Ver­netz­te Pro­duk­ti­on für die Indus­trie 4.0

Indus­trie-Unter­neh­men arbei­ten immer öfter an ver­schie­de­nen Stand­or­ten. Damit wach­sen die Ansprü­che an die Ver­net­zung der Pro­duk­ti­on und die zen­tra­le Über­wa­chung der Fer­ti­gung. Fraun­ho­fer-For­sche­rin­nen und ‑For­scher zei­gen auf der Han­no­ver Mes­se vom 1. bis 5. April gemein­sam mit schwe­di­schen Exper­ten, wie sich eine ver­netz­te Pro­duk­ti­on für die Indus­trie 4.0 sogar über Län­der­gren­zen hin­weg rea­li­sie­ren lässt. Eine beson­de­re Rol­le spielt dabei die Steue­rung und Über­wa­chung der Maschi­nen mit dem schnel­len 5G-Mobilfunkstandard.
Vie­le Indus­trie-Unter­neh­men sind heu­te an ver­schie­de­nen Stand­or­ten und zugleich in meh­re­ren Län­dern aktiv. Doch obwohl über­all die glei­chen Maschi­nen ste­hen und iden­ti­sche Pro­duk­ti­ons­vor­schrif­ten gel­ten, vari­iert die Qua­li­tät der Pro­duk­te, die in ver­schie­de­nen Wer­ken her­ge­stellt wer­den, oft­mals. Fraun­ho­fer-Exper­tin­nen und ‑Exper­ten haben des­halb zusam­men mit schwe­di­schen For­schungs- und Indus­trie­part­nern Pro­duk­ti­ons­an­la­gen stand­ort­über­grei­fend ver­netzt. Das Ergeb­nis ist das “Swe­dish-Ger­man Test­bed for Smart Pro­duc­tion”, in dem künf­tig neue Tech­no­lo­gien für die voll­stän­dig ver­netz­te Pro­duk­ti­on ent­wi­ckelt und geprüft wer­den kön­nen. Ziel ist es, die Pro­duk­ti­on zu opti­mie­ren und effi­zi­en­ter zu machen.
Um die Ver­net­zung zwi­schen ver­schie­de­nen Stand­or­ten und Län­dern zu tes­ten, ver­teilt sich das Test­bed auf drei Stand­or­te – Aachen, Chem­nitz und Stock­holm. Mit von der Par­tie sind unter ande­rem die drei Aache­ner Fraun­ho­fer-Insti­tu­te für Pro­duk­ti­ons­tech­no­lo­gie IPT, für Laser­tech­nik ILT sowie Mole­ku­lar­bio­lo­gie und Ange­wand­te Oeko­lo­gie IME mit ihrem Leis­tungs­zen­trum “Ver­netz­te, adap­ti­ve Pro­duk­ti­on”, das Fraun­ho­fer-Insti­tut für Werk­zeug­ma­schi­nen und Umform­tech­nik IWU aus Chem­nitz, das Power­train Manu­fac­tu­ring for Hea­vy Vehi­cles App­li­ca­ti­on Lab (PMH App­li­ca­ti­on Lab) an der König­lich-Tech­ni­schen Hoch­schu­le in Stock­holm, die Fahr­zeug­her­stel­ler Sca­nia und Vol­vo sowie der schwe­di­sche Tele­kom­mu­ni­ka­ti­ons­kon­zern Erics­son. “Damit haben wir vie­le Part­ner aus ver­schie­de­nen Bran­chen ver­sam­melt, mit denen wir Pro­duk­ti­ons­um­ge­bun­gen für die Indus­trie 4.0 ent­wi­ckeln und umfas­send tes­ten wer­den”, sagt Jan­nik Hen­ser, geschäfts­füh­ren­der Direk­tor des PMH App­li­ca­ti­on Lab in Stock­holm. “Ein Schwer­punkt liegt hier auf dem 5G-Mobil­funk­stan­dard, der künf­tig die Pro­duk­ti­ons­ma­schi­nen und die Steu­er­zen­tra­le mit­ein­an­der verknüpft.”

Schwe­di­sches Testbed

Die ers­ten Pro­duk­te, für die der­zeit im schwe­di­schen Test­bed eine ver­netz­te Pro­duk­ti­on auf­ge­baut wird, sind Getrie­be­tei­le, die in Nutz­fahr­zeu­gen von Sca­nia und Vol­vo zum Ein­satz kom­men. An die­sem Bei­spiel, das auch auf der Han­no­ver Mes­se vor­ge­stellt wird, wol­len die Exper­ten die her­kömm­li­che Pro­duk­ti­on gleich in mehr­fa­cher Hin­sicht ver­bes­sern – unter ande­rem die Bear­bei­tung von Metall­tei­len in Werk­zeug­ma­schi­nen, in denen ein Werk­stück durch den Fer­ti­gungs­pro­zess “Wälz­schä­len” in ein High­tech-Getrie­be­teil ver­wan­delt wird. Bei die­sem Pro­zess wird vom Bau­teil, wie der Name schon andeu­tet, Metall hoch­prä­zi­se abge­schält. “Es kommt hier auf Prä­zi­si­on im Bereich weni­ger Mikro­me­ter an”, erklärt Pro­fes­sor Tho­mas Bergs vom Fraun­ho­fer IPT. “Wälz­schä­len ist ein sehr dyna­mi­scher Pro­zess. Wenn im Fer­ti­gungs­pro­zess Vibra­tio­nen ent­ste­hen, zum Bei­spiel, wenn ein Werk­zeug ver­schlis­sen ist, kön­nen in Sekun­den­bruch­tei­len Schä­den auf­tre­ten. Die­se Schä­den wer­den in der Regel erst bei der Funk­ti­ons­prü­fung des fer­tig mon­tier­ten Getrie­bes ent­deckt, was hohe Kos­ten nach sich zieht.”

