Motivation
Während ihres Einsatzes verlieren Maschinen unweigerlich ihre ursprüngliche Einstellung, z. B. durch Erschütterungen oder Verschleiß. Sie müssen deshalb regelmäßig, mitunter sogar mehrfach im Jahr, rekonfiguriert werden. Hierfür werden die Maschinen von eigens angereisten Servicetechnikern ausgelesen und neu parametrisiert. Diese Dienstleistung ist nicht nur personal- und reiseintensiv, sondern verursacht obendrein auch teure Maschinenstillstände. Hinzu kommt, dass die Komplexität im Maschinen- und Anlagenbau in den vergangenen Jahren stark zugenommen hat und insbesondere durch die Digitalisierungsbestrebungen forciert wurde. Zugleich erhöhen sich neben der umfangreichen Datenakquise die Anforderungen an die Fertigungsgeschwindigkeiten und die Fertigungsqualität, um ein Produktionsoptimum bei zunehmender Variantenvielfalt zu erzielen.
Die im Maschinenbau notwendigen Synergien zwischen dem Maschinenbau, der Mess‑, IT- und Automatisierungstechnik sowie der Datenanalytik erfordern zusätzliches Know-how. Damit werden insbesondere kleine und mittlere Unternehmen aufgrund der knappen Ressourcen vor große Herausforderungen gestellt. Gerade sie können die Wartung selten selbst erledigen, sondern müssen auf spezialisierte, externe Fachkräfte zurückgreifen. Doch diese sind Mangelware, was oft zu langen Wartezeiten führt.
Förderung
AUDIo wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert und gehört zum Technologieprogramm „Smarte Datenwirtschaft”. Hier werden Projekte gefördert, die neuartige Datenprodukte und digitale Systeme entwickeln, aus denen innovative Datendienste und datenbasierte Geschäftsmodelle abgeleitet werden können. Die Anwendungsbereiche reichen von der Bauwirtschaft über die Medienbranche bis hin zu Transport und Verkehr.
Projektstart: 1.9.2021
Projektende: 31.8. 2022
Ziele und Konzept
Ziel von AUDIo ist es, die Rekonfiguration von Maschinen zu digitalisieren und den Maschinenbetreibern als Self-Service anzubieten. Unterstützt wird der Maschinenbetreiber dabei durch das einfach anzuwendende Double-Ball Bar-Messsystem und eine Augmented-Reality-Brille, welche die einzelnen Prozessschritte direkt auf der Maschine visualisiert.
Zur Übermittlung der Daten zwischen dem Maschinenbetreiber und dem Anbieter des Rekonfigurationssservices kommt eine Dienstleistungsplattform zum Einsatz. Diese ermöglicht dem Dienstleistungsanbieter die individuell auf die jeweilige Maschine zugeschnittenen Optimierungsparameter ortsunabhängig zu ermitteln und anschließend bei bestehender Gewährleistung und Haftung dem Maschinenbetreiber wieder zur Verfügung zu stellen.
Die über die Plattform durchgeführten Transaktionen werden zudem mittels Distributed-Ledger-Technologie manipulationssicher protokolliert. Hierdurch wird der Wertschöpfungsvorgang auditierfähig, so dass gegenüber Dritten die Korrektheit der jeweils bereitgestellten Daten nachgewiesen werden kann.
Weiterhin enthält dieser Ansatz enormes Einsparungspotenzial für alle Wartungstechniker (z. B. Reiseaufwand), da Messungen mittels geeigneter Hardware bzw. zukünftig, und wo technisch möglich, direkt durch die Maschine erfolgen. Die Ergebnisse sollen für weitere Dienstleistungsangebote im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus exemplarisch sowie infolge der bereitgestellten Plattformschnittstellen als zusätzliche Module integrierbar sein. Hier wird der in das Konsortium aufgenommene Partner (IFT) der TU Wien einen zusätzlichen Beitrag leisten und eine weitere Dienstleistung im Bereich des Condition Monitorings entwickeln.
Lösungsansatz
Das technische Herzstück von AUDIo bildet eine digitale Dienstplattform, die sogenannte AUDIo-Plattform. Auf ihr kann der Maschinenbetreiber den Maschinen-Rekonfigurationservice erwerben und anschließend die für die Rekonfiguration benötigten Maschinendaten einspielen. Die übermittelten Daten werden vom Dienstleister analysiert und in entsprechende Befehle zur Rekonfiguration der Maschine überführt. Diese Befehle werden dem Maschinenbetreiber ebenfalls über die Plattform zurückgeschickt, so dass er seine Maschine – gegebenenfalls gestützt durch Augmented Reality – selbst rekonfigurieren kann. Durch den Einsatz des Distributed Ledgers IOTA wird dabei sichergestellt, dass sowohl die vom Betreiber übermittelten Daten als auch die vom Dienstleister geschickten Befehle überprüfbar und nicht kompromittiert sind.
