10. Chemnitzer Produktionstechnik-Kolloquium beflügelte den Wissenstransfer 26.09.2018, 00:00 Uhr

Präzision durch adaptive Produktion

Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU hatte im Sommer 2018 zum zehnten Mal zum „Chemnitzer Produktionstechnik-Kolloquium“ (CPK) eingeladen, das von mehr als 200 Teilnehmern aus 80 Unternehmen besucht wurde. Unter dem Motto „Präzision durch adaptive Produktion“ standen die aktuellen Fragen zu flexibler Produktionstechnik genauso im Fokus wie „intelligente“ Komponenten und adaptive Bearbeitungsprozesse – kurzum: die Produktion der Zukunft.

Bild 1. Das zehnte „Chemnitzer ‧Produk‧tions‧technische Kolloquium“ stand unter dem Motto „Präzision durch adaptive Produktion“. Bild: Fraunhofer IWU

Bild 1. Das zehnte „Chemnitzer ‧Produk‧tions‧technische Kolloquium“ stand unter dem Motto „Präzision durch adaptive Produktion“. Bild: Fraunhofer IWU

Das hochkarätige Programm war reich an produktionstechnischen Fragestellungen, Bild 1. Der Plenarvortrag von Oliver Zipse, Mitglied des Vorstands der BMW AG, thema­tisierte die Systemintegration als Kernkompetenz der industriellen Produk­tion, die wiederum die enge Zusammen­arbeit von Entwicklung und Produktion bedingt. Historisch entstanden aus der Integration vom Montageband bei Ford über Derivate im Sinne der Varianz bei GM (Genral Motors), zog sie sich fort über den Effizienzgedanken von Toyota bis hin zur Systemintegration.

Prof. Tim Hosenfeldt, Leiter Zentrale Innovation bei Schaeffler, setzte in einem prägnanten Beitrag unter anderem auf umweltfreundliche Antriebe und die Ambidextrie zur kontinuier­lichen Verbesserung vorhandener und Erschließung neuer Techno­logien für Produktion und Produkte – wie unter anderem das „intelligente Wälzlager.“ Die Kaltumformung von Wälzlagern wird beherrscht und pers­pektivisch auf die Zahnradfertigung übertragen.

Verbesserungspotential Maschine

Der Maschinenhersteller DMG Mori mit einem Produktspektrum von 157 Maschinen für die Verfahren Drehen und Fräsen setzt laut dessen Präsident, Dr. Masahiko Mori, neben schlüsselfertigen Systemen den Schwerpunkt auf die Produktion von Implantaten für die alternde Bevölkerung sowie auf die Fabrikautomatisierung.

Für die 2030er Jahre werden bezüglich der Antriebsarten circa 30 % „Verbrenner“, 30 % elektrische und 40 % Hybridantriebe prognostiziert. Beim Wechsel von Ver­brennern zu elektrischen Antrieben ent­fallen 40 % der zuvor benötigten Teile – Kon­struktion wie Produktion müssen neu angedacht werden. DMG Mori bahnt den Weg zur Implementierung generativer Fertigungsverfahren in Verbindung mit Fräs­prozessen beziehungsweise zur Funktionsintegration.

ZF Friedrichshafen – mit der „Vision Zero“ – agiert bereits in verschiedenen Be­reichen der digitalisierten Fabrik und treibt die selbstgesteuerte Fabrik voran. Dem liegt laut Dr. Ulrich Kohler, Senior Vice President und Leiter Produktion der Division Pkw-Antriebstechnik, die digitale Echtzeitabbildung des Produktionsnetz­werks aus mittlerweile 230 Standorten weltweit zugrunde. Nach der „See-Think-Act-Devise“ werden Verbesserungspoten­tiale aufgedeckt; dazu kommt die Mixed Reality-Brille „Hololens“ zur Sichtfelderweiterung zum Einsatz.

Die Multitechnologiegruppe Emag bietet Ansätze zur Komplettbearbeitung auch für kleine Losgrößen und synthetisiert Funktionen und Komponenten zur digitalen Fertigungszelle. Das Unternehmen stellt sich dem „Spagat“ aus Individualisierung und kleinen Losgrößen und realisiert die ganzheitliche Maschine als Zelle.

Der Ansatz von Makino erzielt die Produktivität durch Adaption und die Prozess­sicherheit durch eine virtuelle Kollisions­sicherung an der Maschine.

Dem Maschinenhersteller Schiess in Aschersleben gelang es durch den Einsatz der Fini­te-Elemente-Methode (FEM) sowie der Modalanalyse an einem Prototyp, dy­namische Schwachstellen zu identifizieren und konstruktionsseitig auszugleichen, was sich insofern als „Benefit“ erweist, da sich die Maschinenstruktur deutlich auf die Bearbeitungsgenauigkeit auswirkt.

