Herausforderungen in vernetzten Lieferketten​ Das Volumen von global vernetzten Lieferketten nimmt immer weiter zu. Die Wertschöpfung findet in vielen Fällen nicht mehr nur regional vor Ort statt. Doch viele Lieferketten in den Unternehmensgeschichten sind historisch gewachsen. Das führt zu oft zu nur bedingt vernetzten Lieferketten, bei denen die Effizienz und Effektivität vielerorts auf der Strecke bleibt.   Lieferengpässe als Herausforderung im Maschinenbau Je komplexer eine Anlage z.B. eine Fertigungsstraße ist, desto höher ist in der Regel das Risiko, welches in der Supply Chain liegt. Was soll ein Maschinenbauunternehmen machen, wenn die entscheidenden Teile für die Inbetriebnahme der Anlage fehlen? Zugleich wünscht der Kunde einen schnellen Aufbau bzw. (bei Lieferengpässen noch Problematischer) eine zügige Umrüstung. Jeder Tag, an dem die Anlagen nicht laufen kostet es den Kunden einiges an Geld.   Lösungen in vernetzten Lieferketten Neben der logistischen Vernetzung wird die digitale Vernetzung innerhalb der Global Supply Chain immer wichtiger. Je komplexer die Abläufe werden, umso hilfreicher wird eine digitalisierte Kontrolle der Informations- und Materialflüsse. Vom Rohstoffhersteller bis zum Endkunden im B2B Bereich lässt ich ein Wechselspiel aus hohen Beständen und Lieferengpässen durch eine höhere Transparenz beheben. Diese ermöglicht es, die Supply Chain zielgerichtet zu steuern und zielgerichtet Optimierungspotenziale zu realisieren.

Künstliche Intelligenz in der Maschinenbauindustrie ​ KI – künstliche Intelligenz, ein Begriff, der gerade in aller Munde ist. Im Bereich des Maschinenbaus sind seine Möglichkeiten nahezu unbegrenzt. Seien es Effizienzsteigerungen für Kunden z.B. durch eine stärkere Automatisierung der Fertigung oder die Entwicklung von ganz neuen Produkten. Aber was steckt wirklich hinter diesem Schlagwort künstliche Intelligenz?   Was ist künstliche Intelligenz? Bereits seit 50 Jahren wird an dem Thema in der Informatik gearbeitet. Künstliche Intelligenz ist in vielen Fällen durch (mehr oder weniger komplexe) Statistik umgesetzt. Im Teilbereich des maschinellen Lernens findet der Algorithmus statistische Zusammenhänge von vorgegebenen Merkmalen in Lerndaten, welche er dann auf ähnliche fremde Daten anwenden kann. Die neuste Errungenschaft sind Deep Neural Networks (Deep Learning). 2015 mit durch Google entdeckt, ermöglichen sie es einer Künstlichen Intelligenz selbst die relevanten Merkmale zu erlernen z. B. ein Roboterarm, der selbst die optimale Bewegung (theoretisch sogar seine Aufgabe in einer Umgebung) findet. Wie lässt sich eine KI in Fertigung und Automatisierung verwenden? Die Möglichkeiten reichen von vorausschauenden Wartungen, einer Reduktion von Simulationen bis hin zu komplexeren Automatisierungen in der Fertigung. Untersuchen wir die Chancen an dem Beispiel der vorausschauenden Wartungen. Mithilfe von einfachem maschinellem Lernen kann an der Stelle statistisch wissen generiert werden. Wann geht welches Teil in der Regel kaputt und wie bringt es die Produktion während der Reparatur ins Stocken. So können mit „Predictive Maintenance“ Anlagen zu günstigen Zeiten gewartet werden, bevor es zum Defekt kommt.   Die Möglichkeiten von künstlicher Intelligenz wachsen jeden Tag weiter. Mit „Predictive Maintenance“ ist noch lange nicht das Ende der Fahnenstange der künstlichen Intelligenz in der Maschinenbau Industrie erreicht.

