Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Produktivitätssteigerung durch Zustands- und Lastüberwachung von Maschinenkomponenten

Die aktuelle Situation spanend fertigender KMU verlangt durch steigende Kundenanforderungen eine wirtschaftliche Produkterstellung bei wachsenden Qualitätsvorgaben. Die immer größer werdenden Forderungen nach kurzen Time-to-Market erfordern von den KMU Produkte unter Einhaltung der ökonomischen Wirksamkeit und eine zunehmende Anpassungsfähigkeit. Komplexe und individuelle Fertigungsaufträge in meist kleinen Losgrößen charakterisieren dabei das Produktspektrum von KMU, wodurch ein Dilemma in der Planungs- und Wertorientierung entsteht. Eine erhöhte Anlagen- und Maschinenverfügbarkeit sowie die Reduzierung von ungeplanten Stillstandszeiten verbessern im Zuge des steigenden Flexibilisierungsdrucks die Produktivität und damit die Anpassungsfähigkeit der jeweiligen KMU. Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in diesem Zusammenhang in der Entwicklung einer Methodik zur Prognose des Ausfalls bzw. der Verfügbarkeit von Anlagen und notwendiger Instandhaltungsmaßnahmen von Werkzeugmaschinenkomponenten im realen Arbeitsumfeld auf Basis von prozessparallel ermittelten Lasten sowie Zustandskennwerten. Hierbei wird der finanzielle Aufwand für KMU durch den Verzicht auf zusätzliche Sensorik in der Werkzeugmaschine auf ein Minimum reduziert. Die zu erarbeitenden Lösungen kommen unmittelbar spanend fertigenden KMU zugute, da die zu entwickelnde Methodik auf heterogene Maschinenparks und IT Systemlandschaften zugeschnitten wird. Durch die verbesserte Planbarkeit von Instandsetzungszeitpunkten werden Nachteile gegenüber Großunternehmen durch eine hohe technische Verfügbarkeit bei gleichzeitiger Ausnutzung des Abnutzungsvorrates minimiert. Zusätzlich werden Komponenten- und Maschinenhersteller, die ebenfalls häufig KMU sind, durch den gerichteten Rückfluss von Felddaten bei der anwendungsspezifischen Komponentenauslegung unterstützt.

Ergebniszusammenfassung:

Die Verfügbarkeit von Produktionsmitteln und -anlagen ist für produzierende Unternehmen ein Hebel zur Gewährleistung anhaltend hoher Produktivität. Erfahrungswissen zur Standzeit von Maschinenkomponenten und Werkzeugen kann bei kundenindividueller und für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) typischen Einzelteil- und Kleinserienfertigung nur schwer aufgebaut und für die Instandhaltungsplanung genutzt werden. Die kontinuierliche Erfassung der Nutzungshistorie ermöglicht – für mechanische Übertragungselemente wie Kugelgewindetriebe – die auftragsübergreifende Bestimmung des Abnutzungsvorrates und damit die Reduktion des Inspektionsaufwands. Typische Herausforderungen bei der Überführung von Rohdaten in Information ergeben sich bei der Datenerfassung und Kompression sowie Komplexitätsreduktion und Modellbildung.

Im Vorhaben wurde daher eine Methodik zur Restgebrauchsdauerprognose von Vorschubachskomponenten und damit zur Steigerung der Verfügbarkeit von Werkzeugmaschinen und Produktionsanlagen erarbeitet. Hierbei wurde der finanzielle Aufwand für KMU durch den Verzicht auf zusätzliche Sensorik in der Werkzeugmaschine auf ein Minimum reduziert indem auf maschineninterne Daten von NC und PLC zurückgegriffen wurde.

Die erarbeiteten Lösungen kommen so unmittelbar spanend fertigenden KMU zugute, da die zu entwickelnde Methodik weiterhin auf heterogene Maschinenparks und IT Systemlandschaften zugeschnitten ist. Durch die verbesserte Planbarkeit von Instandsetzungszeitpunkten werden Nachteile gegenüber Großunternehmen durch eine hohe technische Verfügbarkeit bei gleichzeitiger Ausnutzung des Abnutzungsvorrates minimiert. Zusätzlich werden Komponenten- und Maschinenhersteller, die ebenfalls häufig KMU sind, durch den gerichteten Rückfluss von Felddaten bei der anwendungsspezifischen Komponentenauslegung unterstützt.