Smarte Maschinen: Die große Expertenumfrage zum Werkzeugmaschinenbau

Smarte Maschinen und Software-Anwendungen sollen produktionstechnische Abläufe transparent und effizienter machen. Worauf es bei diesem Thema ankommt, erläutern uns sieben Experten.

Fragen an die Experten

• Was sind aktuell die größten Herausforderungen im Werkzeugmaschinenbau?
• Wie können Kunden von den Vorteilen der Digitalisierung in der Produktion profitieren?
• Wie unterscheiden sich smarte Maschinen von einer herkömmlichen Werkzeugmaschine?

Smarte Maschinen für eine nachhaltige Fertigung

1. Resultierend aus dem zunehmenden Fachkräftemangel und einem steigenden Preisdruck stehen Unternehmen vor der Herausforderung, effizienter und kostengünstiger zu produzieren. Die Machining Transformation (MX) von DMG Mori ist die Antwort auf diese Entwicklung: DMG Mori unterstützt seine Kunden mit einer Kombination aus vier tragenden Säulen: Prozessintegration, Automation, digitale Transformation (DX) und grüne Transformation (GX) für eine moderne und nachhaltige Fertigung. Durch optimale Synergien aus Prozessintegration, Automation und Digitalisierung sind Anwender in der Lage, das größtmögliche Potenzial für Nachhaltigkeit und innovatives Wachstum freizusetzen.

2. Zentraler Bestandteil der digitalen Transformation sind intelligente Technologien, die Prozesse weiter optimieren. Das digitale Ökosystem von DMG Mori schafft Datentransparenz über den gesamten Shopfloor für wissensbasierte Entscheidungen. Die Digitalisierung ist nicht nur eine effektive Methode, um die Produktivität zu steigern, sondern auch um den Energieverbrauch und damit den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Maschinen von DMG Mori sind hierfür die perfekten Begleiter, weil sie sich besonders einfach in digitale Ökosysteme einbinden lassen und schon im Standard einen besonders hohen Grad an Digitalisierung aufweisen.

3. Entscheidend ist die Connectivity als Basis für die Einbindung in digitale Ökosysteme. Sowohl die Generierung als auch die Übertragung von Daten müssen sicher und effizient sein. Ein weiterer Vorteil von smarten Werkzeugmaschinen ist ihre Anpassung an die Bedürfnisse der Nutzer. Dies umfasst eine einfache Bedienung, die Maximierung von Spindelstunden und natürlich die Energieeffizienz. Mit Connectivity by DMG Mori und Celos, unserer plattform-basierten Steuerung, haben wir eine Antwort für den gesamten Shopfloor, die heute schon für unsere Kunden verfügbar ist.

1. Jedes Fertigungsunternehmen arbeitet heute wie selbstverständlich mit Computern und nutzt Software-Applikationen für eine Vielzahl von Aufgaben: Materialbeschaffung, Produktionsplanung, Logistik und Kommunikation. Aber Maschinen mit einem Netzwerk zu verbinden oder gar über das Internet zugänglich zu machen, scheint für viele Betriebe nach wie vor undenkbar. Die Digitalisierung bekommt nur schwer einen Fuß auf den Shopfloor. Dabei liegen die Vorteile auf der Hand: Es ist ein klarer Wettbewerbsvorteil, wenn Steuerungstechnik und Maschinen-Software mit Updates immer auf dem aktuellen Stand bleiben und neuen Aufgabenstellungen gewachsen sind. Um das zu gewährleisten, sind Maschinenhersteller und ihre Komponentenlieferanten aber dringend auf aktuelle Zustandsdaten aus dem laufenden Betrieb angewiesen.

