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Prozesse und Strukturen für die Teilefertigung

Modellbasierte Fertigung

Prozesse und Strukturen für die Teilefertigung

Heutige Wertschöpfungsprozesse auf Basis von Produktdaten sind meist statisch ausgelegt. Durch Digitaltechnik autonomisierte Produktionskonzepte sind so nur bedingt umsetzbar. Die modellbasierte Fertigung mt ihren CAD-Produktstrukturen ist deutlich flexibler.

Stufenmodell der Teilefertigung: (Bild: Siemens Industry Software GmbH) [1]

Stufenmodell der Teilefertigung: (Bild: Siemens Industry Software GmbH)

Das hier dargestellte Stufenmodell stellt das Konzept von Siemens dar, die Produktion über Phasen hinweg mit definiertem Budget zu optimieren. Basierend auf Prozessabläufen und aufeinander aufbauenden Systemkomponenten kann der Wertschöpfungsprozess verbessert werden. Durch flexible Ansätze über Produktstrukturen, der Berücksichtigung von Produkt- und Fertigungsinformationen im 3D-Modell in Verbindung mit Echtzeitdaten aus der Produktion sowie Planungsläufen lassen sich serialisierte NC-Programme erstellen, die Potenzial zur Optimierung bieten. Diese Funktionalität bildet auch die Basis, neue Geschäftsmodelle zu implementieren.

Bild: Siemens Industry Software GmbH [2]

Bild: Siemens Industry Software GmbH

Grenzen etablierter Methoden

Wie die Tabelle illustriert, stoßen Optimierungen an Grenzen, wenn Ressourcen im Shopfloor bei der NC-Erstellung nicht berücksichtigt werden. Ein Top-Down-Ansatz mit dedizierten Arbeitsplänen und NC-Programmen lässt ab einer gewissen Reife kaum noch Spielraum bei den Durchlaufzeiten und der Produktivität. Um flexibler produzieren zu können, lassen sich Echtzeitdaten mit CAD-Produktstrukturen verknüpfen. Das heißt aber auch, dass die konventionelle Fertigung mit ihrer Integration zwischen ERP-, PLM- und MOM-Systemen auf lange Sicht Kostenvorteile liegen lassen wird.

Die digitalen Zwillinge

Digitale Zwillinge (siehe oben) bilden die Datenbasis für die hier entworfene modellbasierte Fertigung. Um diese Digital Twins zu erstellen, müssen alle verfügbaren Produkt- und Fertigungsinformationen (PIM) am 3D-Modell vorhanden sein. Über Regelwerke können diese am Bauteil automatisiert definiert werden. Die Erzeugung der serialisierten NC-Programme definieren unter anderem Regelwerke in FBM (Feature Based Machining) unter Berücksichtigung des Kundenauftragsnetzes zur Optimierung der Durchlaufzeit, sowie den vorhandenen Werkzeugen in der Maschine. Die serialisierten Informationen bezogen auf PMI’s ergänzen den digitalen Zwilling aus Sicht der Produktion. Die detaillierten Prozessdaten aus der Maschine werden zu jedem CAD-Feature gespeichert. Das ermöglicht eine Nachverfolgung von serialisierten Bauteilen zu jeder Operation auf Basis der PLC – und NC-Steuerung. Diese Rückverfolgbarkeit ist auch Basis für Stufe 6 des Modells. Die Steuerungsinformationen reichern den digitalen Zwilling aus Sicht der Performance an.

Digitale Zwillinge vernetzt (Bild: Siemens Industry Software GmbH) [3]

Digitale Zwillinge vernetzt (Bild: Siemens Industry Software GmbH)

Modellbasierte Fertigung

Prozesse und Strukturen für die Teilefertigung

Konventionelle und modellbasierte Fertigung (Bild: Siemens Industry Software GmbH) [4]

Konventionelle und modellbasierte Fertigung (Bild: Siemens Industry Software GmbH)

Flexibel durch Modelle

Die modellbasierte Fertigung ist mit ihren CAD-Produktstrukturen sehr flexibel. Bei kleinen Losgrößen, welche durch die Individualisierung zunehmen, sind die Rüst-, Liege- und Transportzeiten und somit die Durchlaufzeit zu reduzieren, bei gleichzeitiger Erhöhung der Maschinenproduktivität, um kostengünstig zu fertigen. Die Grundlagen hierzu bilden 3D-Modelle, wobei die CAD-Features mit Produkt- und Fertigungsinformationen versehen sind. Mit den aktuellen Informationen aus den Maschinen können über PMI’s in Abhängigkeit von Bauteilklassifizierungen die NC-Programme aufgrund von physikalischen Grenzen und der Qualitätsanforderungen unterschiedlich erzeugt werden. Dies bedeutet, dass etwa einfachere Bauteile und Operationen nicht nach fest definierten Arbeitsplänen und NC-Programmen gefertigt werden, sondern alternative Fertigungsmöglichkeiten zur Produktion von Bauteilen und Operationen ermittelt werden. Hierbei werden unter anderem vorhandene Fertigungskapazitäten mit den Ressourcen auf Maschinen unter Berücksichtigung der Reststandzeiten betrachtet. Mittels der Feinplanung, welche die alternativen Operationen von Bauteilen mit unterschiedlichen Werkzeugen und Fertigungseinrichtungen unter Berücksichtigung des Kundenauftragsnetzes optimiert, kann die Durchlaufzeit erheblich reduziert und zugleich die Maschinenproduktivität erhöht werden. Aufgrund der definierten Reihenfolge der NC-Operationen über die Feinplanung erfolgt die automatisierte Erstellung der NC-Programme. Es werden serialisierte NC-Programme für Operationen erstellt, die über das ME-System und der Rückmeldung auf Basis von Operationen aus der Werkzeugmaschine den One Piece Flow unterstützen. Damit kommen Fertiger dem Ziel näher, kleine Losgrößen zu Kosten der Großserie herzustellen.

Bild: Siemens Industry Software GmbH [5]

Bild: Siemens Industry Software GmbH

Daten durchgängig verarbeiten

Um den Nutzen der flexiblen Fertigung zu erzielen, sind 3D-Durchgängigkeiten, hohe Integrationen in die Steuerungen und Plattformstrategien notwendig, wie Siemens diese zur Verfügung stellt. Der dargestellte Prozessablauf in Stufe 5 wird gerade validiert. Aufgrund der Möglichkeit einer flexiblen Herstellung unterschiedlicher Bauteile ist die Basis gelegt, um auch technisch weniger komplexe Teile und Produkte in einem Hochlohnland herzustellen. Somit können Fertigungen von Niedriglohnländern rücktransferiert werden. Das bedeutet weniger Abhängigkeiten, weniger Transporte und somit eine ökologischere und nachhaltigere Fertigung.

Abläufe einer modellbasierten Smart Factory (Bild: Siemens Industry Software GmbH) [6]

Abläufe einer modellbasierten Smart Factory (Bild: Siemens Industry Software GmbH)