Die Geschichte und Entwicklung des CNC Die Industrie des CNC-Fräsens kann auf eine lange Geschichte zurückblicken. Als Geburtsstunde gilt heute das Jahr 1818, in dem der Amerikaner Eli Whitney die erste Fräsmaschine für Metall entwickelte.   Rund 34 Jahre später am 14.03.1862 wurde schließlich die erste Universalfräsmaschine von Brown & Sharp ausgeliefert. Ab hier entwickelte sich die Technologie nun sehr schnell. Am Ende des Jahrhunderts gab es bereits erste Spezialmaschinen für spezifische Teile wie Zahnräder und auch die Genauigkeit war bereits überraschend hoch. Der nächste große Schritt folgte dann in den 1950er-Jahren. Damals konzipierte der US-Amerikaner John Parsons die erste NC-gesteuerte Fräsmaschine (NC = Numerical Control). Diese Technologie wurde dann 1954 von der Firma Brendix übernommen und schließlich entstand eine NC-Maschine mit über 300 Elektronenröhren, die mit Hilfe von Lochkarten gesteuert wurde. Das hierbei verwendete NC-Programm, welches die Folge der einzelnen Informationen enthielt, kann dabei als direkter Vorläufer des CNC-Programms gesehen werden.   Fünf Jahre später kamen die NC-Maschinen dann auch in den europäischen Industrienationen an, wo sie für eine große Revolution sorgten. Zudem wurden schon bald viele ältere Fräsmaschinen mit numerischen Steuerungen nachgerüstet. Zu diesem Zeitpunkt steckte die Technologie aber immer noch in den Kinderschuhen und so wurde die Technik über die nächsten Jahre deutlich ausgefeilter und die Maschinen erhielten viele Upgrades, wie etwa eine stabilere Bauweise oder Wälzführungen.   Ab 1965 begann man dann allmählich die Fräsmaschinen stark zu automatisieren. Ab 1986 kam erstmals IC-Technik zum Einsatz und ab 1976 wurden das erste Mal Mikroprozessoren verwendet, sodass die Steuerung zunehmend über Software anstatt Hardware geregelt werden konnte.   Nun war man also bei CNC-Maschinen angelangt, allerdings musste die Programmierung zunächst mühsam per Hand geschrieben werden und nur kleine Fehler konnte schon zerstörerische Auswirkungen haben. Kurz vor der Jahrtausendwende wurde dann aber auch dieses Problem irrelevant, da ab hier die Erstellung der Programme direkt aus dem CAD/CAM-System heraus stattfand, was uns letztlich zu den heutigen CNC-Maschinen führt, die ebenso gesteuert werden.

IndustrieIndustrie 4.0 – Fertigung der Zukunft Industrie 4.0, die meisten haben diesen Begriff in letzter Zeit wahrscheinlich schon einmal gehört. Doch was steckt eigentlich genau hinter diesem Schlagwort und was bedeutet es für die Industrie von morgen? Um das zu klären, sollte man zunächst einmal verstehen, woher der Begriff kommt. Industrie 4.0 sagt nämlich aus, dass es drei großer industrielle Revolutionen gab und noch eine weitere folgen wird. Die erste Revolution kam mit der Erfindung des mechanischen Webstuhls 1784. Mechanisierung war also die Schlüsseltechnologie. 1870 folgte dann die Elektrifizierung der Industrie durch das erste Fließband und 1969 wurde das Zeitalter der Automatisierung mit der ersten speicher-programmierbaren Steuerung eingeläutet.   Was ist aber nun der nächste Schritt? Es ist die Vernetzung aller Roboter, KIs und Menschen, welche zu einem hocheffizienten Produktionsverfahren führt. Grundvoraussetzung hierfür ist wiederum das Sammeln von Daten. Denn nur wenn alle Prozesse in der Produktion akribisch aufgezeichnet und abgespeichert werden, ist es intelligenten Systemen möglich, Schwachstellen aufzudecken und die Prozesse zu optimieren. Industrie 4.0 bedeutet also auch das Aufzeichnen sowie Analysieren von Daten. Ermöglicht wird dies durch moderne Systeme mit vielen Sensoren und einer genauen Aufzeichnung. Die Analyse übernimmt dann eine KI, wobei der Mensch eine unterstützende Rolle spielt. Da alle Roboter und Geräte untereinander vernetzt sind, können Optimierungen sofort umgesetzt werden. Außerdem kann auf unerwartete Fehler oder Verzögerungen schnell und effektiv reagiert werden, da künstliche Intelligenzen die Abläufe in Echtzeit anpassen können.   