Siemens an der EMO

Digitalisierung im Werkzeugmaschinenbereich

| Redakteur: Silvano Böni

Digitalisierung eröffnet neue Möglichkeiten für Werkzeugmaschinen – über den gesamten Lebenszyklus.
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Digitalisierung eröffnet neue Möglichkeiten für Werkzeugmaschinen – über den gesamten Lebenszyklus. (Bild: Siemens)

Kürzere Markteinführungszeit, stärkere Flexibilität, höhere Qualität und gesteigerte Effizienz sowie geeignete Sicherheitsmassnahmen: Fertigungsunternehmen müssen mit der Digitalisierung in der Industrie wesentliche Anforderungen erfüllen. Nur ein ganzheitlicher Ansatz, der die gesamte Wertschöpfungskette umfasst und digitalisiert, wird zu nachhaltiger Wettbewerbsfähigkeit führen.

Schon heute können Werkzeugmaschinenhersteller und fertigende Betriebe die Chancen der Digitalisierung nutzen und ihre Wettbewerbsfähigkeit systematisch verbessern: Entwicklungs- und Markteinführungszeiten lassen sich deutlich reduzieren sowie die Flexibilität und Effizienz in der Produktion signifikant steigern. Als einziger Anbieter eines umfassenden Automatisierungs- und Digitalisierungsangebots bietet Siemens eine durchgängige CAD/CAM-CNC-Prozesskette sowie Lösungen für die Vernetzung von Werkzeugmaschinen und übergelagerten IT-Systemen. Diese horizontale und vertikale Integration kombiniert das Unternehmen mit innovativen Lösungen für die Zerspanung, für die Anbindung von Robotern oder für Additive Manufacturing.

Von der Idee zur Maschine – der digitale Zwilling

Für Maschinenhersteller ist vor allem die Frage interessant, wie sich Maschinen effizienter entwickeln lassen, damit sie schnell und flexibel auf Markt- und Kundenanforderungen reagieren können. Um das zu erreichen, werden die Entwicklungsphasen neuer Maschinen zunehmend virtualisiert und parallelisiert. Voraussetzung dafür ist der konsequente Einsatz aller Digitalisierungsmöglichkeiten – von der ersten Idee bis zur Inbetriebnahme der fertigen Maschine. Durch die Digitalisierung des Entwicklungsprozesses hat der Maschinenhersteller bereits sehr früh alle erforderlichen Daten als virtuelles Maschinenmodell vorliegen. So entsteht ein digitaler Zwilling der Maschine. Damit können Kundenwünsche und neue Optionen direkt und einfach auf ihre Machbarkeit geprüft und optimiert werden.

Aber was ist eigentlich ein digitaler Zwilling? Und wofür braucht man ihn? Gemeint ist damit ein digitales Abbild der realen Maschine, das zeitgleich erstellt und erweitert wird, und zwar idealerweise schon von der ersten Studie an. Programmier-, Simulations-, aber auch Einrichtvorgänge können offline in der Arbeitsvorbereitung durchgeführt werden. Mit dem digitalen Zwilling der Maschine lassen sich beispielsweise individuelle Kundenwünsche und neue Optionen auf ihre Machbarkeit prüfen und laufend optimieren. Die Funktion der Maschine kann mit dem digitalen Zwilling unter nahezu realen Bedingungen getestet und weiter optimiert werden. Ausserdem erlaubt eine Optimierung der Produktionsplanung und Maschinenauslastung die einwandfreie Kalkulation der Werkstückkosten und verkürzte Rüstzeiten. Die virtuelle Umgebung kann genutzt werden, um Schäden an der realen Maschine bei der Inbetriebnahme zu vermeiden und um Programme zur Teilefertigung unter quasi realen Bedingungen zu testen. Oder der Abnehmer kann an dieser virtuellen Maschine seine Mitarbeiter schulen, Programme erstellen und wirklichkeitsgetreu simulieren – bereits vor der Lieferung und Inbetriebnahme. Eine zentrale Rolle hierbei spielt der Mechatronics Concept Designer von Siemens PLM. Dieser verkürzt die Maschinenentwicklung erheblich.

