Kompatibilität der Systeme statt geschlossener Welten


von Dr. Hartmuth Müller

Kompatibel statt in sich geschlossen

Wegbereiter in Sachen Industrie 4.0: Das auf Zahnrad- und Getriebetechnologie spezialisierte Maschinenbau-Unternehmen Klingelnberg produziert grosse Kegelräder in einem Cyberphysischen System, das Design- und Produktionsprozesse komplett miteinander vernetzt. Dabei setzt es nicht wie viele Unternehmen anderer Branchen auf eine in sich geschlossene Lösung, sondern vielmehr auf Kompatibilität. Dass dieser Ansatz den richtigen Nerv trifft, beweist die Auszeichnung mit dem Industrie-4.0-Award in der Kategorie „Integration Design & Produktion“ am 30. November 2016.

Eine kleine Revolution

Cyberphysische Produktionssysteme vernetzen konsequent die physische Welt mit der digitalen und ermöglichen es, Änderungen ohne Latenzzeit umzusetzen. Gerade in der Verzahnungsindustrie war eine durchgängige intelligente Vernetzung zwischen der Zahnrad-Berechnung und der Produktion eine kleine Revolution: Zwar ist in der spanenden Fertigung von Werkstücken ein CAD-CAM-Prozess seit vielen Jahren Stand der Technik, doch lässt sich dieses Industrie-4.0-Prinzip nicht auf Verzahnmaschinen anwenden. Warum? Ein „normales“ Bauteil wird als 3D-Modell beschrieben, erst im nachfolgenden CAM-Prozess werden Werkzeuge ausgewählt und NC-Dateien erzeugt, über die das digital beschriebene Werkstück auf der Bearbeitungsmaschine schließlich real hergestellt wird. Ein Zahnrad wird aber nicht als 3D-Modell beschrieben. Beschrieben werden auf Basis der Theorie der Evolventen und anderer Kurven vielmehr die Werkzeug-Geometrie sowie die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem herzustellenden Zahnrad. Die Geometrie der Zahnflanken des Zahnrads entsteht quasi als „Nebenprodukt“.

Ein Quantensprung in der Qualität

Entsprechend sind wir den ersten Schritt Richtung Cyberwelt gegangen, indem wir vor etwa 20 Jahren in einer Schnittsimulation errechnet haben, wie das Werkzeug das Bauteil durchdringt. Die geometrischen Informationen des Bauteils, die Informationen zum Werkzeug und die Beschreibung der Herstellbewegung – diese Daten kommen heute automatisch aus dem Klingelnberg Programmsystem KIMoS (Klingelnberg Integrated Manufacturing of Spiral Bevel Gears) und bilden das digitale Rückgrat aller Fertigungsschritte. Das „Herzstück“ des Cyberphysischen Systems ist wiederum ein Closed-Loop-Assistenzsystem, mit dem wir eine vollautomatische Verbindung der Fertigungsmaschinen mit der Messtechnik realisieren. Denn beim Verzahnungsfräsen können kleinste Veränderungen in der Form der Stabmesser-Schneiden dazu führen, dass das Bauteil nicht exakt den errechneten Einstelldaten entspricht. Wo in der Praxis häufig Maschinenbediener nachjustieren, erfordert der Industrie-4.0-Gedanke digitale Lösungen. Über das Closed-Loop-System werden die Maschinen-Einstellwerte automatisch so präzise an die Solldaten angepasst, dass die Abweichungen lediglich zwei bis drei Mikrometer betragen – ein Quantensprung in der Qualität.

 

Der entscheidende Durchbruch

„Mit KIMoS und dem Assistenzsystem Closed-Loop, die beide über ein Netzwerk verknüpft arbeiten, hatten wir vor etwa 15 Jahren ein erstes Cyberphysisches System geschaffen, doch der entscheidende Durchbruch gelang uns erst, als wir die physikalischen Unsicherheiten der Wärmebehandlung mit in unser System einbringen konnten. Damit haben wir vor zwei Jahren den letzten großen Schritt zur digitalen Durchgängigkeit geschafft.“ Kern des implementierten Cyberphysischen Systems ist eine umfangreiche Datenbank, aus der alle Maschinen der vor- und nachgelagerten Prozesse ihre Informationen beziehen. Diese Daten mussten entlang der Wertschöpfungskette des Produktes durch selbst entwickelte Schnittstellen mit Maschinen und Software der unterschiedlichen Fertigungsschritte verknüpft werden.

Der richtige Weg zu Industrie 4.0

Mit dieser Integration aller am Prozess beteiligten Maschinen und Programmsysteme hebt sich Klingelnberg von der gängigen Praxis anderer Unternehmen ab, die sich im Allgemeinen auf eigene Systeme konzentrieren. Laut den Experten aus Technik und Wirtschaft, sind jedoch das nicht konsequent eingebundene Sammeln und Auswerten relevanter Daten in der Welt der Big Data und speziell das Fehlen standardisierter Schnittstellen die zurzeit größten Hinderungsgründe für den Durchbruch von Industrie 4.0. Klingelnberg hat bewusst Schnittstellen zu anderen Maschinen und firmenfremder Software geschaffen. Unsere Firmenphilosophie ist, dass wir uns in eine vorhandene Umgebung perfekt einpassen und zur existenten Software- und Maschinenstruktur kompatibel sein wollen. Für uns ist die Auszeichnung eine schöne Bestätigung, genau den richtigen Weg zu Industrie 4.0 gegangen zu sein!

Front HB Journal Industrie 4.0 2017Dieser Beitrag ist Teil der aktuellen Ausgabe des Handelsblatt Journals „Industrie 4.0“, das Sie hier erhalten können.