Vision Toleranzmanagement 4.0


Das Zukunftsbild der Industrie 4.0 strebt eine enge Verbindung von industrieller Produktion und moderner Informations- und Kommunikationstechnik an. Durch den Einsatz cyber-physischer Systeme und deren Vernetzung über komplexe Wertschöpfungsketten hinweg sollen Effizienzsteigerungen insbesondere in der Fertigung erzielt werden.
Hierzu zählt besonders die effiziente Steuerung unausweichlicher Bauteilabweichungen, die teils deutlichen Einfluss auf die Funktion und Qualität technischer Produkte haben. So können zum Beispiel cyber-physische Fertigungssysteme ständig ihren Betriebszustand erfassen, durch Fertigungsprozesssimulationen und Vorhersagemodelle nahezu in Echtzeit die zu erwartenden geometrischen Eigenschaften der Bauteile prognostizieren und diese Informationen nutzen, um durch Toleranzsimulationen ideale Fügepartner zu identifizieren und Stellmaß- nahmen in der Fertigung zu definieren. All dies erfolgt noch bevor die physischen Bauteile das Montageband erreichen. Daneben erlaubt der Einsatz von Sensoren in sogenannten „Smart Products“ u. a. die Ermittlung von Lastkollektiven im Betrieb. Diese können im integrativen Toleranzmanagement genutzt werden, um durch Nachgiebigkeits- und Verschleißberechnungen real auftretende Verformungen und den zu erwartenden Verschleiß vorherzusagen. Die Verfügbarkeit großer Datensätze aus der Fertigung und dem Betrieb erlaubt außerdem im Toleranzmanagement mittels Datenanalysetechniken (Big Data Analytics), wie dem Data- Mining oder dem maschinellen Lernen, bisher unbekannte Zusammenhänge zwischen Fertigungsparametern, der geometrischen Maßhaltigkeit der Bauteile sowie den funktionalen Produkteigenschaften im Betrieb aufzudecken und dadurch geeignete Stellmaßnahmen zu identifizieren.
 Darüber hinaus erlaubt die stetig steigende Digitalisierung in der Fertigung die Schaffung einer durchgängigen digitalen Prozesskette zwischen der virtuellen Produktentwicklung und rechnergesteuerten Fertigungs- und Prüfmaschinen. So werden schon heute vermehrt durch „model-based definition“ bereits im 3D-CAD-Modell Toleranzen und weitere „Product Manufacturing Information“ (PMI) in der digitalen Produktdefinition spezifiziert, die in naher Zukunft automatisch auf Fertigungsmaschinen und Messsysteme übertragen werden können. Neben der Zeiteinsparung entfallen hierdurch Fehlerquellen, wie die manuelle Übertragung von To-leranzen von tech- nischen Zeichnungen in die Steuerungsprogramme der Fertigungs- und Mess- systeme. Außerdem können durch das Rückspiegeln der tatsächlichen Messdaten aus der Fertigung in die Konstruktion den Entwicklern und Toleranzingenieuren wertvolle Hinweise über die Fertigungs- und Messprozessfähigkeiten gegeben und so Toleranzen entsprechend dieser Fähigkeiten gezielt auf die einzelnen Beitragsleister einer Baugruppe aufgeteilt werden.
Um jedoch ein ganzheitlich vernetztes „Toleranzmanagement 4.0“ zu ermöglichen, ist analog zur zunehmenden Vernetzung der Maschinen eine verstärkte Vernetzung der Menschen, sowohl entlang des Produkt- entwicklungsprozesses als auch zwischen verschiedenen Disziplinen aus industrieller Praxis und Forschung, essentiell.