Gesteigerte Wertschöpfung in der Fertigung durch vernetzte Maschinen-Überwachung

Das Sammeln von Daten und ihre Nutzung zur Prozess- und Produktoptimierung ist in vielen Branchen ein valides Mittel zur Steigerung der Wertschöpfung. Die nötige Technologie zur Überwachung von Abläufen und Maschinen ist auch in der Fertigungsindustrie vorhanden. Völlig neue Potenziale ergeben sich jedoch durch Konnektivität und die Möglichkeit, diese Daten zu visualisieren und mit anderen Nutzern auszutauschen.

In der Vergangenheit wurde meist eher ein silobasierter Ansatz verfolgt: Oft wurde ein Prozessüberwachungssystem für eine einzelne Maschine eingesetzt, ohne die Möglichkeit zur Vernetzung oder Nachrüstung. Der nächste logische Schritt war daher, den Bearbeitungsprozess nicht nur genau zu beobachten, sondern die daraus gewonnenen Erkenntnisse mit allen Stakeholdern zu teilen. Man kann heutzutage Werkzeugmaschinen gewissermaßen zuhören: Ist das Schneidwerkzeug verschlissen, läuft der Prozess zu schnell, zu langsam oder abweichend von dem, was erwartet wird? Die Auswertung dieser Daten ermöglicht nicht nur das schnelle Erkennen von Fehlern, sondern auch deren sofortige Korrektur, indem die Daten direkt an die Maschine zurückgespielt werden. Darüber hinaus lässt sich der Bearbeitungsprozess auf diese Weise kontinuierlich verbessern und effizienter gestalten, denn vernetzte Maschinen ermöglichen auch die Installation von Updates zu Algorithmen und Software über die Cloud oder das Firmennetzwerk.

Dieser Grad an Konnektivität, der Datenaustausch sowie ein skalierbarer Ansatz zur Überwachung der Fertigung unterstützen viele Hersteller dabei, den Herausforderungen des Produktionsalltags erfolgreich zu begegnen. Sie profitieren von der Reduzierung ungeplanter Stillstandzeiten durch Kollisionen, der Minimierung der Werkzeug- und Reparaturkosten durch Überwachung der Werkzeugüberlast oder des Werkzeugbruchs sowie von geringeren Leerlaufzeiten durch fehlende Werkzeuge. Darüber ermöglichen die gewonnenen Erkenntnisse präzisere Einstellgrenzen für Werkzeuge und damit gesteigerte Produktivität bei gleichbleibender Qualität des Bauteils – und damit eine deutliche Wertschöpfung entlang der ganzen Produktionskette.

Vielfältige Technologien und unterschiedliche Fertigungssysteme

Um die Produktivität, Sicherheit und Qualität mithilfe von Prozess- und Maschinenüberwachung erfolgreich zu optimieren, müssen Anlagenbediener mit einer Vielzahl von Technologien arbeiten, damit sie die vielfältigen Aspekte des Fertigungsprozesses überwachen und mehrere Systeme anbinden können. Für die Praktikabilität ist es daher wichtig, dass die verschiedenen Systeme und Technologien – zum Beispiel verschiedene Netzwerkgeräte, Cloud-basierte Lösungen oder verschiedene Arten von Software – miteinander kommunizieren können. Ein derart hoher Grad an Maschinenkonnektivität erfordert dabei entweder eine vollständige Standardisierung der Schnittstellen, was realistischerweise nicht kurzfristig umsetzbar sein wird, oder ein hohes Maß an Integration.

Während das Erreichen fehlerfreier Fertigungsprozesse mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Utopie ist, können vernetzte Systeme und Lösungen ihren Teil dazu beitragen, sie immer weiter zu optimieren. Für die Definition der dafür notwendigen Strategien, Analysen und Grenzwerte kann Sandvik Coromant auf jahrzehntelange Expertenerfahrung in der Zerspanung zurückgreifen. Dies kann ein entscheidender Mehrwert sein, da der Nutzer Grenzwerte nicht mehr selbst ermitteln muss.

