Die Technikkombi ist entscheidend

» Sabine Koll und Markus Strehlitz

Wenn man sich die Produktmeldungen im Bereich Messtechnik anschaut, dann scheint es so, als werde die Innovation derzeit vor allem durch die Software getrieben. Täuscht dieser Eindruck?

Detlef Ferger: Entscheidend ist hier die richtige Kombination von Software und Hardware. Um jedoch mit Multisensorik und Computertomografie so genau wie mit konventioneller Koordinatenmesstechnik messen zu können, braucht es auch erhebliche Anstrengungen in der Softwareentwicklung. Dies betrifft zum Beispiel bei CT das genaue Rekonstruieren von Volumendaten durch Artefakt-Korrektur oder auch die umfassende Visualisierung der Messergebnisse.

Karl Jürgen Lenz: Natürlich nimmt der Anteil der Software immer mehr zu. Aber: Ich habe noch keine Messtechnik gesehen, die nur aus KI oder nur aus Software besteht. Man braucht immer noch physikalische Größen, die ja irgendwie interagieren mit Kanten oder Oberflächen, die gemessen werden. Die Hardware ist nach wie vor die Basis. Was aber neu hinzugekommen ist, ist die Notwendigkeit für die Unternehmen zu digitalisieren. Das bedeutet, dass die Firmen ihre ganzen Strukturen darauf anpassen müssen. Im Gegensatz zu früher entsteht jetzt ein großer Überbau über dem Messgerät. Das ist ein riesiger Umbruch und für viele Unternehmen eine Herausforderung.

Thomas Plocher: Der Bereich Software bei Hommel Etamic wächst stärker als die anderen Abteilungen. Wir bauen dort gerade sehr viel Personal auf. Vor allem bezüglich Software wird von den Kunden zunehmend mehr gefordert – zum Beispiel was Bedienoberflächen und die Signalverarbeitung betrifft. Gleichzeitig geht aber auch die Hardware-Entwicklung weiter. Denn man kann zwar mit Software manche Signale herausfiltern, aber man benötigt immer noch ein sauberes Messsignal mit entsprechender Hardware. Bei Hommel Etamic erfolgt die Weiterentwicklung sowohl in der taktilen und optischen als auch in der pneumatischen Mess- und Prüftechnik somit in den Bereichen der Hard- und Software.

Franz Helmli: Die Hardware ist natürlich weiterhin wichtig. Man braucht zum Beispiel immer einen Sensor und Verfahrachsen, die den Sensor oder das Bauteil bewegen. Aber wenn wir ein neues Gerät entwickeln, dann sind diese Dinge schon gegeben. In die Software muss man dagegen noch mehr Entwicklungsarbeit hineinstecken. Wenn ich mir das Entwicklungsteam bei Alicona anschaue, dann ist das für die Software zuständige deutlich größer als das Hardware-Team. Denn Usability, Integration und KI spielen eine zunehmend größere Rolle. Heutzutage ist eine einfachere Bedienung der Geräte ein Muss. Es wird erwartet, dass die Software den Nutzer unterstützt – zum Beispiel, wenn es darum geht, wo und wie angetastet wird. Daher würde ich sagen, dass das Verhältnis von Software zu Hardware eher 70:30 oder 80:20 ist – mit dem größeren Gewicht auf der Software – statt 50:50.

Ferger: Vorausgesetzt, dass die Hardware entsprechend präzise ist. Denn ohne präzise Hardware erhält man kein gutes Messergebnis.

Es geht also um die richtige Kombination von Hardware und Software?

