Gerade die Werkzeugmaschine ist ein ideales Übungsfeld für kognitive Fragestellungen", erklärt Professor Reinhart. „In ihr finden heute nämlich sehr komplexe Abläufe statt." So gehe es einerseits um Technologieintegration wie zum Beispiel Laserbearbeitung und Schleifen in einer Maschine, die sich nur mit Computerunterstützung von Mitarbeitern beherrschen und bedienen lässt, und andererseits um automatische Handhabungsvorgänge, die stör- und fehleranfällig seien. Sensornetzwerke können hier vorbeugend wirken und Rechenprogramme (so genannte Algorithmen) bei Störungen helfen.

Künstliche Intelligenz, Sensornetzwerke und Algorithmen: Kein Zweifel, die Welt der Werkzeugmaschinen wird virtuell. Dazu wird im Rahmen von CoTeSys (Cognition for Technical Systems) geforscht, einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Exzellenz-Cluster zur Entwicklung kognitiver technischer Systeme. CoTeSys soll unter anderem künstliche Intelligenz und Fuzzy-Logik in die Produktionsmaschinen bringen. „Wir wollen mit dem Dreiklang „erkennen, schlussfolgern, umsetzen" Maschinen dazu bringen, dass sie autonomer als bisher aktiv werden", sagt Reinhart. Heute sind Produktionsanlagen zwar für einige Entscheidungen programmiert; ein Sensornetzwerk soll es nun den Maschinen ermöglichen, Informationen über sich selbst und ihr Umfeld zu gewinnen, um daraus eigenständig mit Hilfe von Wissensdatenbanken Lösungsmöglichkeiten zu erarbeiten und in Aktionen umzusetzen. Reinhart: „Wir prüfen bei jedem Lösungsansatz, ob er den Dreiklang ‚erkennen, schlussfolgern, umsetzen‘ erfüllen kann." Es handele sich dabei nicht um Forschen im luftleeren Raum: In dem Teilprojekt ‚Cognitive Machine Shop (CogMaSh)‘ entstand in München bereits die erste kognitive Fabrik, die mitdenkt – weitere Einrichtungen sind im Aufbau.

Ein Aspekt von CogMaSh ist das ‚Internet der Dinge‘: Dazu werden Werkstücke mit Funketiketten, so genannten RFID-Tags bestückt. Ein Bauteil fragt zum Beispiel Werkzeugmaschine Nummer 2: „Kannst du einen Durchmesser von 50 Millimetern termingerecht bohren, oder soll ich mich zu einer anderen Maschinen bringen lassen?" Die Werkzeugmaschine ‚bejaht‘, das Werkstück bestellt sich via RFID ein ‚Fabriktaxi‘ und sagt zum fahrerlosen Transportsystem: „Bitte bringe mich zur Maschine Nummer zwei." Nach dem Bohrvorgang speichert das Werkstück Informationen zu seinem Zustand und zur Bearbeitungsqualität auf seinem RFID-Tag.

Die Münchner beschäftigen sich auch mit der virtuellen Inbetriebnahme. Den iwb-Forschern gelang es, physikalische Eigenschaften einer Maschine, wie Dichte, Schwerpunkt, Haft- und Gleitreibungskoeffizient abzubilden. Damit beseitigen sie ein Manko der bisherigen Geometrie-Dateien eines CAD-Systems, das nicht auf physikalischen Grundgesetzen basiert. „Da schwebt dann ein Bauteil, das ein Greifer los lässt, in der Luft, obwohl es eigentlich herunter fallen müsste", erläutert Institutsleiter Reinhart. „Wir bringen dazu jetzt die Physik in die Systeme."

Auch Komplexes wandert ins EDV-System: So bildet die Simulation laut Reinhart auch aufwändige Bearbeitungszentren mit mehreren Steuerungen ab, die über einen Datenbus miteinander kommunizieren. Ein Hersteller könnte mit der Simulation alle Produktionsanlagen einer Fabrik schon virtuell in Betrieb nehmen, die Software und das Zusammenspiel der Maschinen testen und die Reaktion auf künstlich erzeugte Störfälle simulieren. Die schwierige Aufgabenstellung besteht vor allem darin, die Simulation in Echtzeit durchzuführen.

Den ersten Praxistest absolvierte die virtuelle Inbetriebnahme jedoch nicht in der Metallbearbeitung, sondern beim Abfüllen von Getränken. „Es ging darum, ein Multisteuerungsmodell virtuell in Betrieb zu nehmen", sagt Reinhart. „Die Komplexität dieser Anlage lässt sich ohne weiteres auch auf Werkzeugmaschinen übertragen."