Industrie 4.0, Barthelmä

Frank Barthelmä, Geschäftsführer und Institutsleiter der GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V.: „Ich wünsche mir noch mehr Verbundprojekte mit Wissenschafts- und Industriepartnern der verschiedensten Wissensdisziplinen, die Fragestellungen zum Beispiel auch mit Hilfe von „Live- Demonstratoren“ aufgreifen.“ - Bild: GFE

Produktion: Herr Professor Barthelmä, wie beeinflusst der Trend zu Industrie 4.0 die Zerspanung?

Frank Barthelmä: "Industrie 4.0 übt in zweifacher Hinsicht Einfluss auf die Prozesskette aus: zum einen technisch-technologisch und zum anderen auf den sich daran entlang ziehenden Datenfluss. Wenn beides perfekt zusammenwirkt, erhalten wir ein Musterbeispiel für Industrie 4.0.

Das gilt in Bezug auf Qualität und Störgrößen, aber auch zunehmend für vorhersagbare Parameter wie zum Beispiel Standwege und Standzeiten der Werkzeuge, erreichbare Oberflächengüten sowie für Wartungsintervalle von Maschinen und Anlagen. Im Idealfall erhält der Anwender alle wichtigen Informationen über sämtliche prozessbegleitende Faktoren.

Hinzu kommt, dass alle erhältlichen Daten nun in Echtzeit aufgenommen, ausgewertet und Regelkreise aufgebaut werden können, um so dank einer transparenten Zerspanung die Effizienz der Prozesse und die Qualität der Produkte zu steigern."

Produktion: Inwieweit sind bereits intelligente Werkzeuge Stand der Technik?

Barthelmä: "Wenn wir uns erinnern: Vor etwas mehr als zehn Jahren war die Diskussion darüber im Gange, ob oder wann ein Werkzeug intelligent sein kann. Heute spricht man im Sinne von Industrie 4.0 von intelligenten Gesamtlösungen, bei denen sensorische und aktorische Werkzeuge natürlich eine wichtige Rolle spielen.

Also trifft das hinsichtlich des Standes der Technik eindeutig zu. Doch das nicht nur im Sinne des Einsatzes einer immer weiter miniaturisierten und energieeffizienter arbeitenden Sensorik oder Aktorik im Werkzeug selbst, sondern auch mit Blick auf ihre Nutzung im Gesamtsystem von Werkzeug, der Maschine bzw. Steuerung und dem Einsatzfall."

"Da wäre es schön, wenn es einen Datenpool gäbe, damit nicht jeder das Rad immer wieder neu erfinden muss." - Prof. Frank Barthelmä

Produktion: Doch wie lässt sich die nun erfasste Vielzahl an Daten am besten auswerten?

Barthelmä: "Die Antwort darauf steckt bei vielen unserer typischen Kunden, den kleinen und mittleren Unternehmen, noch in den Kinderschuhen. Viele potenzielle Anwender solcher intelligenten Lösungen - vor allem in den KMU - können mitunter nicht einschätzen, welche Daten sie tatsächlich brauchen, um ihre Technologie/IT zu qualifizieren und um daraus eventuell neue Fertigungslinien zu generieren.

Das reicht bis zu neuen Geschäftsmodellen, die dazu notwendig sein können. Hochschulen und Konzerne sind da schon recht gut unterwegs, die KMU hingegen sind vielfach noch in der Findungsphase. Zur Analyse bedarf es außerdem einer umfassenden Datenhistorie, um sie mit neuen Kennwerten zu korrelieren: Doch was wissen wir schon über die technischen Weisheiten unserer Vorgänger?

Da ist also noch mehr Zusammenarbeit von Hochschulen und Unternehmen bei der Generierung neuer Ideen, Modelle und vor allem neuer Lösungen gefragt. Ich wünsche mir hier etwa noch mehr Verbundprojekte mit Wissenschafts- und Industriepartnern der verschiedensten Wissensdisziplinen, die diese Fragestellungen zum Beispiel auch mit Hilfe von Live-Demonstratoren aufgreifen."

Industrie 4.0, Barthelmä
Ideen-Transfer: Die digitale Transformation ist vor allem für kleine und mittlere Unternehmen ein schweres Unterfangen. Da kann es helfen, das Thema gemeinsam in Netzwerken, wie hier bei der GFE in Schmalkalden, anzugehen. - Bild: GFE

Produktion: Heißt das nicht auch, dass sich neue Netzwerk-Allianzen über Branchen- und Wissensgrenzen hinweg bilden müssen – also eine Zusammenarbeit von Software-Analysten, die nichts von der Zerspanung verstehen, mit Zerspanern, die sich in der Regel nicht bei der Big-Data-Analyse auskennen?

Barthelmä: "Ja, das führt aber nur dann zum Ziel, wenn dabei KMU rechtzeitig mit einbezogen werden. Es haben sich hier unter anderem die vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Netzwerke bewährt. So ist die GFE aktuell Partner im Kompetenzzentrum Mittelstand 4.0 der TU Ilmenau und bearbeitet in einer Modellfabrik Problemstellungen der Datengenerierung und des Datentransfers im Zusammenhang mit der Zerspanung – zum Transfer speziell in KMU.

