Harte Nüsse knacken

Der digitale Schatten

24. September 2019 Innovativen Technologien im Bereich der Werkzeugmaschinen

Auf dem Weg zur echten Industrie 4.0: Der Exzellenzcluster „Internet der Produktion“ will nichts weniger als den Produktionsprozess mittels Werkzeugmaschinen revolutionieren. Um dieses Ziel zu erreichen, sind am Aachener Standort insgesamt 30 Forschungsinstitute eingebunden. Die Revolution verspricht der so genannte "digitale Schatten".

Auf dem Weg zur echten Industrie 4.0: Der Exzellenzcluster

„Mit Künstlicher Intelligenz und neuartigen Algorithmen könnten wir unser Gebiet revolutionieren“,  glaubt auch Christian Brecher von der RWTH Aachen. Brechers Gebiet sind die innovativen Technologien im Bereich der Werkzeugmaschinen. Die Revolution verspricht der sogenannte digitale Schatten, der den gesamten Herstellungsprozess von der Entwicklung bis zur Fertigung – und eigentlich auch noch darüber hinaus – begleiten soll.

Es geht um Maschinen, die mittels der Auswertung von Sensordaten und anderen oft schon vorhandenen, aber zu diesem Zweck noch nicht auswertbaren Informationen möglichst autonom optimale Bedingungen schaffen sollen, um in Echtzeit mit besseren Alternativen auf neue Aspekte zu reagieren – und die eigenständig kommunizieren, wann zum Beispiel ein verschlissenes Teil ausgetauscht werden muss. „Wir können ja schon heute Informationen im Millisekundentakt aus unseren Maschinen auslesen“, führt Brecher aus. „Aber es gibt noch keine Modelle, die diese  ungeheuren Datenmengen derart abstrahieren, dass sie nutzbar werden.“

Maschine soll lernen und ihr Wissen in den Dienst der Forschung stellen

Das Bild für die Summe dieser Modelle, die der neue Cluster „Internet der Produktion“ entwickeln und im Idealfall bis zur Anwendung bringen will, ist der digitale Schatten. Er heftet sich – bildlich gesprochen – während der gesamten Produktions- und Lebensdauer an die Maschine als vernetztes Teil der kompletten Produktionsstraße an. Der Schatten greift permanent vorhandene Daten ab, filtert sie nach erforderlichen Kriterien, analysiert sie mithilfe der hinterlegten Software hinsichtlich der gewünschten Zwecke und sorgt so dafür, dass Geschwindigkeiten oder Frästiefen selbst bei sich ändernden Faktoren wie Materialschwankungen stimmen. Im Idealfall sorgt der digitale Schatten aber auch dafür, dass die Maschine lernt – und das Erlernte dann wieder im Dienst der Forschung zur Verfügung stellt. „Als Vision könnte man sich vorstellen“, sagt Brecher, „dass weltweit die Produktion wie ein Forschungslabor wird.“

Letztlich soll das, was das „Internet der Produktion“ entwickelt, aber nicht nur bei Fräsmaschinen, sondern auch in der Kunststoff-, Textil- oder Umformtechnik funktionieren. Um diese ebenso globale wie domänenübergreifende Vision zu realisieren, hat das „Internet der Produktion“ am Aachener Standort 30 Forschungsinstitute eingebunden. Denn es sind noch viele Fragen offen, die nicht nur mit dem richtigen Hard- und Softwaredesign oder dem Mehrwert eines KI-Einsatzes, sondern auch mit adäquaten Geschäftsmodellen etwa für die Individualisierung von Kundenwünschen jenseits der Massenproduktion oder zur zukünftigen Rolle des Menschen im digitalisierten Fertigungsprozess zu tun haben. Deshalb bindet der Cluster, der auf seinem Vorläufer „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ fußt, neben der Produktionstechnik, Informatik und Werkstoffwissenschaft auch die Expertise der Human- und Wirtschaftswissenschaften ein.

Attraktiv für kleine und mittelständische Unternehmen

Ohnehin wird das auch für kleine und mittelständische Unternehmen attraktive Vorhaben nur dann in Gänze gelingen, wenn Standards zur Vergleichbarkeit von Datenmengen etabliert werden – und möglichst viele Forschungslabore in der Industrie international auch bereit sind, relevante Informationen unter Wahrung gewisser Sicherheitsvorgaben und Urheberrechtsideen auch zur Verfügung zu stellen. So oder so hat der Cluster das Potenzial des digitalen Schattens für die Vorhersage der Lebensdauer bei Werkzeugmaschinenteilen und für die „agile Montage“ bereits ausgelotet und KI-Algorithmen für Warmwalzund Spritzgussprozesse schon erprobt. Auch stehen in Aachen bereits erste Demonstratoren für eine digitale Prozesskette in der Textilproduktion. Jetzt sollen all diese Lösungen im Sinne einer gemeinsamen Infrastruktur zusammengeführt und erforscht werden. Düsen fürs Klima: Dem Exzellenzcluster „Sustainable and Energy Efficient Aviation (SE 2A)“ geht es um neue Technologien und nachhaltige Ansätze, um den absoluten Treibstoffverbrauch im Lufttransportsystem zu reduzieren.