Fertigungstechnische Bespiele, wie Daten Prozesse optimieren Innovate Manufacturing: Daten für die digitale Fabrik

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Je intelligenter ein Unternehmen Daten nutzt, desto grösser ist der Gewinn. Das wissen nicht nur internationale Softwarekonzerne wie Google, Meta und Microsoft, sondern auch Unternehmen der produzierenden Industrie. Antworten auf diese zentrale Frage wird die EMO Hannover 2025 vom 22. bis 26. September geben.

Durch kluge Vernetzung der Daten entsteht der grösste Mehrwert. Deshalb geraten Schnittstellenstandards, die eine herstellerübergreifende Kommunikation der Maschinen und den reibungslosen Austausch von Messergebnissen in der Fabrik gewährleisten, verstärkt in den Blick. Wie lässt sich das meiste aus den Daten herausholen? Auf der EMO Hannover 2025, der Weltleitmesse der Fertigungstechnik, können sich die Besucherinnen und Besucher unter dem Motto «Innovate Manufacturing» mit den neuesten Trends der industriellen Produktion vertraut machen.

Riesige Menge an Daten – smart nutzen

Jede Maschine erzeugt riesige Mengen an Daten. Früher galten sie als Nebenprodukt, heute sind sie ein unverzichtbarer Rohstoff, mit dessen Hilfe die Fertigung effizienter gestaltet werden kann. So können sich produzierende Unternehmen auch in Zeiten von Fachkräftemangel und hohem internationalem Konkurrenzdruck den entscheidenden Wettbewerbsvorteil sichern. Zudem lassen sich durch smarte Datennutzung Emissionen reduzieren und die Nachhaltigkeit der Produktion erhöhen, um den steigenden regulatorischen Herausforderungen zu begegnen.

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Weltsprache der Produktion

Daten können jedoch nur dann optimal genutzt werden, wenn es eine barrierefreie Kommunikation der Maschinen untereinander gibt. Eine solche «Weltsprache der Produktion» in einer vernetzten Fabrik ermöglicht der offene Schnittstellenstandard OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture).

OPC UA, auf dem die universelle Schnittstelle Umati (Universal Machine Technology Interface) basiert, gewährleistet die Interoperabilität von Maschinen und Anlagen, die sich per Plug & Work nach Bedarf verketten und umgestalten lassen – plattformunabhängig und herstellerübergreifend.

«OPC UA ermöglicht die Interoperabilität zwischen unterschiedlichsten Maschinen und Systemen, unabhängig vom Hersteller», bestätigt Heiko Wenzel-Schinzer, Chief Digital Officer (CDO) des Messtechnikspezialisten Wenzel Group mit Sitz im fränkischen Wiesthal. «Dies schafft die Grundlage für eine vollständig vernetzte Produktion, in der Messergebnisse direkt in die Prozesssteuerung einfliessen können. Der Vorteil: reduzierte Fehlerquellen, schnellere Reaktionszeiten bei Abweichungen und eine gesteigerte Effizienz in der Fertigung.»

Trends und Muster erkennen: Überwachung von Werkzeugverschleiss

Durch den reibungslosen Datenaustausch werden statistische Analysen möglich, um Trends oder Muster in den Daten zu erkennen und daraus Erkenntnisse für die Optimierung der Fertigungsprozesse abzuleiten. Eine konkrete Anwendungsmöglichkeit dafür ist die Überwachung von Werkzeugverschleiss in der Produktion. Durch kontinuierliche Messung und Datenanalyse können Abweichungen in der Produktqualität frühzeitig erkannt werden.

«Diese Daten fliessen direkt in statistische Modelle ein, die präzise Vorhersagen über den optimalen Austauschzeitpunkt eines Werkzeugs liefern – das reduziert Stillstandzeiten und Materialverschwendung», erklärt Wenzel-Schinzer, der neben seiner Position als CDO der Wenzel Group auch eine Professur für BWL, Business Consulting und Prozessmanagement im Fachbereich Wirtschaftswissenschaften und Informationswissenschaften der Hochschule Merseburg innehat.

Damit die Arbeit mit den Maschinendaten zielführende Ergebnisse liefert, sind jedoch einige Hürden zu nehmen. «Eine zentrale Herausforderung ist die Harmonisierung von Datenformaten und Protokollen, um herstellerübergreifende Interoperabilität zu gewährleisten», sagt Wenzel-Schinzer.

Hinzu komme der sichere Umgang mit sensiblen Daten in einer vernetzten Umgebung, insbesondere im Hinblick auf Cyber Security. Ausserdem erfordere die Integration von Standards wie OPC UA eine enge Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Branchenakteuren. «Hier kommen dann die Verbände ins Spiel», so der Chief Digital Officer der Wenzel Group, die auf der EMO unter anderem Koordinatenmessgeräte und Verzahnungsmessgeräte ausstellt.

