Digitalgestützte 100-Prozent-Prüfungen in der Präzisionsfertigung

image1
Bild: Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen – Arz/116661

Die Herstellung von präzisen Bauteilen, z.B. für die Medizintechnik und Luftfahrt, unterliegt strengen Qualitätsanforderungen und häufig einer Dokumentationspflicht, weshalb produzierende Unternehmen oft 100-Prozent-Prüfungen durchführen. Aktuell erledigen diese Kontrollen meist Fachkräfte manuell. Angesichts des Fachkräftemangels wird es für Unternehmen zunehmend schwieriger, geeignetes Personal für Qualitätskontrollen zu gewinnen. Dies betrifft insbesondere Nacht- und Wochenendschichten. Eine Automatisierung dieser Kontrollen mit herkömmlichen Messsystemen ist in der Regel mit hohen Nebenzeiten verbunden. Zudem wird in beiden Fällen die Bauteilqualität erst nach Ende des Fertigungsprozesses festgestellt. Folglich werden Prozessstörungen erst verspätet erkannt und Ausschussbauteile durchlaufen ebenfalls aufwendige Qualitätskontrollen. Insgesamt entstehen etwa 25 bis 30 Prozent der Herstellungskosten durch die Qualitätssicherung.

Vorausschauende Prüfungen

Im Projekt QPredict wird daher ein modulares, adaptives Fertigungssystem entwickelt, das auf dem Prinzip der virtuellen Qualitätskontrolle (Predictive Quality, PQ) basiert. Das Vorhaben wird im Rahmen des ‚Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand‘ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert und läuft von Januar 2026 bis Mai 2028. Ziel ist es, Qualitätsabweichungen nicht erst nach der Fertigung, sondern bereits während des laufenden Prozesses zu erkennen und gezielt gegenzusteuern, ohne zusätzliche Nebenzeiten zu verursachen. Dadurch sollen sich Ausschuss und Nacharbeit reduzieren, die Herstellkosten senken und ein wirtschaftlicher Drei-Schicht-Betrieb realisieren lassen. Das System ist in vier aufeinander aufbauende Module gegliedert und umfasst die strukturierte Datenerfassung in digitalen Werkstückzwillingen, eine prozessparallele Anomalie-Detektion, eine Qualitätsprädiktion auf Basis von maschinellem Lernen mit bedarfsgerechter Endkontrolle sowie eine automatisierte Prozessadaption.

Datenfundament errichten

Die im Projekt geplanten, datengetriebenen Funktionen setzen eine umfassende Datengrundlage voraus. Daher werden im ersten Schritt sämtliche bauteilbezogenen Informationen, wie Prozessstellgrößen und -signale sowie Qualitätsdaten und relevante Ereignisse, aufgezeichnet und strukturiert in digitalen Werkstückzwillingen gespeichert. Im weiteren Projektverlauf werden die Werkstückzwillinge schrittweise um zusätzliche Informationen ergänzt, beispielsweise um Modellprognosen und vorgenommene Prozessanpassungen.

Sämtliche bauteilbezogenen Daten werden automatisiert und strukturiert gespeichert.
Sämtliche bauteilbezogenen Daten werden automatisiert und strukturiert gespeichert. – Bild: Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen – Arz/116662

Labeln vor dem Training

Derzeit wird das Modul für die Erzeugung der digitalen Werkstückzwillinge entwickelt. Die bauteilbezogenen Informationen werden über einen Edge-PC aus unterschiedlichen Datenquellen automatisiert ausgelesen und vorverarbeitet. Der Großteil der relevanten Informationen liegt in der NC und PLC vor. Hierzu zählen hochfrequente Antriebssignale sowie qualitäts- und prozessbezogene Informationen. Zusätzlich werden Schwingungen im Prozess über einen Beschleunigungssensor erfasst. Zudem ermöglicht eine visuelle Nutzeroberfläche der Fachkraft Auffälligkeiten im Fertigungsprozess direkt zu vermerken (Labeln). Diese Label bilden einen wesentlichen Baustein für das spätere Modelltraining für die nachfolgenden Module.

Modular durch MQTT-Broker

Die zentrale Kommunikationslogik basiert auf einer skalierbaren Broker-Architektur über MQTT, an welche die spezialisierten Vorverarbeitungsdienste ihre Daten übermitteln. Hochfrequente Signale wie das Spindeldrehmoment (10kHz) werden dabei in sogenannten Batches gebündelt, um eine effiziente Weiterverarbeitung zu ermöglichen. Durch diese modulare Struktur der Architektur kann das System mit geringem Aufwand um zusätzliche Datenquellen oder Vorverarbeitungsdienste erweitert, aktualisiert und auf weitere Maschinen ausgeweitet werden. Eine besondere Herausforderung besteht dabei in der Heterogenität der Daten. Die erfassten Informationen sind multimodal, weisen unterschiedliche Abtastraten auf, treffen zeitlich versetzt ein und erzeugen zum Teil hohe Datenvolumina. Um diese Daten für die spätere Modellentwicklung nutzbar zu machen, werden sie strukturiert und synchronisiert, bevor sie anschließend in einer PostgreSQL-Datenbank komprimiert gespeichert werden. Abschließend können über eine einzelne Datenbankabfrage sämtliche Bauteilinformationen, z.B. positionsaufgelöst für ein spezifisches Formelement, ausgegeben werden.

