Forschungsprojekt "WerkPriMa"

 

Datenbasierte Werkzeugverfügbarkeit für die Serienproduktion durch Pedictive Maintenance


Zielsetzung des Projekts
Der Werkzeugbau stellt in einer Einzel- und Kleinserienfertigung Werkzeuge her, die zur Serienproduktion von Kunststoff- oder Metallteilen eingesetzt werden. Die Verfügbarkeit der hergestellten Werkzeuge besitzt für die industrielle Serienproduktion eine herausragende Bedeutung und bestimmt maßgeblich deren Produktivität. Um die Werkzeugverfügbarkeit zu steigern, intensiviert sich die Kollaboration zwischen den Werkzeugbaubetrieben, die das Werkzeug herstellen, und den Serienproduzenten, die das Werkzeug zur industriellen Serienproduktion einsetzen. Dennoch sind Ausfälle von Werkzeugen noch immer unvorhersehbar und verursachen plötzliche Produktionsausfälle und somit hohe Kosten. Aktuell existiert keine Lösung für eine vorausschauende und proaktive Wartung, sogenannte Predictive Maintenance, um Ausfälle der in der Produktion eingesetzten Werkzeuge rechtzeitig und effizient zu vermeiden.

Das Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojekts „WerkPriMa“ ist die Konzeption und Entwicklung eines datenbasierten Dienstleistungssystems zur Erhöhung der Werkzeugverfügbarkeit für die Serienproduktion. Dies und die daraus resultierende Erhöhung der Verfügbarkeit von Produktionsanlagen soll durch die Nutzung von Produktionsdaten und darauf aufbauenden Dienstleistungen einer vorausschauenden Bestimmung und Durchführung von Wartungsaufgaben (Predictive Maintenance) gewährleistet werden. Das Projekt ist erfolgreich im September 2017 gestartet mit einer Laufzeit von 2 Jahren.

Projektpartner
Die Mitglieder des Projektkonsortiums bestehen aus Serienproduzenten (BMW AG, Continental Automotive GmbH) und Werkzeugbaubetrieben (Krämer+Grebe GmbH & Co. KG Modellbau, Peter Sauer & Sohn KG) sowie IT-Spezialisten (i2solutions GmbH) und Wissenschaftlern (Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen).



Konzeptdarstellung
Aktuell erfolgt die Werkzeugreparatur und -wartung typischerweise reaktiv. Erst wenn ein Fehler oder ein Funktionsproblem an einem Werkzeug in der Serienproduktion auftritt, wird der Werkzeugbau durch einen Eilauftrag beauftragt, die Werkzeugreparatur bzw. -wartung vorzunehmen. Die betreffende Produktionsanlage der Serienproduktion fällt bei einem Fehler des auf ihr befindlichen Werkzeugs vollständig aus und nimmt in einigen Fällen sogar Schaden. Darüber hinaus werden häufig alle nachfolgenden Prozessschritte in einer Fließfertigung angehalten und es entsteht eine Kettenreaktion, die bis zum Stillstand der gesamten Produktion führen kann. Die Analyse und Begutachtung des defekten Werkzeugs wird von Werkzeugexperten vorgenommen. In Abhängigkeit der Schadensgröße wird das Werkzeug direkt vor Ort repariert oder gar demontiert und anschließend im Werkzeugbau repariert. Dadurch entstehen lange Stillstandzeiten der Produktionsanlagen, die hohe Kosten in der Produktion verursachen.

Die folgende Abbildung zeigt wie das Konzept der datenbasierten Werkzeugverfügbarkeit für die Serienproduktion durch Predictive Maintenance den bislang typischerweise reaktiven Prozess der Werkzeugwartung verbessern soll. Eine vorausschauende und proaktive Wartung soll den Werkzeugbau dazu befähigen, die in der Serienproduktion im Einsatz befindlichen Werkzeuge durch die Aufnahme von Prozessdaten echtzeitnah auf Abnutzung und potentielle Schäden hin zu analysieren. Auf diese Weise können Wartungen bedarfsgerecht und vorbeugend vorgenommen werden. Ebenfalls können mögliche Probleme im Prozess und am Werkzeug entdeckt werden, noch bevor sie zu einem ungeplanten Ausfall des Werkzeugs und damit der Produktionsanlage führen.


Konzept der datenbasierten Werkzeugverfügbarkeit für die Serienproduktion durch Predictive Maintenance

Für die Entwicklung des beschriebenen datenbasierten Dienstleistungssystems durch Predictive Maintenance sind die Schritte der Datenerzeugung, der Datenaufnahme, der Datenverarbeitung und der Vorhersage über den gesamten Produktlebenszyklus eines Werkzeugs entscheidend. In der Serienproduktion müssen durch entsprechende Sensoriksysteme am Werkzeug und an der Produktionsanlage relevante Prozessdaten aufgenommen werden. Hierzu müssen Sensoriksysteme an den betreffenden Werkzeugen installiert sowie zusammen mit den bereits meist vorhandenen Sensoren der Produktionsanlagen ausgelesen werden. Die so aufgenommenen Daten sollen dann echtzeitnah an eine durch den Werkzeugbau betriebene Cloud gesendet werden. In dieser Cloud werden die Daten durch definierte Ursache-Wirkungs-Beziehungen analysiert und zu sog. „Smart Data“ verarbeitet, die aussagekräftig über den Zustand des Werkzeugs sind. Mithilfe der Smart Data lassen sich dann Vorhersagen über das zukünftige Verhalten des Werkzeugs ableiten. So können Verschleiß und ein optimaler Wartungszeitpunkt berechnet, Vorschläge zur Korrektur der Fertigungsprozessparameter abgeleitet und - falls nicht mehr vermeidbar - ein Ausfall im Voraus angekündigt werden. Auf diese Prognosen kann der Werkzeugbau entsprechend reagieren, indem er Wartungen plant sowie Fernwartungen und Prozesskorrekturen vorschlägt.

Förderer
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Forschungsprogramm „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen" gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.



 

Haben Sie Fragen zu diesem Projekt?

Ansprechpartner(in):
Max Busch, M.Sc.
 
Cluster Produktionstechnik 3B 552
Tel.: +49 241 80-28197
Fax: +49 241 80-22293
Mail: M.Busch@wzl.rwth-aachen.de