Closed-Loop-Prozess: Verzahnungsschleifen

Ein weiteres konkretes Anwendungsbeispiel ist der Closed Loop zwischen Messmaschinen und Anlagen des Verzahnungsspezialisten Klingelnberg, der in Hückeswagen im Bergischen Land sitzt. Alexander Troska, Gesamtleiter Softwareentwicklung bei Klingelnberg, beschreibt den Prozess so: «Die Schleifmaschine fertigt Verzahnungen mit der gewünschten Qualität. Aufgrund von Verschleiss der Werkzeuge laufen Parameter langsam weg. Auf unseren Präzisionsmessmaschinen werden regelmässig Messungen an gerade gefertigten Werkstücken durchgeführt, Trendentwicklungen ermittelt und Gegenmassnahmen eingeleitet.»

Nieder- und hochfrequent

Auf den Klingelnberg-Zahnradschleifmaschinen wird dabei eine Vielzahl von Daten erfasst: niederfrequente Zustandsdaten, hochfrequente Regelungsdaten sowie Prozesseinstellungen. «Diese maschinennahen Daten bringen wir mit Mess- und Testresultaten der Zahnräder in der ‹Gearengine›, einer Klingelnberg-eigenen Plattform, zusammen», ergänzt Daniel Meuris, Leiter Digitalisierung und Virtualisierung bei Klingelnberg. Diese Datenintegration könne dann umfangreiches Wissen zu Ursache-Wirk-Zusammenhängen bei der Analyse von Qualitätsproblemen liefern.

Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, seien umfangreiche Kenntnisse des gesamten Herstell- und Messprozesses notwendig, erklärt Jan Häger, Leiter Softwareentwicklung Präzisionsmesszentren bei Klingelnberg. «Jedes Werkstück hat eigene Anforderungen an Qualität, Takt- und Rüstzeit. Bei der Auswertung der Daten helfen Erfahrung und Kenntnis der unterschiedlichen Fertigungsprozesse», so Häger. Aber auch Künstliche Intelligenz wie Machine Learning komme schon zum Einsatz.

Standardisierung sorgt für Kompatibilität

Auch hierbei steht reibungsloser Datenaustausch zwischen Produktionsmaschinen und Messtechnik im Fokus. In der Vergangenheit wurden bei Klingelnberg überwiegend proprietäre Formate verwendet, die sich teilweise als Industriestandard etabliert haben. Heute wird bei Klingelnberg, die den Besuchern auf der EMO unter anderem Stirnrad-Schleifmaschinen, Stirnrad-Wälzprüfmaschinen zur Ermittlung der Ursachen von Getriebegeräuschen sowie Präzisionsmesszentren mit hybrider Messtechnik zeigt, konsequent auf Standardschnittstellen wie OPC UA Umati umgestellt. «Diese helfen uns und dem Kunden, die Schnittstellen langfristig kompatibel zu halten», sagt Häger.

KI-gestützte Systeme: autonome Produktion

Künstliche Intelligenz oder der Digitale Zwilling sollen in diesem Kontext für grosse Sprünge sorgen. «Künstliche Intelligenz und Digitale Zwillinge werden die Fertigung in digitalen Fabriken zukünftig deutlich effizienter machen», ist Troska überzeugt. Durch die Schaffung virtueller Abbilder realer Anlagen könnten Prozesse optimiert und potenzielle Probleme frühzeitig erkannt werden.

«KI-gestützte Systeme ermöglichen eine präzise Qualitätskontrolle und autonome Produktion. Das Ergebnis sind effizientere, flexiblere und intelligentere Fabriken, die sich schnell an veränderte Marktbedingungen anpassen können», sagt Troska.

Vorsprung durch OPC UA

Bieten herstellerübergreifender Datenaustausch und herstellerübergreifende Datenanalyse in der Fabrik einen Wettbewerbsvorteil, insbesondere im Vergleich europäischer mit nordamerikanischen und asiatischen Anbietern? Daniel Meuris, der Digitalisierungsexperte von Klingelnberg, sagt, gerade beim übergreifenden Datenaustausch im nordamerikanischen Raum gebe es eine starke Fokussierung auf MQTT, ein offenes Netzwerkprotokoll für Machine-to-Machine-Kommunikation. «OPC UA wird eher in anderen Teilen der Welt stark verlangt. Mit OPC UA können wir aus Europa besser die verschiedenen Anforderungen in der Welt bedienen», so Meuris.

(böh)

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