Der Digital Turn im Werkzeugmaschinenmarkt     

Was das konkret bedeutet, erzählen uns im Interview zwei, die die digitale Transformation der Werkzeugmaschine als Pioniere mitgestalten: Dr. Wieland Klein, CTO des Werkzeugmaschinenherstellers und SINUMERIK ONE-Pilotkunden Heinrich Georg in Kreuztal, und Dr. Wolfgang Heuring, CEO von Siemens Motion Control. Mit SINUMERIK ONE bringt Siemens die erste „digital native CNC“ auf den Markt, also eine volldigitale Werkzeugmaschinensteuerung.

Herr Dr. Klein, was sind für Sie aktuell die größten Herausforderungen bei der Entwicklung von Werkzeugmaschinen?

Klein: Speziell für die Firma Georg liegen die Herausforderungen bei der Entwicklung von großen Schleifmaschinen und Fahrständer-Fräsmaschinen darin, die Produktivität und die Verfügbarkeit immer mehr zu steigern. Das ist teilweise nicht mehr durch die Optimierung bestehender Konzepte möglich. Daher brauchen wir neue Maschinen-Konzepte, die bei Stückzahl 1 direkt zuverlässig funktionieren und möglichst schnell realisiert werden. Das Investment liegt im 7-stelligen Bereich, da ist es nicht möglich, Versuchsmaschinen zu bauen. Das unterschiedet uns als Konstrukteur von großen, individuell zugeschnittenen Maschinen-Lösungen vom Hersteller von Serienmaschinen. Wir haben nicht die Möglichkeit, Produkte nachträglich umzubauen oder Versuchsmaschinen zu bauen. Die erste Maschine wird verkauft!

Haben sich die Anforderungen an Werkzeugmaschinen in den letzten Jahren stark verändert?

Klein: Auf jeden Fall! Die erforderlichen Genauigkeiten sind dramatisch gestiegen und, je nach Maschinen-Typ und Region, auch die Anforderungen an die Qualifikation der Bediener. Die Genauigkeit im Großdrehmaschinen-Bereich, mit Werkstückgewichten von mehreren 100 Tonnen und Abmessungen von mehreren Metern, liegt im Durchmesser im einstelligen Mikrometer-Bereich.

Herr Dr. Heuring, die Digitalisierung macht auch vor der Werkzeugmaschine nicht halt. Wo sehen Sie hier das größte Entwicklungspotential?

Heuring: Das größte Entwicklungspotential sehe ich im virtuellen Abbild einer Maschine, vom Designprozess über das Engineering bis hin zur Inbetriebnahme. Mit diesem ‚Digitalen Zwilling’ können sie eine Maschine virtuell „engineeren“ und in der digitalen Welt inbetriebnehmen, was die spätere reale Inbetriebnahme deutlich vereinfacht und beschleunigt. Denn das virtuelle Abbild und die reale Maschine sind identisch. Die Maschinenbauer werden so in die Lage versetzt, vorab in der virtuellen Welt zu testen und zu optimieren, bevor sie überhaupt reale Prototypen bauen und in Betrieb nehmen. Der digitale Zwilling wird zur Führungsgröße für reales Handeln.

Klein: Wir nutzen vor allem die virtuelle Inbetriebnahme unserer Maschinen im Digitalen Zwilling.

Zudem ist es jetzt möglich, digitale Prototypen zu entwickeln. Wir sind begeistert von der Einfachheit, mit der ein solch komplexes Thema mit der Siemens-Software beherrscht werden kann. Da hätten wir mit wesentlich mehr Aufwand gerechnet. Die Parallelisierung der Entwicklungsprozesse und der Prozesse der Inbetriebnahme spart viel Zeit. Die Optimierung der Maschine beginnt nun schon vor Inbetriebnahme im Digitalen Zwilling. Wir versprechen uns eine höhere Verfügbarkeit unserer Maschinen durch vorausschauende Instandhaltung, schnellere Hochlaufkurven und gesteigerte Servicefreundlichkeit. Zudem setzt die Digitalisierung setzt eine Entwicklung hin zur intelligenten Werkzeugmaschine in Gang.