Ferger: Genau das ist der Punkt. Und bei den von uns in den letzten Jahrzehnten forcierten CT-Lösungen wird das Thema noch wichtiger. Wir ersetzen mittlerweile sehr viele konventionelle Messgeräte durch unsere leistungsstarken und kompakten XS-Geräte. Das liegt daran, dass nicht nur die Gerätehardware besser und günstiger wird, sondern auch die Leistungsfähigkeit der Informationstechnik steigt. Heute ist auf einem normalen PC eine Rechenleistung verfügbar, für die man vor zehn Jahren wahrscheinlich 100 Computer benötigt hätte. Diese Entwicklung wird natürlich auch durch den Consumer-Markt vorangetrieben. Und solche Möglichkeiten helfen uns natürlich. Wir können heute zum Beispiel Lösungen für die Batteriemessung bereitstellen, bei denen wir mehrere CTs parallel clustern und vollständig automatisieren. Dadurch erhält man Prozesszeiten von 10, 20 oder 30 Sekunden für eine komplette Batteriezelle.

Wie ist das möglich?

Ferger: Durch die intelligente Kombination von Hardware, Software und leistungsstarker PC-Technik. Aufgrund moderner Transmissions-Röntgenröhren im Monoblock-Design, die man jetzt 24/7 mit voller Leistung fahren kann, erreicht man hohe Messgeschwindigkeiten und gleichzeitig hohe Verfügbarkeiten. Und mithilfe von leistungsstarken PCs und Grafikkarten lassen sich die riesigen Messdatenmengen auch schnell genug verarbeiten. Man muss sich das mal vorstellen: Wir prüfen heute Batterien in der Größe C oder D auf Fehlstellen oder Partikel im Elektrolyt und erkennen, ob Schweißungen zeichnungsgerecht sind – und das in Sekunden. Das war vor fünf Jahren noch nicht möglich.

Lenz: Es geht immer um die Kombination von Hardware und Software. Etwas überspitzt formuliert: Wir sind alle nur Integratoren. Die Röhren werden ja nicht von Werth oder Zeiss hergestellt. Und bei der optischen Technik kommen die Kameras von den entsprechenden Herstellern. Wir hängen also immer von den Hardware-Entwicklungen ab, die es bei diesen Anbietern gibt. Und durch die Integration von Software und Hardware gibt es dann die großen Sprünge in der Leistungsfähigkeit. Wenn man sich zum Beispiel eine intelligente Kamera betrachtet, dann passiert die Vorverarbeitung auf dem Chip. Und das ist natürlich auch Software.

Plocher: Die Hardware-Entwicklung bei den Komponenten wie etwa Kameras ist wichtig – etwa um die Messgenauigkeit zu steigern. Und bei der Software geht es dann um die Auswertung der Daten, unter anderem auch mit KI.

Helmli: Aber Limitierungen bei der Hardware lassen sich mit der Software ausgleichen. Es gab in den vergangenen zehn Jahren ganz tolle Innovationen, um mehr aus der Hardware herauszuholen. Etwa durch eine bessere Fehlerkorrektur.

Bedeutet das, dass bei der Hardware keine großen Neuentwicklungen mehr zu erwarten sind?

Plocher: Wie bereits ausgeführt, erfolgt die Weiterentwicklung hauptsächlich im Bereich Software. Bei einigen Geräten – beispielsweise für Kontur- oder Rauheitsmessungen – erfolgen nach wie vor Weiterentwicklungen bei der Hardware. In anderen Bereichen, wie beispielsweise in der optischen Inspektion, ist die Kombination der Weiterentwicklung von Hard- und Software erforderlich.

Lenz: Wenn ich mir die physikalischen Prinzipien anschaue, dann gibt es da noch viel Luft nach oben. Schauen Sie sich einfach mal an einem normalen Flughafen um. Dort wird etwa mit Terahertz-Wellen gearbeitet, um festzustellen, was Passagiere an ihrem Körper tragen. Solche Dinge bieten noch großes Potenzial. Ich gehe davon aus, dass wir noch einige Neuentwicklungen erwarten können.

