Erfolgreicher Abschluss von „Pay-per-Stress“

Nach dreijähriger Bearbeitung wurde das Forschungsprojekt „Pay-per-Stress“ im Juli 2022 erfolgreich abgeschlossen. Ziel des Projektes war die Gestaltung eines fairen Leasingmodells für Werkzeugmaschinen, bei dem die Belastungen während der Fertigungsprozesse ausschlaggebend für die resultierende Leasingrate sind. Informationen über das Projektvorgehen sowie die Zielerreichung lesen Sie im nachfolgenden Artikel.

Die Akquisition komplexer Werkzeugmaschinen stellt insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) vor große Herausforderungen. Bisherige Leasingmodelle visieren zwar die Lösung dieser Problematik an, bergen jedoch weitere Herausforderungen. Grund dafür sind die fehlende Transparenz und die damit einhergehende Informationsasymmetrie zwischen den beteiligten Parteien sowie die entgegengesetzten Interessen. Während der Leasinggeber an dem Erhalt des Restwertes der Werkzeugmaschine interessiert ist, steht für den Leasingnehmer die Gewinnmaximierung im Vordergrund, für die auch Überlastsituationen in Kauf genommen werden.

Bei klassischen Leasingmodellen weiß der Leasinggeber nichts über den tatsächlichen Gebrauch der Werkzeugmaschine, weshalb ein Risikozuschlag kalkuliert wird. In modernen Pay-per-Use-Ansätzen wird diese Problematik noch weiter verstärkt, da Leasingnehmer motiviert werden, die Leistung der Werkzeugmaschine zu maximieren.

Das Forschungsprojekt „Pay-per-Stress“ setzt genau an dieser Stelle an und versucht, die Interessen der beteiligten Parteien anzugleichen. Die Idee des Leasingmodells ist, dass sich die Höhe der Leasingrate zum Teil an den auftretenden Belastungen während der Fertigungsprozesse bemisst. Dadurch entstehen Anreize für den Leasingnehmer, die Belastungen der Werkzeugmaschine in einem angemessenen Rahmen zu halten und Überlastsituationen zu vermeiden. Wird die Maschine schonend genutzt, so macht sich dies durch eine reduzierte Leasingrate bemerkbar. Umgekehrt werden höhere Belastungen der Maschine durch eine höhere Leasingrate kompensiert. Durch die Kopplung auftretender Belastungen mit den berechneten Leasingraten kommt es zu einem Angleich der Interessen zwischen Leasinggeber und -nehmer. Abbildung 1 fasst das Grundkonzept von Pay-per-Stress zusammen.

Um ein Pay-per-Stress-Bezahlmodell zu realisieren, ist die Existenz eines so genannten Stressfaktors notwendig. Er ist Grundlage für die monetäre Bewertung auftretender Belastungen an der Werkzeugmaschine und basiert auf dem Verständnis des Ursache-Wirkungs-Zusammenhangs zwischen Belastungen der Werkzeugmaschine und auftretendem Verschleiß. Um diesen Zusammenhang zu erkennen, können in der Steuerung der Werkzeugmaschine vorhandene Informationen genutzt und ggf. externe Sensorik nachgerüstet werden. Sie geben Aufschluss über entstehende Kräfte und Momente an den relevanten Komponenten der Werkzeugmaschine. Über Lebensdauerversuche kann ein Zusammenhang zwischen Belastungen der Komponenten und dem Verschleiß bzw. Abnutzungsvorrat gebildet werden.

Aufgrund der Komplexität von Werkzeugmaschinen wurden diese für die Stressfaktorermittlung in drei Kategorien aufgeteilt: Direkt stressbasierte, indirekt stressbasierte und zufällig ausfallende Komponenten. Direkt stressbasierte Komponenten sind jene, deren Verschleiß direkt von auftretenden Belastungen abhängig ist, beispielsweise Motorspindeln und Vorschubachsen. Bei indirekt stressbasierten Komponenten bemisst sich der Stressfaktor an einfacheren Indikatoren wie der Nutzungsdauer oder der Anzahl von Wiederholungen – so beispielsweise beim Werkzeugwechsler. Zur dritten Kategorie gehören Komponenten, die nicht oder nur zufällig ausfallen. Sie werden konventionell mit einer pauschalen Rate über die Zeit abgeschrieben oder in den Stressfaktoren der anderen Komponenten berücksichtigt. Ein Überblick dieser Aufteilung ist in Abbildung 2 dargestellt.

Während der Projektlaufzeit wurden mehrere Versuchsreihen durchlaufen, um den Zusammenhang zwischen Belastungen und dem resultierenden Verschleiß modellieren zu können. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern konnte basierend auf diesen Vorversuchen ein Demonstrator entwickelt werden, der im TEC-Lab des PTW vorzufinden ist. Zusammenfassend bietet Pay-per-Stress das Potenzial, die Akquisition kostenintensiver Werkzeugmaschinen insbesondere für KMU einfacher und fairer zu gestalten. Zudem lässt sich das Grundkonzept auch auf andere Branchen erweitern.