Mit smarten Technologien
zur autonomen Fertigung

Betrachtet man spezifische Anforderungen von Kunden unterschiedlicher Branchen, so stellt man schnell fest, dass diese sehr unterschiedlich sind. Im Werkzeug- und Formenbau hat man beispielsweise andere Ansprüche an die Oberflächengüte als im Aerospace-Bereich, wo es hauptsächlich um das Zerspanvolumen geht. Aus diesem Grund ist Makino überzeugt, dass es nicht die eine allumfassende Lösung zum Thema Industrie 4.0 geben kann, es geht vielmehr um spezifische Einzelfälle.

Allen gemeinsam ist jedoch der anhaltende Trend einer sinkenden Verfügbarkeit qualifizierter Fachkräfte für die Produktion bei gleichzeitig steigenden Forderungen nach einer Reduzierung der Durchlaufzeiten. Wie kann ein Hersteller von Werkzeugmaschinen sich diesen Trends stellen und die Betreiber bei der notwendigen digitalen Transformation unterstützen?

Smarte Werkzeugmaschinen

Eine Schlüsselrolle bei der Digitalisierung spielt die Automatisierung. Ging es vor Jahren hauptsächlich um die Rationalisierung und damit um die mögliche Einsparung von Personal in der Produktion, so hat sich dies gewandelt. Qualifizierte Fachkräfte stehen in vielen Branchen wie etwa dem Werkzeug- und Formenbau nicht mehr in der erforderlichen Anzahl zur Verfügung.

Zudem wandelt sich das Bild der Mitarbeiter. Gab es früher den Maschinenbediener, der genau wusste, was er an seiner Maschine korrigieren musste, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu fertigen, und der damit den Prozess durch seine Qualifizierung und Erfahrung steuerte, müssen wenige Fachkräfte heute den Überblick über mehrere Maschinen und damit Prozesse behalten. Dabei müssen sie zunehmend an der Oberfläche bleiben und verstehen sich auch selbst eher als Gesamtprozessverantwortliche.

In der Konsequenz bedeutet dies jedoch, dass nicht mehr der Mitarbeiter vor der Maschine die Qualität erzeugen kann. Dies muss die Maschine übernehmen. Dafür gibt es einige Grundvoraussetzungen, die bereits bei der Struktur der Werkzeugmaschine beginnen. So muss die Maschine nicht nur mechanisch möglichst genau aufgebaut sein, sie muss auch eine hohe thermische Stabilität aufweisen – da die Prozesse im Werkzeug- und Formenbau häufig sehr lange Laufzeiten aufweisen.

Erst wenn diese mechanischen Tugenden erfüllt sind, wenn diese Grundvoraussetzungen für die smarte Werkzeugmaschine geschaffen sind, kann diese im nächsten Schritt mit der notwendigen Intelligenz ausgestattet werden welch den Gesamtprozessverantwortlichen Bedienern Assistenzsysteme an die Hand geben kann.

Intelligente Steuerungen und robuste Prozesse

In den vergangenen Jahren hat Makino an der Entwicklung von zwei Steuerungsplattformen gearbeitet, die von ihrer Architektur her zukunftsfähig sind und auf deren Basis solche Assistenzsysteme sowie smarte Technologien entwickelt werden können. Für den Fräsbereich stellt die Makino Professional 6 Steuerung einen Meilenstein in ihrem Segment dar. Der Fokus der Entwicklung lang auf der Usability.

Darin hat Makino bereits viel Erfahrung mit der Hyper-i-Plattform gesammelt, die seit 2016 durchgängig für sämtliche Erodiermaschinen (Senk- und Draht-) zur Verfügung steht und die sich bahnbrechende Technologien aus dem Smartphone Umfeld zu Eigen macht, um speziell jüngere Maschinenbediener anzusprechen und ihnen eine schnelle und intuitive Einarbeitung zu ermöglichen. Assistenzsysteme wie der E-Tech-Doctor erschließen den Mitarbeitern den Erfahrungsschatz von altgedienten Technologie-Experten. In der Instandhaltung leitet die Maschine mit Hilfe von kurzen Videosequenzen Schritt für Schritt durch die jeweilige Tätigkeit.

Autonome Fertigungszelle

Über reine Assistenzsysteme hinaus ermöglichen zukunftsfähige Steuerungsplattformen wie Professional 6 und Hyper i auch die Entwicklung von smarten Technologien. Dabei handelt es sich um Technologien, die sich selbst überwachen oder die in der Lage sind, auf die aktuelle Situation zu reagieren und sich so zu optimieren. Beispiele wie das Vision B.T.S. setzen diese Idee erstmalig in die Praxis um und zeigen auf, wohin die Reise in den nächsten Jahren gehen wird.

Bei Vision B.T.S. handelt es sich um eine kameragestützte Bohrerbruchkontrolle. Im Gegensatz zu ihren mechanischen Verwandten ist sie in der Lage, auf die aktuelle Situation zu reagieren und basierend auf einem Bild des aktuellen Werkzeugs Parameter an der Werkzeugmaschine zu ändern und so beispielsweise die Rückzugsposition der Z-Achse beim Werkzeugwechsel den aktuellen Gegebenheiten anzupassen. Das System wird bereits erfolgreich in der a1nx-Serie, der DA300 und in dem neuen horizontalen 5-Achszentrum a500Z eingesetzt.

Collision Safeguard löst ein sehr teures Problem in der Fertigung, indem es aktiv eine Kollision der Spindel vermeidet, sei es beim manuellen Einfahren des Prozesses oder im vollautomatischen Automatikbetrieb. Durch den Einsatz dieser smarten Technologie kann das Risiko eines Spindelschadens durch Kollision um maximal 90 Prozent reduziert werden.

Mit Automatic Roughing hat Makino bereits einen Ausblick auf die künftige engere Verzahnung von CAM-Systemen mit der Werkzeugmaschine gegeben: Auf einer D800Z wurde im Rahmen eines Use-Cases gezeigt, dass es möglich ist CAD-Daten direkt in die Maschinensteuerung zu importieren, unterschiedliche Frässtrategien aus einer Liste auszuwählen und innerhalb von Sekunden automatisch von der Maschine ein NC-Programm zum Schruppen des Werkstücks zu erhalten. Während die Bearbeitung läuft, kann die Feinbearbeitung – die meist sehr kundenspezifisch ist – am CAM-System geplant werden. Smarte Technologien unterstützen die Anwender von Werkzeugmaschinen dabei, ihre Nebenzeiten zu reduzieren und so ihre Gesamteffizienz zu verbessern.

Während der EMO Hannover zeigt Makino weitere Use-Cases aus den Bereichen Automation, Connectivity, Predictive Maintenance und Anbindungen an Cloud Services. Ein Highlight bildet dabei die autonome Fertigungszelle, in der ein kollaborativer Roboter zum Einsatz kommt. Zum 80jährigen Bestehen stellt Makino die Weichen in Richtung smarte Technologien und Digitalisierung in der Fertigung. Die Reise dorthin hat erst begonnen.