Wo liegen die Potenziale der Vernetzung in der Fertigung? Gewatec zeigt einige Beispiele für Industrie 4.0-Ansätze aus der Praxis mit direktem Nutzgehalt.

Fertigungs-Cockpit – Produktionssteuerung – Use-Cases I 4.0

Vernetzung / Cloudlösung für die spanende Fertigung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die spanende Fertigung

Software

ERP-Systeme

Praktische Umsetzung der  digitalen Transformation

Václav Huta, Inhaber des tschechischen Werkzeugherstellers Nafo, hat seinen Maschinenpark über die Heidenhain-Software ›StateMonitor‹ vernetzt. Das eröffnet ihm neue Freiheiten.

Digitalisierung – Monitoring-System – Industrie 4.0 – herstellerübergreifende Maschinenvernetzung

Condition Monitoring für die Zerspanung

Steuerungen / CNC für Werkzeugmaschinen

Automatisierungstechnik

Steuerungen (Hardware und Software)

Freiraum

GMN stellt auf der EMO Hochleistungsspindeln vor, die, als mechatronische Komplettsysteme ausgeführt, eine erweiterte Signalauswertung im Sinne einer Smart Factory erlauben.

Fräs- und Schleifspindeln – Mechatronik – anwendungsspezifische Auslegung

Elektrische Antriebe und Motoren für Werkzeugmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Hauptspindeln für Werkzeugmaschinen

Maschinenelemente

Lineartechnik

Industrie-4.0-fähige Hochleistungsspindeln

Im Rahmen einer vierteiligen Artikelserie beschreiben die Experten des PTW Darmstadt das Potenzial, das die Analyse von Maschinendaten birgt.

Künstliche Intelligenz – Maschinendaten – Algorithmen – Effizienz – Geschäftsmodelle

Big Data / Datenverarbeitung / Datenanalyse für die spanende Fertigung

Vernetzung und Digitalisierung für die innovative Datenanalyse (Teil 1)

Fastems präsentiert das MMS-Modul ›WCO‹ zur Einbindung von Einzelmaschinen und manuellen Produktionsaufgaben in einen automatisierten Fertigungsprozess.

Flexible Fertigungssysteme

Werkzeugmaschinen für die spanende Fertigung

Virtual Machining für die spanende Fertigung

Apps für die Zerspanung

ERP diskrete Fertigung, PPS / APS

Fertigungsautomation

Machine Learning / Künstliche Intelligenz für die spanende Fertigung

Prozessautomation

Digitalisierung nicht-automatisierter Prozesse

Das erst vor wenigen Monaten dem Markt vorgestellte Zustandsüberwachungssystem Schaeffler Optime gewinnt den Industrie-4.0-Innovation-Award.

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

Schaeffler Optime gewinnt Industrie-4.0-Innovation-Award

Auf ihrem EMO-Gemeinschaftsstand präsentieren sich Weiler und Kunzmann als Premiumpartner für das effiziente Drehen und Fräsen von Einzelteilen und Kleinserien.

Dreh- und Fräsmaschinen – Condition Monitoring – Digitalisierung und Vernetzung

Fräsmaschinen

Drehmaschinen

Effizienter Drehen und Fräsen

Bei der Metav digital (23. bis 26. März 2021) stehen neben den Zerspanungstechnologien insbesondere Automationslösungen für die wirtschaftlichere Produktion im Fokus. Hier ein Vorblick auf die virtuelle Messe.

Schwerzerspanung

Spanende Verfahren

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Präzisionswerkzeuge

CAM für die Zerspanung

Messe Metav

form-werkzeug.de

Softwaretools für die Zerspanung

Mikrozerspanung

Hochpräzisionszerspanung

Automation im Fokus

Um das Potenzial der Digitalisierung voll auszuschöpfen, bedarf es mehr als nur einer Netzwerkverbindung zwischen der operativen Ebene und der Informationstechnologie. Das Zauberwort heißt Edge Computing. Denn in dieser intelligenten Zwischenebene werden relevante Geschäftsprozesse verbunden.

