Digitalisierung im Fokus

CNC4you

Sie fragen, wir antworten

Welche Auswirkungen hat die Digitalisierung für die Arbeitsvorbereitung, für Maschinenbediener, für Ausbilder? Die heutige Fertigung profitiert von der technologischen Revolution, die in Form erster NC-Maschinen in den 1960er-Jahren auf den Markt kamen. Der Siegeszug der CNCs löste anfangs heftige Emotionen und Diskussionen aus. Ähnlich, wie es heute die Themen Digitalisierung und Industrie 4.0 tun. Welche Fragen haben Sie zur digitalen Zukunft in Ihrem Arbeitsumfeld? 

Schreiben Sie uns, was Sie zur Digitalisierung wissen möchten. In Recherchen und Gespräche mit Experten suchen wir nach Antworten für Sie.

Ihre Frage an uns ...

Neues Thema: 5G-Netze und digitalisierte Fertigung

Die einfache und performante Vernetzung von Fertigungskomponenten - untereinander und mit der IT-Welt - ist  Voraussetzung für die digitalisierte Fertigung. Der Mobilfunkstandard 5G erweitert die Möglichkeiten dieser Vernetzung entscheidend.   

 

Ihre Fragen, unsere Antworten:

Alle reden über 5G. Was macht diese Technologie eigentlich so bedeutend für die Digitalisierung der Fertigung?

Nach UMTS (3G) und LTE (4G) treiben Staaten und Wirtschaft jetzt den Ausbau des neuen 5G Netzes massiv voran. Waren 3G/4G stark auf mobile Telefonie und den Internet-Zugang von Anwendern über mobile Endgeräte ausgerichtet, so reicht 5G deutlich weiter – bis in die Fertigungen hinein. Mit bis zu zehnmal schnelleren Reaktionszeiten und zwanzigmal höheren Datenraten lassen sich weltweit Milliarden von Geräten zuverlässig vernetzen, um der Industrie 4.0 die notwendige Schubkraft zu geben.

 

Nach einer IDC-Prognose werden in diesem Jahr weltweit rund zwei Milliarden mit dem Internet vernetzte Smartphones im Umlauf sein. Dazu kommen aber nochmals mehr als 50 Milliarden vernetzte Geräte, Maschinen, Roboter oder Fahrzeuge - ein großer Teil davon in der Produktion. Und in diesem Bereich steigt die Zahl der vernetzten Geräte deutlich rasanter als bei Mobiltelefonen, bei denen in vielen Märkte bereits Sättigungsgrenzen sichtbar sind. 

 

Für Industrie 4.0 und digitalisierte Fertigungen muss vernetzte Kommunikation vielfach in Echtzeit gewährleistet sein. Mit theoretisch möglichen Reaktionszeiten von unter einer Millisekunde und Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde macht der Mobilfunkstandard 5G dies möglich. Darüber hinaus verlangen Sensoren in immer kleineren und zunehmend mobilen, nicht verkabelten Einheiten nach einem sparsamen Umgang mit Energie für die Datenübertragung – auch dies unterstützt 5G erheblich besser als die Vorgängertechnologien. 

 

Deutlich mehr Geschwindigkeit und Flexibilität

Grundvoraussetzung für die schnellere Datenübertragung sind deutlich erweiterte Frequenzbereiche – beim 5G-Standard ist die Bandbreite mehr als zehnmal so hoch wie im bisherigen 4G (LTE). Erreicht wird dies unter anderem durch die neuartige Technik MMIMO (Massive Multiple Input Multiple Output), die für Antennen kompakte Bauformen und einen hohen Bündelungsgewinn ermöglicht. 

 

Über 5G lassen sich die Netze zudem deutlich flexibler, entsprechend dem individuellen Bedarf für Kapazität, Datenraten oder Zuverlässigkeit gestalten: Das sogenannte Networkslicing macht es möglich, das Funknetz bzw. dessen physikalische Netzinfrastruktur in unterschiedliche virtuelle Netze für unterschiedliche Bedürfnisse aufzuteilen. So können Daten über jeweils eigene virtuelle Mobilfunknetze übertragen werden, die speziell für die jeweiligen Anforderungen optimiert sind. Auf diese Weise stören sich Datenströme nicht untereinander

 

Flexibilität und Zukunftssicherheit

Datenübertragungen von Sensoren, zeitkritische Steuerungsaufgaben in der Robotik oder komplexe Entwicklungsaufgaben mit Hilfe von KI und Machine Learning per Edge Computing etc. – all dies läuft zusammen mit klassischer Sprachtelefonie parallel unter 5G. Während Weiterentwicklungen beispielsweise bei WLAN in der Regel mit aufwendigen Hardware- und Systemänderungen einhergehen, wird dies bei 5G über Software-Updates der bestehenden Infrastruktur verfügbar gemacht.