2. Der rote Faden zieht sich von Anfang bis Ende durch – von der Investitionsentscheidung und Auswahl eines bestimmten Maschinentyps über die smarte Integration in die Fertigungsplanung und einer reibungslosen Inbetriebnahme bis zu einem Maximum an Prozesssicherheit in der Betriebsphase und einer exakt planbaren Instandhaltung. Und zum wichtigen Stichwort Nachhaltigkeit sei so viel gesagt: Der Energieverbrauch von Maschinen und Anlagen lässt sich für unterschiedliche Nutzungsszenarien ebenfalls berechnen und simulieren. Unser erklärtes Ziel ist eine stets ressourceneffiziente Fertigung. Es gibt zahlreiche Ansatzpunkte, um den Energiebedarf von Werkzeugmaschinen zu senken und den CO2-Abdruck pro produzierten Bauteil niedrig zu halten.

3. Softwaregesteuerte und vernetzte Werkzeugmaschinen können Arbeitsvorbereiter und Bediener so unterstützen, dass die Nebenzeiten exakt planbar werden und kurz ausfallen. Zum Beispiel ermöglichen es benutzergerechte Maschinen­simulationen mit integrierter Kollisionserkennung, jobspezifische Programme schnell an einer Maschine einzurichten. Bearbeitungsparameter lassen sich so anpassen, dass die Durchlaufgeschwindigkeit steigt und die Werkzeuge länger halten. Zudem kann man Wartungsarbeiten bei vernetzten Maschinen verschleißabhängig durchführen.

Digitalisierung bringt Mehrwert für Kunden mit sich

1. Eine wesentliche Anforderung heute und auch in Zukunft ist die maximale Verfügbarkeit und Produktivität von ­Maschinen ‚rund um die Uhr‘. Unser Anspruch ist es, dem Kunden Maschinen und Anlagen zur Verfügung zu stellen, mit denen er im Arbeitsalltag zuverlässig zu wettbewerbsfähigen Stückkosten produzieren kann. Dies erreichen wir nur, wenn wir die Fertigungslösung gesamtheitlich, also 360 Grad, betrachten. Daher ist es wichtig, nicht nur qualitativ hochwertige und zuverlässige Maschinen zu produzieren und zu liefern, sondern auch Lösungsanbieter für Automationslösungen, Services, digitale Produkte und auch Technologieanwendungen zu sein.

2. Die Digitalisierung steht bei Heller schon seit vielen Jahren im Mittelpunkt, und mit Heller4Industry und Heller4Use bieten wir hier unseren Kunden erweiterte Lösungen zur Steigerung der Produktivität und Flexibilisierung in der Fertigung.

3. Eine klare Unterscheidung von einer ‚herkömmlichen‘ zu einer smarten Werkzeugmaschine ist nur schwer darstellbar. Bereits seit vielen Jahren kommen digitale Lösungen zum Einsatz, ohne dass man schon von Industrie 4.0 oder Ähnlichem gesprochen hat. Wenn wir bei Heller von Digitalisierung sprechen, sprechen wir immer über einen Mehrwert für den Kunden. Also allein das Monitoring oder das Sammeln von Daten hat für unser Verständnis nichts mit Digitalisierung zu tun. Wir sind in der Lage, diese gesammelten Daten auch intelligent einzusetzen, um beispielsweise die Produktivität der Maschine zu erhöhen, die Spindelleistung zu optimieren oder eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Neueste Beispiele sind die Spindelwachstumskompensation und die Spindel­anlagekontrolle mittels KI.

Fragen an die Experten

• Was sind aktuell die größten Herausforderungen im Werkzeugmaschinenbau?
• Wie können Kunden von den Vorteilen der Digitalisierung in der Produktion profitieren?
• Wie unterscheiden sich smarte Maschinen von einer herkömmlichen Werkzeugmaschine?

1. Aktuell stehen wir vor den unterschiedlichsten Herausforderungen. Eine der wichtigsten ist die fortschreitende Automatisierung und Digitalisierung. Unternehmen müssen in moderne Technologien investieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Das erfordert nicht nur finanzielle Mittel, sondern auch Fachkräfte, die diese neuen Systeme bedienen können. Deshalb ist der vorherrschende Fachkräftemangel in der Branche eine große Herausforderung. Auch der globale Wettbewerb sollte nicht außer Acht gelassen werden, genauso wie das Thema Nachhaltigkeit in der Produktion und sich stetig ändernde Qualitätsanforderungen und auftretende Lieferkettenstörungen.