Helmli: Ich glaube auch, dass noch einiges in Bezug auf Hardware kommen wird. Aber die Innovationsgeschwindigkeit wird dort nicht mehr so hoch sein. Ein Beispiel sind unsere Geräte, die mit Fokus-Variation funktionieren. Das heißt, wir messen mit einer Optik von oben eine Oberfläche und erhalten 3D-Informationen. Seit ein paar Jahren bieten wir die Möglichkeit, mit der gleichen Optik nicht nur die Oberfläche zu messen, sondern auch auf einer Vertikalen. Wir können also auf einer vertikalen Wand zum Beispiel Formabweichungen und Konturen messen. Das geschieht nicht durch eine Hardware-Neuerung , sondern nur durch die Software. Es ist ein gutes Beispiel dafür, dass auch Sensorinnovationen in Software und nicht mehr unbedingt in der Hardware geschehen.

Welche Auswirkungen hat das auf die Nutzer? Profitieren sie von der Entwicklung, weil die Bedienung der Geräte jetzt einfacher wird?

Lenz: Die Bedienung vereinfacht sich durch die Software. Und das ist richtig so. Denn schließlich möchte man als Anwender ja nur ein paar Messwerte von einem Teil überprüfen, um die Werkzeugmaschine richtig einzustellen. Früher brauchte man unheimlich viel Kompetenz in Grundlagen der Messtechnik. Heute legt man idealerweise ein Teil auf die Messmaschine und erhält auf einfache Weise die gewünschten Ergebnisse.

Ferger: Es ist natürlich wichtig, welchen Teil des Prozesses man betrachtet. Auf der einen Seite geht es darum, die Technik zu bedienen, Werkstücke aufzulegen und vielleicht die eine oder andere Interaktion durchzuführen. Auf der anderen Seite stehen aber das Entwickeln der Messstrategie und das Verstehen der Sensorik. Das setzt Wissen voraus. Und ich sehe nicht, dass irgendeine Software das dem Menschen alles abnehmen kann. Vielleicht gibt es da in Zukunft entsprechende Ansätze über KI.

Lenz: Da gebe ich Ihnen recht. Früher wurden die Geräte von Spezialisten bedient, die wirklich tiefe Kenntnisse im Verwenden von Messtechnik für den Produktionsprozess hatten. Die braucht man heute auch noch. Aber man benötigt jetzt nur noch wenige dieser Spezialisten – und viele Werker, welche die Geräte bedienen, die im Regelfall in der Produktion einmal voreingestellt werden. Das ist vielleicht eine Analogie zu den Werkzeugmaschinen, die auch nur ein Mal über die Steuerung intelligent eingelernt werden.

Helmli: Der Kostendruck in den Unternehmen ist jetzt höher. Die personellen Kosten und die Investitionen in Messgeräte, die auch alle teuer sind, spielen eine wichtige Rolle. Daher ist das Management einer Produktion daran interessiert, dass das Messgerät wirklich läuft. Es muss einfach funktionieren, damit die Teile durchgeschleust werden und die Produktion überprüft werden kann. Der Werker soll ein Bauteil einlegen, auf den Knopf drücken und kurze Zeit später kommt der Report. Und das muss er an Maschinen von verschiedenen Herstellern machen können. Es steht gar nicht mehr so viel Zeit zur Verfügung, sich über die Messstrategie Gedanken zu machen. Das bedeutet, dass die Messtechnik smarter werden muss.

Ferger: Das ist richtig. Dennoch sollte man verstehen, was man tut. Werth kooperiert mit vielen Universitäten und Hochschulen und das Thema Messtechnik wird in der Lehre leider immer stiefmütterlicher behandelt. Viele Lehrstühle wurden sogar mittlerweile geschlossen und die Zahlen der Studienanfänger in den MINT-Studiengängen sinken dramatisch. Aber das ist ein politisches Thema.

Plocher: Wir bieten natürlich auch Vereinfachungen für die Bedienoberfläche, um dem Anwender die Arbeit zu erleichtern. Bei Inline-Systemen für die Serienproduktion erfolgt die Durchführung mehrerer Messaufgaben bereits zeitgleich und vollautomatisch. In einem Prüflabor muss weiterhin ein Fachwissen vorhanden sein. Auch wenn die Produkte von Hommel Etamic bei der Auswertung des Messsignals die relevanten Normen wie zum Beispiel ISO 21920 berücksichtigen, muss der Anwender die Zeichnungen, die Normen und schließlich die Messergebnisse verstehen.

