Industriesoftware Nutzen oder Fluch?

Transkript

1 Industriesoftware Nutzen oder Fluch? Gliederung Begriffe: - Industrielle Revolutionen - Wirtschaftliche Bedeutung von Industrial IT - Digitale Produktion Thesen zur Digitalen Produktion Beispiele zur Bedeutung von Industriesoftware Fazit Titel der Präsentation evtl. zweizeilig Verfasser Datum / Seitenzahl / Folie 1

2 Industrielle Revolutionen / Folie 2 Quelle: nach DFKI (2011) Bilder: Meyers Konversationslexikon und Ford

3 Industrielle IT und Industriesoftware als Schlüssel zu einer wettbewerbsfähigen Produktionsumgebung (Quelle: Prof. Rußwurm) / Folie 3

4 Digitale Produktion was heißt das? Dezentralisierierung ((Marktwirtschaftliche Strukturen)) in der Produktion Nutzen: Produktivität steigt Wohlstand steigt Fachpersonal ist rar (Systemdenken, Softwarekenntnisse) Aber: Einfache Arbeitsplätze werden wegfallen Und: Das Gleiche ereignet sich in allen Bereichen unseres Lebens Bild Camille Pissarro 1786: Der schottische Maschinenbauingenieur Andrew Meikle baut die erste brauchbare Dreschmaschine Die Produktivitätssteigerung in KMU wird die Umsatzzuwächse bei Industriesoftware bei Weitem toppen! Man muss die Zukunft gestalten - jetzt! Bild: Claas / Folie 4

5 Thesen zur Digitalen Produktion Die Digitalisierung betrifft unser gesamtes Leben, privat und beruflich! Die Digitalisierung wird unser Leben verändern! Sie wird dazu führen, dass bestehende Berufsbilder verschwinden werden und Neue entstehen. Industriesoftware ist heute bereits unverzichtbar für den wirtschaftlichen Einsatz von Produktionsmitteln Wer zukünftig keine Daten zum Produkt liefern kann wird scheitern PC-Technik, Vernetzung, Betriebssysteme, Halbleiterbauelemente sind mit einigen Ausnahmen keine Kerndomäne Deutschlands Industriesoftware ist in den meisten Fällen von Plug and Play weit entfernt Gerade kleine und mittelständische Unternehmen ohne große IT-Abteilung werden abgehängt / Folie 5

6 Beispiel: Prozesskette Reverse Engineering - Fräsen Messen der Bauteile Optische Messverfahren Fertigteil messen Bearbeiten Maschine Bauteil Spannen Punktewolke Schließen von Löchern Filtern/ Glätten Simulation der Bearbeitung NC-Programm erstellen Vernetzen/ Flächenrückführung Datenübernahme Datenaufbereitung Programmierung Titel der Präsentation evtl. zweizeilig Verfasser Datum / Seitenzahl / Folie 6

7 Beispiel: Prozesskette Reverse Engineering 3D Druck Messen der Bauteile Optische Messverfahren Fertigteil messen Bauteil Drucken 3D Drucker Punktewolke Schließen von Löchern Slicen Filtern/ Glätten Stützstukturen Parameter Vernetzen/ Flächenrückführung Datenübernahme Nachbearbeiten Datenaufbereitung Programmierung Titel der Präsentation evtl. zweizeilig Verfasser Datum / Seitenzahl / Folie 7

8 Industriesoftware Nutzen oder Fluch? Der Nutzen ist unstrittig Aktuelle Defizite (u.a.): Zur Automatisierung bei der Auswahl und Bewertung von Fertigungsabläufen fehlen Expertensysteme, die Prozesse wirtschaftlich, technisch und energetisch bewerten Hoher Aufwand bei der Erstellung von Simulationsmodellen Leistungsfähige Low Cost Steuerungen, die Industriestandards genügen Kostengünstig, schnelle, echtzeitfähige Datenübertragung Benutzeroberflächen oft zusammengewürfelt Probleme wichtige Zusammenhänge aus immer größeren Datenmengen herauszufiltern Industriesoftware - Aktuell: Nutzen und Fluch / Folie 8