Smart Factory

Energieeffizienz

Präzisionswerkzeuge für Metallbearbeitung

Maschinenbau

Elektroautomation

Bedienen / Beobachten

Edge-Computing als Schlüssel zur IT/OT-Integration

MES-Experte gbo datacomp setzt auf intelligente Schnittstellen zur standardisierten Anbindung proprietärer Werkzeugmaschinen. Das Ziel der erweiterten Plattform Virtcont 4.0, stets aktuelle Maschinendaten für eine durchgängige vertikale Kommunikation im Sinne von Smart Factory.

Maschinendatenerfassung leicht gemacht

Die Metav digital vom 23. bis 26. März 2021 präsentiert viele Lösungen zu den Themenfeldern Industrie 4.0. und in der Folge Arbeit 4.0.

Arbeitsabläufe und Industrie 4.0-Szenarien

Unternehmenskultur in der smarten Fabrik

Die Sensortechnik smartblick sorgt für mehr Einfachheit bei der Überwachung von Maschinenparks.

Sensorik für Werkzeugmaschinen

Nie mehr Stillstandszeiten verpassen

Intelligente Datenvisualisierung in Echtzeit als Schlüssel zu Effektivität und Prozesssicherheit in digital vernetzten Produktionsketten.

Andon-Board – Prozessvisualisierung – Fertigungs-Kennzahlen – Fertigungsplanung

Prozessvisualisierung

 Prozessdaten sichtbar machen und nutzen

Die intelligente Pumpensteuerung bplogic übernimmt das Monitoring der angeschlossenen Aggregate und lässt sich optimal in digitalisierte Fertigungsabläufe einbinden.

Industrie 4.0 – Pumpensteuerung – Konnektivität – Predictive Maintenance

Kühlschmiermittelmanagement

Betriebsausrüstung / Betriebsmittel

Pumpen und Kompressoren

Hydraulikpumpen

Hydraulik-Komponenten

Smarte Steuerung für KSS-Pumpen

Der Digital-Pionier BAM GmbH setzt auf eine konsequent digitale, automatisierte Prozesskette inklusive roboterunterstützte Fertigungszellen und Online-Shop.

Lohnfertigung

CAM-Programmierung mit  bis zu 80 Prozent Zeitersparnis

Im Dauerlauf statt Spindelstillstand: Kapazitätsschätze im CNC-Maschinenpark

Auf ein und derselben Maschine unterschiedlichste Materialien verarbeiten und nahezu beliebige Produkte herstellen: Die CNC-Technologie ist an Flexibilität, vor allem in der Fertigung von Prototypen und Kleinserien, kaum zu überbieten. Andererseits fallen Investitionen in die technische Grundausstattung vergleichsweise hoch aus, und niedrige Auslastungen führen über höhere Maschinenstundensätze schnell zu eingeschränkter Wettbewerbsfähigkeit. Mit smartblick eröffnet sich die Möglichkeit, freie Kapazitäten im CNC-Maschinenpark sofort zu erkennen und unerwünschte Spindelstillstände in produktive Leistung zu verwandeln. Ganz gleich, ob es um die Verarbeitung von Metall, Holz oder Kunststoff geht.

Wie viele Dreh-, Fräs- und Universalmaschinen oder CNC-Bearbeitungszentren in Deutschland aktuell im Einsatz sind, lässt sich kaum beziffern. Für Zerspaner stellt die Metallbearbeitung heute zwar das wichtigste Betätigungsfeld dar; der CNC-Technologie liegt jedoch das Funktionsprinzip der Drehbank zugrunde, das ursprünglich auf die Verarbeitung von Holz abzielte. So werden CNC-Fräsen beispielsweise auch bei der Herstellung von Front- und Seitenteilen für Schränke eingesetzt. Die Nuten zum Einschieben von Trennwänden und die Aussparungen zur Montage der Scharniere lassen sich auf diese Weise weitaus wirtschaftlicher herstellen als in Handarbeit. Auch viele andere Möbelteile sowie Fenster- oder Türrahmen werden mit CNC-Maschinen angefertigt, und sogar in der Produktion von Musikinstrumenten erfreut sich das Verfahren zunehmender Beliebtheit.

