Steuerung ist zentrale Maschinen-Anlaufstelle

Auf einer Zerspanungsmesse haben es weiche Themen schwer – und damit sind nicht nur Werkstoffe gemeint. Auch IT-Themen sind eher nicht die Publikumsmagneten. Siemens zeigt auf der EMO Milano dennoch Digitalisierung rund um die Werkzeugmaschine, um nennenswerte Produktivitätsfortschritte zu machen.

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Wenn in Frankfurt oder Berlin der Fortschritt beim Jahrhundertprojekt Industrie 4.0 diskutiert wird, fällt immer auf, dass die eigentliche Zielgruppe noch nicht eingebunden ist: Die Anwender etwa aus dem Maschinenbau sitzen häufig nur virtuell am Tisch. Die Lösungsanbieter aus dem Bereich der Automatisierung jedoch haben die Zeichen der Zeit erkannt. Sie arbeiten am Aufbau der eigenen digitalen Zukunft, treiben die notwendige Standardisierung und Grundlagenarbeit voran und sind fleißig dabei, mit ihren Kunden Applikationsbeispiele zu entwickeln.

Ein solches Beispiel ist Siemens. Der Technologiekonzern lässt es sich zur EMO Milano 2015 nicht nehmen, die Werkzeugmaschine in den Lichtkegel zu rücken und das Thema der fortschreitenden Digitalisierung gleich dazu. Unter dem Motto „On the way to Industrie 4.0 – Digitalization in Machine Tool Manufacturing“ präsentiert das Unternehmen sein Portfolio aus Industriesoftware und Automatisierungstechnik. Nicht zum ersten Mal lauten die Ziele, Flexibilität und Effizienz in der Produktion zu steigern sowie Entwicklungs- und Markteinführungszeiten zu reduzieren.

Damit auf dem richtigen Weg zu sein, ist sich Dr. Wolfgang Heuring, CEO der Siemens-Geschäftseinheit Motion Control, sicher. Er stellte bereits im Juli in Italien die wichtigsten Neuerungen der Fachpresse vor und betonte: „Schon heute können Werkzeugmaschinenhersteller und fertigende Betriebe die Chancen der Digitalisierung nutzen und ihre Wettbewerbsfähigkeit durch unsere integrierten Produkte und Lösungen deutlich steigern.“

Zentralisierung der Daten

Mit dem Softwarepaket Sinumerik sollen beispielsweise Maschinenhersteller und Endkunden eine Plattform für die vertikale und horizontale Vernetzung und IT-Anbindung von Werkzeugmaschinen in der Fertigung erhalten. Durch die Client-Server-Architektur können die Daten mehrerer Maschinen zentral erfasst und ausgewertet werden. Zugleich lassen sich NC-Programme und Werkzeugbestand zentral verwalten oder neue Funktionen einheitlich auf die Maschinen übertragen.

Die Bandbreite möglicher Anwendungen reicht von der Programm- und Werkzeugverwaltung über Condition Monitoring und Fernzugriff bis hin zu Kennzahlenauswertung und Analyseverfahren. Darüber hinaus bietet „Sinumerik Integrate for Production“ Schnittstellen zu übergeordneten Anwendungen wie der Kollaborationsplattform Teamcenter oder dem Manufacturing Execution System Simatic IT. So will man dem schon lange verfolgten Ziel der Automatisierer einer durchgängigen, vertikalen Integration von der Werkzeugmaschine bis in den Leitstand näherkommen.

Dass es die Anstrengungen wert ist, ist sich Heuring sicher, denn seiner Erfahrung nach nehmen Fertigungsumgebungen zu, bei denen nicht die einzelne Maschine, sondern der Maschinenverbund im Vordergrund steht. Und diese werden für Jahre oder gar Jahrzehnte angelegt, während die IT-Infrastruktur in diesem Zeitraum einem steten Wandel unterliegt. Neue Anforderungen werden idealerweise über eine Erweiterung der Softwarefunktionalität erfüllt, ohne dass man jedoch direkt die maschinennahe Software verändern muss.

