Automation, Digitalisierung und Nachhaltigkeit im Fokus

Die Hauptaspekte auf der Messe in Hannover dazu waren: verstärkte durchgängige, digitale Vernetzung von Prozessen in der Fabrik, Transformation der Prozesse in den ‚Green­ Mode‘ bei Energieverbrauch, Ressourceneinsatz, Prozesskettenoptimierung, Nutzung von Künstlicher Intelligenz bei Analyse von Produktionsanforderungen, erweiterter Einsatz von Roboterapplikationen in allen Produktionsbereichen auch zur Minimierung von Fachkräftemangel.

Werkzeugmaschinen im ‚Green Mode‘

Die Steigerung der Energieeffizienz ist auch in der Werkzeugmaschinenindustrie ein wesentlicher Faktor zu Erreichung der Klimaschutzziele. Der sogenannte Product Carbon Foodprint beispielsweise weist den CO₂-Ausstoß bei der Produktion aus und gibt den Kunden detaillierte Informationen dazu, welche indirekten Emissionen die eingesetzten Werkzeuge in ihrer CO₂-Bilanz konkret leisten.

Daher hat DMG Mori für seine Produkte einen Green Mode definiert, in dem über innovative Hard- und Softwarekomponenten der Energiebedarf um über 30 Prozent reduziert wird. Ein Paket von 13 Maßnahmen wurde festgelegt, von der Kühlmittelversorgung, über Prozessregelungen bis zum Best fit bei der Maschinenauswahl. Eine erfolgreiche Maßnahme ist die adaptive Kühlmittelzufuhr, wobei eine bedafsgerechte Prozesskühlung dargestellt wird, was den Energiebedarf der Kühlmittelpumpe um 80 Prozent verringert.

Erreicht wird dies an den DMG Mori-Maschinen durch:

• Werkzeugspezifische Kühlmittelzufuhr
• einen integrierten Technologiezyklus zur Ermittlung des optimalen Volumenstroms
• Regelung des Volumenstroms im Prozess

Späneansammlungen auf dem Bauteil oder im Arbeitsraum der Maschine führen besonders in der Serienfertigung zu ungewollten Stillständen. Mit der programmierbaren Arbeitsraumspülung von DMG Mori lassen sich diese Stillstände vermeiden und Nebenzeiten im Vergleich zu einer konventionellen Arbeitsraumspülung reduzieren.

Der Al Chip Removal Zyklus ist ein über künstliche Intelligenz-Algorithmen unterstützte gezielte Beseitigung von Späneanhäufungen im Arbeitsraum. Ein Kamerasystem erfasst die Spänesituation im Arbeitsraum, darauf erfolgt eine intelligente Modellbildung über Lage und Größe der Spänenester. Diese Späneansammlungen werden dann durch Spüldüsen weggespült, die im Kopf des Arbeitsraums platziert sind, und deren Strahl flexibel einstellbar ist.

DMG Mori präsentierte auf der EMO das neue Konzept Machining Transformaton Framework – ein ganzheitlichen Ansatz der Machining Transformation (MX) in der Fertigung. Das Konzept enthält vier Säulen zur nachhaltigen Fertigung, die Prozessintegration, Automation, digitale Transformation (DX) und die Grüne Transformation (GX).

Bauteil-Generierung mit Liquid Metal Printing

In der additiven Fertigung hat Grob eine Maschine zur pulverlosen Herstellung von Aluminium-Bauteilen entwickelt. Mit der GMP300 bieten sie den Kunden eine zuverlässige, effiziente und kostenbewusste Anlagentechnik bei maximaler Fertigungsflexibilität.

Im LMP-Prozess werden durch eine Düse hindurch einzelne Tropfen ausgestoßen, welche am Auftreffort in kurzer Zeit erstarren, sodass im gesamten Bauteil ein gleichmäßiges, feines Gefüge entsteht. Die Tropfen werden dabei so schnell nacheinander abgelegt, dass ein Verschmelzen der einzelnen Tropfen zu Linien erfolgt.