Das dritte wichtige Aufgabengebiet der CNC-Bearbeitung ist inzwischen der Kunststoffsektor. Einzelteile für den Bau komplexer Architekturmodelle, filigrane Zahnräder für die Prototypenherstellung kleiner Getriebe oder CNC-gedrehte Teile für medizinische Geräte werden regelmäßig aus Materialien wie Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polypropylen (PP) angefertigt und bilden gerade in der Lohnfertigung die Existenzgrundlage vieler kleiner und mittelständischer Betriebe.

Metall, Holz oder Kunststoff: Welche Materialien auf einer CNC-Maschine konkret bearbeitet werden, spielt für die Nutzung der smartblick-Technologie keine Rolle. Das Augenmerk von smartblick gilt keinem bestimmten Produkt, sondern richtet sich ausschließlich auf den Betriebszustand der jeweiligen Maschine. <br/>smartblick bildet den Zustand des Maschinenparks in Echtzeit ab und ist auch mit CNC-Systemen älterer Bauart kompatibel. Statt die Auslastung nur anhand von Erfahrungswerten und Maschinenspezifikationen zu planen, erlaubt smartblick den dynamischen Einsatz aller verfügbaren Ressourcen. Freie Slots auf den Maschinen sind sofort erkennbar und können für weitere Aufträge genutzt werden, die sonst womöglich abgelehnt oder an Dritte vergeben worden wären. In der Retrospektive kann die Effizienz einzelner Schichten exakt nachvollzogen und für die Zukunft optimiert werden, etwa durch gezielte Zuordnung des jeweils am besten geeigneten Bedienpersonals an die einzelnen Maschinen.

Die Investition in eine CNC-Maschine rentiert sich nach einer Faustregel erst dann, wenn die Stillstände bezogen auf einen Zeitraum von 24 Stunden einen Anteil von 15 Prozent nicht übersteigen. Davon sind selbst technisch perfekt ausgestattete Betriebe oft immer noch weit entfernt. Selbst mit einer ausgeklügelten Produktions- und Auslastungsplanung lässt sich nicht verhindern, dass Materialflüsse unerwartet ins Stocken geraten oder ein Kunde die beauftragten Werkstücke plötzlich viel schneller benötigt als vorgesehen. Mit dem Wissen um den aktuellen Auslastungsstand aller im Maschinenpark verfügbaren Anlagen könnten personal- und kostenintensive Sonderschichten leicht vermieden werden – doch in den seltensten Fällen sind die notwendigen Informationen auch schnell genug verfügbar.

Maschinenstillstände in produktive Zeit umzuwandeln, stellt für jeden in der CNC-Bearbeitung tätigen Betrieb folglich eine zentrale Aufgabe dar. Tagsüber werden ungeplante Leerlaufzeiten üblicherweise relativ schnell erkannt, sodass die freien Kapazitäten umgehend anderweitig genutzt werden können. Während der in der CNC-Branche durchaus üblichen Spät- und Nachtschichten hingegen ist normalerweise deutlich weniger Personal im Einsatz; der Überblick und die kurzfristige Nutzung freier Slots gestalten sich dann deutlich schwieriger.

Wenn die Maschinen, insbesondere in der Serienfertigung, rund um die Uhr laufen müssen, orientieren sich Produktionsleiter bei den Vorgaben zur Fertigstellung bestimmter Stückzahlen pro Schicht oder Zeiteinheit meist an Erfahrungswerten. Weil in der Praxis aber kaum im Detail nachvollzogen werden kann, ob und wo einzelne Spindeln wie lange und warum stillstehen, bleibt die Produktionsplanung vielerorts faktisch hinter den Möglichkeiten zurück. Anders formuliert: Das Vorhandensein ungenutzter Ressourcen ist den meisten Produktionsleitern durchaus bewusst. Diese Ressourcen, insbesondere außerhalb der üblichen Geschäftszeiten, zu erschließen, erfordert normalerweise aber den Einsatz von zusätzlichem Personal, wodurch sich die erzielbaren Effizienzgewinne oft schnell relativieren. Mithin bleibt alles einfach so, wie es immer war.