Siemens bezeichnet SINUMERIK ONE gern als den ersten ‚Digital Native‘ in der Steuerungstechnik. Was bedeutet das, Herr Dr. Heuring?

Heuring: ‚Digital Native’ heißt in diesem Zusammenhang, dass die CNC-Steuerung komplett in der digitalen Welt entwickelt wurde. Bei SINUMERIK ONE ist der digitale Zwilling integrierter Bestandteil der CNC-Steuerung, virtuelle und reale Steuerung verschmelzen und ergänzen sich.  Genauso entwickeln und testen Maschinenhersteller ihre Maschinen mit dem digitalen Zwilling der SINUMERIK im Virtuellen, lange bevor die reale Maschine gebaut wird. Und der Maschinenbetreiber nutzt den digitalen Zwilling der Bearbeitung, um beispielsweise den Bearbeitungsprozess im Virtuellen vorzubereiten und zu simulieren, um so eine deutlich höhere Prozesssicherheit in der späteren realen Bearbeitung zu erreichen.

Klein: Wir interpretieren ‚Digital Native’ so, dass die Steuerung von Geburt an digital ausgerichtet ist und nicht nachträglich aufgesetzt. Auch bei der Vorgängerversion SINUMERIK 840D sl haben wir uns schon gemeinsam mit Siemens mit Digitalisierungsthemen wie Simulation beschäftigt. Bei uns geht es um große Maschinen mit teilweise mehr als 20 NC-gesteuerten Achsen. Erst die SINUMERIK ONE ermöglicht es uns, diese Komplexität von Maschinenparametern adäquat im Virtuellen abzubilden. Erst jetzt können wir die digitalen Möglichkeiten für Werkzeugmaschinen richtig ausschöpfen. 

Inwiefern stehen wir mit digitaler Steuerungstechnik wie der SINUMERIK ONE vor einem Paradigmenwechsel oder ‚Digital Turn’ im Werkzeugmaschinenbau? Was ist das grundlegend Neue über die angesprochenen Produktivitätssteigerungen hinaus?

Klein: Neben der Parallelisierung von Entwicklungs- und Anwendungsprozessen durch virtuelle Inbetriebnahme im Digital Twin sehe ich in der datenbasierten Vernetzung das größte Potential für unsere Kunden und die Kunden unserer Kunden. Hier betreten wir wirklich Neuland. Durch die Digitalisierung bekommen Maschinen ein Gedächtnis. Verarbeitende Betriebe, z.B. Walzwerke, können nun bei der Bearbeitung von Blechen auf die Daten aus vorherigen Maschinennutzungen zurückgreifen um Prozesse so besser zu optimieren und zu beschleunigen. Für uns ist das grundlegend Neue, dass wir uns mit den digitalen Möglichkeiten vom klassischen Maschinenbauer immer mehr zu einem intelligenten Prozessoptimierer hin entwickeln. 

Als ‚Digital Native‘ schlägt SINUMERIK ONE für Werkzeugmaschinen eine Brücke zum ‚Internet der Dinge’. Wo sehen Sie dabei den größten Nutzen?

Klein: In den großen Werken ist es zum Teil ja schon Stand der Dinge, dass die Maschinen vernetzt und angeschlossen an übergeordnete Produktionsleitsysteme sind. Das ging auch schon früher. Durch die neuen digitalen Möglichkeiten wird die Vernetzung engmaschiger, schneller und mit der Nutzung von 5G in Zukunft drahtlos funktionieren. Durch die Vernetzung und den Datenaustausch der Maschinen untereinander rechnen wir mit einer besseren Planbarkeit hinsichtlich Ausfällen und erforderlichen Serviceeinsätzen, aber auch hinsichtlich Fertigungszeiten. Wir möchten für unsere Kunden Erfahrungen aus dem Maschinenbetrieb in Form von Daten sammeln und diese durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz analysieren und zur Optimierung zukünftiger Maschinen und Betriebsprozesse verwenden.