5G ermög­licht adap­ti­ve Fer­ti­gung in Echtzeit

Befes­tigt man aber direkt am Werk­zeug oder am Bau­teil Vibra­ti­ons­sen­so­ren, die ihre Infor­ma­ti­on via 5G-Mobil­funk an die Zen­tra­le sen­den, kann man schnell ein­grei­fen. “5G ist so schnell, dass die Anla­ge inner­halb von Mil­li­se­kun­den reagie­ren kann – die Latenz­zeit, die Zeit vom Auf­tre­ten der Stö­rung bis zur Reak­ti­on ist damit aus­rei­chend kurz, um Schä­den zu ver­hin­dern”, erläu­tert Bergs. 5G hat den gro­ßen Vor­teil, dass es ohne Kabel aus­kommt und Infor­ma­tio­nen den­noch extrem schnell über­tra­gen kann. Bergs: “Bei einem Bau­teil, das in der Maschi­ne mit 1000 Umdre­hun­gen pro Minu­te rotiert, ist ein kabel­ge­bun­de­ner Sen­sor schlicht nicht ein­setz­bar.” Dank des 5G-Stan­dards aber wer­de künf­tig eine sich selbst anpas­sen­de, adap­ti­ve Fer­ti­gung qua­si in Echt­zeit möglich.

Test­um­ge­bung steht als Ser­vice zur Verfügung

Für die Indus­trie-Kun­den besteht der Vor­teil die­ser ver­netz­ten For­schungs­com­mu­ni­ty mit ihrem Test­bed auch dar­in, dass sie hier Tech­no­lo­gien zusam­men mit Part­nern oder auch Mit­be­wer­bern ent­wi­ckeln kön­nen, ohne dass ihnen jemand in die Kar­ten schaut. Gewis­ser­ma­ßen ist hier eine Ent­wick­lung auf neu­tra­lem Boden mög­lich. “Zwi­schen uns und den Indus­trie­kun­den herrscht eine sehr offe­ne Atmo­sphä­re. Wir sind kei­ne Kon­kur­renz, son­dern das Bin­de­glied zwi­schen Pro­duk­ti­ons­un­ter­neh­men und IT-Enab­lern und wol­len gemein­sam mit Ihnen die Pro­duk­ti­ons­pro­zes­se wei­ter­ent­wi­ckeln”, sagt Rapha­el Kie­sel, Com­mu­ni­ty Mana­ger des Aache­ner “Inter­na­tio­nal Cen­ter for Net­wor­ked Adap­ti­ve Pro­duc­tion”, kurz ICNAP (sie­he Kas­ten), das im Rah­men des Leis­tungs­zen­trums kürz­lich gestar­tet wur­de. “In die­sem Sin­ne ist unse­ren Part­nern auch bewusst, dass hier sämt­li­che Daten gut auf­ge­ho­ben sind.”
Die ver­netz­ten Test­um­ge­bun­gen brin­gen vie­le Unter­neh­men aus ver­schie­de­nen Bran­chen zusam­men und bie­ten den Part­nern die Chan­ce, von­ein­an­der zu ler­nen. “Ein Tele­kom­mu­ni­ka­ti­ons-Unter­neh­men kennt nicht zwangs­läu­fig den Bedarf eines metall­ver­ar­bei­ten­den Betrie­bes”, sagt Rapha­el Kie­sel. “Hier lernt man den Bedarf des ande­ren ken­nen und kann neue Lösun­gen ent­wi­ckeln, die ohne eine sol­che Koope­ra­ti­on nicht so ein­fach ent­stan­den wären.” Beson­ders krea­tiv sei die Zusam­men­ar­beit auch, weil durch die inter­na­tio­na­len Part­ner­schaf­ten ver­schie­de­ne Men­ta­li­tä­ten zusam­men­kom­men. “Die Schwe­den sind neu­en Tech­no­lo­gien gegen­über sehr auf­ge­schlos­sen, ins­be­son­de­re im Bereich der Kom­mu­ni­ka­ti­on”, ergänzt Jan­nik Hen­ser, der selbst schon län­ger in Schwe­den lebt. “Die deut­schen Part­ner wie­der­um brin­gen bei­spiels­wie­se ihre Exper­ti­se aus dem Werk­zeug­ma­schi­nen­bau ein. Die­se Koope­ra­ti­on ist weit mehr als die Sum­me ihrer Tei­le.” Wäh­rend der Han­no­ver-Mes­se wird die deutsch-schwe­di­sche Zusam­men­ar­beit gleich an meh­re­ren Stän­den vor­ge­stellt: Auf dem Stand von Erics­son wer­den die 5G-Tech­no­lo­gien in der Anwen­dung der deut­schen und schwe­di­schen Test­beds gezeigt.