Forschungsstand in der Produktionstechnik Die Daten brauchen ein virtuelles Fort Knox

Erst die drahtlose Datenübertragung nach dem neuesten Mobilfunkstandard macht geschlossene Informationskreise in der Fertigung möglich.

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Die drei Aachener Fraunhofer-Institute, die gemeinsam im Fraunhofer-Leistungszentrum „Vernetzte, adaptive Produktion“ an der vollständigen Vernetzung von Maschinen arbeiten, um Produktionsdaten mit intelligenten Algorithmen in Echtzeit auswerten und Prozesse flexibel anpassen zu können, geben auf der Hannover Messe einen Überblick über Diagnose- und Prognosemöglichkeiten, die sich für die Fertigung anspruchsvoller Produkte in unterschiedlichen Branchen aus Ihrer Forschung ergeben.

Als zentrales Anliegen hat das Leistungszentrum formuliert, die individuelle Bearbeitung von Bauteilen und eine Optimierung der Fertigung während des Produktionsprozesses zu ermöglichen. Das sei oft noch gar nicht oder nur eingeschränkt machbar, heißt es. Auf der Grundlage einer komplett vernetzten Produktionsumgebung sollen deshalb Lösungen entwickelt werden, die sich für ganz unterschiedliche Branchen eignen – für die Biomedizin genauso wie den Maschinenbau – und die alle wesentlichen Dimensionen des Konzepts Industrie 4.0 bei anspruchsvollen Fertigungsaufgaben voll ausschöpfen.

„Mit unserem Ansatz bringen wir die Digitalisierung und Vernetzung in die reale Fertigungsumgebung“, sagt Dr.-Ing. Thomas Bergs, Geschäftsführer des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT in Aachen: „Wir statten die Anlagen mit zahlreichen Sensoren aus, die permanent Messdaten aus den Maschinen an eine zentrale Datenbank senden – und zwar kabellos über den kommenden Mobilfunkstandard 5G.“

Die gesammelten Daten werden in einer speziell entwickelten Cloud, dem „Virtual Fort Knox“, gespeichert und mit eigens dafür konzipierten Algorithmen und Technologie-Apps verarbeitet und analysiert. Dabei lassen sich nach den bisherigen Erfahrungen neue, überraschende Korrelationen erkennen – zum Beispiel Schwingungsmuster, die darauf hindeuten, dass das Werkzeug einer Fräsmaschine verschlissen ist. Solche Erkenntnisse können an die Maschinensteuerung zurückgespielt und mit der Anweisung verbunden werden, das Werkzeug auszutauschen. Dadurch schließe sich der Informationskreis, heißt es.

Außer dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ist das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und das Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME an dem Leistungszentrum beteiligt. In dem beim IPT angesiedelten Komplex sind sechs verschiedene Anlagen für Pilotanwendungen aufgebaut – darunter Prozessketten für die Fertigung von Turbinenschaufeln, zur Gewinnung von Medikamenten aus Pflanzen und für die Produktion von Batteriemodulen für Elektroautos.

Turbinenschaufeln werden üblicherweise auf Werkzeugmaschinen aus einem massiven Titanblock gefräst. Dabei können Schwingungen entstehen, die bei der Bearbeitung zu Ungenauigkeiten führen. In der Pilotanlage wurden deshalb Sensoren installiert, die feinste Schwingungen sehr präzise aufnehmen. Die enormen Datenmengen, die dabei entstehen, sollen künftig über das 5G-Netz in die gesicherte Cloud einfließen, das Virtual Fort Knox.

„Erst die drahtlose Datenübertragung mit 5G schafft die Voraussetzungen, Steuerbefehle in Echtzeit an die Maschine zu senden und durch schnelle Anpassung der Maschine solche Schwingungen zu verhindern, bevor sie auftreten“, sagt Thomas Bergs.

Er verweist auch darauf, dass in dem neuen Leistungszentrum alle Produktions- und Sensordaten für jedes Produkt gespeichert werden – in einem „Digitalen Zwilling“, der die vollständige Produktionshistorie enthalte. Das habe den Vorteil, dass man bei Schäden in der Historie zurückgehen und feststellen könne, wo der Fehler entstanden sei. Das komme einander so fremdem Gebieten wie der Fräsbearbeitung und der Medikamentenentwicklung gleichermaßen zugute.

Auf dem Messestand in der Halle 2 werden Aspekte der Digitalisierung und Vernetzung mit 5G-Datenübertragung unter anderem an einer Fräsmaschine demonstriert.

FHG IPT –Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie auf der Hannover Messe: Halle 2, Stand C22.

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