Unverwechselbare ID: Industrie 4.0 in der Werkzeugmaschine

Hightech statt Zettelwirtschaft – nach diesem Motto will Schunk der durchgängigen Digitalisierung des Werkzeugmanagements den Weg bahnen. Werkzeughalter sollen sich künftig anhand des Codes zuverlässig identifizieren und herstellerneutral in Verbindung mit entsprechenden Datenbanksystemen unterschiedlicher Anbieter exakt zuordnen lassen. In Kombination mit den Daten aus der übergeordneten Cloud können Anwender dann präzise Aussagen zu den Einsatzorten, den eingesetzten Werkzeugen, den Standwegen, den Bearbeitungsparametern sowie zur Gesamteinsatzdauer der Werkzeughalter und damit zur Effizienz der einzelnen Komponenten machen. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen steigt die Transparenz deutlich.

„Der Data Matrix Code lässt sich entsprechend der jeweiligen Dokumentationssystematik des Anwenders individuell definieren oder wird alternativ nach einem neutralen Nummernsystem von Schunk vergeben“, erläutert Heinold Kostner, Leiter Produkt- und Portfoliomanagement Spanntechnik bei Schunk in Lauffen. „Er wird dauerhaft zuverlässig und ohne Einfluss auf die Wuchtgüte unmittelbar per Laser auf den Werkzeughalter aufgebracht.“

Mit der unverwechselbaren ID können weder Zettel mit den Daten der Werkzeugeinstellung verwechselt werden oder verloren gehen, noch kann es zu Tipp- oder Schreibfehlern bei der Datenübernahme kommen. Zudem sinkt der Zeitaufwand an der Maschine und am Werkzeugeinstellgerät. „Entscheidend ist, dass das Prozesswissen der Anwender mithilfe der generierten Daten deutlich zunimmt“, sagt Kostner. „So lässt sich der gesamte Lebenszyklus sämtlicher Werkzeuge und Werkzeughalter lückenlos nachverfolgen und auswerten. Auf diese Weise sind sehr präzise Aussagen über die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Schneiden und Aufnahmen möglich.“ Zudem ließen sich Verschleißgrenzen definieren, bei denen Werkzeuge getauscht oder Werkzeughalter geprüft werden.

Im Schunk Tec-Center in Lauffen demonstriert das Unternehmen den Ablauf beispielhaft in Kombination mit einem am Markt bereits verfügbaren Werkzeug-Management-System: Bereits am Werkzeugeinstellgerät wird der Data Matrix Code der Schunk-Werkzeugaufnahme per Scanner erfasst und die Werkzeugaufnahme sowohl real als auch virtuell mit einem Werkzeug verheiratet. Im Datenbanksystem entsteht auf diese Weise ein digitaler Zwilling, dem im Verlauf seines Einsatzes sämtliche Daten zugeordnet werden können. So wird die Werkzeugaufnahme immer dann gescannt, wenn sie in das Werkzeugmagazin einer Maschine aufgenommen wird oder dieses wieder verlässt.

Ebenso verfährt der Mitarbeiter in der Werkzeugeinstellung. Via Datenleitung werden die für die Bearbeitung wesentlichen Werkzeugdaten wie Werkzeugtyp, -durchmesser und -radius mit dem Scanvorgang automatisch vom Einstellgerät an die Datenbank beziehungsweise von der zentralen Datenbank an die Maschine übertragen. Die manuelle Eingabe der Werkzeugdaten an der Maschine entfällt komplett. Ebenso die Verwaltung von Datenkarten oder -aufkleber. Über das Datenbanksystem ist jederzeit bis auf Komponentenebene nachvollziehbar, wo sich welches Werkzeug und welcher Werkzeughalter gerade befindet. Damit geht der Suchaufwand gegen Null und teure Doppelinvestitionen bei selten genutzten Werkzeugen oder Aufnahmen entfallen.

Im Vergleich zur Werkzeughalter-Identifikation per RFID-Chip kann der datenbankbasierte Data Matrix Code durchaus punkten. So besteht bei RFID-Chips die Gefahr, dass der Chip und damit die Daten beschädigt werden oder verloren gehen. Hingegen haben Pilotanwendungen gezeigt, dass der Data Matrix Code selbst im permanenten, großflächigen Einsatz zuverlässig auszulesen ist und kaum Verschleißspuren auftreten. Zudem ist der Scanvorgang weniger störanfällig und schnell erledigt.

