Daten spielen eine Schlüsselrolle

Der Generierung, Auswertung und Verfügbarkeit von Werkzeugdaten kommt im Rahmen von Industrie 4.0 mehr denn je eine Schlüsselrolle zu – ein vollständiger und korrekter Datenbestand und ein durchdachtes Werkzeugdatenmanagement sind ein wesentlicher Aspekt der zukünftigen Smart Factory. Um profitabel zu arbeiten, müssen Werkzeuge schnell und eindeutig identifiziert und ihre Daten so verarbeitet werden, dass sie in jedem Fertigungsschritt bereitstehen.

Zoller (AMB, Halle 1, Stand G72) hat dafür Lösungen entwickelt: So stellt die Kombination aus Zoller-Einstell- und Messgeräten und der TMS Tool Management Solutions Software, die auf eine gemeinsame zentrale Werkzeugdatenbank zugreifen, eine solide Basis für die Fabrik der Zukunft dar. Über diese zentrale Werkzeugdatenbank Z-One sind die Werkzeugdaten über den gesamten Lebenszyklus eines Werkzeugs hinweg abteilungsübergreifend organisiert – von der Arbeitsvorbereitung über CAD / CAM, das Lager, das Einstellen und Messen bis hin an die Maschine. Eine Verknüpfung der virtuellen Werkzeugdaten (auf der planerischen Ebene) mit den realen Werkzeugdaten im tatsächlichen Fertigungsprozess muss sichergestellt sein.

Eine Werkzeugverwaltung kann jedoch immer nur so gut sein, wie die Qualität der Werkzeugdaten. Normierte Werkzeugdaten sind heute an vielen Stellen erhältlich und können zeitsparend aus entsprechenden Cloudportalen oder direkt vom Werkzeughersteller importiert werden – beispielsweise von Kennametal oder Cimsource.

Noch einen Schritt weiter wird im Projekt Smart Tool gedacht. In diesem Projekt steht das „selbstkommunizierende, intelligente Werkzeug“ im Fokus. In diesem Forschungs- und Entwicklungsprojekt, das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird, arbeiten Unternehmen wie Heidelberger Druckmaschinen, Siemens, Gühring, Haimer, Eins und Zoller zusammen mit den Instituten PTW und IES der Technischen Universität Darmstadt am Werkzeug der Zukunft. Ziel des Projekts ist es, ein Cyber-Physisches-System (CPS) zu entwickeln, das aus einem intelligenten Werkzeugsystem und dessen Interaktionspartnern im Werkzeugkreislauf, wie der Bearbeitungsmaschine oder dem Werkzeugmessgerät, besteht. Dieses intelligente Werkzeugsystem soll den kompletten Werkzeugkreislauf optimieren – von der Beschaffung über das Lagerwesen, die Montage und die Fertigung bis hin zur Entsorgung. Sämtliche Aufenthaltsorte der Werkzeuge und Komponenten sollen automatisiert getrackt werden, um an jeder Station des Fertigungsprozesses Transparenz zu schaffen.

Eine eindeutige Identifizierung aller Werkzeugkomponenten ist Grundvoraussetzung für die beschriebenen Prozesse. Für die Identifizierung von Komponenten werden Datamatrix Codes, für die Identifizierung der Komplettwerkzeuge UHF-Tags aus dem Bereich der RFID-Technologie verwendet. Die UHF-Technologie bietet den Vorteil, dass sie die Identifizierung auch über einen größeren Leseabstand gewährleistet und gleichzeitig die Möglichkeit eines Pulkscans (Lesen mehrerer Werkzeug-Tags) gegeben ist. Letzteres ermöglicht das schnelle und automatisierte Nachverfolgen ganzer Werkzeugsätze innerhalb des Shopfloors.