Dabei stellt das Wissen um Leerlaufzeiten im CNC-Maschinenpark regelrecht einen Schatz dar, den jeder Betrieb ohne größeren Aufwand heben kann. Wann immer sich an einer Maschine freie Kapazitäten ergeben, kann die Gelegenheit, beispielsweise zur Vorproduktion im Rahmen längerfristiger Aufträge, genutzt werden. Die fertigen Teile werden dann erst einmal vorübergehend ins Lager verfrachtet. Damit können dann allerdings Liefertermine von langer Hand abgesichert werden, was insbesondere in der Kleinserienfertigung zu merklichen Effizienzsteigerungen führt. Selbst mit Aufträgen gut bestückte CNC-Fertiger haben daher ein großes Interesse daran, dass den Spindeln allenfalls zu Wartungszwecken eine Pause gegönnt wird. Je größer der CNC-Maschinenpark, desto mehr summieren sich ungenutzte Spindelstillstände zu einem wirtschaftlich durchaus relevanten Faktor.

Um die Auslastung des Maschinenparks permanent zu verfolgen und sofort zu erkennen, ob stillstehende Spindeln womöglich zusätzlich nutzbare Produktionskapazitäten bieten, liefert smartblick auf einfache Weise alle erforderlichen Informationen. Als Datenquelle braucht es nur die Stromzufuhr der Hauptspindel. Dort erfassen die smartblick-Sensoren kontaktlos und ohne Eingriff in die Maschinensteuerung die jeweilige Aktivität, die von der smartblick-Software auf unterschiedlichste Weise ausgewertet und aufbereitet werden kann. Ob und wann die Hauptspindel der Maschine steht, mit welcher Drehzahl gerade gearbeitet wird und welche Leistung die Spindel gerade abruft: Das zeitnahe Wissen um den aktuellen Zustand einer CNC-Maschine ist bares Geld wert. Zustandsdaten können nicht nur über längere Zeiträume nachvollzogen, sondern auch in Echtzeit präzise verfolgt werden, was im Ergebnis die Wirtschaftlichkeit des Maschinenparks deutlich verbessern hilft.

Per Webinterface übertragen, können alle Informationen über beliebige Endgeräte (Smartphone, Tablet, PC) abgerufen werden. Insbesondere bei automatisierten Produktionsabläufen eröffnen sich neue Möglichkeiten. Wo beispielsweise am Wochenende zur Überwachung der Fertigung bislang noch permanent Maschinenbediener präsent sein müssen, erlaubt smartblick nun flexible Bereitschaftsdienste und das Monitoring aus der Ferne. Von den Vorgaben abweichende Prozessparameter werden sensorgestützt rechtzeitig erkannt und signalisiert. Permanente Präsenz im Betrieb ist nicht mehr nötig, sodass die Personalkosten, vor allem außerhalb der üblichen Geschäftszeiten, merklich sinken.

Die Integration von smartblick in einen beliebigen CNC-Maschinenpark dauert pro Anlage durchschnittlich nur 20 Minuten. Das für die Umrüstung nötige Hardware-Paket enthält alle notwendigen Komponenten. Wer im Alltag eine CNC-Maschine bedient, kann smartblick anhand der mitgelieferten Anleitung oder mit Online-Support durch den Hersteller problemlos selbst installieren. Der Leistungsumfang der smartblick-Software ist nicht statisch, sondern wird kontinuierlich und den Kundenwünschen entsprechend angepasst und erweitert.