9 Bayern Digital Gliederung: - Ziele - Kennzahlen - Teilprojekte - Team : Industry-Software-Application-Center an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden ein Beitrag zu Bayern Digital Titel der Präsentation evtl. zweizeilig Verfasser Datum / Seitenzahl / Folie 9

10 : Industry-Software-Application-Center an der Ostbayerischen Technischen Hochschule - Weiden-Amberg ein Beitrag zu Bayern Digital Ausgangslage: Trend: Einsatz von Industrie-Software zur Steigerung der Produktivität in der Fertigung weltweit zu beobachten Analyse: - Großunternehmen investieren in Digitale Fabriken mit dafür notwendigen Ressourcen (IT-Experten, IT-Ausrüstung) ABER - KMU s* investieren nicht (und verschenken damit Produktivitätspotentiale) Handlungs- und Forschungsbedarf: 1. Unterstützung bei der Entwicklung nutzerfreundlicher Industriesoftware 2. Ertüchtigung der KMU s zur Nutzung der Industrie-Software zur Steigerung ihrer Produktivität (Wettbewerbsvorteil) * KMU = Kleine und mittelständische Unternehmen Warum ISAC an der OTH-AW? Vorteile des Standortes bei OTH-AW: - Lehre: Vorhandene Master-/Bachelor-Studiengänge bei Industrial IT, Angewandte Informatik und Simulationsschwerpunkt im Masterstudiengang Master "Innovation Focused Engineering and Management") - Vorhandene Labore - Vernetzung zur Industrie (viele KMU s sowie Siemens) - Reputation: Zusammen mit der OTH Regensburg zur technischen Hochschule ernannt. Investitionsbedarf: Gering, da hervorragende Infrastruktur vorhanden / Folie 10

11 Überblick Gefördert durch: Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie Fördersumme: 2,6 Mio. EUR Laufzeit: 6 Jahre Beteiligte Professoren: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Blöchl (Fakultät MB/UT) PL Prof. Dr. Dieter Meiller (Fakultät EMI) Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Schmidt (Fakultät EMI) Prof. Dr.-Ing. Matthias Wenk (Fakultät MB/UT) Management Summary Anhand eines Expertensystems sollen für eine optimale Fertigung Produktionsprozesse ausgewählt oder miteinander verglichen werden können. Diese werden mittels Simulation virtuell weiter optimiert, um dann mit intelligent vernetzten und neuartigen Steuerungen in einer Demonstrationsanlage verifiziert zu werden. Damit soll für KMU in einer ersten Prototypenanlage dargestellt werden, welche Vorteile sich hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Qualität und Produkteinführungszeit mit den hier zu erarbeitenden Industrie 4.0-Technologien erzielen lassen. Das wesentliche Ziel des Projekts ist die Verbesserung der Nutzbarmachung von Industriesoftware in KMUs / Folie 11

12 Kennzahlen Gesamtprojektsumme: Förderanteil [ ]: Förderanteil Forschung [%]: 100% Förderanteil Gesamtprojekt [%]: 70% Drittmittelanteil [ ]: Drittmittelanteil [%]: 30% Investitionsmittel: Wiss. Mitarbeiter in Vollzeit: 5 Technische Mitarbeiter 2 Projektlaufzeit: 6 Jahre Art des Projektes: Fakultätsübergreifendes Projekt der Fakultäten EMI und MB/UT Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Blöchl Gefördert durch: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie / Folie 12