Konsortium
Konsortilaführerin ist die METROM Mechatronische Maschinen GmbH, ein KMU, welches sich seit 2001 mit dem Vertrieb, der Herstellung und der Inbetriebnahme von Werkzeugmaschinen insbesondere auf Basis der patentierten Parallelkinematik beschäftigt. Das Team aus erfahrenen Ingenieuren und Technikern übernimmt auch den After-Sales-Service für die Maschinen. Zur Gewährleistung der Maschinenverfügbarkeit und der Genauigkeit der Maschine müssen regelmäßige Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen an den Maschinen ausgeführt werden. Dazu gehört auch die Kalibrierung der Maschinen. Im Zuge der Weiterentwicklung des Unternehmens ist METROM daran interessiert, das Kalibrierungsverfahren so zu gestalten, dass die Servicezeit beim Kunden vor Ort möglichst verkürzt wird bzw. mit Unterstützung von Kooperationspartnern als Dienstleistung angeboten oder gar vom Kunden selber durchgeführt werden kann. Das entwickelte Know-how in Bezug auf die Kalibrierung der Maschinen muss dabei als eines der Alleinstellungsmerkmale des Unternehmens geschützt werden. Die aus den Forschungsprojekten gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Produktentwicklung ein und sichern damit die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens.
Seit mehr als 20 Jahren betreibt das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU erfolgreich anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Produktionstechnik für den Automobil- und Maschinenbau. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ist Motor für Neuerungen im Umfeld der produktionstechnischen Forschung und Entwicklung. Es erschließt Potenziale, entwickelt gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und Wissenschaft Lösungen, verbessert Technik und treibt Innovationen in Wissenschaft und Auftragsforschung voran. Im Fokus: Bauteile und Verfahren, Technologien und Prozesse, komplexe Maschinensysteme – die ganze Fabrik. Mit mehr als 610 hochqualifizierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gehört das Institut weltweit zu den bedeutendsten Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen der Produktionstechnik. Die Forschungskompetenzen an den Standorten Chemnitz, Dresden und Zittau reichen dabei von Werkzeugmaschinen, Umform‑, Füge- und Montagetechnik über Präzisionstechnik und Mechatronik bis hin zum Produktionsmanagement sowie der Virtuellen Realität.
Das Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik an der TU Wien unter Leitung von Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Friedrich Bleicher wird im Unterauftrag des Fraunhofer IWU in das Projektkonsortium aufgenommen und ein Condition Monitoring der Werkzeugmaschine mittels ML-Ansätzen sowie zur Bahnplanung auf den erfassten Daten realisieren. Hierbei kommt das Know-how bei der messtechnische Analyse und Bewertung von Fertigungsanlagen zum Einsatz. Das Projektkonsortium kommt somit dem Wunsch einer Kooperation mit einem österreichischen Partner nach und freut sich auf die gemeinsame Zusammenarbeit mit einem solch renommierten Partner zusammenarbeiten zu dürfen.
An der Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen der TU Dresden werden sowohl grundlagen- als auch anwendungsorientierte Forschungsarbeiten zur Simulation und experimentellen Analyse der Bewegungsgenauigkeit und ‑dynamik sowie zum thermoelastischen Verhalten von Werkzeugmaschinen durchführt. Darauf aufbauend sind am Lehrstuhl die simulationsgestützte und experimentelle Analyse einzelner Maschinenkomponenten, die Entwicklung von Fehlerkorrekturmethoden und deren Integration in die Steuerung, die Entwicklung parallelkinematischer Maschinen mit kraftgeführten und ‑geregelten Bearbeitungsprozessen sowie die Kopplung von Maschinen- und Prozesssimulation und die ganzheitliche Modellierung von Prozessketten als weitere Forschungsschwerpunkte entstanden. Diese wissenschaftlichen Erkenntnisse und die damit verbundenen Erfahrungen aus Forschungs- und Industrieprojekten fließt kontinuierlich in die studentische Ausbildung ein, um aktuelle Themen sowohl theoretisch als auch praxisorientiert zu vermitteln. Dabei verfügt die Professur über ein interdisziplinäres Forscherteam bestehend aus Maschinenbauern, Mathematikern, Mechatronikern und Informatikern. Als Mitglied der Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP), dem Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) und der Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung (EFB) ist der Lehrstuhl Partner in zahlreichen AiF‑, BMBF‑, und BMWI-Forschungs-projekten sowie Initiator verschiedenster grundlagenorientierter DFG-Projekte und des SFB/TR96. Der Lehrstuhl arbeitet zudem mit zahlreichen Industriepartnern wie Volkswagen AG, Rolls-Royce und der Bosch Rexroth AG zusammen, um seine Forschungsergebnisse zu validieren und transferieren.
