CNC-Fertiger müssen immer flexibler auf Kundenanforderungen reagieren. Dabei helfen durchgängige und vernetzte Prozesse von der Konstruktion bis zur Fertigung. Ein digitaler Zwilling für Werkzeugmaschinen liefert die Basis für präzise Simulationen. Doch an die erforderlichen Daten kommt man oft nicht so ohne weiteres heran.
Bild: geralt/pixabay.com
Immer kürzere Entwicklungszeiten und schnellere Modellwechsel prägen die Anforderungen in der spanenden Fertigung. Doch die Realität im Shop Floor hinkt oft hinterher. Am Anfang stehen Produktvorgaben und Design, CAD-/CAM-Programme bilden dabei den Standard, sind aber meist abgekoppelt von der Fertigung. Innerhalb der Programme laufen Prüfungen nur auf Basis interpolierter – nicht der tatsächlichen – Maschinenbewegungen ab. Kollisionen lassen sich dadurch nicht sicher ausschließen, weshalb neue Programme an der Maschine nur mit stark gedrosselter Geschwindigkeit eingefahren werden können. Die folgenden Abstimmungs- und Änderungsschleifen zwischen Bediener und Programmierer nehmen mehrere Stunden bis zu Tagen in Anspruch – und in dieser Zeit kann die Maschine nicht produktiv genutzt werden. Michael Hüttl, Consultant Anwendung und Entwicklung bei Spring Technologies, verweist auf eine weitere Hürde: Die im Entwurf vorgesehenen Produktionsmittel wie Werkzeuge oder Spannvorrichtung stehen oft gar nicht zur Verfügung. „Gut 30 Prozent der Rüstzeit verbringen die Einrichter mit der Bereitstellung der benötigten Komponenten“, schätzt Hüttl. An den Mitarbeitern liegt es nicht, im Gegenteil. Wenn es trotz technischer Hürden noch immer gut läuft in der CNC-Fertigung, ist das zum großen Teil dem Erfahrungswissen der Maschinenbediener und Fertigungsplaner zu verdanken. Das Problem sind vielmehr die althergebrachten Prozesse, Medienbrüche, fehlende Schnittstellen und Vernetzungen.
Digitales Abbild für Maschinen
Besser wären durchgehende, vernetzte Prozesse vom Design und CAD/CAM bis zum fertigen Produkt – reproduzierbar, visualisierbar, teilbar auf einer Datenplattform. Bei der Umstellung auf eine solche Prozesslandschaft sollten Zerspaner dem Software-Hersteller Spring Technologies zufolge beim Fertigungsprozess an der Maschine anfangen. Dafür hat das IT-Unternehmen eine Simulationslösung auf Basis der tatsächlichen Maschinendaten im Portfolio, eine Werkzeugdatenverwaltung mit 3D-Funktionen sowie eine übergreifende Dokumentation. Die Simulation setzt ein genaues virtuelles Modell der realen Maschine voraus. Viele Anwender überrascht, wie umfangreich die Datenbasis dafür ist: Nicht nur 3D-Modelle der Maschinen und Zubehörteile (im Format Step AP214), auch Archivdateien, technologische Daten wie Verfahrwege, Zeiten für Werkzeugwechsel, Beschleunigung, Verzögerung, kundenspezifische Ergänzungen in der Maschine, Bearbeitungszyklen, Unterprogramme und Makros fließen in die Berechnungen ein. Senior Consultant Mike Weißenborn erklärt das Konzept: „Für eine realistische Simulation müssen wir zunächst jede Maschine Eins-zu-eins abbilden.“ Zwar würden meist 3D-Daten von Herstellern zur Verfügung gestellt, jedoch in zu komplexer und nicht simulationsgerechter Form. „Zudem werden Maschinen so gut wie immer auf Kundenwunsch mit speziellen Optionen geliefert. Deshalb extrahieren wir die Steuerungsdaten der tatsächlichen Maschine beim jeweiligen Kunden vor Ort“. Der Aufwand lohnt sich, denn langwierige Vorbereitung und vor allem Kollisionen kommen kaum noch vor, bis zu 90 Prozent der Rüstzeit könnten Anwender einsparen, schätzt der Software-Hersteller. Bereits beim Laden werden automatisch die Technologiedaten und die Durchführbarkeit auf der Maschine überprüft. Die anschließende Simulation prüft nicht nur sicher auf Kollision, sondern analysiert auch Feinheiten wie Oberflächengenauigkeiten, Einhalten der Werkzeugbahnen oder wie sich die Schnittkräfte auf die Werkzeuge auswirken. Die Bearbeitung kann auf Knopfdruck optimiert werden. „Wir können so den realen Workflow vollständig und im 3D-Format abbilden- aber dafür brauchen wir die virtuelle Maschine, den digitalen Zwilling“, ergänzt Michael Hüttl. Dass in der Fabrik der Zukunft solche Digital Twins verbreitet sein werden, glauben 43 Prozent der für eine Bitkom-Studie befragten IT-Dienstleister. Einen digitalen Zwilling einzurichten, fiele mit umfangreicheren und simulationsgerechten Maschinendaten von ihren Herstellern deuitlich leichter.
Bei den Werkzeugdaten sieht es schon etwas besser aus. Hier gibt es bereits große Datenbanken und etablierte Standards. Mit Mastermodellen nach DIN4003 und ISO13399 und den entsprechenden Schnittstellen wie etwa zur Datenbank Tools United knüpft die 3D-Werkzeugdatenbank von Spring Technologies daran an. Für die Anwender sind vor allem zwei Dinge wichtig: der Pflegeaufwand und die schnelle Auffindbarkeit. Dazu tragen eine automatische Importfunktion sowie die vordefinierte, auf Wunsch auch anpassbare Datenstruktur bei.