 

Unser Tipp:

Wer technisch noch tiefer in die 5G Technik als Basis für die digitalisierte Fertigung einsteigen will, findet bei der 5G ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation), einer Arbeitsgruppe des ZVEI, viele interessante Informationen. 

 

Link-Tipp: www.5g-acia.org/publications

CNC-Maschinen werden verstärkt in digitale Workflows eingebunden, verstärkt kommen Roboter zum Einsatz. Gleichzeitig klagt die Wirtschaft in diesem Bereich über einen wachsenden Fachkräftemangel. Wie passt das zusammen?

Es klingt seltsam – aber dies sind zwei Seiten einer Medaille. Aktuell gibt es in den meisten Regionen der Welt keinen ausgeprägten konjunkturellen Facharbeitermangel – Ausnahme sind vielleicht die seit vielen Jahren boomenden Märkte wie in Deutschland, Zentraleuropa oder China, in denen Unternehmen tatsächlich händeringend Fachpersonal im Bereich CNC suchen. 

 

ABER: Es gibt ähnlich wie bei der Einführung der CNC-Technologie in den 1970er-Jahren einen strukturellen Fachkräftemangel. Unternehmen, die sich für die digitalisierte Fertigung der Zukunft fit machen wollen, suchen verstärkt Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die sich neben ihren Erfahrungen mit CNC-Steuerungen auch mit modernen Kommunikationstechniken, digitalen Workflows, Robotik und allgemein papierloser Fertigung auskennen. Und dieses Mitarbeiterprofil finden die Unternehmen aktuell wenig. Gerade in Ländern mit weniger gut ausgestalteten Ausbildungssystemen und viel „Training-on-the-job“ fehlt es den Mitarbeitenden an Skills und Kompetenzen, um eine schnelle Digitalisierung unterstützen. Ein wahrer Teufelskreis: Es fehlen die Mitarbeitenden, die sich mit modernen Maschinen und digitalen Maschinen auskennen. Aber genau das bremst die Digitalisierung und den Einsatz moderner Maschinen und damit wieder das Erlernen der für eine digitalisierte Fertigung erforderlichen Skills und Kompetenzen.

Auch die renommierten dualen Ausbildungssysteme in Deutschland und Europa stoßen an Grenzen, weil die Universitäten und Berufsschulen mit der Dynamik der Digitalisierung vielfach nicht mitkommen. Berufsbilder werden noch zu traditionell vermittelt, oft fehlen neue Maschinen und moderne Prozesse in den Schulen und Ausbildungswerkstätten.

 

Doch selbst eine komplett modernisierte Ausbildung wird den Bedarf an Fachpersonal nicht decken können – schon weil es den Neuausgebildeten an praktischen Erfahrungen mit Materialien, Maschinen, Prozessen und Teams fehlt. Es braucht eben beides: die Kompetenz im Umgang mit neuen, digitalen Techniken und die praktische CNC-Erfahrung. Um diese Lücken zu schließen, müssen Unternehmen in aller Welt ihre bestehenden CNC-Fachleute in deutlich größerem Umfang und mit Schwerpunkt auf das Thema Digitalisierung fortbilden. Eine Voraussetzung hierfür ist der intensive Dialog und die kontinuierliche Fortbildung von Ausbildern und Trainern.

Unser Tipp:

Fragen Sie als erfahrener CNC-Techniker im Unternehmen nach Fortbildungsmöglichkeiten im Bereich neuer, digitaler Techniken. Erwerben oder vertiefen Sie Ihre Kenntnisse im Umgang mit CAD/CAM-Programmen, Workflows, Robotik, Netzwerken, Cloud-Anwendungen und mobilen Endgeräten. Damit können Sie die Digitalisierung im Unternehmen unterstützen und damit zu einer noch wertvolleren Fachkraft werden.

„Wie verändert die Digitalisierung die Arbeitszeitmodelle in der CNC-Fertigung?“

Die vierte industrielle Revolution führt zu einer umfassenden Vernetzung von Maschinen. Der Mensch steht beim Zusammenspiel der Maschinen im Mittelpunkt, führt sie intuitiv im Arbeitsprozess oder verbessert Abläufe durch die eigene Berufserfahrung. Aktuelle Studien zeigen, dass die digitale Transformation in deutschen Unternehmen in unterschiedlicher Geschwindigkeit und Tiefe voranschreitet. Viele Facharbeiter befürchten, dass nur Mehrbelastung und Flexibilisierung die Folgen sind. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die neue Arbeitswelt auch ein breites Spektrum von arbeiternehmerfreundlichen Lösungen bereithalten wird.