Lenz: Die Nutzer der Messtechnik sind auch sehr unterschiedlich. Ein Messtechniker, ein Konstrukteur oder ein Fertigungsleiter haben verschiedene Anforderungen an ein Gerät.

Was bedeutet das für die Hersteller? Es hört sich sehr schwierig an, alle diese Nutzergruppen zu adressieren.

Ferger: Das ist ein extremer Spagat. In unserem Fall etwa beherbergt der Softwarekern sämtliche Sensoren und sämtliche Funktionen. Wir bieten für verschiedene Anwendergruppen dann entsprechende Bedienoberflächen an.

Was heißt das?

Ferger: Für den einfachen Betrieb in der Werkstatt hat das Gerät bereits Automatikfunktionen eingebaut und kann vielleicht zusätzlich nur einige Regelgeometrien sowie Winkel und Abstände messen. Der High-End-Anwender braucht dagegen alle Funktionen – vom maschinenfernen Programmieren über die Ermittlung von Form- und Lagetoleranzen mit Materialbedingungen, einer vollständigen 3D-Auswertung bis zur vollautomatischen Werkzeugkorrektur. Das ist eine herausfordernde Aufgabe. Aber der muss sich der Gerätehersteller stellen.

Lenz: OGP hat den Anspruch, universell einsetzbare Messgeräte zu liefern und diese durch Programmieren für eine spezielle Aufgabe zu optimieren. Man hat also quasi eine eierlegende Wollmilchsau und dann möchte ein Anwender mit seinem Gerät vielleicht nur Einspritzdüsen messen. Dann muss man schauen, mit welcher Sensorik und welchen Funktionen das möglich ist.

Helmli: Das Anpassen des Gerätes an den Kundenwunsch benötigt Know-how. Das macht bei Bruker Alicona die Applikationsabteilung. Und die ist in den vergangenen zehn Jahren gewachsen. Der Kunde kommt mit einem bestimmten Bauteil und verlangt nach einer entsprechenden Lösung. Das bedeutet, dass schon in der Angebotsphase sehr viel Know-how auf Herstellerseite gefragt ist.

Weil bei den Anwendern das nötige Wissen nicht mehr vorhanden ist?

Ferger: Auch wir sehen seit Jahren den immer stärker werdenden Trend nach schlüsselfertigen Lösungen und haben auch entsprechend Personal eingestellt. Viele Firmen sparen sich die Experten ein und verlagern das Programmieren auf den Hersteller.

Lenz: Ich sehe die Tendenz, dass die Anwendungstechnik zunimmt. Die Kunden fragen sich: „Warum sollen wir denn die Verfahrensentwicklung machen auf Basis dessen, was der Hersteller uns zur Verfügung stellt?“ Sie erwarten stattdessen Lösungen, die nicht mehr eingelernt werden müssen. Sie möchten das erste Teil einlegen, auf den Knopf drücken und ein Ergebnis erhalten – ohne dass ein Messtechniker noch etwas eingeben muss.

Ferger: Kurz zum Thema Knopfdruck. Wir haben hier mittlerweile sehr leistungsstarke Simulations-Tools geschaffen. Für unsere CT-Geräte besteht zum Beispiel die Möglichkeit, mithilfe von Software die Durchstrahlung bereits am CAD-Datensatz zu simulieren. Man teilt der Software die Materialeigenschaften der Werkstücke mit und das System berechnet die Absorption anhand der CAD-Datei. Damit erhält man schon zum Fertigungsstart ein Messprogramm, das zu 99,9 Prozent fertig ist – ohne das zu messende Teil vorher jemals in Wirklichkeit gesehen zu haben.