Bild: Spring Technologies GmbH
Dokumentationen verwalten
Dokumentationen werden in den Programmen automatisch und in Echtzeit erstellt, manuelles Einpflegen ist nicht notwendig. Die Daten sind durchgehend für alle Berechtigten verfügbar, ob als 3D-Film, Abbildung oder per Protokolldatei. So kann beispielsweise bei einem Folgeauftrag Monate später sofort eingesehen werden, auf welcher Maschine, mit welchem Rohteil und mit welchen Spannmitteln gefertigt wurde, inklusive Stücklisten für Fertigungsplanung und Einkauf. Bediener können einzelne Situationen per Screenshots festhalten, mit Bemerkungen ergänzen oder Bemaßungsskizzen erstellen. Anpassungen lassen sich an der Maschine vornehmen und simulieren.
Prüfen mit Alternativwerkzeug
Maschinenwechsel per Knopfdruck ermöglichen flexibles Umplanen und optimale Auslastung des Maschinenparks. Durch die Werkzeugverwaltung finden die Einrichter zügig das benötigte Werkzeug – oder eine Alternative. Es kommt nämlich gerade bei Projekten im Automobilbau häufig vor, dass die geplanten Werkzeuge noch gar nicht geliefert wurden, so wie auch Anlage- und Prozess-Layout noch nicht feststehen, schildert Weißenborn: „In der Werkzeugdatenbank kann man dann nach alternativen Produktionsmitteln suchen und so trotzdem schon mit der Prüfung beginnen.“
Auch Designer und Programmierer können in den Softwaresystemen Fertigungsabläufe und Werkzeugbestand einsehen. Der Datenaustausch ist bidirektional angelegt. Wurde das NC-Programm verbessert, lässt es sich über die Werkzeugdaten auch im CAM System einlesen. Die Berechtigungen können Anwender selbst einstellen und Freigabeprozesse festlegen. Insgesamt kann somit bereits eine hohe Durchgängigkeit der Prozesse von der Konstruktion bis zur Fertigung erreicht werden, wie Michael Hüttl einschätzt. Sein Wunsch an die Hersteller der CAD/CAM-Lösungen: Eine deutlichere Orientierung an den Standards, denn dann ließe sich der Arbeitsaufwand beim Datenaustausch noch einmal erheblich verringern.
Um alle Potenziale eines MES umfassend ausnutzen zu können, beleuchten unsere Autoren in der Serie von MES Wissen Kompakt die erfolgskritischen Faktoren, um Fertigungsunternehmen präventiv zu steuern. Darüber hinaus präsentiert MES Wissen Kompakt ein breites Spektrum an Firmenportraits, Produkt- neuheiten und Dienst- leistungen im MES-Umfeld.
Ein Unternehmen, das sich mit der Auswahl eines ERP- Systems befasst, muss sich gleichsam mit einem viel- schichtigen Software-Markt und unklaren Interessen- lagen an interne Abwick- lungsprozesse auseinander- setzen. Guter Rat bei der Investitionsentscheidung ist teuer. ERP/CRM Wissen Kompakt unterstützt Sie bei der gezielten Investition in die IT-Infrastruktur.
Immer mehr Anbieter von Maschinen, Automatisierungstechnik und Industriesoftware integrieren künstliche Intelligenz in ihre Produkte. Das ganze Potenzial spielen selbstlernende Systeme aber erst aus, wenn sie passgenau auf ihren Einsatz in Fertigung und Büro zugeschnitten wurden. Über beide Möglichkeiten, als Fertiger die Vorzüge von industrieller KI zu nutzen, geht es im regelmäßig aktualisierten Themenheft Künstliche Intelligenz.
Das Internet of Things verändert Produktwelten und die Vernetzung in der Fertigung gleichermaßen. Entstehende Ökosysteme laden zur einer neuen Form der Zusammenarbeit ein. Die Spezialausgabe IoT Wissen Kompakt informiert über die Technologie, Projektierung und Anbieter für die eigene Applikation, in- und außerhalb der Fabrik.
Mittelständische Unternehmen investieren selbst in schwierigen Zeiten in Microsoft-Technologien, weil sie überzeugt sind, dass ihre Mitarbeiterproduktivität steigt und sich ihre Kostenstruktur bessert. Microsoft hat mit dem Microsoft-Partner-Network ein Netzwerk aufgebaut, das ein Forum für den Aufbau von Partnerschaften, Zugang zu Ressourcen und einen Rahmen für Dialoge und Kooperationen bietet. Für unsere Leser gibt die Microsoft-Partnerübersicht in Ausgabe Juli/August der IT&Production Tipps für die Suche nach einer geeigneten Branchen- oder Speziallösung im Bereich des produzierenden Gewerbes.
Auf der Suche nach Innovation, nach neuen Lösungen und der Abgrenzung zum Mitbewerb vernetzen sich zunehmend mehr Unternehmen mit externen Experten und Partnern. SAP hat mit dem SAP-Ecosystem ein Netzwerk aufgebaut, das ein Forum für den Aufbau von Partnerschaften, Zugang zu Ressourcen und einen Rahmen für Dialoge und Kooperationen bietet. In der Maiausgabe der Fachzeitschrift IT&Production erhalten unsere Leser einen aktuellen Überblick zum SAP-Ecosystem im Bereich des produzierenden Gewerbes.