 

Denkbar ist zum Beispiel eine Weiterentwicklung der vor einigen Jahren eingeführten Arbeitszeitkonten. Hierbei organisieren sich die Mitarbeiter zum größten Teil eigenverantwortlich je nach Auftragslage und Lieferterminen, starre Schichtpläne gibt es nicht. Auf diese Weise werden nicht nur Beruf und Familie besser miteinander vereinbart, es entsteht auch mehr Freiheit am Arbeitsplatz: Mit einer durchgängig virtualisierten und hochautomatisierten Produktionsstätte lassen sich Auftragsspitzen bereits im Vorfeld besser planen und abfangen. Im Bereich des Jobsharing, bei dem sich mehrere Kollegen einen Arbeitsplatz teilen, könnte durch die Digitalisierung eine noch bessere Planbarkeit von wechselnden Tages- und Halbwocheneinheiten möglich werden. Die Arbeitszeitmodelle in der CNC-Fertigung werden durch die Digitalisierung voraussichtlich insgesamt flexibler und agiler werden – zum Vorteil für beide Seiten: Unternehmen wie Mitarbeiter.

Unser Tipp:

Arbeitszeitlösungen sind so individuell wie die jeweiligen Unternehmen, in denen sie eingesetzt werden. Informieren Sie sich, welche Angebote Ihre Firma den Mitarbeitern für das Arbeiten 4.0 schon macht, und sprechen Sie mit Ihren Vorgesetzten über eventuelle künftige Entwicklungen im Bereich der Arbeitszeitmodelle. Wer die Chancen auf Flexibilisierung mitgestalten will, sollte sich zudem für die neuen Maschinen und Arbeitsprozesse schulen lassen und sich so für sein Unternehmen besonders wertvoll machen.

 

„Wie wird sich die Werkstattprogrammierung verändern? Braucht es sie mit Blick auf die CAD/CAM-Technologie überhaupt noch?“

Seit Jahren werden neben der klassischen Werkstattprogrammierung verstärkt CAD/CAM-Technologien eingesetzt. Die Vorteile liegen auf der Hand: Weil der G-Code bereits in der Arbeitsvorbereitung erstellt wird, verringern sich Stillstandszeiten und die Maschinen arbeiten produktiver. Auch sind Fehler bei der Übertragung einer Zeichnung ausgeschlossen, weil die CAM-Software die Daten direkt aus der CAD-Software übernimmt. Viele Branchen und Hersteller werden dieses Potenzial in Zukunft verstärkt nutzen. Dennoch bleiben die Werkstattprogrammierung und das dafür erforderliche Know-how der Maschinenbediener wichtig. Zum einen weil die Systeme nur bedingt in der Lage sind, auf Sonderfälle wie besonderes Maschinen- und Materialverhalten, unvorhergesehene dynamische Effekte u. ä. zu reagieren. Optimale Einstellungen beim Start und schnelle Korrekturen während des Betriebs erfordern Bediener mit fundiertem Fachwissen und viel Erfahrung bezüglich Produktion und Maschinen. Zum anderen weil die Prozesskette über die CAD/CAM-Technologie bis zur Maschine kapitalintensiv ist. In vielen Anwendungen, insbesondere bei kleinen Stückzahlen und Bauteilen mit geringer bis mittlerer Komplexität, wird sich diese Kette nicht rechnen. Die Werkstattprogrammierung wird hier die effizientere Lösung bleiben.

Unser Tipp:

Langjährige Erfahrung und umfassendes Know-how sind ein unschätzbares Gut bei der Arbeit an CNC-Maschinen. Setzen Sie auf Ihre vorhandenen Kenntnisse und bauen Sie diese kontinuierlich aus. Verbreitern Sie Ihr Wissen, beispielsweise in Richtung Arbeitsvorbereitung. Neue Berufsbilder wie das des Produktionstechnologen oder die Fortbildung zum geprüften Prozessmanager Produktionstechnologie werden die starren Grenzen zwischen Planern und Bedienern auflösen und bieten erfahrenen CNC-Fachleuten neue Betätigungsfelder.