Ist die Fabrik der Zukunft dann also menschenleer? Nein, die Befürchtung einiger Menschen, dass Roboter und KIs uns in Zukunft die Arbeitsplätze wegnehmen, ist unbegründet. Zwar übernehmen diese bald viele unsere Aufgaben, doch daraus gehen wiederum neue Arbeitsplätze für den Menschen hervor. Letztendlich kommt es zu einer engen Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine, wobei die Maschine dem Menschen lästige und monotone Arbeiten abnimmt, während dieser die Prozesse kontrolliert, die Maschinen wartet und Detailarbeiten erledigt. Die Aufgaben des Menschen werden also stark vom Physischen ins Kognitive verschoben.   Der Übergang zur Industrie 4.0 ist bereits in vollem Gange. Denn mit jedem Tag werden mehr Daten aufgezeichnet, Roboter angeschlossen und KIs aktiviert. Dieser Vorgang ist sehr zu begrüßen, da dadurch zum einen hochqualifizierte und gutbezahlte Jobs entstehen und zum anderen der Kunde von niedrigeren Preisen profitiert, weil der Hersteller durch die verschiedenen Optimierungen einige Einsparungen macht. Der Übergang zur Industrie 4.0 ist bereits in vollem Gange. Denn mit jedem Tag werden mehr Daten aufgezeichnet, Roboter angeschlossen und KIs aktiviert. Dieser Vorgang ist sehr zu begrüßen, da dadurch zum einen hochqualifizierte und gutbezahlte Jobs entstehen und zum anderen der Kunde von niedrigeren Preisen profitiert, weil der Hersteller durch die verschiedenen Optimierungen einige Einsparungen macht.

Heutzutage verlangen Kunden immer mehr nach individualisierten Produkten. Unternehmen, welche in der Lage sind, individuelle Produkte wirtschaftlich und konkurrenzfähig in kleinen Stückzahlen zu produzieren, verschaffen sich einen Wettbewerbsvorteil. Doch was ist dafür das geeignete Herstellungsverfahren? Ein Lösungsansatz ist die Wertstromkinematik.   Unter Kinematik versteht man die Bewegung, z.B. eines Roboterarms, im Bezug auf Ort, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Bei der Wertstromkinematik werden mehrere Kinematiken (= z.B. Industrieroboter) in einem modularen Raster platziert.   Mit Hilfe der Wertstromkinematik ist eine wirtschaftliche Produktion von individualisierten Industrie- und Konsumgütern möglich.   Mit auf Vertikalknickarmrobotern basierenden Standardkinematiken sollen entsprechende Produktionsflüsse abgebildet werden. Der Roboter übernimmt nebst den Üblichen auch weitere Aufgaben wie Montage, Zerspannunsprozesse, Trenn- und Fügverfahren etc. Das Produktionslayout wird durch ein Raster aus Nullpunktspannsystemen ergänzt.   Damit Standardkinematiken erweiterte Aufgaben lösen können, müssen Sie gegenüber herkömmlichen Vertikalknickarmrobotern, insbesondere hinsichtlich ihrer Bewegungsflexibilät, optimieren werden.   Durch die Verwendung von Standardkinematiken kann die Produktion beliebig und flexibel neu angeordnet werden. Zukäufe von weiteren Anlagen sind nicht notwendig. Abbildung 1 – Flexibles Produktionssystem mit einheitlichen Kinematiken   Die Wertstromkinematik könnte die heutige Produktionslandschaft stark verändern. Sie könnten z.B. große Produktionshallen überflüssig machen und lange Lieferketten oder Produktionsausfälle aufgrund von Lieferengpässen verhindern.   