Digitalisierungs- und Monitoringkonzepte

Digitalisierungskonzepte sind kein Selbstzweck – nur wenn sich der Kunde eine erhöhte Effizienz seiner Anlage oder Maschine verspricht, wird er zu entsprechenden Investitionen in die Digitalisierung seiner Produktion bereit sein. Festo entwickelte aus diesem Aspekt heraus eine servo-pneumatische Schweißzange für den Rohbau, die geregelt zufährt. Die klassische Diag­nose im Sinne des Condition Moni­toring behält nach wie vor ihre Berech­tigung und ist in keiner Weise durch „Big­Data“-Analysetools zu ersetzen.

Trumpf setzt das Industrie 4.0-Thema mit dem „Data Collector“ um, der Daten zur Zustandsüberwachung für die Trendanalyse sammelt. Es werden Fehlerfrequenz und Programmänderungen erfasst. Ein Qualitätsdatenspeicher erlaubt die Speicherung und Rückverfolgung von Prozess­daten.

Das Fraunhofer IWU demonstrierte den Einzug der Digitalisierung in die Produk­tion und macht die adaptive Produk­tion über Ländergrenzen im deutsch-schwedischen „Testbed Industrie 4.0“ möglich. Mehr als 35 Lösungen des IWU wurden zudem beim „Manufacturing Live“ in den Versuchsfeldern des Fraunhofer IWU vorgestellt, Bild 2 und Bild 3.

Bild 2. Eines der Highlights bei den praktischen Demonstrationen war die „Maschine 4.0“. Bild: Fraunhofer IWU

Bild 2. Eines der Highlights bei den praktischen Demonstrationen war die „Maschine 4.0“. Bild: Fraunhofer IWU

 

Bild 3. Das „Manufacturing Live“ lockte viele Interessenten in die Versuchsfelder des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik. Bild: Fraunhofer IWU

Bild 3. Das „Manufacturing Live“ lockte viele Interessenten in die Versuchsfelder des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik. Bild: Fraunhofer IWU

 

Dieses Format bot vielfältig Gelegenheit dazu, Entwickler und zukünftige Projektpartner miteinander ins Gespräch zu bringen. Die wirkmedienbasierte Bearbeitung durch das schwingungsüberlagerte Honen und das ultraschallüberlagerte Fräsen waren ebenso zu erleben wie Smart Data Services für Condition Moni­toring, bedarfsgerechte Kühlung und die Erzielung einer verbesserten Arbeitsgenau­ig­keit durch den digitalen Werkzeugmaschinen-Zwilling.

Weitere Stände zeigten unter anderem das branchenunabhängig einsetzbare System „Xeidana“ zur intelligenten Datenanalyse, smarte Assistenzsysteme in Produktion und Logistik, die „Linked-Factory“ als Datendrehscheibe in der Smarten Fabrik, eine Komponente zur flexiblen Maschinenanbindung, die digitale Planung der „E³-Produktion“ sowie die Unterstützung des Menschen in der Produktion durch Mobile-IT.

In einem internationalen Innovationszentrum bahnt Makino unter anderem den Weg für einen modellbasierten Prozess­überwachungsansatz, ein Werkzeugver­messungssystem zur Früherkennung von Werkzeugbruch und ein Tool zur Kollisionsvermeidung.

Mauser nutzt mit „Präzoplan“ – einem inte­grierten Kreuzgittermesssystem – den ersten mehrdimensionalen Komparator für eine präzise Fräsbearbeitung im sub-µm-Bereich; die damit ausgestatteten Maschinen sind äußerst positioniergenau.

Die Komet-Gruppe treibt innovative Werkzeuge und im Projekt „BazMod“ die Spindel der Zukunft voran. Sie präsentierte den Drehprozess mit stehendem Werkzeug. Bei der Wiederholgenauigkeit der U-Achse ließen sich Werte kleiner 3 µm realisieren.

Intelligente Spanntechnik von Ott-­Jakob, bei der der Werkzeugsitz kontrolliert wird, konnte im Gemeinschaftsprojekt mit BMW zum Erfolg geführt werden.

Am Fraunhofer IWU werden für die agile Produktion neben mobilen Werkzeug­maschinen und Fräsrobotern auch modu­lare und autarke Komponenten entwickelt, auf die Funktionen ausgelagert werden.

Marposs mit den Firmen Artis, Brankamp und Dittel bietet serienmäßig Über­wa­chungslösungen für die Kaltumformung, unter anderem zur Schraubenfertigung. Basie­rend auf der Messung von Kraft, Drehmoment und Schwingungen können die Bearbeitungsparameter adaptiv beeinflusst werden, sofern keine Finish-Oberflächenanforderungen bestehen. Eine belastungsabhängige Vorschubregelung kann die Bear­beitungszeit um bis zu 15 % senken.