Kontinuierliche Optimierung von Maschinen und Fertigung

Die Vernetzung der kompletten Fertigung bringt hohe Transparenz und niedrigere Lifecycle-Kosten. Dank der Optimierung von Monitoring und Instandhaltung können die laufenden Kosten einer Werkzeugmaschine minimiert werden. Auf Basis der Maschinen- und Zustandsdaten berechnet Analyze MyPerformance (Sinumerik Integrate) die Effektivität der Gesamtanlage (Overall Equipment Efficiency – OEE) und liefert wichtige Indikatoren für Massnahmen zur Effizienzsteigerung. Durch die automatisierte Erfassung von Maschinendaten und deren Zuständen, kombiniert mit dem Bediener-Anwenderdialog zur manuellen Zustandserfassung, stellt Analyze MyPerformance alle Daten zur Fertigungsoptimierung zur Verfügung. Durch die Analyse und damit verbundener Modernisierung älterer Werkzeugmaschinen kann beispielsweise eine Steigerung der Produktivität um bis zu 15 Prozent erreicht werden. Mit Manage MyPrograms lassen sich CNC-Programme direkt an die Maschine übertragen und fabrikweit verwalten. Für wegweisende Optimierungslösungen bietet Siemens den Mechatronic Support an. Dabei konstruiert der Maschinenbauer seine Maschine Hand in Hand mit den Experten von Siemens, von der Idee über das Konzept bis zur fertigen Maschine. Diese Dienstleistung erlaubt es, die komplette Mechanik, Elektronik und Informationstechnik hinsichtlich ihrer Funktionalität in einer Simulationsumgebung zu modellieren, testen und optimieren.

Intelligente Nutzung von Daten

Durch die vollumfängliche Vernetzung fallen bei sämtlichen Maschinen und Systemen eine Fülle von Daten an. Die Herausforderung in der nutzbringenden Datenanalyse besteht nun darin, durch Mustererkennung und maschinellen Lernens die Rohdaten zu verstehen und in logische und wertvolle Daten umzuwandeln. Siemens MindSphere ist ein cloudbasiertes, offenes Betriebssystem. Es ermöglicht, sämtliche realen Maschinen und physischen Infrastrukturen mit der digitalen Welt zu verbinden. MindSphere bildet als erstes System auf der digitalen Ebene den Lebenszyklus von Produktionsanlagen und ihren Komponenten in Datenstrukturen und Funktionalität vollständig ab. Anhand von Applikationen ermöglicht MindSphere, die Leistungsfähigkeit von Anlagen durch das Erfassen und Analysieren grosser Mengen von Produktionsdaten laufend zu verbessern. Somit kann die Vielfalt an gesammelten Daten intelligent genutzt werden, um ein nachhaltiges digitales Lebenszyklusmanagement zu ermöglichen.

Mit Manage MyMachines bietet Siemens die erste MindSphere-Applikation für die Werkzeugmaschine an. Dank der App erhält der Maschinenbetreiber cloudbasiert einen Überblick über wichtige Daten und Betriebszustände seiner Maschine. Durch die erhaltene Transparenz kann er die Betriebsmittel optimieren und Betriebszeiten und Verfügbarkeiten von Anlagen erhöhen. Mit der Nutzung von MindSphere können aber auch Maschinenbauer vom Internet of Things profitieren: Steigerung der Serviceeffizienz, Senkung von Gewährleistungsaufwendungen oder automatische Feedbackschleifen vom Produkt direkt zur Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Es bieten sich viele zusätzliche Leistungen und neue Geschäftsmodelle an – MindSphere ermöglicht einen völlig neuen Blickwinkel und viele Möglichkeiten in der Maschinenbauindustrie.

Digitalisierung als Erfolgsfaktor

Mit der Verknüpfung der realen mit der digitalen Welt werden neue Möglichkeiten geschaffen. Nicht erst in der Zukunft, sondern bereits heute ist die Digitalisierung der zentrale Wachstums- und Profitabilitätstreiber für die Werkzeugmaschinenbranche. Siemens unterstützt jede Phase der Wertschöpfung sowohl beim Bau wie auch bei der Anwendung von Werkzeugmaschinen. Damit ermöglicht das Unternehmen die digitale Durchdringung und Neukonzeption ganzer Wertschöpfungsketten in der Werkzeugmaschinenindustrie. Mit diesen Möglichkeiten wird die Flexibilität und Effizienz in der Produktion signifikant gesteigert, Entwicklungs- und Markteinführungszeiten deutlich reduziert und damit die Wettbewerbsfähigkeit auf den globalen Märkten weiter gefestigt und ausgebaut. SMM

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