IMTS 2018: Industry 4.0 Mythen entlarven & echtes Potenzial realisieren

Wenn man den Hype um Industry 4.0 abzieht und sich auf die Balance von Output und Qualität konzentriert, können die Ergebnisse des Potenzials realisiert werden. Wir sprachen mit einem Veteran der Präzisionsfertigung und sensorbasierten Messtechnologie von Renishaw, um zu verstehen, wie Industry 4.0 Prozess und Teilefertigung tatsächlich beeinflussen kann.

Industry 4.0 wird auf der IMTS 2018 umfangreich beworben und diskutiert. Wenn es eine Sache gibt, die man über Smart Manufacturing und Industry 4.0 verstehen muss, dann dass viele Organisationen überschätzen, wie schnell sie etwas Sinnvolles integrieren können.

Dan Skulan arbeitet seit über 30 Jahren in Präzisionszerspanung und Messtechnik – und kennt sich aus mit Produktivitäts- und Qualitätsmetriken für Hersteller. Als General Manager Industrial Metrology bei Renishaw hat Skulan ein tiefes Verständnis dafür, wie Unternehmen herausfinden, ob sie bereit sind für das Versprechen von Industry 4.0. Skulan referiert speziell zu Industry 4.0 auf den IMTS-2018-Konferenzsessions.

Die Definition dieses Buzzwords sollte sich mehr auf die spezifischen Ziele eines Herstellers konzentrieren als auf alles andere. Das Versprechen von Industry 4.0 hängt mehr davon ab, Unternehmensziele klar zu verstehen und richtige Techniken und Werkzeuge einzusetzen, als ein neues Datenmanagementsystem zu integrieren, so Skulan.

„Man kann eine enorme Menge Daten sammeln, aber Daten sind nur wertvoll, wenn sie präzise und umsetzbar sind“, sagt Skulan. „Es gibt sehr valide Ergebnisse, die Industry 4.0 bringen kann, aber es ist wirklich wichtig, dass es systematisch implementiert wird – beginnend mit präzisen und umsetzbaren Daten aus Ihren Prozessen.“

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Was sollten Hersteller also tun? Zunächst Due Diligence betreiben – und sicherstellen, dass es Sinn macht. Jeder will sich verbessern. Automatisierung ist wichtig, kann aber sehr kostspielig sein, wenn sie ohne interne Prozesskontrolle läuft, um Qualität bei höherem Durchsatz zu sichern.

„Was, wenn der Prozess, der als laufend gemeldet wird, eigentlich einen Haufen Ausschuss oder gar keine Teile produziert?“, erklärt Skulan. „Gute prozessbasierte Systeme, die verifizieren, dass Werkstück und Werkzeug korrekt eingestellt sind und Schneidprogramme mit inhärenter Genauigkeit laufen, sind nötig. In-Prozess-Messungen sollten verifizieren, dass die richtigen Schnitte am richtigen Teil gemacht wurden. So trennt man gute Industry-4.0-Implementierungen von schwachen, die nur höhere Datenüberwachung anstreben, ohne den zugrundeliegenden Prozess unter Kontrolle zu haben.“

Daher betont Skulan die sehr wichtige Rolle der Simulation – aber nur, wenn gekoppelt mit sensorbasierter Genauigkeit, die den Zerspanungsprozess an entscheidenden Stellen direkt in der Maschine prüft.

„Unser Ziel ist nicht nur zu verifizieren, dass Produktion stattfindet, sondern dass alle Produktionsstufen Qualitätsstandards bei minimalem verlorenen Bearbeitungszeit erfüllen“, sagt Skulan. Hier spielen Sensoren und Automatisierung eine entscheidende Rolle – aber nur, wenn die Daten verifizierbar präzise sind. In der richtigen Kombination von Smart-Sensor-Technologie, die mit Software zusammenarbeitet, die für Bediener auf einem Dashboard klar sichtbar ist, wird verbesserte Produktivität realisiert.

Die Gefahr von Smart Manufacturing: Überversprechen der Industry-4.0-Ergebnisse

Aber nicht alle haben dasselbe Bild von Industry 4.0. Manche Unternehmen halten es für den Heiligen Gral der Fertigung und glauben, dass die Adoption ihre Produktivität sofort revolutioniert und Kosten fast augenblicklich senkt. Skulan sagt, es kann einen riesigen Unterschied machen, aber es ist nicht unbedingt das schnell realisierte Ergebnisversprechen, das das Senior Manufacturing Management erwartet.

„Sobald das Senior Management eine 4.0-Strategie kauft, besteht die Erwartung, dass ein sofortiger Produktivitäts- und Qualitätsanstieg allein durch Überwachung der Shopfloor-Bedienerleistung eintritt“, sagt Skulan. „Das ist eine potenziell gefährliche Denkweise, die einige Unternehmen annehmen. Es gibt echte Arbeit, die auf Shopfloor-Ebene getan werden muss, um Prozesse vorzubereiten, damit die Vorteile realisiert werden. Industry 4.0 ist kein Zauberstab.“

Skulan weist aber schnell darauf hin, dass dieser Prozess – gut gemacht – legitimen Wert in der Fertigung hat. Um seine Wichtigkeit und sein Versprechen zu illustrieren, spricht Skulan über einen seiner Großkunden, einen großen Luftfahrthersteller mit über 250 Ingenieuren, die ausschließlich Industry-4.0-Prozesse und -Praktiken betreuen. Der Antrieb, Produktivität zu verbessern und in der Luftfahrt zu innovieren, ist ein Hauptelement dessen Erfolgs.