Plocher: Es hängt natürlich auch von der Technologie und dem einzelnen Unternehmen ab. Bei einem großen Rundtakttisch muss der Kunde nur seine Anforderung kennen. Da übernehmen wir die Verfahrensentwicklung und die Projektrealisierung. Bei kleineren Geräten dagegen heißt es oft: „Erstellt ihr bitte den Prüfablauf?“ Es gibt auch Fälle, in denen ein kundenspezifischer Messplatz bereits seit Jahren in Nutzung ist und schließlich weitere neue Werkstücke zusätzlich mit diesem gemessen werden sollen. In diesen Fällen wird häufig unsere Dienstleistung angefragt, da die Kunden oftmals weder über die benötigten Kapazitäten noch über die ausreichenden Erfahrungen verfügen.

Herr Lenz, Sie haben zu Beginn von der Digitalisierung in den Unternehmen gesprochen. Wie bekommt man denn die Daten aus den Geräten, um sie dafür verwenden zu können?

Lenz: Man versucht ja schon lange, Daten zu nutzen, um Rückschlüsse auf die Fertigung zu ziehen. Doch das hat zu einem Wildwuchs geführt. Und nun versucht man, diesen über internationale Standards in den Griff zu bekommen. Der VDMA ist dabei sehr prägend. Inzwischen orientieren sich selbst China und die USA daran. China hat sich zum Beispiel dem Standard Umati angeschlossen, der sich ja auf Werkzeugmaschinen bezieht. Ein anderes Beispiel ist I++. Es gibt nun viele Unternehmen, die daran interessiert sind. Meines Wissens werden pro Jahr um die 3000 neue Anwendungen für I++ verkauft. In den vergangenen fünf Jahren hat es einen wahren Run auf Standards gegeben, den ich so nicht erwartet habe. Sowohl Hersteller als auch Anwenderunternehmen haben erkannt, dass wir es uns nicht mehr leisten können, für jeden einzelnen Fall jeweils eine neue Lösung zu entwickeln.

Helmli: Wir merken, dass mittlerweile gewisse Schnittstellen vom Kunden vorausgesetzt werden. Es ist für mich aber noch nicht ersichtlich, welche davon sich durchsetzen werden. Jeder spricht zwar von OPC UA, aber wir registrieren so gut wie keine Anfragen von den Kunden. Der Standard ist leider viel zu kompliziert.

Welche Schnittstellen werden stattdessen nachgefragt?

Helmli: Ich traue mich kaum, es zu sagen, weil es so 1900 ist. Aber die meisten Kunden wollen einfach ihre Daten in Textformaten haben – also CSV-Dateien. Aber sämtliche Qualitätssicherungsprogramme können ja auch CSV lesen.

Ferger: Noch mal zum Thema OPC UA: Wir sehen auch nur sehr wenige Anwendungen im Feld. Und meistens geht es dabei nur um das Übermitteln von Statusmitteilungen vom Messgerät. Aber der Standard kann ja noch viel, viel mehr. Bei PMI – also Product Manufacturing Information – ist es ähnlich. Alle sprechen darüber, aber kaum jemand nutzt es. In den meisten Firmen sind einfach die Strukturen nicht vorhanden, um das durchgängig einzusetzen.

Plocher: Mit dem VDMA wurde vor Jahren OPC UA auch in anderen messtechnischen Anwendungen vorangetrieben. Aktuell haben wir bei den großen Mehrmessstellen-Anlagen vereinzelt zusätzlich die Datenausgabe über OPC UA. Hierbei werden jedoch nur wenige Daten wie Stückzahl übermittelt. Der Großteil unserer Kunden nutzt andere Formate wie zum Beispiel QS-Stat.

Lenz: Es gibt aber gute Nachrichten. In den vergangenen Monaten hat sich innerhalb des OPC-UA-Arbeitskreises etwas getan. Viele Mitglieder haben erkannt, dass der Standard zu kompliziert ist und daher kaum genutzt wird. Daher versucht man nun, pragmatisch vorzugehen und die Nutzung von OPC UA zu vereinfachen. Das Ergebnis werden Versionen für bestimmte Spezialanwendungen sein, wie etwa für das Monitoring von Messgeräten.