 

„Wie werden sich additive Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck auf spanende Verfahren und die Arbeit an Werkzeugmaschinen auswirken?“

Additive Manufacturing wird künftig verstärkt und in vielen Bereichen eingesetzt – auch als Ersatz und im Wettbewerb zu spanenden Verfahren oder zum Spritzguss. Vor wenigen Jahren beschränkten sich die wirtschaftlich und technisch machbaren Anwendungen noch auf Materialien wie Kunststoffe, aus denen Werkstücke in begrenzter Größe einzeln oder in Kleinserien gefertigt wurden. Heutzutage sind verschiedenste Kunststoffe, Metalle oder Keramiken für das Additive Manufacturing verwendbar.

 

Individualisierte Massenfertigung, funktionales Design, höhere Energie- und Ressourceneffizienz 

sowie kürzere Innovationszyklen – in der Industrie werden die Vorteile der additiven Fertigung immer wichtiger. Ob Pulver-Bett-Schmelzen, Pulverauftragsschweißen, Materialextrusion oder Jetting, bei allen Verfahren werden Werkstücke auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten schichtweise aufgebaut. So ist es möglich, höchst komplexe Strukturen herzustellen, die extrem leicht und stabil sind und sogar individualisiert in Losgröße 1 wirtschaftlich gefertigt werden. Die ersten 3D-Druck-Lösungen kamen von Pionierunternehmen, die eher Bezug zu klassischen Druckverfahren als zu 

Werkzeugmaschinen hatten. Allerdings waren dies meist Lösungen für Anwendungen mit kleinen Werkstückgrößen (Medizintechnik, Ersatzteile/kleine Komponenten etc.). Inzwischen gibt es Prototypen von Werkzeugmaschinen, die über spezielle Druckköpfe als Werkzeug verfügen und so mit verschiedensten Materialien „drucken“ können. Die wichtigsten Vorteile sind die Präzision und Stabilität der Maschinen, die Größe der Bearbeitungsräume bzw. die Länge der Verfahrstrecken, ihre Flexibilität (3-Achs/5-Achs) und Geschwindigkeit sowie die Tatsache, dass die CNC-Programmierung hier Teil einer alltäglichen Prozesskette ist. Die Abwandlung von Zyklen für den Einsatz in additiven Verfahren erscheint relativ einfach und naheliegend.

 

Viele mit additiven Verfahren hergestellte Werkstücke erfordern außerdem eine spanende Nachbearbeitung, etwa in Form einer Oberflächenbearbeitung oder durch das Einbringen von Bohrungen. Für viele Dienstleister und Zulieferer liegt es daher nahe, ihren Kunden Komplettlösungen anzubieten, die sowohl additive als auch zerspanende Bearbeitungsprozesse beinhalten.

 

Unser Tipp:

Nutzen Sie Ihre Kenntnisse aus den Bereichen CNC-Programmierung, Materialien und wirtschaftlicher Bearbeitung, qualifizieren Sie sich zusätzlich auf dem Gebiet additiver Fertigungsverfahren und informieren Sie sich über das Verhalten der für das Additive Manufacturing geeigneten, neuen Materialien und Werkstoffe. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird der 3D-Druckkopf ein weiteres Maschinenwerkzeug für Ihre Fräs- und Drehzentren oder Sie werden neben den Fräs- und Drehzentren in der Produktion auch CNC-gesteuerte Maschinen für das Additive Manufacturing bedienen und die verschiedenen Technologien in Herstellungsprozessen kombinieren.

 

„Die Produktion muss immer schneller laufen, gleichzeitig werden Software und Maschinen immer komplexer. Wie verändert die Digitalisierung den Wissens- und Kompetenzerwerb für Mitarbeiter in der Produktion?“

Die dynamische Entwicklung der Digitalisierung in der Fertigung erfordert ein lebenslanges Lernen. Will man als CNC-Fachkraft erfolgreich im Beruf bestehen, muss das in der Ausbildung erworbene Wissen immer wieder erweitert werden. Die Lehrpläne müssen kritisch daraufhin überprüft werden, ob sie den Anforderungen der vernetzten Fertigung noch genügen. Im Lauf einer dreijährigen Berufsausbildung entwickelt sich unter Umständen die Technik so schnell, dass der gültige Lehrplan schon veraltet ist. Industrie und Verbände bieten bereits heute Zusatzqualifikationen parallel zur Ausbildung an. Klassische Berufsbilder werden sich nach und nach auflösen, beispielsweise erfordern moderne CNC-Bearbeitungszentren bereits Kompetenzen sowohl im Drehen als auch im Fräsen – und demnächst wohl auch im 3D-Druck.