Die Merkmale im Prozess sind:

• Bauvolumen maximal 300x300x300 Millimeter
• 3-Achsen-Kinematik
• Maximale Achsgeschwindigkeit 30 m/min
• Bauraum mit inerter Atmosphäre, Verarbeitung von Aluminium-Legierungen
• Materialzuführung in Drahtform
• Reduziertes Gefahrenpotenzial durch wegfallende Pulverhandhabung
• Sensoren zur Prozess- und Anlagenüberwachung (Tropfen-, Düsen- und Bauteilhöhen-Überwachung)

Die Maschine generiert bis zu 10-fach schneller als die herkömmlichen Verfahren im Pulverbett. Durch die flüssige metallische Phase beim Generieren sind die Metallurgischen Eigenschaften wie Reinheitsgrad und kristalline Struktur im Gefüge besser (bis zu 99 Prozent der Dichte des Ausgangsmaterials).

Herausforderungen sind noch eine Erweiterung der Bauteilhöhe, da mit zunehmender Höhe die Materialdichte abnimmt. Aufgrund eines kleinen Erstarrungsintervalls kühlen die abgelegten Tropfen ab einer gewissen Bauhöhe zu schnell ab, wodurch Fehler beziehungsweise ein schlechtes Materialgefüge entstehen können. Die Erhöhung der Prozesssicherheit beim Produzieren von weiteren Legierungen mit Magnesium- und Zinkanteil ist ebenfalls noch anzugehen.

KI hält Einzug in die Produktion

Mit künstlicher Intelligenz, kurz KI, können in der Produktion erhebliche Potenziale zur Unterstützung der Beschäftigten und zur weiteren Optimierung der Fertigungsverfahren erschlossen werden. Deshalb wurde ein Cluster von acht Demonstrations- und Transferzentren in Deutschland gebildet zur Unterstützung von KI-Anwendungen bei KMU. Die KI-Transferzentren unterteilen sich in vier fertigungstechnische Schwerpunkte: Trennen (T), Umformen (U), Fügen (F) und Beschichten (B). Das ProKI-Netz dient den KMU als zentrale Anlaufstelle für die Weiterbildung und Beratung rund um das Themengebiet ‚Einsatz von KI in der Produktionstechnik‘.

ProKI-Hannover stellte einen Demonstrator vor, der kamerabasiert die Oberfläche von geschliffenen Bauteilen beurteilt. Über drei Linear-Achsen wird die Kamera über das zu prüfende Werkstück bewegt. Anschließend wird – unterstützt durch verschiedene Algorithmen – ein Qualitätsreport erstellt, der die Gesamtqualität des Bauteils dokumentiert.

Unter anderem umfasst das System eine Detektion von Kratzern auf der Bauteiloberfläche basierend auf einem künstlichen neuronalen Netz. Damit lassen sich Position und Größe der Kratzer bestimmen. Ergänzt wird der Ansatz durch ein weiteres künstliches neuronales Netz, welches die Qualität des Schliffbilds bestimmt und zwischen den Klassen ‚i.O.‘ und ‚n.i.O.‘ unterscheidet.

ProKI-Karlsruhe hat einen Demonstrator zum Thema der vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance) für die Antriebe von Werkzeugmaschinen entwickelt. Eine vielversprechende Methode zur Überwachung von kritischen Komponenten wie KGT ist die Nutzung von Deep-Learning-Methoden zur Bildanalyse, bei Detektion von Oberflächenschäden an KGT-Spindeln. Bei den Schäden handelt es sich um sogenannte Pittings, die Abplatzungen an der Oberfläche der Spindel entsprechen.

Zur Aufnahme der Bilddaten ist ein kompaktes Kamerasystem mit integrierter Beleuchtungseinheit direkt an der KGT-Mutter montiert, das hochauflösende Bilder der gesamten Oberfläche des Spindelgangs unter gleichbleibenden Bedingungen aufnehmen kann. Die aufgenommenen Bilder werden mit einem Convolutional Neural Network (CNN) analysiert, welches zuvor anhand eines in Langzeitversuchen aufgenommenen Bilddatensatzes trainiert wurde. Dieses erkennt bereits kleinste Pittings und kann diese nach Größe und Posi­tion quantifizieren. Durch Analyse der Pittingzahl und größe über die Zeit kann die Lebensdauer des KGT modelliert werden.