Auch unter Kostenaspekten spricht vieles für die Data Matrix Codes. Zwar sind zunächst sämtliche Maschinen und Einstellgeräte mit dem Datenbanksystem zu vernetzen, für die einzelnen Werkzeughalter jedoch fallen keine oder nur geringe Mehrkosten an. Hingegen entstehen für Werkzeughalter mit RFID-Chip abhängig vom Typ Mehrkosten zwischen zehn und 20 Prozent. Zudem sind für RFID-Lesegeräte vergleichsweise hohe Investitionen erforderlich.

Die automatisierte Maschinenbeladung und der Trend zur Industrie 4.0 sind aus Sicht von Dr. Markus Klaiber, Technischer Geschäftsführer/CTO bei Schunk, die zentralen Themen der AMB 2016. „Moderne Werkzeugmaschinenkonzepte müssen drei zentrale Faktoren berücksichtigen: kürzeste Zykluszeiten, eine maximale Anlagenverfügbarkeit sowie die Möglichkeit, sehr flexibel auf Produktmodifikationen und Nachfrageänderungen reagieren zu können.“ Hier sieht er vor allem beim Mittelstand Handlungsbedarf: „Gerade Unternehmen mittlerer Größe können schnell ins Hintertreffen kommen, wenn sie nicht rechtzeitig Automatisierungs-Know-how aufbauen und systematisch in Roboter- und Portallösungen sowie in flexible Fertigungssysteme investieren.“

Die spanende Fertigung stehe vor der Herausforderung, dass immer häufiger in möglichst wenigen Operationen und mit minimalen Rüstzeiten ein möglichst großes Teilespektrum abgedeckt werden muss. „Dies wird nur dann wirtschaftlich gelingen, wenn sämtliche Effizienzpotenziale der Produktionsautomatisierung konsequent genutzt werden“, sagt Klaiber.

Auf der AMB präsentiert Schunk daher ein Systemprogramm zur automatisierten Beladung von Werkzeugmaschinen. Es umfasst wartungsarme Spannmittel und Greifsysteme, die im 24/7-Betrieb einen prozessstabilen Werkstückwechsel sowie eine präzise Bearbeitung gewährleisten. Das Einsatzspektrum reicht von der Großserienfertigung bis zur effizienten Beladung bei Losgröße eins.

Highlights sind die Kraftspannmittel Tandem-plus, Rota THW-plus und Rota NCX, die Palettier- und Spannturmlösungen aus der Vero-S-Reihe, der multifunktionale Zentrischspanner Kontec KSC, das Backenschnellwechselsystem Pronto sowie die neuen Greifer PGN-plus und PGN-plus-Elektrisch, die weltweit ersten Greifer mit Dauerschmierung in der Vielzahnführung. Zur Steigerung der Prozesssicherheit und Effizienz im Bearbeitungsprozess baut der Spezialist das Programm der schwingungsdämpfenden Hochleistungs-Hydro-Dehnspannfutter Tendo E compact und Tendo Aviation weiter aus. Die Aufnahmen gewährleisten enorme Spannkräfte beziehungsweise verfügen über eine mechanische Auszugssicherung, wie sie im Bereich der Luft- und Raumfahrt vorgeschrieben ist.

Die Industrie 4.0 ist aus Sicht von Schunk eine konsequente Fortführung einer jahrzehntelangen Entwicklung. „Produktionssysteme von morgen werden erstklassig vernetzt sein und unter anderem auch mithilfe der Spannmittel und Greifsysteme permanent sowohl den eigenen Status als auch den ihrer Umwelt erfassen“, erklärt Klaiber.

Dabei müssten Maschinenbauer eine große Herausforderung meistern: „Wir sind mit Industrie 4.0 einen großen Schritt weiter, sobald automatisierte, autonome Systeme Störungen selbst beheben können. Mit intelligenten Greifern haben wir die Chance, direkt am Werkstück Fehler schnell wahrzunehmen und im Zusammenspiel mit der übergeordneten Leittechnik und intelligenten Spannmitteln den Fertigungsprozess live zu optimieren, auf einen Variantenarbeitsplan zu wechseln oder auf einer anderen Maschine weiter zu produzieren.“ Selbst kleinste Losgrößen sollen sich so automatisiert fertigen lassen.

Schunk ist vom 13. bis 17. September auf der Messe AMB in Halle 1, Stand 1G12. hei