In der von Siemens vernetzten Fertigungswelt sollen sich Daten zu Maschinenverfügbarkeit, Wartungsintervallen und Status des Bearbeitungsprogramms unkompliziert abrufen lassen. Zudem sollen Maschinenhersteller und Endkunden jederzeit weltweit auf ihre Maschinen zugreifen können, um etwa den Bearbeitungsstand oder den Wartungsbedarf der Maschinen festzustellen.

Handling über vertraute Oberflächen

Mehr als ein psychologisch wichtiger Schritt ist es, die Bedieneroberfläche dazu direkt auf der Werkzeugmaschinen-Steuerung verfügbar zu machen. An dieser Schnittstelle vollzieht der Anwender sein Werkzeug- und Programm-Management, erfasst OEE-Kennzahlen und richtet Fernwartungsverbindungen ein. Haupteinsatzgebiet sind für Heuring lokale, aber auch dezentrale Maschinenparks, bei denen die Maschinen-Clients ein Mal mit einem zentralen Server verbunden werden. Nach der Installation auf dem Server erfolgt die Einbindung der Maschinen über die Bedienoberflächen HMI Advanced oder Sinumerik Operate in das IT-Netzwerk. Danach können alle vernetzten Maschinen über den zentralen Server individuell um neue Funktionen erweitert werden, so Heuring.

In diesem Zusammenhang betont er zudem die Durchgängigkeit des eigenen Portfolios: Zur Steigerung der Produktivität könnten problemlos auch PLM-Systeme und MES angeschlossen werden. Beispielsweise stehe durch die Integration von Teamcenter eine zentrale Datenbank für die gesamte Fertigung bereit.

Doch auch innerhalb der Maschinensteuerung bringt Siemens neue Funktionen mit nach Mailand. So ermöglicht der erweiterte Kontur-Abspanzyklus für die CNC von Siemens nun das vierachsige Drehen für Drehmaschinen. Zwei gegenüberliegende Drehwerkzeuge spanen gleichzeitig am Werkstück, sodass sich die Bearbeitungszeit erheblich verkürzen lässt. Zudem verhindern die zwei gegenüberliegenden Drehwerkzeuge Verbiegungen am Werkstück. Insbesondere bei langen, dünnen Werkstücken verbessert sich damit die Maßhaltigkeit. Auch diese Funktion lässt sich ohne CAD/CAM-System direkt an den Sinumerik-Steuerungen programmieren. Mit lediglich zwei zusätzlichen Parametern erweitert der Anwender das Bearbeitungsverfahren für ein Werkzeug zum hochproduktiven „Balanced Cutting“ mit zwei Werkzeugen.

Die CNC-Sequenzen werden dabei automatisch vom Sinumerik-Kontur-Abspanzyklus erstellt. Unterschieden werden beim vierachsigen Abspanen die synchrone sowie die versetzte Bahnführung der Werkzeuge, wobei die Sinumerik-Steuerung für das autarke Bewegen zwei unabhängige CNC-Programme gleichzeitig ausführt. Bei der synchronen Bahnführung, besonders geeignet für Schrupp- sowie Schlichtbearbeitungen, stehen sich die Schneidplatten exakt gegenüber und bewegen sich gleich. Die hälftig auf beide Schneiden verteilte Spanungsdicke führt zu doppeltem Umdrehungsvorschub und Spanvolumen. Bei der versetzten Bahnführung in der Schruppbearbeitung hingegen bewegen sich die beiden Werkzeuge unterschiedlich. Beim Längsdrehen arbeiten die Schneidplatten an unterschiedlichen Durchmessern, beim Plandrehen an versetzten Z-Positionen. Durch kurze Wartezeiten bei der Werkzeugsynchronisation lässt sich das Spanvolumen im Vergleich zu einem Werkzeug annähernd verdoppeln.

