Machining 4.0 mit Schweizer Beteiligung gestartet

Der Startschuss für die Schweizer Beteiligung am Interreg-Projekt mit dem klingenden Namen «Towards the machining shop-floor of the future», kurz Machining 4.0, fiel beim Swiss Mechatronics Visit am 7. Dezember 2018 an der ZHAW in Winterthur. Mit dem Projekt soll die Wettbewerbsfähigkeit kleiner und mittelständischer Unternehmen gestärkt werden.

Interreg ist ein Förderprogramm der EU für regionale Entwick­lung, das thematische Schwer­punkte ausschreibt, auf welche sich Forschende mit Projektideen bewerben können. Initiant des Projektes Machining 4.0 ist das Projektkonsortium unter Füh­rung des Koordinators Sirris, einem belgischen Kooperations­zentrum für die Technologiein­dustrie. Da die Schweiz keine Mittel aus dem EU-Regionalfonds erhält, erfolgt die Finanzierung der Schweizer Projektpartner aus einer Kombination von Bund und Kantonen.

Verschiedene Massnahmen werden im Rahmen des Projektes innerhalb der kommenden drei Jahre entwickelt und durchge­führt, um KMU der spanenden In­dustrie bei der Digitalen Transfor­mation zu unterstützen. Damit soll verhindert werden, dass Produktionen aus Hochlohnländern ins günstigere Ausland abwandern.

Wissens- und Know-how- Transfer ist eine der Massnah­men. Zu diesem Zweck ist im Pro­jekt ein internationales Online­portal geplant, dass das Know-how der Spanenden Industrie zum Thema Digitalisierung ge­bündelt in Englisch zur Verfügung stellt. Die Homepage für das Por­tal ist bereits online: www. machining4.0.eu. Mit einer intel­ligenten Suche können sich Interessierte künftig dort umfassend über den aktuellen Stand der Technik, vorhandene Technologien, Best Practices und mögliche Technologiepartner informieren.

Ausserdem entstehen an sie­ben Standorten Demonstratoren, die die unterschiedlichsten As­pekte der Digitalisierung veran­schaulichen, von Assistenzrobo­tern über digitale Arbeitsvorberei­tung hin zu ganzen Lernfabriken. Sie bilden zusammen ein Feldla­bornetzwerk. Eine der Lernfabri­ken wird am Institut für mechatronische Systeme (IMS) an der ZHAW entwickelt und dort bereits erfolgreich in der Ausbildung ein­gesetzt. Die Demonstratoren sol­len KMU die Möglichkeit bieten, Konzepte und Anwendungen der Digitalisierung zu studieren, ihre eigenen Ideen einzubringen und Funktionalitäten im Labormass­stab testen zu können.

Als weitere Massnahmen werden Coachingstunden ange­boten sowie finanzielle Anreize gesetzt: KMU können sich in naher Zukunft direkt auf machining4.0.eu um sogenannte «Vouchers» bewerben. 50 ausge­wählte Projekte erhalten mit dem Voucher eine Finanzierung der ersten 12’000 Euro in Arbeits­stunden.

Die Aufgabe von Swiss Mechatronics bei Machining 4.0

In den kommenden Monaten wird Swiss Mechatronics darauf fokussieren, die Spanende Indust­rie auf das Cluster aufmerksam zu machen und für eine aktive Be­teiligung am Projekt zu gewin­nen. Das Cluster versteht sich als erster Ansprechpartner für alle Schweizer Unternehmen, die sich bei Machining 4.0 einbringen wollen oder auf Know-how-Su­che sind. Zusammen mit Industriepartnern und Mitgliedern wird Swiss Mechatronics jährlich fünf sogenannte Technology Sheets sowie drei Testimonials mit Anwendungsbeispielen als Schweizer Beitrag für die Know-how-Plattform liefern. Know-how-Träger sind gefragt, hierfür Ideen einzureichen.

Eine Delegation des Clusters Swiss Mechatronics nimmt regel­mässig an internationalen Treffen des Projektkonsortiums teil und informiert im Anschluss Mitglie­der und Interessierte.

Das erste internationale Tref­fen fand am 17. Januar 2019 statt. Im Rahmen der National Manu­facturing & Supply Chain Confe­rence & Exhibition in Dublin wurde das Projekt offiziell gestar­tet. Swiss Mechatronics präsen­tierte sich an einem Stand in der begleitenden Ausstellung. In ei­nem Treffen des Projektkonsorti­ums wurden die Demonstratoren der beteiligten Regionen vorge­stellt und erste Teams zur Zusam­menarbeit vereinbart.

Die einzelnen Betreiber der Demonstratoren sind in den kom­menden Monaten gefordert, In­formationen über die Funktionen ihrer Demonstratoren zusam­menzutragen sowie darüber zu berichten, wie diese sich inner­halb des Projekts weiterentwi­ckeln sollen.