Durch eine softwareseitige Unterstützung der Hardware, kann der Aufbau und die Neuanordnung des Produktionssystems virtuell geplant werden.   Anhand eines CAD-Modell des Endprodukts, werden die Anforderungen an den Produktionsprozess ermittelt. Somit können Anzahl, Anordnung und Positionierung der Kinematiken sowie notwendige Kopplungen und Endeffektoren (letzter Vorgang) bestimmt werden. Der optimale Produktionsablauf wird validiert, indem die Einzelprozesse sowie das Produktionssystem als Ganze simuliert werden. Dies führt zu einer zeit- und kostenoptimierten Produktionsplanung. Abbildung 2 – Virtuelle Produktionsplanung – vom 3D Modell bis zum Produktionskonzept  

Das Leichtgewicht Aluminium Aluminium ist das perfekte Material für eine breite Palette von Anwendungen. Leicht, stark und nachhaltig – Aluminium hat wirklich erstaunliche Eigenschaften!   Aluminium ist nach Sauerstoff und Silizium das am dritthäufigsten vorkommende Element in der Erdkruste. Das heisst unter anderem, dass es mehr Aluminium als Eisen auf dieser Welt gibt. Somit reicht das Vorkommen, gerechnet auf dem heutigen Bedarf, noch für Generationen aus. Die Volksrepublik China ist mit Abstand der grösste Aluminium Produzent weltweit.   Aluminium ist als Leichtgewicht bekannt. Mit rund 2,7 g/cm3 wiegt das Aluminium nur einen Drittel des Stahls. Dies erleichtert die Handhabung in weiteren Verarbeitungsschritten sowie im Anwendungsprozess und trägt zusätzlich zu einem tieferen Energieverbrauch bei dessen Transport bei. Aluminium ist aufgrund des Gewichts deshalb oft die wirtschaftlich sinnvollste Materialwahl.   Aluminiumfolie in jedem Haushalt Aluminiumfolie reflektiert sowohl Wärme als auch Licht und ist undurchlässig. Dies bedeutet, dass kein Geschmack, kein Aroma und kein Licht nach innen oder außen dringt. Diese Eigenschaft macht sie perfekt für die Konservierung von Lebensmitteln und wird deshalb auch oft als Barriereschicht in Kunststoff- Verpackungsfolien integriert.   Verformbarkeit und Legierungen Das leicht verformbare Aluminium kommt bei diversen Alltagsprodukten zum Einsatz wie Getränkedosen, Gehäuse, Fahrradrahmen oder Küchenutensilien. Es lässt sich sowohl im kalten als auch im warmen Zustand leicht verformen bzw. verarbeiten (z.B. durch Strangpressen oder im Druckgussverfahren).   Um die Eigenschaften von Aluminium weiter zu verbessern, werden verschiedenste Legierungen hergestellt. Die am häufigst verwendeten Elemente in Aluminiumlegierungen sind Magnesium, Silizium, Mangan, Zink und Kupfer. Sie verbessern z.B. die Wärmebehandlung, die Löt- und Schweissbarkeit, die Zugfestigkeit oder die Korrosionsbeständigkeit.   Korrosionsbeständigkeit Aluminium reagiert mit dem Sauerstoff in der Luft und bildet dadurch eine schützende Oxidschicht, die es korrosionsbeständig macht. Deshalb wird Aluminium oft blank eingesetzt und bedarf grundsätzlich keiner Oberflächenbehandlung. Möchte man die Korrosionsbeständigkeit sowie die mechanischen Eigenschaften verändern bzw. verbessern, kann das Material eloxiert werden. Beim Eloxal-Verfahren wird die Oxidationsschicht bewusst durch anodische Oxidation herbeigeführt. Zusätzlich ist durch dieses Verfahren eine spezifische Farbgebung möglich. Durch weitere Verfahren, z.B. Harteloxieren, kann das Material verschleissfester ausgelegt werden.   Unendlich recycelbar Nur wenige Materialien lassen sich so leicht recyceln wie Aluminium. Es erfordert nur 5 % der Energie, die zur Herstellung des ursprünglichen Primärmetalls benötigt wurde, um es zu recyceln. Tatsächlich sind 75 % des jemals produzierten Aluminiums immer noch in Gebrauch.