Industrie 4.0: Smarte Produktionstechnik Beispiele einer digitalisierten Fertigung

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1 Rheinische Fachhochschule Köln University of Applied Sciences Institut für Werkzeug- und Fertigungstechnik Prof. Dr.-Ing. S. Mader Prof. Dr.-Ing. M. Reuber Prof. Dr.-Ing. W. Saxler Industrie 4.0: Smarte Produktionstechnik Beispiele einer digitalisierten Fertigung Security Breakfast der Pallas GmbH 27. Juni iwft Seite 1

2 Gliederung 1. Kurze Vorstellung der RFH und des Instituts 2. Einleitung in die Thematik 3. Industrie 4.0 in der Fertigung I. Das intelligente Werkstück II. Das intelligente Werkzeug III. Die kommunizierende Maschine IV. Der assistierte Bediener 4. Zusammenfassung und Fazit 2017 iwft Seite 2

3 Rheinische Fachhochschule Köln University of Applied Sciences Zahlen und Fakten Gegründet 1958 seit 1971 staatlich anerkannte Fachhochschule getragen durch die Rheinischen Stiftung für Bildung, Wissenschaft und berufliche Integration gegenwärtig Studierende davon circa im Ingenieurwesen Ca. 400 Dozierende im Ingenieur- und Wirtschaftsbereich, davon über 120 Professoren zurzeit sind akkreditiert: alle 18 Bachelorund 10 Master-Studiengänge Alle Ing-Studiengänge in Vollzeitform und als berufsbegleitende Präsenzstudiengänge Schaevenstraße (Innenstadt) Ingenieurgebäude (Vogelsanger Straße) 2017 iwft Seite 3

4 Rheinische Fachhochschule Köln University of Applied Sciences Institut für Werkzeug- und Fertigungstechnik Prof. Dr.-Ing. S. Mader Prof. Dr.-Ing. M. Reuber Prof. Dr.-Ing. W. Saxler Zahlen und Fakten bis Mai 2011 Labor für Werkzeugund Fertigungstechnik Institutsgründung im Mai 2011 alle drei Jahre rollierende Institutsleitung, seit Prof. Dr.-Ing. Wilfried Saxler 8 wissenschaftliche Mitarbeiter 4 Laboringenieure, 1 Techniker, 1 Teamassistentin, studentische und wissenschaftliche Hilfskräfte, Abschlussarbeiter 2017 iwft Seite 4

5 Werkzeug- und Prozessentwicklung am iwft 2017 iwft Seite 5

6 Werkzeug- und Prozessentwicklung am iwft Ausgewählte Maschinen CNC- Fräszentrum 5-Achs-CNC-Fräszentrum CNC-Flachschleifmaschine CNC-Drehzentrum Laser- Sinteranlage 3D- Drucker 2017 iwft Seite 6

7 Gliederung 1. Kurze Vorstellung der RFH und des Instituts 2. Einleitung in die Thematik 3. Industrie 4.0 in der Fertigung I. Das intelligente Werkstück II. Das intelligente Werkzeug III. Die kommunizierende Maschine IV. Der assistierte Bediener 4. Zusammenfassung und Fazit 2017 iwft Seite 7

8 Fertigungsautomatisierung Was ist Industrie 4.0? Industrie 4.0 vs. Digitalisierung? Seit wann gibt es die Automatisierung in der Industrie? Was ist so besonders am Schlüsselfaktor Vernetzung? 2017 iwft Seite 8

9 Fertigungsautomatisierung Quelle: Audi AG 2017 iwft Seite 9

10 Entwicklungsschritte industrieller Revolutionen 2017 iwft Seite 10

11 Industrie Ziele Vernetzung zwischen Produktion und Nachfrage Vorteile der Massenproduktion weiterhin nutzen Produkt navigiert sich selbst durch Fertigung höhere Effizienz schnellere Reaktionsgeschwindigkeit flexibler auf Anforderungen reagieren 2017 iwft Seite 11

12 Fabrik / Produktionsfabrik PRODUKTION Fertigung Montage Fertigungssysteme Werkzeugmaschinen Steuerungen (SPS und CNC) Montagesysteme automatische, manuelle und hybride Steuerungen (SPS und CNC) 2017 iwft Seite 12

13 Gliederung 1. Kurze Vorstellung der RFH und des Instituts 2. Einleitung Industrie Industrie 4.0 in der Fertigung I. Das intelligente Werkstück II. Das intelligente Werkzeug III. Die kommunizierende Maschine IV. Der assistierte Bediener 4. Zusammenfassung und Fazit 2017 iwft Seite 13

14 Das intelligente Werkstück Was wird aus mir? Wo und wann werde ich bearbeitet? Wie werde ich bearbeitet? Welche Maschine ist frei? 2017 iwft Seite 14

15 Das intelligente Werkstück Realisierung Tagging : Abruf einer Vielzahl von Daten Direkt oder über Identifikationsnummer Außerdem möglich: Datenhaltung auf Werkstücken Werkstückeigene Prozessoren und Speicher => Grundlage für die Kommunikation mit anderen Systemen und auch mit dem Menschen 2017 iwft Seite 15

16 Das intelligente Werkstück - Realisierung Tagging RFID-Chips Identifizierung durch elektromagnetische Wellen Automatisch und berührungslos Geringe Größe Preis für Chip im Centbereich Höhere Kosten für Grundausstattung 2017 iwft Seite 16

17 Das intelligente Werkstück - Realisierung Tagging RFID-Chips 2017 iwft Seite 17

18 Gliederung 1. Kurze Vorstellung der RFH und des Instituts 2. Einleitung Industrie Industrie 4.0 in der Fertigung I. Das intelligente Werkstück II. Das intelligente Werkzeug III. Die kommunizierende Maschine IV. Der assistierte Bediener 4. Zusammenfassung und Fazit 2017 iwft Seite 18

19 Das intelligente Werkzeug 2017 iwft Seite 19

20 Das intelligente Werkzeug W E R K Z E U G E B E N E I N F O R M AT I O N S E B E N E Quelle: EVO Informationssysteme GmbH 2017 iwft Seite 20

21 Herstellen von massiven Zerspanwerkzeugen Pragmatischer Prozessablauf für die Entwicklung und Herstellung von Neuwerkzeugen Planung des Werkzeugs, Zeichnungserstellung Programmierung am Programmiersystem Herstellung eines (Prototypen-) Werkzeugs Kontrolle des Werkzeugs durch das Werkzeugmessgerät Ggf. Einarbeitung von Korrekturen in das NC- Programm über das Programmiersystem und Nacharbeit 2017 iwft Seite 21

22 Viele Datenschnittstellen im Herstell- und Wiederaufbereitungsprozess von Werkzeugen Anwendersoftware Messmaschine Automation CAD-Modell Schneidengeometrie Werkzeugschleifmasch. Schleifscheibendaten Angebotserstellung Simulation, Schleifbahnen Zeichnungsgenerierung 2017 iwft Seite 22

23 Standardisierte Datenschnittstelle GDX für die Entwicklung und Herstellung von Zerspanwerkzeugen Inzwischen ist GDX in der VDI-Richtlinie 3232 standardisiert und wird in eine Norm überführt 2017 iwft Seite 23

24 Praxisbeispiel 1 KOMET Group Industrie 4.0 Lösung für die Zerspanung Assistenzsystem ToolScope überwacht und dokumentiert maschineninterne Signale wie z.b. Drehmoment der Spindel oder Vorschubkraft einer Achse erfasst Ereignisse wie z.b. Werkzeugwechsel oder Maschinenstillstände in Verbindung mit Prozesskenntnissen (Programm, Werkzeug, Satznummer ) aus der Steuerung, ist die Software in der Lage in den Prozess korrigierend einzuwirken es können Apps auf der Bedienoberfläche installiert werden, welche verschiedenste Dienste übernehmen: Schichtenbuch Werkzeugwechsellog Adaptive Vorschubregelung Cloud-Datenbank-Funktion Kollisionserkennung 2017 iwft Seite 24

25 Gliederung 1. Kurze Vorstellung der RFH und des Instituts 2. Einleitung Industrie Industrie 4.0 in der Fertigung I. Das intelligente Werkstück II. Das intelligente Werkzeug III. Die kommunizierende Maschine IV. Der assistierte Bediener 4. Zusammenfassung und Fazit 2017 iwft Seite 25

26 Die kommunizierende Maschine Interner Datentransfer Quelle: Firma Spinner 2017 iwft Seite 26

27 Die kommunizierende Maschine Externer Datentransfer Welches Werkstück? Welches Werkzeug? Welches Programm? Was passiert danach? auch die Logistik hat innerhalb eines Betriebes Einfluss auf die Fertigung 2017 iwft Seite 27