Die Zukunft ist additiv – und hat schon begonnen

Premium Aerotec nutzt additive Verfahren (AM) wie den metallischen 3D-Druck zur Fertigung von Flugzeugstrukturteilen – seit 2016 in Serie. Die durch additive Verfahren gewonnene Designfreiheit kann und muss genutzt und neu gedacht werden. Der Firma ist es gelungen, durch konstruktive Maßnahmen ehemals 95 Teile in einem Teil zusammenzuführen. Die Beherrschung des Verzugs, Beseitigung der Anisotropie, Oberflächenrauheiten von < 3,2 µm sowie die Wiederholgenauigkeit sind prozess­seitige Herausforderungen.

Mapal setzt einen hybriden Ansatz in der Fertigung von Werkzeugen ein. Die Genauigkeit additiv gefertigter Teile ist meist unzureichend. Hybride Bauweisen in der Serie sind kostengünstiger. Restriktionen ergeben sich aus Baulänge sowie Position und Orientierung des additiven Teils. Ein beachtliches Bauteilspektrum wurde erreicht – nicht zuletzt dank der Optimierung des Designs der Werkzeuge.

Am Fraunhofer IWU werden seit 2009 additive Verfahren wie das Laserstrahlschmelzen erforscht, gezielt zur Herstellung von Werkzeugen für Blechumformung und Druckguss. Dabei können Aktoren und Sensoren integriert sowie gradierte Eigenschaften realisiert werden; der Trend geht zur lastfall- und strukturangepassten Auslegung der Werkzeuge.

Als Faustregel ist eine gute Schweißbarkeit die Voraussetzung für gute Bearbeit­barkeit beim Laserschmelzen. Zellulare Strukturen mit Poren sind gut abbildbar; Druckgießwerkzeuge können in Hybrid­bauweise hergestellt werden.

Den Herausforderungen der Industria­lisierung der additiven Fertigung stellt sich auch Bosch Rexroth in Kooperation mit Heraeus und Trumpf. Die Vorteile des AM-Designs werden mit den Kostenvorteilen der konventionellen Produktion kombiniert. AM-gerechtes Design, Preforms und neu gestaltete Prozessketten wirken kostendämpfend.

Selbstoptimierende Produktionsanlagen

Zukunftspotential bergen cyber-physische Systeme als sich selbst optimierende Produktionssysteme. Diesbezügliche Themen der Forschung an der TU Dresden sind die thermoenergetische Maschinengestaltung in Verbindung mit industrieller Bildverarbeitung sowie der Qualifizierung einer Werkzeugmaschine als Kraftmessplattform. Das Fraunhofer IWU stellte einen Korrekturansatz von thermischen und dynamischen Strukturverlagerungen an Werkzeugmaschinen vor, in dem das statisch-dynamische Systemverhalten durch In-Prozess-Visualisierung und eine kombinierte Si­mulation der Maschinengesamtverlagerung optimiert wird. Der Ansatz zielt zukünftig auf datenbasierte Assistenzsysteme zur Produktionssteuerung ab.

Axoom Solutions als Tochtergesellschaft von Trumpf agiert als digitale Plattform für fertigende Unternehmen und Maschinenhersteller und bietet die diesbezüglichen Chancen für die Unternehmen, zum Beispiel eine Vergleichbarkeit unterschiedlicher Standorte im Konzern. Zukünftig wird die Fähigkeit, komplexe Systeme zu implementieren, entscheidend sein.

Fazit

Das Chemnitzer Produktionstechnik-­Kolloquium blickt auf 20 erfolgreiche Jahre zurück. Bei sehr guter Teilnahme und fachlichem Tiefgang unterstrich die Konferenz die Rolle der klassischen Kompetenz der Produktionstechnik. Eindrucksvoll demon­striert wurde dies anhand der Lösungen in den Versuchsfeldern des Fraunhofer IWU beim „Manufacturing live“. „Komplexität wird zur Herausforderung, ihr müssen wir uns stellen – und sie nicht bekämpfen“, resümierte Prof. Matthias Putz, Bild 4, Tagungsvorsitzender und Institutsleiter am Fraunhofer IWU in Chemnitz.

Bild 4. „Präzision durch adaptive Produktion made@IWU“ erläuterte Prof. Matthias Putz, Tagungsvorsitzender und Institutsleiter am Fraunhofer IWU. Bild: Fraunhofer IWU

Bild 4. „Präzision durch adaptive Produktion made@IWU“ erläuterte Prof. Matthias Putz, Tagungsvorsitzender und Institutsleiter am Fraunhofer IWU. Bild: Fraunhofer IWU

 

www.iwu.fraunhofer.de

Von Anette Reichelt

Anette Reichelt betreibt die Agentur Technik und Sprache in Chemnitz

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