Ein weiterer Aspekt, der im Smart-Tool-Projekt betrachtet wird, ist die Kommunikationsfähigkeit des Werkzeugs selbst. Diese soll durch entsprechende im Werkzeug integrierte Sensorik erfolgen, dank welcher Informationen nach „außen“ gefunkt werden und so entsprechende Rückschlüsse auf den Werkzeugeinsatz im Fertigungsprozess gezogen werden können. Dafür steht im HSK-Werkzeughalter ein entsprechender Bauraum zur Verfügung, welcher die betreffende Elektronik sowie Antenne aufnimmt damit das Werkzeug mit den Akteuren im Umfeld Kontakt aufnehmen kann. Der entscheidende Vorteil der in dieser Weise angebrachten Sensorik ist, dass diese komplett in die vorhandene Werkzeughaltergeometrie integriert ist und somit keinerlei zusätzliche Störkontur aufweist.

Die Analyse der so gesammelten Daten lässt Rückschlüsse auf die Optimierung des Werkzeugeinsatzes zu und unterstützt Entscheidungen zum Beispiel für eine optimale Bestellstrategie (mehr Informationen auf der AMB 2016: Smart Tool Projekt Stand 5D32).

Ein Beispiel dafür, wie Industrie 4.0 schon heute in Ihrer Fertigung realisiert werden kann, ist das Zoller-Softwaremodul Flash. Es überprüft vollautomatisch die Standzeiten der Werkzeuge auf den betreffenden Maschinen und markiert ihren Status mit Ampelfarben. Werkzeuge, deren Standzeit bald abläuft, können rechtzeitig ausgewählt und die Liste zur Neukommissionierung per Mausklick erstellt werden. Nach dem Einstellen und Vermessen werden die Daten steuerungsgerecht an die Maschinen übertragen – im Ergebnis Produktivitätssteigerung durch mehr Transparenz im Fertigungsablauf. Ein zweites Beispiel, speziell für die Werkzeugbedarfsoptimierung, ist das Softwaremodul Cetus. Hiermit wird auf Basis von Einrichteblättern (Werkzeuglisten) der komplette Fertigungs-Workflow abgebildet und der Werkzeug-Nettobedarf errechnet. Dies vermeidet Rüstaufwand und stellt eine wirtschaftliche Bereitstellung der Werkzeuge sicher.

Ein drittes Beispiel, die Kosten pro Bauteil laufend zu kontrollieren und zu optimieren, ist das Modul „Cost per Part“, das budgetierte und tatsächliche Werkzeugkosten je Bauteil vergleicht, indem Standzeiten und Wechselgründe von Werkzeugen und Prozessen analysiert werden. In die Berechnung fließen Einkaufspreise sowie Anzahl und Kosten der Nachschärfvorgänge ein.

Eine wichtige Grundlage für Industrie 4.0 Prozesse ist zudem der prozesssichere Datentransfer an die Maschine. Mit Zoller ist dies unabhängig vom Maschinenhersteller möglich: via Etikett, RFID-Chip, Postprozessor oder mittels übergeordneten Fertigungsleitsystemen. Eine Variante ist die Verschlüsselung der Ist-Daten in einem Datamatrix-Code, der mit einem an der Steuerung der CNC-Maschine angeschlossenen Lesegerät gescannt wird. Beim Datentransfer mittels RFID-Chip wird dieser mit den Ist-Daten durch eine Werkzeug-Identifikationseinheit am Einstell- und Messgerät beschrieben und kann so von der Werkzeugmaschine automatisiert eingelesen werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Daten via Postprozessoren steuerungsgerecht aufzubereiten und per Mausklick in die Maschinensteuerung zu übertragen. ■

Dr. Karin Steinmetzer

Leiterin Marketing

Zoller

Wie die prozesssichere Übertragung der Werkzeugdaten durch Scannen des individuellen Codes am Werkzeughalter funktioniert sehen Sie in diesem Video: Entweder über das Scannen des QR-Codes oder über den Link https://goo.gl/BfZkG1