2. Die Digitalisierung bietet den Kunden im Werkzeug­maschinenbau die Chance, wettbewerbsfähiger, effizienter und flexibler zu werden und gleichzeitig die Qualität ihrer Produkte zu verbessern und somit auch kosteneffizienter zu arbeiten. Wir bieten mit unseren Produkten von Grob-Net4Industry bereits heute für jeden Anwendungsfall das passende digitale Produkt, um unsere Kunden bestmöglich in einer digitalisierten Fertigung zu unterstützen.

3. Im Großen und Ganzen unterscheidet sich eine smarte Maschine für den Werkzeugbau darin, dass digitale Technologien direkt in die Maschine integriert sind. Die Maschine kann somit Daten erfassen, analysieren und optimieren, um effizientere Prozesse zu generieren. In der Produktion kann man vor allem von einer Echtzeitüberwachung und einer vorausschauenden Wartung der Maschinen profitieren, was wiederum die Produktivität und Qualität der Fertigung maßgeblich verbessern kann.

1. Der Werkzeugmaschinenbau steht vor großen Herausforderungen. Die Lieferengpässe der letzten Jahre lösen sich nur langsam auf und die geopolitische Unsicherheit bleibt hoch. Infla­tion und auch die Energiekrise sind weitere belastende Faktoren, die letztlich zu sehr späten Investitionsentscheidungen führen – und das bei hohem Preisdruck. Gleichzeitig bleibt die Nachfrage aus ­Europa und den USA hinter der aus China zurück; entsprechende Kapazitäten müssen aufgebaut beziehungsweise angepasst werden.
Dennoch bieten sich auch Chancen: Insbesondere in der Elektromobilität sehen wir einen starken Treiber, der uns Raum für Wachstum und Innovation ermöglicht.

2. Die größten Vorteile sehen wir bei komplexen Anwendungen, die viel Know-how oder Kontext erfordern. Hier haben wir in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht – von der Werkzeugschneide bis zur Fertigungslinie. Ein Beispiel ist die algorithmische Identifikation von potenziellen Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen, denn ohne das Verständnis der Kausalität sind korrigierende Eingriffe in eine Anlage schlicht nicht zielführend. Grundvoraussetzung für solche Anwendungen sind sehr umfangreiche Informationsquellen, die eine Produktionsumgebung hinreichend erfassen und beschreiben können, zum Beispiel Daten aus einer Traceability-Software. Der Nutzen lässt sich direkt monetär beziffern, wenn zum Beispiel mögliche Ursachen für Ausschuss erkannt und behoben werden.

3. Vor allem durch die Fähigkeit zu lernen und auch in unbekannten Situationen die richtige Entscheidung zu treffen. Stellen Sie sich smarte Maschinen vor, die anhand von Daten selbstständig ihren Verschleiß erkennen und bei Bedarf das notwendige Ersatzteil anfordern.

Smarte Maschinen gehören in der Zukunft zum Team

1. Werkzeugmaschinen unterliegen einem stetigen Wandel, abgeleitet aus neuen Anforderungen der herzustellenden Produkte. Kernthemen bleiben Produktivität, Qualität und Prozesssicherheit. Daneben sind Effizienz und Nachhaltigkeit – vom Material- bis hin zum Energieeinsatz – von besonderer Bedeutung. Fachkräftemangel und zunehmende Komplexität stellen immer neue Herausforderungen an Ergonomie, Bedienerunterstützung und nicht zuletzt Automatisierung.

