KMU, was nu? Ein kleiner Wegweiser durch den Digitalisierungsdschungel

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5. Zukünftige Smart Factories werden autonome Selbstorganisierer sein

Im Kontext von Industrie 4.0 wird unter dem Begriff der Autonomie all das zusammengefasst, was eine automatische Datenauswertung vornimmt, auf deren Grundlage die autonomen Systeme dann selbstständig reagieren können. Partiell werden bereits in einigen Anwendungen Regelkreise für Prozesssteuerung, Qualitätsüberwachung, Materialversorgung und Produktionsablaufsteuerung per intelligenten und selbst organisierenden Objekten eingesetzt. So hat die Komet Group als Werkzeughersteller ihr Portfolio bis in den Bereich der Prozessüberwachung erweitert. Das Industrie 4.0-fähige Messsystem Toolscope überwacht und dokumentiert während des Prozesses maschineninterne Signale, wie beispielsweise die Spindelleistung oder die Vorschubkraft einer Achse. Toolscope lernt aus der Wechselwirkung von Material und Werkzeug selbstständig die werkzeug- und werkstückspezifischen Ober- und Untergrenzen der Spindelleistung ein und sichert dadurch den Zerspanungsprozess ab. Bei einem Materialwechsel wird in den ersten Sekunden der neuen Bearbeitung vom System automatisch eine Kalibrierung durchgeführt. Sobald das gemessene Drehmoment eine der definierten Grenzen aufgrund unterschiedlicher Aufmasse und Schnitttiefen im Bearbeitungsprozess oder Leerfahrten durch die Geometrie des Werkstücks über- bzw. unterschreitet, erfolgt eine online-Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit an die nutzbare Spindelleistung. Diese adaptive Zerspanung führt zur Vermeidung von Schäden an Werkzeug, Maschine und Werkstück und damit auch zur Optimierung der Werkzeugstandzeit. Daneben können Werkzeugbruch und -verschleiss anhand erhöhter Spindelleistung detektiert und ein Werkzeugwechsel initiiert werden [KOM 2017].

Ungeachtet einzelner Anwendungen hat der Funktionsbereich Autonomie insgesamt noch einen geringen Umsetzungsstand. Für die Implementierung komplexer autonomer Systeme ist zukünftig die schwerpunktmässige Entwicklung von Cyber-Physischen Produktionssystemen (CPS) erforderlich. CPS bezeichnet dabei die Kopplung von mechanischen Komponenten mit informations- und softwaretechnischen Komponenten, die über eine Kommunikationsinfrastruktur wie beispielsweise das Internet in Echtzeit miteinander kommunizieren. CPS agieren weitestgehend autonom und können durch die Integration bzw. Kombination von Daten, Informationen und Funktionalitäten komplexe (Fertigungs-)Systeme und Infrastrukturen steuern und kontrollieren [LUB 2017]. Bezogen auf den Bereich der Zerspanung kommt dem Zerspanungswerkzeug hierbei eine Schlüsselrolle zu. Es teilt sich den anderen Bereichen selbstständig mit und tauscht Informationen wie Werkzeuglänge oder Prozessdaten aus, die gegenwärtig noch häufig aufwändig über viele Subsysteme und Schnittstellen zustande kommen und vielfach manuelles Eingreifen erfordern [BIS 2015, HEL 2013, MAP 2016].

Trotz der Reife zahlreicher Einzelanwendungen sind entlang der gesamten Wertschöpfungskette noch zahlreiche Herausforderungen zu bewältigen. Ein vollständig digitalisiertes, integriertes und davon durchdrungenes Unternehmen bis hin zur Smart Factory, in der die Fertigungsanlagen und Logistiksysteme mithilfe des Internets der Dinge und Dienste miteinander kommunizieren und sich autonom organisieren, liegt noch in weiter Ferne [BIS 2015].

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