Diese frühzeitige Detektion und Überwachung von Schäden erlaubt es, Ausfälle zu vermieden und die Verfügbarkeit von Maschinen zu erhöhen. Dies schlägt sich letztendlich in höheren Produk­tionsleistungen und geringeren Kosten nieder.

Automatisieren mit intelligenten Lösungen

Auch vor dem Hintergrund des Fachkräftemangels stand Automation eindeutig im Fokus der Messe EMO. Durch den Einsatz von Cobots (Collaborative Roboter) für unterschiedliche Anwendungen wie beispielsweise Be- und Entladen von Werkzeugmagazinen, Qualitätskontrolle, Lackieren, Waschen sowie die Verbindung mit Messgeräten werden fachspezifische Aufgaben übernommen.

Acubez ist eine intelligente, modulare Plattform, die industrielle Automatisierungslösungen ermöglicht. Die Plattform besteht aus ‚Cubes‘ oder Modulen, wobei jedes Modul über eine eigene Intelligenz und Sensoren verfügt. Alle Module sind so angeordnet, dass sie in viele Richtungen und Arten angeschlossen werden können. Einmal verbunden, erkennen die Sensoren durch das Acubez-eigene Selbstidentifikationssystem (SIS), woran und wie es angeschlossen wurde.

Die Intelligenz des Moduls ist in die gesamte Software integriert, die, unterstützt durch ein komplexes mathematisches Modell einschließlich kinematischer Algorithmen, den Betrieb und die Einrichtung des Acubez-Automatisierungssystems ermöglicht.

Acubez ist vollständig modular aufgebaut und gibt Herstellern die Möglichkeit, ihre Automatisierungslösungen genau auf ihre Bedürfnisse zuzuschneiden. Diese Flexibilität bedeutet, dass Unternehmen sich leicht an sich ändernde Anforderungen anpassen können, während sie gleichzeitig ihre Kosten optimieren.

Anwendungen bei Acubez sind:

• WPL: Workpiece Pallet Loading, Automatisierungsplattform für Maschinenbeschickung
• Selflock: Adapter zur externen Aktivierung einer Nullpunktspannsystembasis
• PalletCubeClassic/Max: Schlüsselkomponente für das Palettenhandling/Lagerlösungen für mittlere/hohe Kapazitäten
• EOATs: standardisierte, flexible Greifersysteme

Unter dem Anspruch einer ganzheitlichen Betrachtung der Wertschöpfungskette und des Produktionslebenszyklus wurde bei Emag die Strategie EDNA (Emag DNA) aufgesetzt zur durchgängigen Gestaltung der Digitalisierung der Produktion.

Im Gesamtpaket (EDNA: Health Check, Visualize, Edge Cloud, IoT Ready) bietet Emag flexible Lösungen an für vernetzte Maschinen und die dazu notwendige Software, komplette Prozessauslegung, Datenanalyse zur Optimierung der Fertigungsprozesse, sowie eine Unterstützung bei der Digitalisierung der Fertigung dabei Nutzung von KI-basierten Algorithmen.

Mit dem Emag Energy Monitor wird ein Energiemanagement mit KI-gestützter Optimierung von Fertigungsprozessen dargestellt. Energieeinsparung und Emissionsreduzierung sind entscheidende Faktoren für eine nachhaltige und zukunftsfähige Produktion. Mit dem Tool werden der Energieverbrauch und die Emissionen von Maschinen transparent und nachvollziehbar darstellt. Durch Nutzung der ‚Life Line‘ ist ein übergreifendes Analysewerkzeug für die Produktion verfügbar. Echtzeitdaten aus den Maschinen werden zusammengeführt und als nützliche Informationen und Handlungsempfehlungen aufbereitet.

Life Line ist ein Portal für datengetriebene Services, das aus Verfahrenswissen und Algorithmen wertvolle Statusmeldungen und Empfehlungen generieren kann.

Mit der EDNA-Strategie hat Emag eine praktikable, zukunftsorientierte Plattform entwickelt, die kundenbezogen erhebliche Potenziale erschließen kann.