Heuring: SINUMERIK ONE ist bestens vorbereitet auf die Anforderungen der smarten Fertigung und bietet Schnittstellen zur Anbindung an Cloud- und Edge-Infrastrukturen. Hochfrequente Maschinendaten können mit Edge-Computing-Lösungen lokal analysiert und verarbeitet werden. Über die Anbindung an Edge-Computing kann jetzt noch präziser in laufende Bearbeitungsprozesse geschaut werden. So wirkt SINUMERIK ONE wie eine digitale Lupe.        

Welche Möglichkeiten bietet die Digitalisierung für Maschinenanwender? Wie wird sich die industrielle Produktion in den kommenden Jahren durch digitale Produkte wie SINUMERIK ONE verändern?

Klein: Unseren Kunden bietet der Digitale Zwilling erstmalig die Möglichkeit, im Großwerkzeugmaschinenbereich risikolose Schulungen durchzuführen. Ähnlich wie bei einem Flug-Simulator kann im Digitalen Zwilling der Maschine nun der Betrieb geprobt werden, ohne dass ein Fehler zu kostspieligen Schäden führt oder eine reale Maschine für die Dauer der Schulung wertvolle produktive Zeit verliert.

Durch intelligente Assistenzsysteme kann zudem der Maschinenbetrieb auch da gewährleistet werden, wo kein oder nicht genügend gut ausgebildetes Fachpersonal zur Verfügung steht. Die Maschine lernt hier, für den Bediener mitzudenken.

Den Hauptmehrwert für unsere Kunden sehe ich in der höheren Verfügbarkeit unserer Maschinen durch planbare Wartung (Predictive Maintenance) und in der Steigerung der Produktivität. Für unsere Walzenschleifmaschinen haben wir mit der SINUMERIK ONE durch maschinelles Lernen da schon eine Steigerung im zweistelligen Prozentbereich erreichen können.

Erschließen sich durch die Einführung von SINUMERIK ONE für Sie neue Geschäftsfelder?

Klein: Ja, mit SINUMERIK ONE erschließen sich für uns neue Geschäftsfelder. Das betrifft die angesprochene Entwicklung vom reinen Maschinenbauer zum intelligenten Prozessoptimierer. Mit dem neugewonnen Datenschatz aus den Simulationen und dem realen Maschinenbetrieb können wir unsere Kunden viel umfassender durch den ganzen Lebenszyklus von Maschinen hindurch mit datenbasierten Optimierungsangeboten begleiten.

Heuring: Unsere Kunden, die Maschinenbauer, werden sich in den nächsten Jahren weiter von reinen Hardware-Verkäufern hin zu Firmen, die auch Software verkaufen, entwickeln. Das gilt auch für Siemens: zusätzlich zu unserem umfassenden Portfolio an Hard- und Software für die Automatisierung werden wir unseren Kunden zukünftig ein immer breiteres Angebot an IoT-Technologien und -Applikationen anbieten. Und es wird ganz neue Servicemodelle geben. Das ist ein wichtiger Zukunftsmarkt, sowohl für uns als Technologielieferant als auch für Maschinenbauer. Siemens bringt sein ganzes digitales Portfolio in die Ausarbeitung solcher neuen Geschäftsmodelle ein: Von der Product-Lifecycle-Management Software über die Schnittstelle zum TIA-Portal, die Cloud-Anbindung an die IoT-Plattform MindSphere bis hin zur lokalen Verarbeitung von hochfrequenten Maschinendaten in Edge-basierten KI-Applikationen. Für Siemens bedeutet es, dass wir unseren Kunden zukünftig mit neuen und maßgeschneiderten digitalen Services von Consulting bis hin zur Implementierung zur Seite stehen.

Mit diesem digitalen Gesamtportfolio können wir das Eco-System von Maschinenbauer, Maschinenausrüster und Software-Entwickler im digitalen Zeitalter der Werkzeugmaschine holistisch abdecken und gemeinsam mit den Maschinenherstellern die Maschinenbetreiber dabei unterstützen, ihre Fertigungsprozesse zu digitalisieren, zu optimieren und damit ihre Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.