CNC-Effizienz entfesseln: Vernetzte Steuerung nutzen

Internet und Cloud-Computing verändern den CNC-Maschinenbetrieb. Ist Ihre Werkstatt bereit?

Ethernet-Ports erschienen vor über 20 Jahren an CNC-Drehmaschinen und Bearbeitungszentren. Der MTConnect-Kommunikationsstandard feierte 2010 auf der IMTS in Chicago US-Premiere. Kurz darauf sprachen Hersteller über Cloud-Computing und Industrial Internet of Things (IIoT) – Begriffe, die mainstream wurden, als der deutsche Ökonom Klaus Schwab 2015 erklärte, die Welt habe die Vierte Industrielle Revolution betreten.

Willkommen 2021. Es sollte evident sein: Die Zerspanungsindustrie hat sich in zwei Jahrzehnten massiv gewandelt. CNC-Werkzeugmaschinen sind weit smarter, generieren erhebliche Datenmengen über alle Prozesse hinter der Schutztür. Fertigungssoftware wurde smarter, bietet Interoperabilität und Cloud-Fähigkeiten, die man zur Jahrtausendwende nur träumen konnte.

Ob diese technische Raffinesse gut oder schlecht ist, ist umstritten. Manche argumentieren: Shopfloor-Leben ist herausfordernd genug – wer braucht Big Data und smarte Maschinen, wenn kaum Stunden bleiben, um Teile auszuliefern? Andere sehen Industry 4.0 als einzig gangbaren Pfad – wer es nicht umarmt, geht bald pleite.

FOCAS-Zugang gewinnen

Die Wahrheit liegt dazwischen. Paul Webster, Director of F.A. Engineering bei FANUC America Corp. (Rochester Hills, Mich.), merkt an: CNC-Maschinen sind seit vor Y2K netzwerk- und internetfähig. Werkstätten, die dies ignorieren, laufen trotzdem weiter – und werden es jahrelang tun. Doch wenige würden bestreiten, dass Maschinenkonnektivität und die dadurch ermöglichte Transparenz nie schaden – und den Unterschied zwischen profitablen und vergessenwerten Aufträgen ausmachen können.

„Wir führten unsere FOCAS API (Application Programming Interface) Anfang der 90er ein, ebenso Glasfaser- und dann Ethernet-Ports – CNC-Anbindung war also lange einfach“, so Webster. „Der schwierige Teil war immer: Welche Daten brauchen Sie und was tun Sie damit, wenn Sie sie haben?“

Diese Daten umfassen Alarmhistorien, Vorschub- und Spindeloverrides, Servo- und Spindeltemperaturen, Stromverbrauch, Makrovariablen und mehr – alles kontinuierlich und automatisch abrufbar. Addieren Sie bedienerseitige Eingaben – Auftragsnummer, Produktionsstatus, Werkzeugverbrauch, Teilequalität – und ein vollständiges Shopfloor-Bild wird so einfach wie ein Blick auf das Dashboard der Monitoring-Software.

Bei FANUC heißt das MT-LINKi, eine herstellerneutrale Analyseplattform für 1.000+ CNC-Maschinen gleichzeitig, sowie FASData für Produktionsmonitoring. Andere Steuerungshersteller, Maschinenbauer, Werkzeughersteller und Drittanbieter bieten Ähnliches. Alle machen den Datengberg menschenlesbar – für Reaktion auf Trends und potenzielle Probleme, bevor sie die Produktion beeinträchtigen.

Das Cloud-Dilemma

Die Frage: Wo diese Daten und Analysesoftware am besten hosten? Cloud bei externem Hosting, gemanagt von dedizierten IT-Spezialisten? Oder „On-Premise“ mit interner IT?

Webster und andere Interviewten stimmten weitgehend zu: Cloud ist oft sicherer und kosteneffektiver, doch viele Werkstätten scheuen, dass Teilprogramme und Produktionsdaten die Anlage verlassen. Gisbert Ledvon, Director Business Development Machine Tools bei Heidenhain Corp. (Schaumburg, Ill.), bestätigt: Kunden können StateMonitor überall installieren, er fördert aber On-Premise.

„Unsere Philosophie: Kunden sollten ihr geistiges Eigentum schützen – für uns bedeutet das: Maschinen und Softwaresysteme an ein ordnungsgemäß gesichertes Firmennetzwerk anbinden. Es gab viele Hacks mit Lösegeldforderungen – meist über E-Mail, nicht über Maschinensteuerung, aber ein Bedenken bleibt. Deshalb bietet NTMA (National Tooling and Machining Association) Seminare zum Schutz vor Cybercrime.“

Trotzdem: Cloud ist ein Trend, der nur an Dynamik gewinnt. Nötig sind gute IT-Hygiene-Praktiken: Robuste Firewall zwischen Shop-Netz und Außenwelt. Keine direkten CNC-Cloud-Verbindungen – externe Dateien, Programme, Patches erst auf sicheren internen Server laden, dort virenprüfen, dann verteilen. Alle Nutzer schulen: Passwortmanagement, Phishing-Erkennung, Schutz sensibler Infos.

„Da die Steuerung das Nervenzentrum jeder Werkzeugmaschine ist, halte ich Cloud-Zugriffskomfort nicht für das Risiko der Internet-Exposition wert“, so Ledvon. „Das hindert niemanden an Industry-4.0-Strategie: Vernetzen Sie Maschinen, sammeln Sie Daten zur Analyse. Das liefert Infos für schnelleres Setup, kürzere Zykluszeiten, längere Werkzeugstandzeiten und alle Vorteile moderner CNC-Steuerungen und Software.“

Native Talente: Digital Twin

Ein weiterer Industry-4.0-Baustein: Digital Twin – hier: virtuelle, hochpräzise, umfassende Repräsentation einer CNC-Maschine. Laut Vivek Furtado, Head of Digitalization – Machine Tools bei Siemens Industry Inc. (Elk Grove Village, Illinois), straffen Digital Twins Design und Deployment von CNC-Maschinen und machen Hersteller effizienter.

„Unser SINUMERIK One Controller ist ein ‹Digital Native› – von Grund auf für Digital Twin und enabling technologies gebaut. Er gibt Maschinenherstellern die Möglichkeit, einen virtuellen Dreh- oder Fräsmaschinenzwilling mit allen Kinematiken und Betriebsmerkmalen zu erstellen. Das reduziert Engineeringzeit und Entwicklungskosten massiv und stellt sicher, dass das Produkt Endanforderungen genügt.“

Digital-Twin-fähige Controller dienen weiter: Beschleunigen Neueinweisung, reduzieren Crash-Risiko teurer Maschinen. Erlauben Kalkulatoren präzisere Angebote, Ingenieuren optimierte Prozesse, CNC-Programmierern G-Code- und Werkzeugvalidierung vor Shopfloor-Übergabe. Vor Ort erleichtern erweiterte Grafiken und Usability den Betrieb.

Nutzer hochwertiger CAM- oder PLM-Systeme mögen einwenden, sie könnten das meiste auch ohne fortschrittliche CNC-Steuerung. Zwar haben diese Softwareplattformen massiv an Fähigkeiten gewonnen – doch Maschinen, die am Digital Thread partizipieren, geben Werkstätten ein wichtiges Werkzeug: verbesserten Datenaustausch und geschlossen Interoperabilität.

Anpassen und Überwinden

Furtado ergänzte: CNC-Steuerungen werden intelligenter und nutzerfreundlicher – mit Funktionen, die Smartphone-Nutzer kennen. „Wir nutzten Telefone einst zum Telefonieren. Heute überwachen sie Gesundheit, suchen Infos, bestellen Produkte. Neue Controller-Generationen bieten ähnliche Funktionalität. Sie verarbeiten Infos und bereiten Daten so auf, dass menschliche Bediener oder andere Systeme sie effektiver nutzen.“

Diese Intelligenz erstreckt sich auf den Zerspanungsprozess. Siemens, FANUC und Drittanbieter wie Caron Engineering bieten adaptive Steuerung: kontinuierliche Überwachung von Spindel- und Achslasten, Maschinenschwingungen – Faktoren, die Werkzeugstandzeit und Teilequalität beeinflussen. Diese smarten Systeme justieren Bearbeitungsparameter in Echtzeit, optimieren Spanabfuhr und eliminieren potenzielle Probleme.

