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maschine+werkzeug 02/2019

Fertigung ohne Grenzen

Extra Industrie 4.0

Vernetzung – Die Globalisierung stellt neue Ansprüche an die Vernetzung der Produktion. Fraunhofer-Forscher zeigen gemeinsam mit schwedischen Experten, wie man eine Produktion über Ländergrenzen hinweg verbindet.

Bei der Zahnradherstellung erforschen Fraunhofer-Mitarbeiter mit Experten aus Schweden Industrie-4.0-Lösungen. Bild: WZL/Peter Winandy

Die meisten Industrie-Unternehmen sind heute global aktiv. Doch obwohl in jedem Werk die gleichen Maschinen stehen und identische Produktionsvorschriften gelten, schwankt die Qualität der Produkte oftmals.
Forscher des Fraunhofer-Instituts haben deshalb zusammen mit schwedischen Forschungs- und Industriepartnern Produktionsanlagen standortübergreifend zum ›Swedish-German Testbed for Smart Production‹ vernetzt. Hier lassen sich künftig neue Technologien für die vollständig vernetzte Produktion entwickeln und prüfen, um letztlich die Produktion zu optimieren und effizienter zu machen.

Die Testumgebung umfasst die drei Standorte Aachen, Chemnitz und Stockholm. Mit von der Partie sind unter anderem die drei Aachener Fraunhofer-Institute für Produktionstechnologie IPT, für Lasertechnik ILT sowie Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME mit ihrem Leistungszentrum ›Vernetzte, adaptive Produktion‹, das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU aus Chemnitz, das Powertrain Manufacturing for Heavy Vehicles Application Lab (PMH Application Lab) an der Königlich-Technischen Hochschule in Stockholm, die Fahrzeughersteller Scania und Volvo sowie der schwedische Telekommunikationskonzern Ericsson.
»Damit haben wir viele Partner aus verschiedenen Branchen versammelt, mit denen wir Produktionsumgebungen für die Industrie 4.0 entwickeln und umfassend testen werden«, sagt Jannik Henser, geschäftsführender Direktor des PMH Application Lab in Stockholm. »Ein Schwerpunkt liegt hier auf dem 5G-Mobilfunkstandard, der künftig die Produktionsmaschinen und die Steuerzentrale miteinander verknüpft.«

Vernetzt via 5G

Die ersten Produkte, für die derzeit im schwedischen Testbed eine vernetzte Produktion aufgebaut wird, sind Getriebeteile, die in Nutzfahrzeugen von Scania und Volvo zum Einsatz kommen. An diesem Beispiel, das auch auf der Hannover Messe vorgestellt wird, wollen die Experten die herkömmliche Produktion gleich in mehrfacher Hinsicht verbessern – unter anderem die Bearbeitung von Metallteilen in Werkzeugmaschinen, in denen ein Werkstück durch Wälzschälen in ein Hightech-Getriebeteil verwandelt wird. »Es kommt hier auf Präzision im Bereich weniger Mikrometer an«, erklärt Professor Thomas Bergs vom Fraunhofer IPT. »Wälzschälen ist ein sehr dynamischer Prozess. Wenn im Fertigungsprozess Vibrationen entstehen, zum Beispiel, wenn ein Werkzeug verschlissen ist, können in Sekundenbruchteilen Schäden auftreten. Diese Schäden werden in der Regel erst bei der Funktionsprüfung des fertig montierten Getriebes entdeckt, was hohe Kosten nach sich zieht.«
Befestigt man aber direkt am Werkzeug oder am Bauteil Vibrationssensoren, die ihre Information via 5G-Mobilfunk an die Zentrale senden, kann man schnell eingreifen. »5G ist so schnell, dass die Anlage innerhalb von Millisekunden reagieren kann – die Latenzzeit, die Zeit vom Auftreten der Störung bis zur Reaktion, ist damit ausreichend kurz, um Schäden zu verhindern«, erläutert Bergs. »Bei einem Bauteil, das in der Maschine mit 1.000 Umdrehungen pro Minute rotiert, ist ein kabelgebundener Sensor schlicht nicht einsetzbar.« Dank des 5G-Standards aber werde künftig eine sich selbst anpassende, adaptive Fertigung quasi in Echtzeit möglich.

Einfache Analyse

Treten heute beim Kunden Schäden auf, weil das Bauteil fehlerhaft ist, dann ist die Fehlersuche oftmals eine zeitraubende Angelegenheit. Denn nicht immer ist klar, an welcher Stelle der Produktionskette der Fehler entstanden ist. Werden während der Herstellung bereits alle verfügbaren Daten mit Sensoren aufgenommen und in der unternehmenseigenen Cloud gespeichert, ist eine lückenlose Dokumentation der Fertigung möglich. »So lassen sich permanent die Produktionsparameter überwachen und Messdaten aufnehmen. Alle diese Daten werden in dem digitalen Zwilling, gespeichert und sind für Analysen jederzeit verfügbar«, sagt Jannik Henser.
Für die Industriekunden besteht der Vorteil dieser vernetzten Forschungscommunity mit ihrem Testbed auch darin, dass sie hier Technologien zusammen mit Partnern oder auch Mitbewerbern entwickeln können, ohne dass ihnen jemand in die Karten schaut. Gewissermaßen ist hier eine Entwicklung auf neutralem Boden möglich. »Zwischen uns und den Industriekunden herrscht eine sehr offene Atmosphäre. Wir sind keine Konkurrenz, sondern das Bindeglied zwischen Produktionsunternehmen und IT-Enablern und wollen gemeinsam mit ihnen die Produktionsprozesse weiterentwickeln«, sagt Raphael Kiesel, Community Manager des Aachener ›International Center for Networked, Adaptive Production‹, kurz ICNAP. »In diesem Sinne ist unseren Partnern auch bewusst, dass hier sämtliche Daten gut aufgehoben sind.« Ein weiterer Vorteil: Die Testumgebung wird den Industriepartnern als Service zur Verfügung gestellt. Dadurch sparen sie Investitionen in eigene Entwicklungslabore und senken die Ungewissheit und das Risiko gegenüber neuen Technologien.

Neue Denkweisen

Die vernetzten Testumgebungen bringen viele Unternehmen aus verschiedenen Branchen zusammen und bieten den Partnern die Chance, voneinander zu lernen. »Ein Telekommunikations-Unternehmen kennt nicht zwangsläufig den Bedarf eines Metall verarbeitenden Betriebes«, sagt Raphael Kiesel. »Hier lernt man den Bedarf des anderen kennen und kann neue Lösungen entwickeln, die ohne eine solche Kooperation nicht so einfach entstanden wären.« Besonders kreativ sei die Zusammenarbeit auch, weil durch die internationalen Partnerschaften verschiedene Mentalitäten zusammenkommen.
»Die Schweden sind neuen Technologien gegenüber sehr aufgeschlossen, insbesondere im Bereich der Kommunikation«, ergänzt Jannik Henser, der selbst schon länger in Schweden lebt. »Die deutschen Partner wiederum bringen beispielsweise ihre Expertise aus dem Werkzeugmaschinenbau ein.« Während der Hannover Messe wird die deutsch-schwedische Zusammenarbeit gleich an mehreren Ständen vorgestellt: Bei Ericsson erleben die Besucher die 5G-Technologien in der Anwendung des deutschen und schwedischen Testbeds. Am Stand der schwedischen Kooperation werden Exponate aus dem Getriebebereich vorgestellt und die vernetzte Produktion an einem Touchbildschirm erklärt, der an das Swedish-German Testbed angebunden ist.

www.fraunhofer.de

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