Umformtechnisches Kolloquium Hannover Industrie 4.0 macht die Presswerke flexibler

Autor Stéphane Itasse

Auf große Stückzahlen und maximalen Durchsatz sind die Presswerke der Automobilhersteller traditionell ausgelegt. Doch in einem Marktumfeld, das immer mehr Flexibilität fordert, müssen sie sich verändern. Hier helfen die Werkzeuge von Industrie 4.0.

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Welche Auswirkungen Industrie 4.0 auf das Presswerk der Zukunft hat, wurde beim Umformtechnischen Kolloquium Hannover 2017 diskutiert.
Welche Auswirkungen Industrie 4.0 auf das Presswerk der Zukunft hat, wurde beim Umformtechnischen Kolloquium Hannover 2017 diskutiert.
(Bild: Volkswagen)

Wie sieht das Presswerk der Zukunft im Jahr 20xx aus? Dieser Frage ging Dr. Frank Weber, Leiter Presswerke der Daimler AG, bei seinem Vortrag auf dem Umformtechnischen Kolloquium Hannover 2017 nach. Denn die Rahmenbedingungen ändern sich für einen klassischen Produktionsbereich wie das Presswerk massiv: Weber erwartet eine deutlich höhere Variantenzahl der Autos mit „Stückzahlen weit unter 200.000 bis 300.000“, wie er erläuterte, dazu mehr Volatilität im Markt, mehr Local-Content-Anforderungen und mehr Komplexität im Netzwerk mit Partnern und Lieferanten. Druck gebe es auf der anderen Seite von den Kosten und durch ein unvorhergesehenes Volumenwachstum bei bestimmten Modellen, was wiederum zu Engpässen führen könne.

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Auf die großen Anlagen kämen dementsprechend auch große Herausforderungen zu: Gefragt ist laut Weber eine hohe Flexibilität, sowohl zur Anlagenauslastung als auch beim Personal. Die Forderung nach Leichtbau bringe einen veränderten Materialmix mit sich, neue Designformen bewirkten weitere Aufgaben zur Realisierung eines stabilen Prozesses.

Neue Werkzeugstrategie bewältigt große Zahl an Derivaten

Die hohe Zahl an Derivaten und damit die geringere Losgröße erfordere zudem eine intelligente Werkzeugstrategie. „Früher hat man zwei Außenhaut-Werkzeugsätze gehabt, heute hat man acht“, umriss der Leiter der Daimler-Presswerke das Problem. Schließlich komme noch das Thema Industrie 4.0 hinzu – Weber hat hier derzeit vor allem Condition Monitoring und vorausschauende Wartung im Auge: „Das werden die Systeme sein, wo wir die Datenmengen brauchen.”

Doch auch in den Produktionsprozessen selbst lässt sich mit Industrie 4.0 einiges verbessern, wie Dr. Albrecht Stalmann, Leiter Innovationsmanagement bei Volkswagen, berichtete. „Wenn die Produktionssysteme ganzheitlich vernetzt sind, können sich Fertigungsabläufe selbstständig organisieren, steuern und optimieren“, sagte er.

Umgesetzt wird Industrie 4.0 bei Volkswagen in einem Stufenmodell. „Heute sind Anlagenmodule und -funktionen vollständig durch digitale Prozessmodelle beschrieben, in der nächsten Stufe werden wir sie durch Sensoren und Aktoren systematisch erweitern“, erläuterte Stalmann. Für die kommenden Jahre ist geplant, dass die Anlagenmodule und -funktionen vernetzt sind, sodass eine autonome Prozesssteuerung und intelligente Bedienung sowie Prozesskontrolle möglich wird. Später sollen alle Anlagensysteme ganzheitlich auf der Betriebsebene vernetzt sein und in fernerer Zukunft soll es eine Selbstoptimierung in weltweiter Vernetzung geben. Hinter diesem Ansatz steckt auch eine Umkehrung der bisherigen Philosophie „Anlage steuert Teil“ hin zu „Teil steuert Anlage“. „Das hat tief greifende Konsequenzen in der Steuerung der gesamten Fabrik“, sagte Stalmann.

Industrie 4.0 muss Chargenschwankungen beim Material unter Kontrolle bringen

Doch auf dem Weg dorthin warten noch einige Herausforderungen. So verursachen Schwankungen bei den Materialeigenschaften, ob im Coil oder in unterschiedlichen Chargen, immer wieder unerwünschte Ausfälle. Als Lösung für dieses Problem sieht Stalmann eine automatische, permanente Eingangs- und Ausgangskontrolle. „Diese materialbezogenen Inline-Prüfverfahren werden ein ganz wichtiger Bestandteil in der Produktion von Presswerken“, prognostizierte er. Die Daten und Auswertungen werden dann alle gespeichert. Dazu gehört für Stalmann auch eine individuelle Kennzeichnung der Platinen mit Informationen zu Coil, Werk oder Lieferant, aber auch zu eventuell notwendiger Nacharbeit oder Ausschuss. „Bei Stillständen müssen dann nicht mehr Kohorten los, die die Teile zählen, Sie haben die Daten in Echtzeit verfügbar“, erwartete er.