Entscheidende Erfolgsfaktoren in der von starkem Wettbewerb geprägten Branche sind ist dabei die Kombination aus den präzisesten und schnellsten Reaktionszeiten und der geringsten Anzahl von Fehlalarmen während der Produktion. Unterbrechungen des Bearbeitungsprozesses ohne Grund verursachen enorme Kosten. Als in der Metallbearbeitung noch keine Algorithmen eingesetzt wurden, die die von einer Maschine erzeugten Meldungen interpretieren konnten, waren Fehlalarme gang und gäbe. Es bedarf großer Kompetenz auf Seiten der Anlagenbediener, diese Meldungen zu sammeln und innerhalb kürzester Zeit richtig zu bewerten

Echtzeit-Monitoring und Nachhaltigkeit

Einer der Vorteile einer engen Fertigungsüberwachung ist vollständige Ausnutzung der eingesetzten Werkzeuge. Davon profitiert nicht nur die Qualität der Bauteile, sondern auch die Vorlaufzeiten lassen sich so verkürzen. Ein weiteres entscheidendes Plus ist die Reduzierung des Energieverbrauchs, was die Fertigung gleichzeitig umweltfreundlicher und kostengünstiger macht.

Vor allem aber sorgt das Echtzeit-Monitoring für reibungslosere Bearbeitungsprozesse. Ob falsche Werkzeugkorrekturen, fehlerhafte Werkstückkorrekturen oder Werkzeugwechselpositionen, ob ein lose eingespanntes Teil, eine falsche Bauteilorientierung, eine falsche Programmwahl, ein unerkannter Werkzeugbruch oder eine falsche Werkzeugeinstellung: Schon eines dieser Probleme ist ein Stolperstein auf dem Weg zu höherer Produktivität. Die Beseitigung nur eines dieser Probleme trägt schon zu einer Verbesserung bei – können alle diese Probleme durch Echtzeit-Monitoring auf einmal gelöst werden, dann ergibt sich daraus ein Quantensprung für die Effektivität.

Kontinuierliche Prozesskontrolle ist darüber hinaus ein wirksames Mittel gegen geringe Prozesssicherheit, suboptimale Bauteilqualität und nicht optimal genutzte Werkzeuge. Ein Fertigungsüberwachungssystem stellt sicher, dass ein Werkzeug nicht nur vorhanden, sondern auch funktionsfähig ist und dass ein Prozess innerhalb seiner korrekten Parameter läuft. Das System initiiert bei Bedarf Korrekturmaßnahmen, sendet Warnmeldungen, um Verschleiß und Bruch zu vermeiden, und stoppt den Bearbeitungsprozess, wenn ein Werkzeug bricht oder fehlt. Die daraus resultierende Reduzierung von Abfällen ist besonders in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie, in dem die Materialien teuer sind, ein relevanter Aspekt.

Auf Bauteilebene trägt die Überwachung dazu bei, eine gleichbleibende Qualität des produzierten Teils zu erreichen. Ebenso kann die Überwachung der Werkzeuge zu einer besseren Werkzeugauslastung, einer besseren Vorhersage der Kosten pro Bauteil, einem korrekten Werkzeugbestand, einer deutlich höheren Maschinenauslastung und zu einer höheren Lebensdauer der Maschinen beitragen.

Bereit für die Zukunft der Fertigung

Die metallverarbeitende Industrie ist auf dem Weg, geringe Prozesssicherheit, suboptimale Bauteilqualität und nicht ausgelastete Werkzeuge zu eliminieren. Während fehlende Kontrolle zu höheren Kosten führt, schafft eine kontinuierliche Prozesskontrolle durch die Überwachung der Fertigung eine höhere Effizienz und damit eine Kostenreduktion. Auch die Überwachung auf Ebene der Werkzeuge ermöglicht eine optimale Werkzeugauslastung, korrekte Werkzeugbestände, eine genauere Vorhersage der Bauteilkosten und eine höhere Maschinenauslastung.

Sandvik Coromant strebt mit seinem Ansatz zur vernetzten Überwachung des Fertigungsprozesses durch den Wegfall von Stillständen eine Maschinenauslastung von bis zu 85 % an. Gleichzeitig soll mit dem maschinellen Lernprozess von Sandvik Coromant die Effizienz in der Metallzerspanung auf bis zu 95 % gesteigert werden – mit konventioneller Fertigung kommt sind momentan rund 80 % möglich.

Indem darüber hinaus die Instabilität auf ein absolutes Minimum reduziert wird, kann die Überwachung von Fertigungsprozessen der Katalysator für signifikante Veränderungen in der Fertigungsindustrie sein – und so den entscheidenden Vorsprung im Wettbewerb bedeuten.