13 Teilprojekte Teilprojekt 1: Entwicklung eines Expertensystems zur Bewertung und Weiterentwicklung innovativer Fertigungsverfahren und Materialien Verantwortlich: Prof. Dr. Wolfgang Blöchl Teilprojekt 2: Entwicklung von Methoden zur Effizienzsteigerung in der Modellerstellung für die digitale Fabrik Verantwortlich: Prof. Dr.-Ing. Matthias Wenk Teilprojekt 3: Dezentrale Low Cost -Steuerungen und echtzeitfähiges Industrial Ethernet für Industrie 4.0 Anwendungen im Rahmen von KMU Projekten Verantwortlich: Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Schmidt Teilprojekt 4: Entwicklung neuartiger Bedienkonzepte zur Steuerung und Überwachung von digitaler Produktion Verantwortlich: Prof. Dr. Dieter Meiller / Folie 13

14 im Internet / Folie 14

15 Teilprojekt 1: Entwicklung eines Expertensystems zur Bewertung und Weiterentwicklung innovativer Fertigungsverfahren und Materialien Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Blöchl Ursachen suboptimaler Fertigung Hohe Innovationsgeschwindigkeit bei Werkzeugen Schnelle Innovationen bei den Bearbeitungsstrategien Neue Maschinenkonzepte Zu geringer Optimierungsdruck Mangelndes Wissen Mangelnde Markttransparenz Eigene Versuche für KMU sehr aufwendig Folge: Potentiale werden nicht oder nicht ausreichend genutzt Reales Benchmark-Ergebnis Zielsetzung: Entwicklung und Aufbau eines Expertensystems zur wirtschaftlichen Bewertung von Fertigungsverfahren Gerade KMU werden profitieren / Folie 15

16 Teilprojekt 2: Entwicklung von Methoden zur Effizienzsteigerung in der Modellerstellung für die digitale Fabrik Prof. Dr.-Ing. Matthias Wenk Industrie 4.0-Bezug: Erstellung von virtuellen Maschinenmodellen für Simulationsanwendungen im Kontext der digitalen Fabrik Ausgangslage: Modellierungsaufwand ist mit klassischen Methoden sehr hoch Starkes Hemmnis für den Einsatz in KMUs Zielsetzung: Entwicklung von Methoden und Tools zur Aufwandsminimierung bei der Modellerstellung für die Virtuelle Inbetriebnahme und die Fabriksimulation Einsatz der Simulationstechnik in mittelständischen Unternehmen fördern / Folie 16

17 Teilprojekt 3: Low Cost: Kleinststeuerungen und Industrial Ethernet Kostenreduktion durch Low Cost -Steuerungen und echtzeitfähiges Industrial Ethernet für Industrie 4.0: Industrial Internet of Things Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Schmidt Zielsetzung Eine durchgehende Vernetzung von intelligenten Geräten soll geschaffen werden. Vorgehensweise Die Adaption von aktuellen Technologieentwicklungen z.b. aus dem Automotive-Bereich für echtzeitfähige Low-Cost -Kleinststeuerungen und Echtzeit-Ethernet- Kommunikationen in der Automatisierungstechnik TSN (Time Sensitive Network) Ungeschirmte Zweidrahtleitungen, / Folie 17

18 Teilprojekt 4: Entwicklung neuartiger Bedienkonzepte zur Steuerung und Überwachung von digitaler Produktion Prof. Dr. Dieter Meiller Ausgangslage: Mit Einführung von Industrie 4.0 besteht ein immer größerer Forschungsbedarf im Bereich Bedienkonzepte von verteilten digitalen Industriesteuerungen. Zielsetzung: Intuitive und neuartige Überwachungs- und Steuerungssysteme sollen entwickelt werden, um lokal operierende Lösungen zu ersetzen. Vorgehensweise: Produkte und Maschinen sollen in Industrie 4.0 direkt kommunizieren und sich selbst organisieren, wie ein Insektenschwarm. Visualisierungen sollen Korrelationen sichtbar machen. Laufende Aktivitäten: Enge Zusammenarbeit mit den anderen Kollegen Industriekooperationen Forschung: Interaktives schwarmbasiertes Clustern Screenshot: Schwarm-Visualsierung mit Interaktiver K-means Clusterfunktion / Folie 18

