daten.

Dennoch befindet sich Industrie 4.0 als Teil des digitalen Wandels der Wirtschaft in einem Entwicklungsprozess, der nicht mehr aufzuhalten ist und dem sich auch der Mittelstand stellen muss, um seine internationale Wettbewerbsfähigkeit zu behaupten. Werkzeughersteller und Toolmanagement-Dienstleister können durch neue Absatzwege und zusätzliche Services in den Bereichen Beschaffung, Werkslogistik, Technologieunterstützung und der Erhebung und Auswertung von Daten sowohl einen Nutzen für ihre Kunden als auch für sich selbst generieren und weitere Schritte in Richtung Smart Factory gehen.

Die Transformation wird umso leichter gelingen, wenn Werkzeughersteller und Anwender praxisnahe Unterstützung bei der Ausschöpfung ihrer Potenziale erfahren und begreifen, dass der digitale Wandel nicht in allen Bereichen gleichzeitig erfolgen muss, sondern je nach den Bedürfnissen des Unternehmens auch schrittweise erfolgen kann.

Danksagung:

Das „Innovationsforum Zerspanungswerkzeuge – Neue Technologien für neue Herausforderungen“ des Fraunhofer IPA wurde im Rahmen der „Innovationsforen Mittelstand“ mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Die Autoren danken dem BMBF für die gewährte Förderung und allen beteiligten Unternehmen für die Unterstützung.

Der Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal MM Maschinenmarkt erschienen.

Literatur

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[BAU 2004] Baumbach, M. (2004). After-Sales-Management im Maschinen- und Anlagenbau.

[BIN 2017] Binzer, J. (2017). Übersicht über Forschungsprojekte im Bereich Industrie 4.0, VDMA-Forum Industrie 4.0.

[BIS 2015] Bischoff, J. (2015). Studie "Erschließen der Potenziale der Anwendung von Industrie 4.0 im Mittelstand"

[BOS 2017] Bosch, E., Grosch, T., Abele, E. & Metternich, J. (2017). Smart Tool Abschlussbericht. Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen.

[GRO 2017] Groß, J. (2017). Pay-per-use – Disruptives Geschäftsmodell für den Anlagen- und Maschinenbau? Verfügbar unter: http://hoganlovells-blog.de/2017/09/21/pay-per-use-disruptives-geschaeftsmodell-fuer-den-anlagen-und-maschinenbau/

[HEI 2017] Heins, E. (2017). Industrie 4.0 erfordert intelligente Vernetzung. Verfügbar unter: https://www.it-matchmaker.com/news/industrie-4-0-erfordert-intelligente-vernetzung/

[HEL 2013] Hellinger, A., Stumpf, V. & Kobsda, C. (2013).

Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0

[KAS 2016] Kasselmann, S. & Willeke, S. (2016). 4.0 READY. Technologie-Kompendium Interaktive Assistenzsysteme

[KLA 2018] Klapper, J. (2018). Digitale Assistenzsysteme – auch in Ihrer Produktion? Verfügbar unter: https://blog.iao.fraunhofer.de/digitale-assistenzsysteme-auch-in-ihrer-produktion/

[KOM 2017] KOMET Group (2017). Modulares Assistenzsystem ToolScope. Die umfassende Industrie 4.0 Lösung für IHRE Fertigung. Verfügbar unter: https://www.toolscope.de/home/

[KRO 2019] Kroker, M. (2019). Digitalisierung & Big Data: Nur 17 Prozent der Unternehmen monetarisieren ihre Daten. Verfügbar unter: https://blog.wiwo.de/look-at-it/2019/06/03/digitalisierung-big-data-nur-17-prozent-der-unternehmen-monetarisieren-ihre-daten

[LUB 2017] Luber, S. & Litzel, N. (2017). Was ist ein Cyber-physisches System (CPS)? Verfügbar unter: https://www.bigdata-insider.de/was-ist-ein-cyber-physisches-system-cps-a-668494/

[MAP 2016] Mapal Dr. Kress (2016). Fit für Industrie 4.0.

Verfügbar unter: https://www.maschinewerkzeug.de/werkzeuge/uebersicht/artikel/fit-fuer-industrie-4-0-1314991.html

[MIC 2015] Michel, S. (2015). Deutscher Mittelstand muss bei Industrie 4.0 aktiver werden. Verfügbar unter: https://www.maschinenmarkt.vogel.de/deutscher-mittelstand-muss-und-kann-bei-industrie-40-aktiver-werden-a-496110/

[MÜL 2016] Müller, F. G., Bressner, M., Görzig, D. & Röber, T. (2016).

Industrie 4.0: Entwicklungsfelder für den Mittelstand: Aktuelle Hemmnisse und konkrete Bedarfe.

[RIE 2017] Riehle, L. & Gillhuber, A. (2017). Werkzeughalter initiiert Werkzeugwechsel. Verfügbar unter: https://www.maschinenmarkt.vogel.de/werkzeughalter-initiiert-werkzeugwechsel-a-637042/ (01.08.2019)

[ZÄH 2016] Zäh, M. (2016). Industrie 4.0 an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Maschine. Verfügbar untern: https://www.produktion-dienstleistung-arbeit.de/files/Pdf_Kongress_Vortrag_Zaeh_Koestler.pdf

[ZOL o.J.] Zoller (o.J.). Datendurchgängigkeit von der Konstruktion bis an die Maschine. Verfügbar unter: https://www.zoller.info/de/home/usp-seiten/datendurchgaengigkeit-von-der-konstruktion-bis-zur-maschine.html

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