Anwendungsbeispiel: Digitalisie­rung in der Spanenden Industrie

Ein wichtiger Aspekt des Interreg- Projektes ist es, Anwendungsfälle zum Thema Digitalisierung in der spanenden Industrie zu sammeln und in Form von Testimonials in der Know-how-Datenbank zur Verfügung zu stellen. Firmen mit ähnlichen Problemstellungen wird damit ermöglicht, den richti­gen Partner zu finden und erfolg­versprechende Technologien ken­nenzulernen.

Einen solchen Anwendungs­fall stellte beim Swiss Mechatro­nics Visit Matthias Eppler von der Firma Pragma Engineering vor. Ein Kunde des Engineering Un­ternehmens ist das Schweizer Tra­ditionsunternehmen Küng, das Flöten aus Massivholz durch spa­nende Bearbeitung herstellt.

Ausgangslage und erster Schritt in die Digitalisierung

Die Fertigungsunterlagen für die Flöten bestanden bis anhin nur in Form von Handzeichnungen aus den siebziger Jahren. Die Produk­tion erfolgte auf teilweise histori­schen Maschinen, was mit der Verwendung von mechanischen Lehren und mit häufigem Um­spannen des Werkstücks einher­ging. Das machte die Fertigung zeitaufwändig und unflexibel.

Ein erster Schritt zur digitalen Transformation der Flötenherstel­lung bestand darin, 3D-Modelle der zu fertigenden Flöten zu ge­nerieren. Sind diese Modelle erst vorhanden, eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten für die Pro­duktion, wie etwa der Einsatz zeitgemässer Maschinen und die teilweise Automation.

Produkt für unerschlossene Marktsegmente

Der Flötenmarkt weist zwei gros­se Marktsegmente auf: günstige Kunststoffflöten und teure, werti­ge Vollholzflöten. Die Kunststoff­flöten kosten zwischen CHF 10 bis 30 und werden auch von re­nommierten Herstellern angebo­ten. Aus dem vollen Holz gefertigt kostet eine Flöte zwischen CHF 90 bis 110. Dazwischen findet sich viel Platz für ein mittleres Marktsegment. Pragma Enginee­ring wurde daher vom Flötenher­steller Küng beauftragt, ein neu­artiges Produkt für dieses Markt­segment zu entwickeln. Die neuen Flöten sollen einen End­verkaufspreis von CHF 50 bis 75 erzielen, wobei Herstellungskos­ten im Bereich von 50 Prozent des angestrebten Verkaufspreises an­gestrebt werden. Ausserdem sol­len die Flöten aus Holz gefertigt werden und auch als Holzflöte er­kennbar sein. Angestrebt wird, dass die Flöten bezüglich ihrer akustischen Eigenschaften mit den guten Kunststoffflöten mit­halten können, optisch und hap­tisch jedoch deutlich wertiger sind.

Nachhaltig, regional und wettbewerbsfähig

Pragma Engineering entwickelte folgenden Lösungsvorschlag: Für die Herstellung wird ein Kunst­stoff aus 100 Prozent Holz ver­wendet. Produkte aus diesem nachhaltigen Material sehen aus wie Wurzelmaser und riechen wie Holz. Dennoch kann dieser Kunststoff im Spritzgussverfahren günstig weiterverarbeitet werden.

Mit diesem Werkstoff hat Pragma Engineering einige Erfahrungen. So entwickelte das Unternehmen bereits mit Erfolg ein Produkt für die einheimische Tabakindustrie, bei welchem Holzoptik und -duft im Vordergrund stehen.

Die Entwicklung des Produk­tes schreitet vielversprechend vo­ran. Derzeit werden die akusti­schen Eigenschaften des Werk­stoffs geprüft, indem eine Flöte aus einem Block aus verklebten Holzkunststoffplatten «gespant» wurde. Später werden die Flöten­teile im Spritzgussverfahren her­gestellt. Direkt aus dem Werkzeug genügen diese jedoch nicht den Qualitätsanforderungen und müs­sen daher spanend nachbearbei­tet werden. Hierfür gilt es, ver­schiedene Prozessschritte wie Oberflächenbehandlung, Impräg­nierung und Polieren zu realisie­ren und zu automatisieren.

Besonders bemerkenswert bei diesem Anwendungsfall: Die Wertschöpfung des Produktes liegt bei nahezu 100 Prozent in der Schweiz, da in der Region entwickelt und produziert wird, mit nachhaltigen Rohstoffen zu vernünftigen Preisen. Mit diesem Produkt rechnet sich der Schwei­zer Flötenhersteller Küng auch Chancen auf dem internationalen Markt aus.