Es geht dabei um die Frage: Wie kann ich einen Regelkreis in der Maschine so nutzen, dass Qualität, Effizienz und Produktivität als regelnde Zielgrößen dienen können?"

"Mich interessieren vor allem Best-Practice-Beispiele, auch um zu sehen, wo es für uns noch Handlungsbedarf gibt." - Prof. Frank Barthelmä

Produktion: Wie erleichtert das Analysieren der Zerspanungs-Parameter die Bearbeitung – etwa mit Blick auf neue Werkstoffe?

Barthelmä: "Vor allem bei neuen Werkstoffen wird es immer wichtiger, die Schleife im Regelkreis mit Hilfe der Analytik zu schließen. Da gibt es noch einige Baustellen auf dem Weg zur zielgerichteten Auswertung. Hier fehlt es auch noch an der Transparenz der Ergebnisse.

Ich schlage dazu eine vorwettbewerbliche Plattform vor, auf die Hersteller und Anwender zugreifen können. Da wäre es schön, wenn es einen Datenpool gäbe, damit nicht jeder das Rad immer wieder neu erfinden muss. Als Vorbild sehe ich einen namhaften Werkzeughersteller, der auf der „Schmalkalder Werkzeugtagung“ im November vergangenen Jahres  versprach, in Sachen Offenlegung von Daten künftig noch mehr als bisher aktiv zu werden.

Dafür spricht auch, dass es sich für einen Hersteller lohnt, wenn Anwender erfahren, mit welchen seiner Werkzeuge sich neue Werkstoffe effizient bearbeiten lassen. Auch dazu leistet die GFE ihren Beitrag mit dem Kompetenzzentrum Mittelstand 4.0."

Barthelmä, Industrie 4.0
Markus Kannwischer, Leiter Technik und Mitglied der Geschäftsleitung der Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH, Tübingen: „Künftig werden Werkzeugdaten über den gesamten Lebenszyklus erfasst. Das betrifft insbesondere Werkzeuge, die nachgeschärft oder nachbestückt werden.“ - Bild: Horn

Produktion: Gibt es ein aktuelles Highlight aus Ihrer Arbeit?

Barthelmä: "Ja. In dem vom VDMA Fachverband Präzisionswerkzeuge und dem Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. begleiteten EU-Projekt „Dyna-Tool – Effizienzsteigerung in der spanenden Bearbeitung“ ging es darum, wie sich mit Sensorik in Werkzeugen und Werkzeugaufnahmen schwingungsstabile Zerspanungsprozesse gestalten lassen.

Dyna Tool, Industrie 4.0, Prof. Barthelmä
Blick in die Zukunft: Auf der EMO Hannover präsentiert die GFE den aktuellen Stand der digitalen Dinge bei dem EU-Projekt „Dyna-Tool – Effizienzsteigerung in der spanenden Bearbeitung“. - Bild: GFE

Die GFE hat hierfür im Rahmen des Projektes ein sensorintegriertes Werkzeug für die Hartbearbeitung entwickelt, das durch die direkte Einbindung in die Maschinensteuerung eine Regelung des Prozesses in nahezu Echtzeit ermöglicht. Dem Dyna-Tool-Konsortium gelang es, mehr Transparenz in den Zerspanungsprozess zu bringen, so dass sich der Zerspanungsprozess schwingungsarm in vorgegebenen Grenzen halten lässt, gleichzeitig jedoch an die Leistungsgrenze gehen kann.

Außerdem untersuchen wir aktuell die Integration hochauflösender Messtechnik in das Werkzeug inklusive Anbindung an die Steuerung, um darüber einen Echtzeit-Regelkreis aufzubauen. Mehr über dieses und weitere Projekte erfahren Interessenten auf der EMO Hannover und dem dortigen Forum „Innovative Lösungen für Industrie 4.0“ des VDMA Fachverbands Präzisionswerkzeuge."

Produktion: Und was bedeutet die EMO Hannover 2017 generell für Sie, wo liegen Ihre Informationsschwerpunkte?

Barthelmä: "Mich interessieren vor allem Best-Practice-Beispiele, auch um zu sehen, wo es für uns noch Handlungsbedarf gibt. Außerdem will ich dabei mit weiteren Verfechtern dieser Ideen zu mehr Transparenz ins Gespräch kommen, um sie bereits jetzt zum Erfahrungsaustausch oder zu einem Vortrag auf einem gesonderten Forum zu inspirieren.

Ich versuche so, im Rahmen meiner Netzwerkarbeit auf der EMO Hannover, weitere Mitstreiter für mehr Offenheit und Transparenz in der Branche zu gewinnen."

Hintergrund: Die GFE

Die GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V. – nimmt den Gesamtprozess unter die Lupe. Sie entwickelt, verbessert und verwirklicht Verfahren, Produkte und Anlagen von der Ideenfindung bis zur Kleinserie. Im Fokus stehen dabei stets das Werkzeug und die Bearbeitungstechnologie.

Das Mitglied der CIRP, der Weltorganisation der Produktionstechniker, hat in den vergangenen 25 Jahren mehr als 1.000 Forschungs- und Entwicklungsprojekte für Unternehmen erfolgreich abgeschlossen. Au-ßerdem hat die GFE über 60 Patente eingereicht.