2. Voraussetzung für die Digitalisierung ist, dass Daten zur Verfügung stehen. Offene, standardisierte Schnittstellen, wie wir sie mit der Initiative Umati propagieren, helfen dabei. Erste Vorteile sind zum Beispiel Transparenz über Maschinenstatus, Nutzung, Verfügbarkeit und Output. Dies hilft, Kosten zu senken, wettbewerbsfähig zu bleiben und Prozesse zu optimieren. Die Digitalisierung ist ein umfassender Prozess. Der Anwender konfiguriert passende Lösungen selbst oder mit Partnern; Open-Source-Software kann hier als Beschleuniger wirken. Die Anwendungsgebiete sind vielfältig, von Condition Monitoring über Predictive Maintenance bis zu KI zur Prozess- und Materialflussoptimierung.

3. Werkzeugmaschinen mit CNC-Steuerungen sind eigentlich schon immer ‚smart‘. Die Daten, die sie zur Verfügung stellen, haben sich grundsätzlich nicht geändert – Bearbeitungsparameter, Antriebskenndaten, Werkzeug- und Jobmanagement, gegebenenfalls angereichert durch Zusatzsensorik. Neu ist, dass diese Daten entweder auf der Maschine oder ‚on edge‘ aufbereitet und einfacher nutzbar gemacht werden oder sich über smarte Maschinen hinweg bis hin zu unternehmensübergreifenden Data Spaces kombinieren lassen. ‚Smart‘ sind dabei einfach nutzbare, mehrwert-stiftende Anwendungen.

1. Zu den größten Herausforderungen im Werkzeugmaschinenbau zählen der Fachkräfte- und Mitarbeitermangel, hohe Materialpreise und brüchige Lieferketten. Als Leitanwender für die digital vernetzte Fertigung setzt Trumpf in seiner eigenen Produktion auf Smart-Factory-Lösungen. Das kompensiert den Fachkräftemangel und steigert die Effizienz in der Fertigung. Auch für unsere Kunden ist der Mitarbeitermangel einer der Treiber für Automatisierungslösungen. Darüber hinaus haben wir Technologien entwickelt, die Anwender beim Materialsparen unterstützen. Dazu gehören das Laserblanking-Verfahren oder die Funktion Nano-Joints, mit der sich Bauteile direkt nebeneinander auf der Blechtafel verschachteln lassen. Diese Verfahren nutzen wir auch in unserer eigenen Fertigung und sparen damit Material und Kosten. Mit unserer hohen Fertigungstiefe und den vertrauensvollen Beziehungen zu unseren Lieferanten stellen wir sicher, dass wir die Komponenten für unsere Maschinen so gut wie immer rechtzeitig erhalten.

2. Digitalisierung hilft Unternehmen bei der Planung und Steuerung ihrer Fertigung. Beispielsweise steuert die Trumpf-Software Oseon die gesamte Produktion automatisch. Kommt ein Eilauftrag herein, plant Oseon die Abläufe entsprechend um. Zudem kümmert sich die Lösung selbstständig um den Materialfluss. Die Mitarbeiter verschwenden keine Zeit mehr, um Teile zu suchen. Stattdessen passt sich die Arbeitsorganisation automatisch an den optimalen Materialfluss an. Effizienzsteigerungen von 30 Prozent sind mit der Software möglich. Außerdem steigt die Flexibilität und kleine Stückzahlen lassen sich einfacher fertigen. Darüber hinaus ist Digitalisierung die Voraussetzungen, um weitere Trends wie digitale Geschäftsmodelle oder Automatisierung in der Fertigung zu nutzen. Das öffnet weitere Türen für mehr Effizienz und Produktivität in der Produktion.

3. Smarte Maschinen sind mit dem IT-System des Unternehmens vernetzt. Dadurch ist es der Maschine möglich, als ein ‚Teammitglied‘ optimal zu kommunizieren – sowohl mit anderen Maschinen als auch mit den Mitarbeitern. Mit einem transparenten Kommunikationsfluss über verschiedene Arbeitsgänge ist es Anwendern möglich, das Beste aus ihrer Fertigung herauszuholen.