Sehen Sie den Erfolg der Luftfahrtindustrie in Aktion in unserem Infografik: „To Infinity and Beyond: Aerospace Opportunities in Manufacturing Take Off.“

Industry 4.0 und der Wert von Prozesskontrolle

Durchsatzmessungen allein sind valide – aber haben ihre eigenen inhärenten Limitationen.

Viele Hersteller fokussieren stark auf Zykluszeit in ihrer Zerspanung – was Produktivität helfen kann –, aber es kann irreführend sein. „Zerspanungsoperationen könnten hohe Aktivitätslevel zeigen, aber es könnte sein, dass die Maschinen eigentlich keine guten Teile oder gar keine Teile produzieren“, sagt Skulan.

Eine effektive Anwendung von Industry 4.0 balanciert sowohl Durchsatz als auch Qualität durch Technologie, die In-Prozess-Validierung erlaubt. Und all das sollte laufende Informationen an Bediener und Werksleiter melden.

„Statt Endkontrolle sollten Hersteller präzise Informationen an jedem Stadium des Zerspanungsprozesses erfassen, während diese stattfinden, damit sie Veränderungen vornehmen können, bevor Nonkonformität entsteht – und so Qualitätsoutput weit upstream im Prozess sicherstellen“, schlägt Skulan vor. Das ist, in seiner Sicht, eine Voraussetzung, um das Versprechen von Industry 4.0 zu realisieren: „Wir haben jetzt die Fähigkeit, Qualität zu validieren und in Echtzeit basierend auf Datenpräzision anzupassen. Qualität, die aus automatischer In-Maschine-Prozesskontrolle mit Sensoren und Software kommt, hilft sicherzustellen, dass die Informationen, die auf Managementebene untersucht werden, präzise und umsetzbar sind.“

„Wenn man Daten nach Teilefertigung ansieht, was die Mehrheit der Unternehmen jetzt tut, sind es valide Informationen, aber sie helfen nicht, den Prozess zu ändern“, sagt Skulan. „Was man wirklich will: Diskrete Merkmale messen, die kritisch für den Fertigungsprozess sind, an jedem Punkt entlang des Aufbaus und Schneidens einer Komponente, und diese Daten mit Sensoren und Techniken erfassen, die ihre Gültigkeit bestätigen.“

Die Herausforderung: Was sind die kritischen Merkmale einer Komponente für Prozesskontrolle? In vielen Fällen gibt es 30+ Features in einem Prozess, aber wahrscheinlich nur ein paar wenige Schlüsseldimensionen, die kritisch sind, um Qualität upstream zu garantieren – das erfordert tiefes Verständnis dessen, was in Echtzeit justiert und überwacht werden kann.

Industry 4.0: Der Wert von adaptivem Werkzeug und Closed-Loop-Prozess

Wenn das Ziel ist, im Zerspanungsprozess Vorteile zu nutzen und anzupassen, ist das Verständnis der Rolle neuerer, fortschrittlicherer, adaptiver Werkzeuge essenziell. In der Industry-4.0-Welt bedeutet das auch, zu verstehen, wie Sensor- und automatisierte Tastwerkzeuge helfen können, eine Vielzahl von Mess- und dynamischen Zerspanungsdaten zu melden und zu validieren. Dazu gehören: dynamische Werkstückversatzkorrektur, Werkzeugmittelpunktskontrolle und Ermittlung der effektiven Schnitttiefe und -breite durch dynamische Messung des effektiven Werkzeugflugpfads.

„Die Evolution, die mit 5-Achs-Maschinen und der Fähigkeit passiert ist, Teile und Werkzeug gleichzeitig zu bewegen, gekoppelt mit In-Prozess-Tasten, kann unglaublich gut funktionieren, um eine Closed-Loop-Umgebung zu schaffen“, sagt Skulan.

„In der Modellierung will man nicht nur simulieren, was in der Zeichnung steht, man will simulieren, was tatsächlich auf der Maschine passiert in dieser ‚Digital Twin‘-Umgebung“, fügt Skulan hinzu. „Man muss auch Werkzeug und Prozessmethodik ändern, um Closed-Loop-Prozesskontrolle zu unterstützen.“

Wie macht man das? Skulan nennt ein Beispiel mit Kreisinterpolation. Statt eines festen Einpunkt-Außenbohrwerkzeugs, das manuell offline eingestellt werden muss, würde die Industry-4.0-Methode einen Fräser durch ein kreisförmiges Muster treiben, was messbasierte Schneidtechniken erlaubt.

„Man kann einen automatisierten Schnitt machen, nur die halbe Zuschlagszulage entfernen, dann das resultierende Feature mit einer Sonde im Prozess messen, zu diesem Zeitpunkt, in dieser spezifischen Echtzeit-Temperatur und exakten Zerspanungsumgebung – und dann die Werkzeugbahnen automatisch im Zyklus aktualisieren“, sagt Skulan. „Das ist Closed-Loop-Kontrolle. So ist der Prozess vollautomatisiert und agil.“

Um mehr über das Versprechen von Industry 4.0 zu erfahren, referiert Skulan „Maximizing Manufacturing Productivity in the Information Age“ am Donnerstag, 13. Sept., auf den IMTS 2018 Konferenzsessions. Registrierung erforderlich.

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