GermanEnglishIndustrie 4.0 verstehen: Was die digitale Vernetzung für die Fertigung bedeutet Die Digitalisierung durchdringt heute nahezu alle Unternehmensbereiche – auch die Produktion bleibt davon nicht unberührt. Besonders die CNC Bearbeitung profitiert von intelligenter Vernetzung: Dank Industrie 4.0 werden aus isolierten Maschinen vernetzte, lernfähige Produktionssysteme. Als Experten in den Bereichen CNC Drehen und CNC Fräsen kennen wir uns mit diesem Thema bestens aus und erläutern im folgenden Beitrag, wie sich Industrie 4.0 auf die Produktion auswirkt und welche Chancen und Herausforderungen damit einhergehen.
Während Automatisierung im Wesentlichen bedeutet, dass Maschinen vordefinierte Schritte ausführen und dabei meist starr und isoliert vorgehen, sind die Maschinen bei Industrie 4.0 vernetzt, erfassen Daten, kommunizieren und reagieren in Echtzeit. Der Fokus liegt demnach auf Selbststeuerung, Vernetzung und kontinuierlicher Optimierung durch Daten.
Physische Komponenten (z. B. CNC-Maschine, Sensorik) und digitale Elemente (z. B. Software, Cloud, KI) werden dank Industrie 4.0 integriert. Das sorgt dafür, dass Systeme nicht nur automatisch, sondern auch autonomer und reaktionsfähig werden.
Beispiel: Eine CNC-Fräsmaschine meldet Verschleißdaten an ein Analysemodul, das automatisch die Wartung vorschlägt und im ERP einen Termin anlegt.
Früher mussten CNC-Programme manuell übertragen werden. Außerdem waren Statusmeldungen nur lokal an der Maschine sichtbar. Inzwischen ist ein automatischer Datenfluss von CAD/CAM über das Netzwerk möglich. Das gleiche gilt für Live-Monitoring, beispielsweise von Spindelbelastung, Temperatur oder Vibration und die Anbindung an die Produktionsplanung zur Auftragssteuerung in Echtzeit.
Das Zielbild, das Industrie 4.0 in der Fertigung verfolgt, ist demnach eine vernetzte, adaptive Fertigungseinheit. CNC-Maschinen sollen der intelligente Teil eines größeren, digital gesteuerten Produktionssystem sein. Die Systeme sollen miteinander sprechen, vorausdenken und sich selbst verbessern.
Moderne CNC-Fertigung nutzt die verschiedensten Grundlagen, um den gesamten Produktionsprozess effizienter und flexibler zu gestalten. Dazu gehören:
In der Industrie 4.0 werden die Maschinen mit intelligenten Sensoren ausgestattet, welche die Zustände kontinuierlich erfassen. Typische Messgrößen sind dabei unter anderem Spindeltemperatur, Vibrationen, Werkzeugverschleiß oder auch Kühlmitteldruck. Ziel dessen ist die frühzeitige Erkennung von Abweichungen und die Vermeidung von Ausschuss oder Maschinenschäden. Hilfreich ist außerdem, dass die Daten nicht nur zur Echtzeitüberwachung, sondern auch zur späteren Analyse (z. B. zur Prozessoptimierung) verwendet werden können.
Industrie 4.0 sorgt dafür, dass Maschinen, Systeme und Sensoren über standardisierte Schnittstellen kommunizieren. OPC UA ist beispielsweise ein weit verbreitetes Protokoll zur herstellerübergreifenden Kommunikation. MQTT ist ein schlankes Protokoll für Echtzeitdatenübertragungen, zum Beispiel bei Cloud-Anbindung. Dank Industrie 4.0 wird demnach eine durchgängige Datenverfügbarkeit vom Sensor bis zur ERP-Ebene möglich. So werden CNC-Maschinen Teil eines vernetzten "Produktionsnetzwerks".
Edge-Computing bedeutet, dass Daten lokal (am Rand des Netzwerks), zum Beispiel direkt an der Maschine verarbeitet werden. Vorteile dabei sind eine geringe Latenz und dass keine Abhängigkeit vom Internet besteht. Deshalb kommt dieses Element der Industrie 4.0 häufig bei sicherheitskritischen oder zeitkritischen Anwendungen zum Einsatz. Beim sogenannten Cloud-Computing hingegen werden Daten zentral gesammelt und ausgewertet. Große Datenmengen können analysiert, gespeichert und visualisiert werden. Das macht diesen Bestandteil von Industrie 4.0 ideal für langfristige Optimierungen, KI-gestützte Auswertungen und das Flottenmanagement mehrerer Maschinen.
CAM steht für Computer Aided Manufacturing und bezeichnet die automatisierte Programmierung und Simulation von Bearbeitungsprozessen. Das ermöglicht eine nahtlose Übergabe von CAD-Daten zur CNC-Maschine über das Netzwerk. Außerdem wird die Optimierung von Werkzeugwegen und die Minimierung von Umrüstzeiten sichergestellt. Ein digitaler Zwilling ist das virtuelle Abbild der realen Maschine, und zwar inklusive Zustand, Verschleiß und Historie. Dieses Element der Industrie 4.0 wird für Simulation, Wartungsvorhersage und Kollisionsvermeidung genutzt. Außerdem wird dadurch die "virtuelle Inbetriebnahme" neuer Prozesse ermöglicht.
In der Industrie 4.0 wird KI zur Mustererkennung in Produktionsdaten eingesetzt, zum Beispiel um zu erkennen, dass einem Werkzeugbruch ungewöhnliche Vibrationen vorausgehen. Die KI lernt aus vergangenen Störungen und verbessert so kontinuierlich die Wartungsvorhersagen. Des weiteren unterstützt sie bei der Auftragsverteilung, Qualitätsprüfung und Ressourcenplanung. Maschinen sind dank Industrie 4.0 außerdem in der Lage, Bearbeitungsparameter selbstständig anzupassen, zum Beispiel Vorschub oder Drehzahl.