Die Software AG ist das zweitgrößte Software-Unternehmen Deutschlands und erzielte 2017 einen Umsatz von knapp 879 Mio. Euro. Sie beschäftigt rund 4.600 Mitarbeiter und ist in 70 Ländern der Welt präsent. Die Digital Business Platform (DBP) der Software AG ermöglicht es ihren Kunden – unter ihnen prominente Branchengrößen des Verarbeitenden Gewerbes – sich zu digitalisieren und bessere Produkte bzw. Services, z.B. datenbasierte Dienste wie Predictive Maintenance oder Condition Monitoring, anzubieten. Die DBP beinhaltet dabei u.a. Software für Datenintegration, Echtzeitanalyse, In-Memory-Datenmanagement und Prozessmanagement. Die Software AG wird die im Vorhaben gewonnenen Ergebnisse in die Weiterentwicklung ihrer Digital Business Platform einfließen lassen und damit ihre Position als einer der wenigen deutschen Technologielieferanten für Industrie 4.0 bzw. das Internet der Dinge nachhaltig stärken können. Von besonderem Interesse wird dabei die Erschließung der Distributed-Ledger-Technologie sein, von der sich die Software AG einen erheblichen Mehrwert verspricht. Neben diesem mittelbaren Nutzen wird das Unternehmen über Lizenz- und Wartungserlöse ihrer für die auditfähige Dienstleistungsplattform benötigten Softwarekomponenten auch unmittelbar vom wirtschaftlichen Erfolg des Vorhabens profitieren.
Im Januar 2017 wurde die 5‑pm UG (haftungsbeschränkt) gegründet. Das junge Start-Up Unternehmen bietet die mobile mechanische Bearbeitung von Großbauteilen und das Ausführen von Messdienstleistungen weltweit an. Bei der Bearbeitung von Bauteilen vor Ort spielt die Vermessung für die Positionierung der Maschine zum Bauteil eine große Rolle. Dies wird derzeit aufwendig mit einem Laser-Tracking-System und entsprechend ausgebildetem Fachpersonal ausgeführt. Eine Erweiterung des Angebotes mit anderen Messmethoden wird angestrebt. Des Weiteren sollen Servicedienstleistungen für Maschinen, wie z. B. die Vermessung von Achsen und die Kalibrierung angeboten werden. In den letzten 2 Jahren konnten schon viele Projekte aus unterschiedlichen Branchen erfolgreich durchgeführt werden. Die Erweiterung auf die Serviceleistungen rund um die Wartung, Instandhaltung und Vermessung von Maschinen soll zu einer Umsatzsteigerung und einem kontinuierlichen Unternehmenswachstum führen. Die Firma 5‑pm agiert im Rahmen des Projektes im Unterauftrag der Firma METROM GmbH.
Assoziierter Partner
Die SEITEC GmbH entwickelt und liefert seit über 20 Jahren komplette Lösungen für die Industrieautomation. Im Kontext von Industrie 4.0 bietet sie Lösungen für die digitale Transformation von Komponenten, Maschinen oder ganzen Produktionslinien. Sie entwickeln gemeinsam mit ihren Kunden deren neuen digitalen Geschäftsmodelle basierend auf führenden iIoT Plattformen wie der Siemens MindSphere. Dabei beginnt die SEITEC GmbH mit geeigneten Beratungskonzepten, entwickelt erste Minimum Viable Products (MVP) und begleitet den Kunden bis zur kompletten iIoT Applikation. Schließlich bietet sie ihren Kunden auch den kompletten Service für den Betrieb der Applikationen auf der iIoT Plattform. Die SEITEC GmbH ist SIEMENS MindSphere Gold Partner und mit ihrem IoT Spin-Off seioTec GmbH Mitglied in der Mindsphere World e.V. als unabhängige Nutzervereinigung für neue IoT Geschäftsmodelle.