 Ein Beispiel für die praktische Anwendung der Maschinendaten ist die Möglichkeit zur Anlage einer auftragsbezogenen Dokumentation. So können einzelne Arbeitsschritte im laufenden Betrieb mit individuellen Kommentaren versehen werden. Nach Abschluss eines Auftrages oder bei der Auswertung bestimmter Zeiträume (etwa bezogen auf die Maschinenleistung im Tages- oder Wochenverlauf) ist dann auf Anhieb nachvollziehbar, ob ein vorübergehender Stillstand wegen eines Werkzeugwechsels notwendig war oder ob die Ursache im Prozessablauf begründet ist (z.B. durch Verzögerungen in der Materialbereitstellung).

Bis zu 20 Prozent höhere Wirtschaftlichkeit

Je nach Art und Größe eines CNC-Maschinenparks kann der Einsatz von smartblick die Wirtschaftlichkeit um bis zu 20 Prozent und mehr steigern helfen. Die Kosten von smartblick basieren auf einem Preismodell, das bei monatlicher Abrechnung die Bereitstellung der nötigen Sensorik, der Schnittstelle zur Datenübertragung und der Analysesoftware für jeweils eine Maschine umfasst. Damit entfallen für den Anwender Investitionskosten in Hard- und Software. Der Aufwand kann vielmehr als konsumtive Ausgabe geltend gemacht werden und verursacht keinerlei Kapitalbindung. Mithin entfaltet smartblick in den meisten Anwendungsfällen schon innerhalb kürzester Zeit einen Nutzen, der den damit verbundenen Aufwand bei weitem übersteigt.

F&M Werkzeug- und Maschinenbau GmbH  

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Geringer Installationsaufwand, hohe Effizienz: Mit smartblick kann die Auslastung im CNC-Maschinenpark per Webinterface auf beliebige Endgeräte (Smartphone, Tablet, PC) übertragen und in Echtzeit verfolgt werden

Den Maschinenpark im Blick behalten: smartblick visualisiert die aktuelle Auslastung jeder einzelnen Anlage und lässt sofort erkennen, ob ungeplante Stillstände kurzfristig für zusätzliche Jobs genutzt werden können

Per smartblick-Dashboard kann die Effizienz einzelner Schichten im Nachhinein exakt nachvollzogen und für die Zukunft optimiert werden

Die Anzahl fertig bearbeiteter Teile, Abweichungen vom Soll oder die aktuelle Werkzeugbelastung: Der Leistungsumfang der smartblick-Software wird kontinuierlich um neue Features ergänzt.

Über die Auswertung von Maschinen- und Spindellaufzeiten wird die Effizienz des Maschinenparks im smartblick-Report klar ersichtlich. Alle Daten können über beliebige Zeiträume frei miteinander verglichen und zur weiteren Analyse als CSV-Datei exportiert werden.

Über die smartbox als Schnittstelle werden Maschinendaten zum smartblick-Webinterface übertragen. Innerhalb weniger Minuten kann jede CNC-Maschine damit in eine digitale Datenquelle verwandelt werden, unabhängig vom Baujahr oder Hersteller der Anlage.

Kontaktlos an der Stromzufuhr der Hauptspindel angebracht, nutzt der smartblick-Sensor den sogenannten Hall-Effekt als Messprinzip. Das Magnetfeld des fließenden Stroms liefert alle nötigen Informationen, um den Maschinenzustand kontinuierlich und umfassend abzubilden

2021-06-14_smartblick

Smartblick ist eine Marke der F&M Werkzeug- und Maschinenbau GmbH. Die Zerspaner von F&M entwickelten smartblick als bahnbrechend einfaches System zur Steigerung der Lukrativität von CNC-Maschinenparks. Die smartblick-Technologie macht jede Werkzeugmaschine Industrie 4.0-fähig. Die Sensorik sorgt für den umfassenden Überblick über alle Fertigungsprozesse. Schnell, einfach und wirtschaftlich.

„Aktuelle Technologien am ISF“ - Einladung zum wissenschaftlichen Austausch zwischen Industrie und Forschung