19 Projektmitarbeiter Projektleitung / Digitale Produktion Mensch-Maschine Interfaces Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Blöchl M.Eng. Christoph Haller M.Eng. Bernd Gerlang Prof. Dr. Dieter Meiller Dipl.-Phys. Florian Niewiera Echtzeitfähiges Industrial Ethernet Simulation Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Schmidt M.Eng. Andreas Fuchs M.Eng. Alexander Gercikow Prof. Dr.-Ing. Matthias Wenk M.Eng. Benedikt Bräutigam / Folie 19

20 / Folie 20

21 Teilprojekte in Teilprojekt 1: Entwicklung eines Expertensystems zur Bewertung und Weiterentwicklung innovativer Fertigungsverfahren und Materialien Verantwortlich: Prof. Dr. Wolfgang Blöchl Teilprojekt 2: Entwicklung von Methoden zur Effizienzsteigerung in der Modellerstellung für die digitale Fabrik Verantwortlich: Prof. Dr.-Ing. Matthias Wenk Teilprojekt 3: Dezentrale Low Cost -Steuerungen und echtzeitfähiges Industrial Ethernet für Industrie 4.0 Anwendungen im Rahmen von KMU Projek ten Verantwortlich: Prof. Dr.-Ing. Hans-Peter Schmidt Teilprojekt 4: Entwicklung neuartiger Bedienkonzepte zur Steuerung und Überwachung von digitaler Produktion Verantwortlich: Prof. Dr. Dieter Meiller / Folie 21

22 Teilprojekt 1: Entwicklung eines Expertensystems zur Bewertung und Weiterentwicklung innovativer Fertigungsverfahren und Materialien Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Blöchl Gliederung: - Voruntersuchungen - Entwicklung eines Kennzahlensystems zur Bewertung von Fertigungsprozessen - Projektplan - Beispiele für Innovationen - Fazit / Folie 22

23 Reale Benchmarkuntersuchung Voruntersuchung / Folie 23

24 Ursachen suboptimaler Fertigung Hohe Innovationsgeschwindigkeit bei Werkzeugen Schnelle Innovationen bei den Bearbeitungsstrategien Neue Maschinenkonzepte Zu geringer Optimierungsdruck Mangelndes Wissen Mangelnde Markttransparenz Eigene Versuche für KMU sehr aufwendig Gewohnheit Folge: Potentiale werden nicht oder nicht ausreichend genutzt / Folie 24

25 Erreichbare Ziele für viele Betriebe / Folie 25

26 Bedeutung der Standzeit für eine wirtschaftliche Zerspanung Welche Bedeutung hat die Standzeit von Zerspanungswerkzeugen für eine wirtschaftliche Zerspanung? Welche Bedeutung hat der Anschaffungspreis eines Zerspanungswerkzeuges für eine wirtschaftliche Zerspanung? / Folie 26

27 Was ist wichtig? (Ich übertreibe!) Anschaffungskosten der Werkzeuge Standzeit der Werkzeuge Andere Kriterien / Folie 27

28 Was ist wirklich wichtig! Ich übertreibe! Wichtig: Prio 1: Qualität (Abmessungen, Oberfläche) Prio 2: Prozesssicherheit Dann: Bearbeitungskosten! Andere Aspekte / Folie 28

29 Einflussfaktoren für die Bearbeitungskosten Anschaffungspreis Werkzeug Kosten für Mitarbeiter Standvolumen Materialkosten Maschinenstundensatz Zeitspanvolumen Werkzeuglogistik Nachbearbeitungskosten.. Auslastung / Folie 29

