Inhaltsverzeichnis
1. Herausforderung Blisk-Fertigung
2. Auf dem Weg zur digital vernetzten Produktion
3. Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz
4. Analytics in der Produktion
Hinweis: Bedingt durch die Coronavirus-Pandemie wurde das alle drei Jahre stattfindende AWK (Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium) verschoben, anstelle des AWK 2020 wird nun also das AWK 2021 am 22/23. September 2021 stattfinden. Das AWK ’21 wird thematisch zudem auch die Thematik der Resilienz von Unternehmen aufgreifen – also Tipps geben, wie man mit einschneidenden Krisen und Produktionsausfall umgehen kann. Tickets zur Teilnahme am 30. AWK behalten nach Angaben der Aachener ihre Gültigkeit.
Die technische Welt zum Labor machen, um Zusammenhänge zu erkennen und damit die Effizienz und Produktivität von Werkzeugmaschinen zu verbessern – dieses Ziel hatten die Forscher des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT schon anlässlich des Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquiums (AWK) 2017 ausgerufen. Im Vorfeld des AWK 2021 bauen sie diesen Gedanken eines Internets of Production weiter aus und konkretisieren den Nutzen. „An vielen Stellen der Produktion stoßen wir mit herkömmlichen Methoden, Technologien und Prozessen an die Grenzen unserer Erkenntnis“, betont Prof. Thomas Bergs vom Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren, derzeit Geschäftsführender Direktor des WZL. „Die Digitalisierung versetzt uns aber jetzt in die Lage, diese Grenzen zu überschreiten.“
Herausforderung Blisk-Fertigung
Was das konkret heißt, demonstrieren die Aachener am Beispiel der Blisk-Fertigung für Flugtriebwerke. Bei Blisks, die Laufschaufeln und Rotor in einem Bauteil vereinen, kommen komplexe dünnwandige Geometrien, extreme Toleranzen bis hinab zu 25 Mikrometer und schwer zu bearbeitende Werkstoffe zusammen – alles andere als einfache Voraussetzungen, um eine qualitativ stabile Fertigung sicherzustellen. Die ist aber erforderlich, damit die Triebwerke später die geforderte Leistung bringen.
Bei der Blisk-Fertigung stoßen selbst die heute verfügbaren Simulationsmöglichkeiten an ihre Grenzen – zu vielfältig sind die Einflussfaktoren, was Untersuchungen an einem Digitalen Zwilling erschwert. Letztlich will man ja verstehen, unter welchen Voraussetzungen die Bauteile mit den gewünschten Toleranzen stabil gefertigt werden können. Genau hier setzt der Kerngedanke des ‚Internet of Production‘ an – denn bereits heute erfassen Steuerungen und Sensoren in den Werkzeugmaschinen eine Vielzahl an Parametern. Gelingt es, alle auf diesem Wege bereits vorliegenden Informationen zusammenzuführen und mit den Messwerten konkreter Blisks zu vergleichen, lassen sich Rückschlüsse ziehen, unter welchen Bedingungen wiederholbar die gewünschte Qualität erreicht werden kann. Steht etwa eine Hallentür offen, kann dies zu temperaturbedingten Abweichungen führen – das fällt dann auf und macht verständlich, warum die Datenanalyse so verlockend ist.
Auf dem Weg zur digital vernetzten Produktion
Das Motto des alle drei Jahre stattfindenden AWKs lautet 2020 deswegen ‚Internet of Production – Turning Data to Value‘. Ziel ist, produzierenden Unternehmen Wege aufzuzeigen, wie sie mittels bedarfsgerechter Datenerfassung und maschinellem Lernen zu schnellen, fehlerfreien Verbesserungen in der Serienproduktion gelangen können. „Je besser ich meine komplexen Prozesse und ihre Randbedingungen kenne, desto fundierter kann ich die wahren Kosten meiner Produkte benennen und zudem wertvolle Ressourcen sparen“, führt Bergs weiter aus. „Lehrstuhlübergreifend ist es uns wichtig zu verstehen, was erforderlich ist, damit die Vision von der vollständig digitalisierten und vernetzten Produktion in der Industrie Wirklichkeit werden kann.“
Anlässlich des AWK 2021 stellen neben Wissenschaftlern auch Referenten aus namhaften Unternehmen vor, welche Schritte sie hier bereits gegangen sind und welchen Nutzen sie aus einer umfassend vernetzten Produktion ziehen können. Mit mehr als 1200 Teilnehmern ist die Veranstaltung Informations-Hub und Netzwerktreffen zugleich. In zweimal zwei parallelen Vortragssessions werden die folgenden Themen behandelt:
- Architektur einer vernetzten, adaptiven Produktion
- der Digitale Zwilling in der Fertigung
- Analytics in der Produktion
- Geschäftsmodelle im Internet of Production
Gerade der letzte Punkt dürfte einer der konfliktträchtigsten Punkte sein. Das ist einfach zu verstehen, wenn man sich vor Augen hält, dass das Internet of Production dann besonders leistungsstark ist, wenn viele Informationen – oder besser Daten – seitens aller Beteiligten zur Verfügung gestellt werden. Will heißen: Fließen Daten von Anwender, Werkzeugmaschinenhersteller, Werkzeughersteller und Materiallieferant zusammen – um nur einige zu nennen –, lassen sich bessere Rückschlüsse ziehen verglichen mit dem Fall, in dem nur einer der Beteiligten seine Daten analysiert. Die Frage, wer in welchem Maße von den Erkenntnissen profitiert und wie künftige Geschäftsmodelle aussehen, können allerdings auch die Aachener Wissenschaftler noch nicht beantworten. Andererseits: Kann ich wiederholbar Bauteile hoher Qualität bei minimalem Einsatz von Ressourcen fertigen, kann und wird dies ein wertvoller Wettbewerbsvorteil sein.
Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz
Gerade die Frage der Ressourcen wird zukünftig eine immer wichtigere Rolle spielen. Mehr und mehr stoßen wir ja an Grenzen, weil erforderliche Rohstoffe nicht mehr in ausreichendem Maße zur Verfügung stehen. „Durch das Abbild meiner Komponente über den gesamten Werdegang lerne ich, was an Energie- und Ressourceneinsatz das Bauteil von seiner Entstehung bis zum fertigen Produkt erlebt hat“, so Prof. Thomas Bergs weiter. „Auf diese Weise kann ich eine Aussage darüber treffen, ob diese Komponente in meinem System auch ökologisch sinnvoll ist oder nicht.“ Bergs wird diesen Gedanken auch in seiner Session zum Digitalen Zwilling in der Fertigung vertiefen.
Vor dem Hintergrund der aktuellen Debatten über Klimawandel, Energiewende und drohender Rezession geht das AWK 2021 auch auf die Frage nach dem Wert und den wahren Kosten eines Produktes ein – über seine gesamte Entstehungs- und Nutzungsdauer hinweg. „Die Digitalisierung ermöglicht es Unternehmen, beispielsweise Werkstoffe und Energie einzusparen, den Verschleiß an Werkzeugen und Maschinen zu verringern und kostspielige Hightech-Produkte leichter, robuster und effizienter zu machen“, so Bergs abschließend.
Übrigens: In der 30. Auflage des AWK wird es auch wieder die Möglichkeit geben, Einblick in die Forschungsarbeiten an WZL und Fraunhofer IPT zu nehmen. Erstmals werden thematisch strukturierte Touren durch die Maschinenhallen der Institute und ausgewählte Partnerangebote, die Vortragsinhalte durch praxistaugliche Demonstratoren und sogar bereits industriell verwirklichte Entwicklungen illustrieren, angeboten. Schwerpunkte legen die Veranstalter dabei auf aktuelle Themen wie Digitalisierung, Individualisierung, Elektrifizierung und Klimaschutz, Industrie 4.0, Blockchain, Künstliche Intelligenz und 5G. (co)
Kontakt:
Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen
Campus-Boulevard 30
52074 Aachen
Tel.: +49 241 80-28040
Website: www.wzl.rwth-aachen.de
Website: www.ipt.fraunhofer.de
Prof. Dr.-Ing. Thomas Bergs, Geschäftsführender Direktor des WZL, Lehrstuhlinhaber Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren
Bild: WZL/Krentz
„Je besser ich meine komplexen Prozesse und ihre Randbedingungen kenne, desto fundierter kann ich die wahren Kosten meiner Produkte benennen und zudem wertvolle Ressourcen sparen.“
Das kommende AWK will aufzeigen, wie digitale mit physikalischen Daten entlang der Prozesskette verknüpft werden könnenBild: WZL
Vortragshinweis
Analytics in der Produktion
Unter dem Titel ‚Funktionale Rückverfolgung in Prozessketten – ein modell- und datenbasierter Ansatz‘ geht Prof. Bergs in seinem Vortrag unter anderem auf Verzahnungen ein, die in Luft- und Raumfahrtanwendungen ein sicherheitskritisches Maschinenelement bilden. Durch das Konzept des digitalen Zwillings wird die Idee einer vollständigen Rückverfolgbarkeit des Fertigungsprozesses Wirklichkeit: Dies erfordert Daten, die schon heute während des Fertigungsprozesses anfallen, jedoch bisher zum Großteil ungenutzt bleiben. Physikalische Daten wie Servo-Traces, aber auch Werkzeug- und Prozessdaten, die entlang der Prozesskette aufgenommen werden, können mit digitalen Daten aus Fertigungssimulationen verknüpft werden. Dieses Vorgehen ermöglicht modell- und datenbasierte Analysen, sowohl für die einzelnen Prozessschritte als auch prozesskettenübergreifend.
Dieser Vortrag beschreibt zunächst die aktuelle Ausgangssituation. Anhand von Praxisbeispielen wird diskutiert, wie Fertigungsketten heute gestaltet sind und welche Herausforderungen dies mit sich bringt. Daraus wird schließlich der Optimierungsbedarf abgeleitet: Wo stehen wir, wo wollen wir hin? Der Frage, wie die Digitalisierung und datenbasierte Modelle zur Optimierung der Prozesskette beitragen – und wie eine lückenlose und individuelle Rückverfolgbarkeit gewährleistet werden kann –, soll anschließend nachgegangen werden. Darunter fällt die Klärung von Eingangsgrößen (zum Beispiel der ‚Foot-print‘ der Maschine) sowie der individuellen und prozesskettenübergreifenden Prozessbeschreibung (daten-, modell- und/oder phänomenbasiert). Wie Maschinen künftig auf Basis der generierten Daten lernen und autark auf Prozessänderungen reagieren können, wird den Ausblick des Vortrags bilden.
