Mensch und Maschine intelligent vernetzen: Presswerk 4.0 – Stillstandszeiten halbieren, Fertigung flexibilisieren

Angeliefert auf riesigen Rollen, werden Stahlbleche im Presswerk zunächst auf die benötigte Größe zugeschnitten. Anschließend durchlaufen sie mehrere Pressen und erhalten hier ihre gewünschte Form – beispielsweise die einer Autotür.

Wird jedoch ein Riss im Bauteil entdeckt, müssen es die Mitarbeiter schnellstmöglich aussortieren, denn jeder weitere Prozessschritt kostet Geld. Knifflig wird es vor allem, wenn es sich nicht um einen Ausreißer handelt, sondern alle aus der Presse laufenden Bauteile den Fehler aufweisen. Dann heißt es: die Pressen anhalten und sich auf die Ursachensuche begeben. Liegt es am Werkstoff oder der Beölung? Ist ein Werkzeug fehlerhaft? Fährt die Presse nicht ordnungsgemäß? Die zahlreichen Parameter und Fehlerszenarien zu überprüfen, kostet Zeit, in der die Maschinen stillstehen.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz haben sich Industrie 4.0 im Bereich des Maschinenbaus auf die Fahnen geschrieben – und widmen sich unter anderem dem Presswerk der Zukunft. »Wir führen die verschiedenen Daten in einem unternehmensinternen Analyse- und Feedbacksystem, der ›Linked Factory‹, zusammen und generieren daraus neue Informationen, die wir den Mitarbeitern dann beispielsweise auf mobilen Endgeräten bereitstellen«, erläutert Sören Scheffler, Wissenschaftler am IWU.

»Auf der Grundlage dieser Daten können wir die Fehlerquellen schneller eingrenzen und dem Mitarbeiter gezielt Lösungsvorschläge zu deren schnellstmöglichen Behebung bereitstellen.« Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und Wissenschaft arbeitet das Fraunhofer IWU daran, die fehlerbedingten Stillstandszeiten um 50 Prozent zu reduzieren. Doch nicht nur in Bezug auf Stillstandszeiten soll das Presswerk 4.0 Potenziale erschließen. Auch bei kurzfristigen Planänderungen sollen Werksbetreiber schneller und flexibler auf Marktanforderungen und Kundenwünsche reagieren können.

Zunächst setzen die Forscher auf Daten, die bereits erhoben werden, etwa durch Sensoren oder Kamerasysteme. Oftmals gelangen diese nicht an die Stelle, an der sie gebraucht werden. Künftig werden die Daten von einer Software zentral gesammelt, zu Informationen verknüpft und auf diese Weise neues Wissen generiert. Im Fall der fehlerhaften Tür vereint sie beispielsweise Sensordaten von Werkzeugen mit Informationen zur Beölung und Daten zum Ausgangsmaterial und überprüft, welche Werte außerhalb der jeweils vorher festgelegten Toleranzwerte liegen. Auf dieser Grundlage werden dem Mitarbeiter dann Szenarien vorgeschlagen, mit denen er das gemeldete Problem nun zielgerichtet und schnell lösen kann.

Die Forscher wollen das System langfristig so weit fortentwickeln, dass es bereits eine Warnung ausgibt, bevor es zu Fehlern kommt. Hierzu müssten weitere Datenquellen in Form von Sensoren installiert werden: »Wir könnten beispielsweise den Werkstoff überprüfen, bevor er in die Produktion geht. Ist das einzelne Blech in Ordnung? Falls nicht, können die Mitarbeiter es bereits aussortieren, ehe es umgeformt wird und weitere Teile daran montiert werden. Auf diese Weise lassen sich Ressourcen sparen, denn wir müssen keine ganze Baugruppe als Ausschuss wegwerfen«, erläutert Scheffler.

Die Forscher am IWU denken schon ein Stück weiter: Mit einer Kombination aus Prozesssensorik und aktiven Komponenten kann das Prozessfenster des Umformvorgangs optimiert werden. »Wenn ich der Presse zum Beispiel diese neu erfassten Informationen über die Beschaffenheit des Ausgangsmaterials mitgebe, können geeignete Kompensationsmaßnahmen ergriffen und Störeinflüsse automatisiert ausgeglichen werden, etwa durch aktive Komponenten wie intelligente Führungsschuhe oder adaptive Lager. Das heißt, ich kann Ausgangsmaterial verarbeiten, das eigentlich im Ausschusscontainer gelandet wäre«, so Scheffler.

Auf der Hannover Messe vom 25. bis 29. April stellen die Forscher das Presswerk 4.0 unter dem Leitthema »Industrie 4.0 sichtbar machen« vor (Halle 2, Stand C16/C22). Die Besucher erleben ein Miniatur-Presswerk, das als Projektionsfläche dient: Halten sie einen Tablet-Computer vor das Modell, werden auf dem Bildschirm virtuelle Informationen über dem realen Modell eingeblendet. »Auf diese Weise visualisieren wir Informationsströme, die sonst im Verborgenen bleiben – man könnte auch sagen: Wir machen Industrie 4.0 sichtbar«, sagt Scheffler. Die Besucher können sich so auf einem virtuellen Rundgang durch verschiedene Beispielszenarien begeben und nachvollziehen, wie es gelingt, Energie, Material und Zeit mit Industrie 4.0-Technologien einzusparen.