Roboter arbeiten mit Werkzeugmaschinen

So dreht es sich im Kern immer darum, was in der Maschine passiert – und vor allem, dass überhaupt etwas passiert, denn nur, wenn sie läuft, verdient sie auch Geld, weiß Heuring: „Wenn Roboter Handling- oder Bearbeitungsaufgaben übernehmen, steigt die Produktivität. Problem ist nur, dass ein Operator zwar CNC kann, sich aber normalerweise mit Roboterprogrammierung nicht auskennt.“ Als Konsequenz hat Siemens zusammen mit Kuka Roboter die Schnittstelle Run My Robot entwickelt und damit auch die Programmierung der Roboter in die Steuerung integriert.

Damit können sowohl die Werkzeugmaschine als auch der Roboter allein über die CNC programmiert, bedient und überwacht werden. Interaktionen wie „Freifahren“ oder „Teachen“ der Roboter werden über eine einzige Bedieneinheit vorgenommen. Einen Überblick über den aktuellen Status von Werkzeugmaschine und Roboter liefert der gemeinsame Monitor, auf dem die Funktionen parallel angezeigt werden. Die intuitive Bedienoberfläche der CNC Sinumerik Operate soll ein vereinfachtes Handling ermöglichen.

Zielgruppe sind vor allem Branchen mit hohen Automatisierungsanforderungen sowie der Leichtbau. Siemens und Kuka Roboter erhoffen sich aber auch den Einsatz bei weiteren Bearbeitungsaufgaben. Das Argument sind die Freiheitsgrade eines Roboters, der mit seiner Sechs-Achs-Bearbeitung flexibel ist und Werkstücke gut erreichen kann. In Industrien wie dem Leichtbau, die nach neuen Bearbeitungskonzepten verlangen, ließen sich Roboter ebenfalls hervorragend einsetzen. Hier könnten sie Bearbeitungsschritte wie Klebeverfahren, das Planfräsen oder Bohren an besonders großen Elementen – wie Karosserieteilen oder Windradflügeln – übernehmen.

Bekannter Standard genutzt

Die Bedienung der Roboter ist für den Bediener häufig ungewohnt. Denn jeder Knickarmroboter, der durch seine Kinematik kartesischen Robotern weit überlegen ist, verfügt über eine eigene Bedienung zur Programmierung, Steuerung und Diagnose. Bei der Akzeptanz helfen soll auch der PC-typische Aufbau von Sinumerik Operate, der beispielsweise Tastenkurzbefehle wie „Strg+A“ für „alles markieren“ beinhaltet. Auch bei der Sicherheit setzen Siemens und Kuka auf Durchgängigkeit. Roboterspezifische Sicherheitsaspekte wie die kartesische Raumüberwachung sind in der Robotersteuerung hinterlegt. Durch die Anbindung an die Bewegungsführung der Sinumerik können Sicherheitsprotokolle ebenfalls über die CNC verwaltet und definiert werden.

Die Schnittstelle basiert auf dem vom VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken) und VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) definierten Standard zur Anbindung von Robotern oder Handlingsystemen an Werkzeugmaschinen. Für eine möglichst einfache Bedienung der Schnittstelle hat Siemens lediglich die zentralen Elemente aus dem umfassenden Standard übernommen. Die Anbindung der Roboter erfolgt per Ethernet (Profinet RT) oder über I/O-Signale. Mittels der neuen Schnittstelle kann der Anwender Abläufe zwischen Werkzeugmaschine und Roboter synchronisieren und so Abläufe in der automatisierten Zelle aufsetzen.

Mit seinen Innovationen zur EMO Milano ist Siemens ein Beispiel dafür, wie sich mit Fortschreiten der Digitalisierung Prozesse und Anwendungen der virtuellen mit der realen Welt verknüpfen lassen. Hinzu kommt, dass Maschinenbauer mithilfe eines solchen integrierten Ansatzes Entwicklungskosten um bis zu 30 % reduzieren können sollen. In Mailand besteht für Maschinenbetreiber die Möglichkeit, die Konzepte auf Tauglichkeit für die eigene Produktion zu prüfen – möglichst mit konkreten Vorstellungen für eine Produktion in Richtung Industrie 4.0 im Gepäck. MM

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