Das IMS und seine Lernfabrik im Projekt Machining 4.0

Das IMS engagiert sich als Ideen­geber im Interreg-Projekt Machi­ning 4.0 und stellt seine Lern-fabrik «SmartPro 4.0» für das Feldlabornetzwerk zur Verfü­gung. SmartPro wurde mit ausge­wählten Industriepartnern (Bosch Rexroth AG, Hans Wittich GmbH, Jenny Science AG, REA JET Swiss GmbH, Siemens AG, Sigmatek AG, SMC AG, Stäubli AG, der MSW sowie ausgewählte Hoch­schulpartner) an der ZHAW ent­wickelt.

Ziel der digitalen Lernfabrik ist es, eine Plattform zu betreiben, in der Forscher, Industrieunterneh­men und Studierende die Mög­lichkeit haben, neue Industrie 4.0-Konzepte zu entwerfen, diese an konkreten Anwendungen zu testen und daran zu lernen.

«Mit der Lernfabrik können wir den Wissenstransfer in die Praxis enorm vorantreiben und beschleunigen. Damit erzeugen wir eine Win-win-Situation für Industrie und Hochschule», er­klärt Prof. Hans Wernher van de Venn.

Fähigkeit zur Selbststeuerung und Skalierbarkeit

Bei SmartPro sind nicht nur die einzelnen Arbeitsstationen, son­dern auch das Produkt selbst intel­ligent. Ein Werkstück kann den Weg durch die Produktion in Ab­stimmung mit allen zur Verfügung stehenden Produktionsressourcen und auch dem Menschen selbst bestimmen. Aus dieser Intelligenz ergibt sich, dass das Produkt nicht einer fest vorgegebenen Monta­gestrasse folgen muss. Die Anla­genkonfiguration kann automa­tisch an die jeweilige Situation in Produktion, Zulieferlogistik, Ab­satzmarkt oder allem zusammen angepasst werden. Das bedeutet, dass die Prozesse selbst und die Strukturen einer Industrie 4.0- Produktion skalierbar werden.

Intelligente Vernetzung in der Cloud

Industrie 4.0 ermöglicht über die intelligente Vernetzung eine Aus­lagerung von Steuerungsfunktionen und Daten an entfernte IT-Komponenten (Clouds). Clouds verfügen über Möglichkeiten, zu­sätzliche Funktionalitäten zu rea­lisieren wie zum Beispiel die KI basierte Auswertung grosser Da­tenvolumina und die Nutzung von Apps zum standortunabhän­gigen und mobilen Datenzugriff, sogenannter Connected-worker- Lösungen.

Produktion und Logistik wer­den heute noch weitgehend ge­trennt betrachtet. Durch die Ver­netzung aller Komponenten ist es jedoch in Zukunft möglich, beides als Gesamtsystem anzusehen und zu optimieren, unter anderem mithilfe von KI-Tools in der Cloud. In der Lernfabrik ist das Transport­system ein cyberphysisches Sys­tem wie alle anderen Anlagenteile und damit ein integraler Bestand­teil der Anlage. Es nimmt Aufträge aus der Cloud an und führt sie in Abstimmung mit der Gesamtanla­ge aus. Die Anlage lässt sich über die Cloud mit weiteren Systemen vernetzen (Zulieferer, ausgelagerte Produktionsschritte).

SmartPro 4.0 kann auf Anfrage am ZHAW-Institut für Mechatronische Systeme in Winterthur besichtigt werden.

Transparenz

Eine weitere Eigenschaft der digi­talen Produktion ist, dass sich die Transparenz deutlich erhöhen lässt. Der Informationsfluss ist nicht länger im Wesentlichen an den Materialfluss gebunden, son­dern die Information über alle Zustände einer Produktionsanla­ge ist jederzeit und an jedem Ort verfügbar. Alle realen Kompo­nenten der Lernfabrik haben ihren digitalen Zwilling, auch das Produkt selbst. Damit kann die Anlage bereits optimiert werden, wenn sie noch gar nicht real exis­tiert. Später kann jederzeit beliebig tief in die Anlage hineingeschaut und beispielsweise das optimale Verhalten mit dem rea­len verglichen werden. Über-oder unterschreitet ein Sensor­wert einer realen Komponente den optimalen Wert aus der Si­mulation im digitalen Zwilling, können entsprechende Massnahmen ergriffen werden.

Dies sind Beispiele für Kon­zepte, die in der Lernfabrik Smart­Pro im Bereich Industrie 4.0 ver­mittelt werden können und die für die Arbeit in der modernen, digitalisierten Produktion unum­gänglich sind.

Erschienen in der Maschinenbau Nr. 4 April 2019. Den original Artikel finden Sie hier.