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SmartTool

Intelligente Werkzeuge für die vernetzte Fertigung von morgen. Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“

http://www.smarttool.tu-darmstadt.de

Hohe Löhne und Gehälter sowie anspruchsvolle Umweltstandards verhindern, dass sich die produzierenden Unternehmen unseres Landes auf einen reinen Preiswettbewerb einlassen können. Schon lange werben sie mit hoher Qualität und durchdachten Produkten weltweit um Kunden. Doch im globalen Wettbewerb holen andere Anbieter auf dem Weltmarkt auf. Sowohl Konsumprodukte als auch Investitionsgüter werden nun immer stärker differenziert und unterliegen unvorhersehbaren Bedarfsschwankungen, so dass mittlerweile auch Produktions- und Logistikprozesse umfassend dynamisch reagieren müssen. Mit dem heutigen Status quo – zentral gesteuerten Prozessen – ist dies kaum möglich.

Umsetzbar werden die kommenden Anforderungen nur mittels Cyber-Physischer Systeme (CPS) sein, die über intelligente Sensoren zur Wahrnehmung ihrer Umwelt und über Aktoren, mit denen sie diese beeinflussen können, verfügen. Cyber-Physische Systeme können in Produkte, Maschinen und Anlagen integriert werden, die sich nun durch Selbstoptimierung und Rekonfiguration an sich ändernde Aufträge und Betriebsbedingungen anpassen können. Ihr Einsatz stellt einen Paradigmenwechsel in der Produktion dar, der durch die Bekanntmachung „Intelligente Vernetzung in der Produktion – Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt Industrie 4.0“ forciert wird. Deutschland wird sich zum weltweiten Leitanbieter für Cyber-Physische Systeme entwickeln.

Werkzeugkreislauf 4.0: Mit Transparenz zur Effizienz

Die zunehmende Anzahl an Produktvarianten und die immer häufigeren Produktwechsel führen dazu, dass in zerspanenden Fertigungen für die Herstellung von Komponenten, z.B. des Maschinen- und Anlagenbaus, immer mehr unterschiedliche Werkzeuge und immer öfter Werkzeugwechsel an den Bearbeitungsmaschinen erforderlich sind. Aufgrund der vielfältigen Tätigkeiten im Werkzeugkreislauf, wie die Werkzeugbeschaffung oder -montage, und deren Informationsbedarf, die für die Bereitstellung der Werkzeuge notwendig sind, ist der erforderliche Aufwand so stark gestiegen, dass die verursachten Kosten nahezu ein Viertel der Fertigungskosten ausmachen. Ein zentrales Hemmnis zur Realisierung bestehender Optimierungspotenziale ist die mangelnde Informationstransparenz im Werkzeugkreislauf aufgrund autarker, heterogener IT-Systeme, in denen werkzeugbezogene Daten gespeichert sind (z.B. Warenwirtschaftssysteme oder Maschinensteuerungen) oder schlicht der häufige Mangel an erforderlichen Daten, wie der aktuelle Einsatzort der Werkzeuge.


Ziel des Projektes:

Projektziel ist, ein Cyber-Physisches System Smart Tool, bestehend aus einem intelligenten Werkzeugsystem und dessen Interaktionspartnern im Werkzeugkreislauf, wie Bearbeitungsmaschine oder Werkzeugmessgerät, zu entwickeln. Das intelligente Werkzeugsystem ist dabei die Kerninnovation des Projekts.

Zentral für das Gelingen des Projektes, ist die wirtschaftliche Gestaltung des intelligenten Werkzeugsystems bestehend aus Werkzeughalter mit integrierter Sensorik, Logik- und Übertragungseinheiten sowie dem eigentlichen Werkzeug mit integriertem Speichermedium. Softwareseitig sind eine ereignisbasierte Informationsarchitektur sowie eine Schnittstelle in Form eines Embedded Systems zu entwickeln, um die Vernetzung des Werkzeugkreislaufs zu erzeugen.
Hierbei wird gleichzeitig ein Track&Trace-System realisiert, das eine Selbstoptimierung auf Basis der erzeugten Tracing-Daten im Bereich Werkzeuglogistik, z.B. Lagerortbestimmung für kurze Transportwege, und Werkzeugbeschaffung (Bestellstrategie) erlaubt. Zur Validierung des entwickelten Systems werden Demonstratoren hergestellt und in Pilotbereichen der Anwenderunternehmen getestet.

Das intelligente Werkzeugsystem fungiert im Werkzeugkreislauf als Kommunikations- und Informationspartner für die Interaktionspartner, so dass Planer aufwandsarm und zuverlässig wissen, wo und in welchem Zustand sich die Werkzeugsysteme in der Fertigung befinden. Die geschlossenen Informationslücken im vernetzten Werkzeugkreislauf werden genutzt, um eine automatisierte Entscheidungsunterstützung bei verschiedenen Tätigkeiten zu realisieren, wie der Auswahl einer optimalen Bestellstrategie. Eine Übertragung des Systems auf andere verschleißende Werkzeuge, wie Spritzgusswerkzeuge, oder für die Bereitstellung anderer Betriebsmittel in Unternehmen ist grundsätzlich möglich.

Kick-off-Meeting
Kick-off-Meeting (11/2013)

Projektpartner:

  • Heidelberger Druckmaschinen AG, System Manufacturing
  • Siemens AG, Energy Sector, Fossil Power Generation Div
  • G├╝hring oHG, Forschung und Entwicklung
  • E. Zoller GmbH & Co. KG
  • Haimer GmbH
  • EINS GmbH
  • TU Darmstadt, IES (Integrierte Elektronische Systeme) & PTW (Produktions- management, Technologie und Werkzeug- maschinen)
Link zur Projekthomepage: www.smarttool-forschungsprojekt.de