 

Der Bedarf an Fortbildung wird durch die Digitalisierung dramatisch zunehmen. Prozesse werden sich verändern, neue Tools und Software müssen beherrscht werden. Nur mit der klassischen Präsenzausbildung, bei der Trainer und Trainierende zu festen Zeiten in einem Raum lehren und lernen, wird sich das weder zeitlich noch zu vertretbaren Kosten organisieren lassen. Mitarbeiter erwerben Wissen zukünftig immer mehr über Webinare, Foren, Tutorials, Kollegen-Netzwerke, Wissensdatenbanken und Online-Suchen.

 

Um Probleme bei der CNC-Bearbeitung schneller lösen zu können, werden zunehmend On-the-Job-Recherchen per Internet genutzt. User Foren sowie die einschlägigen Hersteller von Maschinen, Werkzeugen und Steuerungen bieten dazu Materialien in Form von PDFs, Texten, Grafiken und Videos an.

 

Unser Tipp:

Machen Sie sich mit den umfangreichen Recherche- und Hilfemöglichkeiten im Internet vertraut – auch um vertrauenswürdige und seriöse Hilfsangebote von werblichen, unseriösen oder falschen Angeboten unterscheiden zu lernen. Insbesondere Branchenforen, also Internetportale, in denen sich Kollegen zu allen berufsrelevanten Themen vernetzen, bieten viele Möglichkeiten, um Wissen außerhalb traditioneller Formen zu erwerben. Nicht zuletzt können Sie Ihre Erfahrung mit Online-Recherchen auch privat gut nutzen.

 

„Im Umfeld von Werkzeugmaschinen werden verstärkt Roboter eingesetzt – für das Be- und Entladen, optische Inspektion oder auch für spezielle Nachbearbeitungsschritte. Wird das meine Arbeit an der Maschine verändern?“

Automatisierung steigert die Effizienz und so werden die Möglichkeiten moderner, flexibler Roboter verstärkt in der Produktion genutzt. Auch im Umfeld von Werkzeugmaschinen werden Roboter künftig viele Aufgaben übernehmen – vom einfachen Handling bis zu komplexeren Aufgaben innerhalb der Prozesskette.

 

Doch auch im Bereich Robotik verändert die Digitalisierung vieles. Wurden Roboter früher für bestimmte Aufgaben in der Großserie konzipiert und mussten von Spezialisten aufwändig programmiert werden, so kommen heute in vielen Bereichen immer flexiblere, universellere und zunehmend mobile Roboter zum Einsatz. Sie können ihre Werkzeuge/Greifer tauschen und unterschiedliche Tätigkeiten an wechselnden Arbeitsplätzen aufnehmen. Die Idee dahinter: In vielen Bereichen sinken die Losgrößen, die Arbeitsschritte müssen ständig abgewandelt werden. Statt aufwändig programmiert zu werden, können diese Roboter große Teile ihrer Programme über klassisches „Teaching“ erlernen – d.h. ein Mitarbeiter bewegt den Roboter einfach so, wie er es später tun soll und „lehrt“ so die im Prozess erforderlichen Bewegungen und Aktionen. Diese groben Bewegungsmuster werden dann in der weiteren Programmierung nur noch präzisiert und optimiert. So können Roboter flexibler eingesetzt werden und dank moderner Sensorik auch außerhalb von „Käfigen“, unmittelbar neben dem menschlichen Kollegen (Collaborative Robotik) arbeiten.

 

Ein weiterer Trend: Um an Werkzeugmaschinen maximal effizient und genau eingesetzt werden zu können, müssen Roboter und Werkzeugmaschinen synchronisiert werden. Statt über spezielle Robotikprogramme lassen sich Roboter daher in vielen Fällen auch über die CNC-Steuerung der Maschine programmieren. Ein Beispiel sind etwa die Sinumerik Run MyRobot-Funktionen, mit denen sich Roboter z.B. von KUKA oder COMAU über Sinumerik-CNCs steuern lassen.

Unser Tipp:

Als CNC-Experte haben Sie gelernt, in Werkzeugmaschinen komplexe Abfolgen von Prozessschritten über mehrdimensionale Achsbewegungen zu programmieren. Die Programmierung von modernen Robotern erfordert ähnlich Kompetenzen. Im unmittelbaren Einsatzbereich an der Werkzeugmaschinen lassen sich Roboter zudem über CNC-Steuerungen programmieren. Vielleicht ein neues Arbeitsfeld für CNC-Experten?

 

Feedback

Haben Sie Fragen oder einen Themenvorschlag?

Schreiben Sie uns!

Verwandte Themen