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.



  • Ein Chatbot für den Wissenstransfer

    Ein Chatbot für den Wissenstransfer

    Wenn Fachkräfte ein Unternehmen verlassen, geht auch oft Knowhow verloren. Im Projekt ‚Stark‘ untersuchen Forschende des Fraunhofer IPK gemeinsam mit der BSP Business and Law School – Hochschule für Management…

    mehr lesen: Ein Chatbot für den Wissenstransfer

  • Quantencomputer und klassische Rechner optimieren gemeinsam

    Quantencomputer und klassische Rechner optimieren gemeinsam

    Klassische Computer können viele Optimierungsprobleme wie etwa das ‚Problem des Handlungsreisenden‘ nur näherungsweise knacken, aber nicht vollständig und oft nur unter langer Laufzeit.

    mehr lesen: Quantencomputer und klassische Rechner optimieren gemeinsam

  • Digitale Kreislaufwirtschaft in dezentraler Fabrik

    Digitale Kreislaufwirtschaft in dezentraler Fabrik

    Im Projekt ‚Panda‘ setzen die Beteiligten auf digitale Produktpässe und künstliche Intelligenz (KI), um Recycling und Demontage von Produkten effizienter zu machen.

    mehr lesen: Digitale Kreislaufwirtschaft in dezentraler Fabrik

  • Ein kurzer Blick auf CRA, EU-Maschinenverordnung und NIS-2

    Ein kurzer Blick auf CRA, EU-Maschinenverordnung und NIS-2

    Gezielte Cyberangriffe auf Anlagen und Maschinen sind längst Realität. Mit CRA, NIS2 und der neuen EU-Maschinenverordnung reagiert der Gesetzgeber nicht nur mit klaren Empfehlungen, sondern auch mit konkreten Meldepflichten, Vorgaben…

    mehr lesen: Ein kurzer Blick auf CRA, EU-Maschinenverordnung und NIS-2

  • Konferenz beleuchtet IT als ‚Architektin der Zukunft‘

    Konferenz beleuchtet IT als ‚Architektin der Zukunft‘

    Beim Strategiegipfel IT-Management, der am 14. und 15. April 2026 im Hotel Palace in Berlin stattfindet, diskutieren IT-Verantwortliche darüber, wie IT zu einem strategischen Enabler werden kann.

    mehr lesen: Konferenz beleuchtet IT als ‚Architektin der Zukunft‘

  • Vier absurde Geschichten aus der Welt der Cyberkriminalität

    Vier absurde Geschichten aus der Welt der Cyberkriminalität

    Von einem Ransomware-Angriff mit mehrfacher Verschlüsselung über Cyberkriminelle der Kategorie Erbsenzähler bis hin zu dreisten ‚Sicherheitsberichten‘ – Sophos X-Ops, das Incident-Response-Team des Cybersecurity-Spezialisten, blickt zurück auf skurrile Vorfälle der vergangenen…

    mehr lesen: Vier absurde Geschichten aus der Welt der Cyberkriminalität

  • Trovarit ruft Anwender zur Bewertung ihrer ERP-Software auf

    Trovarit ruft Anwender zur Bewertung ihrer ERP-Software auf

    Die Studie ERP in der Praxis startet in eine neue Runde. Seit mehr als zwei Jahrzehnten fordern die Analysten der Trovarit Anwender von ERP-Software im Zweijahresrhythmus dazu auf, ihrem eingesetzten…

    mehr lesen: Trovarit ruft Anwender zur Bewertung ihrer ERP-Software auf

  • Guido Schuette leitet Wago-Geschäftsbereich Automation

    Guido Schuette leitet Wago-Geschäftsbereich Automation

    Wago gibt bekannt, dass Guido Schuette (Bild) zum 1. April als Chief Business Officer (CBO) die Leitung des Geschäftsbereichs Automation übernimmt.

    mehr lesen: Guido Schuette leitet Wago-Geschäftsbereich Automation

  • IDTA und IDSA arbeiten zusammen

    IDTA und IDSA arbeiten zusammen

    Die Industrial Digital Twin Association (IDTA) und die International Data Spaces Association (IDSA) bündeln ihre Kompetenzen.

    mehr lesen: IDTA und IDSA arbeiten zusammen

  • Quantencomputing: Innovationen gewinnen an Dynamik

    Quantencomputing: Innovationen gewinnen an Dynamik

    Laut einer Analyse des Deutschen Patent- und Markenamts hat sich die Innovationstätigkeit auf dem Gebiet der Quantentechnologien in Deutschland in den vergangenen zehn Jahren nahezu versiebenfacht.

    mehr lesen: Quantencomputing: Innovationen gewinnen an Dynamik

  • Die MainDays in Berlin

    Die MainDays in Berlin

    Um Erfolgsfaktoren industrieller Instandhaltung geht es am 5. und 6. Mai auf den MainDays in Berlin.

    mehr lesen: Die MainDays in Berlin

  • Deutsche Gesellschaft für Robotik gegründet

    Deutsche Gesellschaft für Robotik gegründet

    Mit der Deutschen Gesellschaft für Robotik e.V. hat sich im März 2026 eine neue gemeinnützige Fachgesellschaft gegründet, die die Förderung von Wissenschaft, Forschung und Bildung im Bereich der Robotik zum…

    mehr lesen: Deutsche Gesellschaft für Robotik gegründet