30 KPI: Key Performance Indicator Beim Bohren, Reiben, Gewinden: /m: Listenpreis K1, m = K1 = Standweg K 1, m * 1m Beim Schlichten (Drehen, Fräsen): Listenpreis K = Standfläche /cm 2 : 2 2, cm2 = K 2 K 2,m * 1cm Beim Schruppen (Drehen, Fräsen): /cm³: Listenpreis K 3, cm3 = K 3 = Standvolumen K 3, cm3 *1cm³ / Folie 30

31 Fräsversuche Ziel: Bewertung unterschiedlicher Frässtrategien Beispiel: Aktuelles Projekt: Trochoides Fräsen mit SolidCAM / Folie 31

32 Programmierung / Folie 32

33 Versuchsergebnisse Ausgewertete Messgrößen Werkzeugposition Geschwindigkeit Beschleunigung Achsruck Prozesskräfte Wirkleistung Wirkenergie / Folie 33

34 Beispiel Bohren Formeln: Fertigungskosten pro Meter: K MH 1000mm K MH K Mm = * + K1 = * t ns + K 60 v 60 ns1 ns2 f Mit: K Mm = Fertigungskosten pro Meter inklusive Energieverbrauch [ ] K MH = Werkzeugträgerstundensatz [ /h] K 1 = Kennwert: Werkzeugkosten pro Meter beim Bohren [ ] t ns = Bearbeitungszeit pro Meter Bohrweg [min] Kritischer Werkzeugträgerstundensatz inkl. Mitarbeiter (Vergleich zweier Werkzeuge): K K kmhs 1,2 K1,1 = 60 t t Mit: K kmhs = Werkzeugträgerstundensatz [ /h] K 1,n = Kennwert: Werkzeugkosten pro Meter beim Bohren [ /m] für Werkzeug n t nsn = Bearbeitungszeit pro Meter Bohrweg [min/m] für Werkzeug n / Folie 34

35 Rechenbeispiel: Bohren Einspindelmaschine K 60 kmhs = K t 1,2 ns1 K t 1,1 ns2 Werkzeug 1 Werkzeug 2 Standzeit 67 min. 83 min. Vorschub 2500 mm/min 1000 mm/min Standweg 167 m 83 m Listenpreis 75,-- 25,-- Werkzeugkosten (K1) 0,45 /m 0,30 /m Bohrzeit pro Meter (tns) 24s = 0,4 min 60s = 1 min Kritischer Werkzeugträgerstundensatz inkl. Mitarb. 15 /h Ab einem Kostensatz von 15 /h für die Maschine und den Mitarbeiter ist Werkzeug 1 insgesamt günstiger / Folie 35

36 Zielerreichung: Entwicklung und Aufbau eines Expertensystems zur Schaffung von Transparenz Anforderungen 1. Leichte Pflegbarkeit 2. Verwenden internationaler Standards 3. Datenbankzugriff via Internet 4. Intuitive, einfach zu erlernende Benutzeroberfläche für Webbrowser 5. Verschlüsselte Übertragung der Inhalte 6. Login-System mit unterschiedlichen Benutzerrechtsgruppen 7. Erweiterung für zusätzliche Fertigungsverfahren soll leicht möglich sein 8. Unterscheidung von a. Schruppfräsen oder Schlichtfräsen Schaffung der Basis für automatisierte Entscheidungen b. Zu bearbeitender Werkstoff - Welche c. Fräserdurchmesser Fertigungsverfahren werden gewählt? d. Fräserform - Welche Maschinen? - Welche Werkzeug? e. Einordnung Bearbeitungsaufgabe (z. B: Nutfräsen, Taschenfräsen, Besäumen,..) o Dokumentation der Randbedingungen (Maschine, Futter, Werkzeugtyp, Werkzeughersteller,.), unter denen die Kennwerte erzielt wurden / Folie 36

37 Beispiel: Montage in der Drehmaschine / Folie 37

38 Beispiel: Bohren quadratischer Löcher Video in Zeitlupe Sinumerik meets Kennametal Bearbeitungsmaschine: Grob G350 CNC-Steuerung: Sinumerik 840 SL Bild: Grob Alternative: Erodieren / Folie 38

39 Drehen auf der Fräsmaschine / Folie 39

40 Fazit Schwerpunkte des Teilprojektes sind: 1. Die Bewertung von Bearbeitungsprozessen bzgl. Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz 2. Der Test und die Weiterentwicklung von Bearbeitungsstrategien 3. Die Suche nach neuen Bearbeitungsmöglichkeiten 4. Die Entwicklung eiens Expertensystems zum Verfahrensvergleich bzgl. Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz Ausblick: Schaffung der Basis für automatisierte Entscheidungen im Sinne von Industrie 4.0: - Welche Fertigungsverfahren werden gewählt? - Welche Maschinen? - Welche Werkzeug? Kooperationsmöglichkeiten: Gesucht werden Kooperationspartner mit denen das Kennzahlensystem und das in der Entstehung begriffene Expertensystem auf seine Praxistauglichkeit hin geprüft werden / Folie 40

44 Technologietransfer Oberpfälzer Werkzeugseminare 1. Termin: (Emuge) ca. 120 Anmeldungen 2. Termin: 06. u (Sandvik) ca. 95 Anmeldungen 3. Termin: (Kennametal) ca. 90 Anmeldungen 4. Termin: (Paul Horn) 140 Anmeldungen 5. Termin: (Walter) 174 Anmeldungen 6. Termin: (Wohlhaupter) 87 Anmeldungen 7. Termin: (Sandvik) 176 Anmeldungen 8. Termin: (Mapal) Amberg 113 Anmeldungen 9. Termin: (Sartorius) Cham 89 Anmeldungen 10. Termin: (Kennametal) Amberg 124 Anmeldungen 11. Termin: (Walter) in Cham 94 Anmeldungen 12. Termin: (Paul Horn) in Amberg 203 Anmeldungen 12b. Termin: (Paul Horn) in Amberg 115 Anmeldungen 14. Termin: (Sartorius) in Amberg 117 Anmeldungen 15. Termin: (Hufschmied) in Amberg 91 Anmeldungen 16.Termin: (Kennametal) in Amberg 128 Anmeldungen / Folie 44

45 Werkzeugseminare im Internet Die ersten 8 Treffer auf der ersten Seite bei der Google Suchabfrage Werkzeugseminar (Abruf: , 20:06) Erster Treffer stabil seit über 3 Jahren Link: / Folie 45

46 Oberpfälzer Werkzeugseminar 2016 Termine 2016: Wiederholung 17b. Oberpfälzer Werkzeugseminar am 30. Juni 2016 in Amberg (Partner: Walter) 18. Oberpfälzer Werkzeugseminar am in Amberg (Partner: Paul Horn) Termine bitte vormerken! / Folie 46

47 Ausbildung in der Koordinatenmesstechnik AUKOM Stufe 2 KMT AUKOM 3 KMT Koordinatenmesstechnik AUKOM MW Managementworkshop AUKOM F&L Formund Lagetoleranzen AUKOM 2 KMT Koordinatenmesstechnik AUKOM 2 Form Formmesstechnik AUKOM 1 Basis Zertifizierte Grundlagenausbildung Fertigungsmesstechnik AUKOM 2 CT Computertomographie Termin: in Amberg Veranstalter: Werth Messtechnik GmbH Ansprechpartner: Herr Lee Mail: michael.lee@werth.de / Folie 47

48 Wir bitten um Ihre Feedback An der Eingangstüre zum Siemens Innovatorium können die Feedbackbögen abgegeben werden. Hefter zum Anheften der Visitenkarten stehen bereit Vielen Dank dafür! Bitte Teilen Sie uns auch mit, wenn Sie ein Einzelgespräch wünschen, oder Kooperationsmöglichkeiten mit uns sehen / Folie 48