28 Die kommunizierende Maschine Externer Datentransfer Das Herzstück für die Automatisierung und Kommunikation einer Werkzeugmaschine ist die Steuerung (CNC und SPS) Quellen: COSCOM Computer GmbH und Siemens 2017 iwft Seite 28

29 Gliederung 1. Kurze Vorstellung der RFH und des Instituts 2. Einleitung Industrie Industrie 4.0 in der Fertigung I. Das intelligente Werkstück II. Das intelligente Werkzeug III. Die kommunizierende Maschine IV. Der assistierte Bediener 4. Zusammenfassung und Fazit 2017 iwft Seite 29

30 Assistierter Bediener Welche Informationen brauche ich? Wann brauche ich die Informationen? Welche Informationen gibt es? Wie soll ich entscheiden/ optimieren? 2017 iwft Seite 30

31 Augmented Reality Erweiterte Realität Computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung Alle 5 klassischen Sinnesleistungen können angesprochen werden 2017 iwft Seite 31

32 Augmented Reality in der Fertigung Steuerung und Überwachung Aktuelle Informationen und Statistiken Störungen und Fehler Qualitätskontrolle und -überwachung 2017 iwft Seite 32

33 Assistierter Bediener Hilfsmittel für die Realisierung Tablets Leichtgewichtig Schnittstellen Kameras Rechenleistung Datenbrille Mikrodisplay Kamera Sprach- /Gesteneingabe Lautsprecher Hände bleiben frei Smartwatch Computer Funktechnologie iwft Seite 33

34 Assistierte Instandsetzungen / Serviceeinsätze Ausgangsituation Entwicklungsort Einsatzort Know-how global diversifiziert Reparatur dauert lange Was ist jetzt anders? Nahender Defekt wird vorher entdeckt Verschleißzustand realgetreu simuliert Wartung nur bei Bedarf 2017 iwft Seite 34

35 Assistierte Instandsetzungen / Serviceeinsätze Nutzen: Bedarfsgerechte Instandhaltung Schnellere Reparaturen durch schnellere Kommunikation Reduzierte Stillstandzeiten Arbeit der Service-Mitarbeiter wird planbarer Servicemitarbeiter kann auch ihm unbekannte Reparaturen / Tätigkeiten durchführen (Schulungseffekt) 2017 iwft Seite 35

36 Fabrik / Produktionsfabrik Logistik Logistik Fertigung Montage 2017 iwft Seite 36

37 Gliederung 1. Kurze Vorstellung der RFH und des Instituts 2. Einleitung Industrie Industrie 4.0 in der Fertigung I. Das intelligente Werkstück II. Das intelligente Werkzeug III. Die kommunizierende Maschine IV. Der assistierte Bediener 4. Zusammenfassung und Fazit 2017 iwft Seite 37

38 Zusammenfassung Intelligentes Werkstück Flexibilität Variantenvielfalt Intelligentes Werkzeug Steigerung der Prozesseffizienz Erhöhung der Wertschöpfung Kommunizierende Maschine Optimale Kapazitätsnutzung und damit Erhöhung der Wertschöpfung Eliminierung von Verschwendung Assistierter Bediener Assistierte Montage, Logistik und Bedienung und Wartungstätigkeit Ortsungebundene Einsätze auch ohne Spezialwissen möglich 2017 iwft Seite 38

39 Fazit Die Umsetzung von Industrie 4.0: - bedeutet die totale Vernetzung - fordert klare Definitionen von Kommunikations-Schnittstellen - generiert große Datenmengen - macht ein Unternehmen smarten Kritische Aspekte: - Ist die Speicherung von so großen Datenmengen tatsächlich sinnvoll? - Wettbewerbsrelevante Informationen werden vermehrt in Clouds abgelegt. Wie sicher ist die Cloud-Technologie? - Produktlebenszyklen werden noch kürzer und der Mensch wird überflutet von Neuerungen. Wie lange hält man das aus? - Welche Rolle spielt künftig der Faktor Mensch? Darf ich noch entscheiden oder werde ich fremdgesteuert? iwft Seite 39

40 Rheinische Fachhochschule Köln University of Applied Sciences Institut für Werkzeug- und Fertigungstechnik Prof. Dr.-Ing. S. Mader Prof. Dr.-Ing. M. Reuber Prof. Dr.-Ing. W. Saxler Bist Du schon 4.0? Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Oder vernetzt Du Dich noch? 2017 iwft Seite 40