Um den aktuellen Zustand einer Presse und ihren individuellen Verschleiß zu erfassen, hat Volkswagen zudem ein Pressenfingerabdruck-Werkzeug mit dem Fraunhofer-IWU in Chemnitz entwickelt. „Wir checken damit die Pressen weltweit und bringen sie auf den Standard, den VW eingekauft hat“, sagte Stalmann. Das hat seiner Auskunft nach einen nachvollziehbaren und messbaren Einfluss auf die Qualität der Teile gehabt, doch das Werkzeug könne noch weiter verfeinert werden, um eine Vergleichbarkeit der gesamten Pressenlandschaft im Konzern herzustellen. Für Stalmann wird eine solche vorausschauende Wartung ein erheblicher Teil von Industrie 4.0 in den kommenden Jahren.

Die Neuerungen durch Industrie 4.0 aus Sicht des Werkzeugbaus schilderte Jens Poelmeyer, Projektleiter virtuelle Prozesskette bei Audi. Denn er integriert die Wertschöpfungsketten der Verfahrens- und Anlagenentwicklung, der Erstellung von technischen Anlagen und der Produktherstellung. Diese Zusammenhänge könnten ohne Digitalisierung nicht mehr in voller Effizienz gesteuert werden. Die Digitalisierung ist zwar laut Poelmeyer nicht neu, doch durch Datenanalyse und Datenverknüpfung erreicht sie eine neue Dimension.

Industrie 4.0 eröffnet auch dem Werkzeugbau neue Geschäftsmöglichkeiten

„Das bringt auch Chancen durch neue Geschäftsfelder für den Werkzeugbau“, sagte er. Beispiele seien das virtuelle Try-out, die Simulation realer Prozessschwankungen oder die Erstellung eines virtuellen Prozessfensters für die Serienproduktion. Auch das Fernwartungsportal im Audi-Intranet nutze Industrie 4.0: Die Benutzer haben Zugriff auf intelligente Werkzeuge, Informationen aus dem Prozess sind weltweit verfügbar und ermögichen eine schnelle, flexible Problemanalyse und Zusammenarbeit.

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Die virtuelle Prozesskette Blech ermögliche es auch, weg vom lokalen Qualitätsprozess für jeden Prozessschritt zu einer globalen Betrachtungsweise zu gehen. Dazu wurde die komplette Prozesskette vom Einzelteil bis zur Zusammenbaugruppe verknüpft, einschließlich des Bezugs zu vor- beziehungsweise nachgelagerten Prozessschritten.

Durch Industrie 4.0 sieht Poelmeyer drei Handlungsfelder für den Audi-Werkzeugbau erscheinen:

  • Smarte Produkte: Hierzu gehören intelligente Werkzeuge, die sich im Prozess regeln lassen, selbstregelnde Werkzeuge und in einer letzten Stufe selbstlernende Werkzeuge;
  • smarte Dienstleistungen, beispielsweise in der Fernwartung, und
  • smarte Produktion im Zeichen von Big Data und durchgängiger Transparenz.

Ziel ist eine hochflexible Fertigung, die über mehrere Stufen erreicht wird: Datendurchgängigkeit, Planungsgenauigkeit, Trenderkennung, Ablaufregelung und intelligente Assistenten. Über Smart Services will Audi eine ganzheitliche Datenanalyse erreichen, von der Messung der Schmierstoffmenge, Simulationsdaten aus dem Umformprozess bis hin zur Qualitätskorrelation der umgeformten Bauteile. In den intelligenten Werkzeugen erlauben Sensoren einen Einblick in den Umformprozess und Aktoren entsprechend korrigierende Eingriffe – aktive Ziehhilfen verändern den Flanscheinzug für den nächsten Hub, um das geforderte Prozessfenster einzuhalten.

In der Prozesskette schließlich erlaubt die Integration von Maschinendaten und Datenbanken eine ganzheitliche Informationserfassung, Konsolidierung der Information, stochastische und explorative Modelle sowie Analysedienste. Industrie 4.0 bietet hier Vorteile bei der Bauteilverfolgung und einen gesenkten Aufwand zur Datenerfassung, eine frühe Fehlererkennung und Vermeidung von Fehlerverschleppung in Folgeprozesse, weniger Ausschuss sowie schnellere Produktionsanläufe.

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