Fagor Automation Corp. (Elk Grove Village, Illinois) zielt ebenfalls auf Industry 4.0. Harsh Bibra, GM Nordamerika, erklärt: ARFS (Adaptive Real-time Feed and Speed) macht all das und mehr – aber sensorbasierte Technologie eignet sich auch für Predictive Maintenance.

„Wir bieten auch unser i4.0 Connectivity Pack: Maschinendaten sammeln, aber auch zustandsbasierte Alerts senden, Maschine abstimmen, Firmware updaten, Parameter ändern – alles von Mobilgerät oder Remote-Rechner.“

Der größte Flaschenhals

Bibra sieht große Veränderungen: Neben vermehrtem IIoT-Sensor-/Beschleunigungsmessereinsatz und intelligenteren Controllern werden Fabriken selbst smarter. KI weit über adaptive Fähigkeiten hinaus wird prevalente, ermöglicht automatisierte Entscheidungen für weitreichende Lights-out-Fertigung.

5G-Mobilfunknetze werden dies beschleunigen: höhere Bandbreite, geringere Latenz, möglicherweise Linderung der Hacking-Bedenken. „Zukünftige Steuerungen werden mit 5G ausgestattet, Daten dann kabellos mit bis zu 10 Gbit/s an Edge-Devices senden. Wir erwarten, dass dies in wenigen Jahren die Shopfloor-Informationsgewinnung fundamental transformiert.“

Downside: Mangel an Fachkräften für fortschrittliche Technologie. Retraining nötig. Doch Bedenken zu Tribal Knowledge und Erfahrungsverlust durch Fluktuation/Rente werden Geschichte.

Der App-Store-Besuch

Jim Kosmala, VP Engineering & Technology bei Okuma America Corp. (Charlotte, N.C.), führt erhöhte Konnektivität auf PC-basierte Steuerungen zurück. „Viele vergessen: Okuma baut nicht nur Maschinen, sondern auch eigene Servosysteme und Controller. Diese laufen auf Microsoft Windows mit Intel-Chip – beides ermöglicht einfache Konnektivität.“

PC-basierte Steuerungen erlauben einfache Softwareinstallation auf der Steuerung – zu Pandemiebeginn konnten Okuma-Kunden via Microsoft Teams kollaborieren, Bildschirme teilen, Fernsteuerung ermöglichen. „Das ist die Idee hinter unserem App Store“, so Kosmala. „Nutzer laden, was sie brauchen, direkt auf die OSP-Steuerung – kein separater PC nötig. Völlig neue Kollaborations- und Konnektivitätsmöglichkeiten.“

Eine App: Okumas Connect Plan – überwacht CNC-Maschinen, sammelt Betriebsdaten. Funktioniert mit fast jeder Marke/Alter von Maschinen, Robotern, Automation. Laut Kosmala nutzt Connect Plan KI-Algorithmus, um Trends zu identifizieren, die Menschen übersehen.

Beispiel: Drehabteilungsleiter stellt nach Wochen fest: Eine Drehmaschine startet täglich 10 Min. spät (Kaffeepause des Bedieners), Spindeltemperatur der dem Versand nächsten Schleifmaschine sinkt bei jeder Ladetüröffnung. KI erkennt solche Trends schneller – Vorgesetzte können Problembereiche früher adressieren. Infos bleiben in Datenbank – kein Wissensverlust bei Personalwechsel.

„Deming sagte: Ohne Daten sind Sie nur jemand mit einer Meinung“, so Kosmala. „IIoT und Industry 4.0 sammeln Daten und machen sie nutzbar – wandeln sie in Wissen. Das ist der erste Schritt. Wir haben virtuelle Konferenzen, Remote-Maschinenstatus-Checks, Remote-Tools zur Automatisierungsvereinfachung. Wenn Sie das ohne Werkseintritt schaffen – umso besser. Es geht um Effizienz und Maschinenverfügbarkeit – beides leichter mit modernen CNC-Steuerungen.“