Testlauf beim Zerspaner

Das System wird derzeit bei CNC-Technik Mack Burgrieden anhand eines Beispielbauteils entwickelt und in Betrieb genommen. Durch die vollautomatisierte und kontinuierliche Datenerfassung entsteht in den kommenden Monaten eine umfangreiche Datenbasis, die im weiteren Projektverlauf fortlaufend erweitert wird. Darauf aufbauend folgen die Entwicklung und Validierung der Module zur Anomalie-Detektion, Qualitätsprädiktion und Prozessadaption.



  • Mit digitalem und nachhaltigem Wandel aus der Krise

    Mit digitalem und nachhaltigem Wandel aus der Krise

    Europäische Unternehmen, die sowohl ihre Digitalisierung als auch einen nachhaltigen Wandel vorantreiben, haben laut einer Accenture-Studie bessere Chancen, sich schneller von den Folgen der Covid-19-Pandemie zu erholen bzw. sogar gestärkt…

    mehr lesen: Mit digitalem und nachhaltigem Wandel aus der Krise

  • Maschinen- und Anlagenbau spürt leichten Rückenwind

    Maschinen- und Anlagenbau spürt leichten Rückenwind

    Der Maschinen- und Anlagenbau zieht eine gemischte Bilanz für das abgelaufene Jahr, so das Ergebnis der 9. VDMA-Blitzumfrage zu den wirtschaftlichen Auswirkungen der Corona-Pandemie, an der 575 Mitgliedsunternehmen teilnahmen. Vier…

    mehr lesen: Maschinen- und Anlagenbau spürt leichten Rückenwind

  • PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

    PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

    Mit der Sphinx Open Online on Pluscloud haben Plusserver und GFT Technologies ihre Kompetenzen im Bereich IoT gebündelt. Einsatzgebiete sind beispielsweise Smart Factories in der Produktion.

    mehr lesen: PlusServer und GFT kooperieren für das IoT

  • ATS erwirbt Lean Scheduling International

    ATS erwirbt Lean Scheduling International

    Mit der Übernahme durch ATS Global wird aus der Lean Scheduling international die ATS Lean Scheduling International.

    mehr lesen: ATS erwirbt Lean Scheduling International

  • Lynx Software Technologies gewinnt Preis

    Lynx Software Technologies gewinnt Preis

    Lynx Software Technologies gibt bekannt, dass Lynx Mosa.ic im Rahmen der IoT Breakthrough Awards zur ‚IoT Security Platform of the Year‘ gekürt wurde.

    mehr lesen: Lynx Software Technologies gewinnt Preis

  • Plattformmodul für die Produktion

    Plattformmodul für die Produktion

    Dynatrace tritt in den Markt für Cloud Application Security ein. Dazu hat das Unternehmen seine Software-Intelligence-Plattform um ein neues Modul erweitert: Das neue Dynatrace Application Security Module bietet kontinuierliche Runtime-Application-Self-Protection…

    mehr lesen: Plattformmodul für die Produktion

  • Gefahrenpotenzial steigt weiter

    Gefahrenpotenzial steigt weiter

    Was wird sich bei der Sicherheit kritischer Infrastrukturen, Industrie- und Produktionsanlagen im neuen Jahr ändern? Welche Herausforderungen erwarten die Sicherheitsverantwortlichen, welche Trends zeichnen sich ab? Die Experten für industrielle Cybersecurity…

    mehr lesen: Gefahrenpotenzial steigt weiter

  • Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

    Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

    Die Bedrohung durch Internetkriminelle wird immer größer. Darüber sind sich 94% der Internetnutzer einig. Die große Mehrheit sieht daher Staat und Behörden in der Pflicht, stärker gegen Kriminelle im digitalen…

    mehr lesen: Mehr Polizeipräsenz im digitalen Raum

  • Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

    Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

    Um die Entwicklung KI-basierter Funksensor-Edge-Anwendungen zu vereinfachen, hat SSV mit dem WSEI/154A den weltweit ersten Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit einer 868MHz-Funktechnik gemäß IEEE802.15.4 entwickelt. Als Sensing Endpoint gehört ein Evaluation Board…

    mehr lesen: Ende-zu-Ende Technologie-Stack mit Funktechnik

  • Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

    Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

    Die Forschungspartner Technische Hochschule Deggendorf und die Technische Universität München sowie den beiden Unternehmen Schindler & Schill (EasyLogix) und Systema haben das BMWi-ZIM-Projekt MobiCM erfolgreich abgeschlossen. Ziel war die Entwicklung…

    mehr lesen: Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

  • Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

    Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

    Nach ersten Schätzungen geht das Ifo-Institut von einer Stagnation der Wirtschaftsleistung im ersten Quartal aus. Erst im zweiten Quartal gehen die Experten wieder von einem Zuwachs aus.

    mehr lesen: Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren