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Flexible Fertigungssysteme

▶ Innovative Optimierungsprojekte entlang der Prozesskette
Flexible Fertigungssysteme

Dem Trend zu kürzeren Reaktionszeiten, individuelleren Produkten und damit kleineren Losgrößen, muss man sich stellen. Eine Antwort darauf sind flexible Fertigungssysteme. Neue Maschinen mit Automation sind jedoch nur die halbe Miete, um niedrige Kosten pro Teil zu erreichen.

Ein flexibles Fertigungssystem definiert sich so, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt ein beliebiges Werkstück in beliebiger Losgröße wirtschaftlich gefertigt werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen, bedarf es der Betrachtung und Optimierung der kompletten Prozesskette. Die typische Prozesskette in der zerspanenden Bearbeitung setzt sich zusammen aus CAD-CAM, Rohmaterial-, Werkzeug und Vorrichtungen vorbereiten, rüsten, einfahren und Folgeteil fertigen.
Jeder Einzelschritt erhöht die Kosten pro Teil. Je nach Losgröße und Wiederholfaktor ändert sich allerdings die Gewichtung der Prozesse: Bei kleineren Losgrößen und geringeren Wiederholfaktoren spielt die CAD-CAM-Prozesskette sowie das Einfahren eine große Rolle. Bei größeren Losgrößen und höheren Wiederholfaktoren kommt der Bearbeitungszeit und der Werkzeugwechselzeit eine größere Bedeutung zu. Auf jeden Fall ist die Optimierung der Prozesskette kein einfaches Projekt. Im Gegenteil entstehen viele Einzelprojekte in verschiedenen Bereichen, die Umsetzungsdauer kann sich über Jahre strecken.
Promot konnte in der eigenen Fertigung mit einer optimierten Prozesskette in Kombination mit einem flexiblen Fertigungssystem die Kosten pro Teil mehr als halbieren. Diese Erfahrung wurde in ein Workshop-Konzept umgesetzt, um auch bei Kunden innerhalb kurzer Zeit die Optimierungspotenziale zu erkennen und die richtigen Stellhebel zu finden. Mittlerweile nutzen immer mehr Firmen den Promot-Workshop, um die eigene Prozesskette zu analysieren. Ein paar Beispiele für Innovationen entlang der Prozesskette sind im Folgenden beschrieben.
CAM-Prozesskette
Die Automation der CAM-Prozesskette schreitet mit großen Schritten voran. Knowledge-Base und Feature-Erkennung sind wichtige Elemente. Für einfachere und gleichbleibende Anwendungen steht bei einigen Herstellern von CAM-Software bereits die vollautomatische NC-Programmerstellung aus dem CAD-File in Erprobung. Dem Bediener bleibt die Überwachungs- und Korrekturfunktion. Immer häufiger kommt auch die Simulation des postprozessierten NC-Programms auf virtuellen Maschinen zur Anwendung. Durch die Nutzung des NC-Kernels wird das reale Maschinenverhalten nachgebildet. Das Vertrauen in die NC-Programme steigt, die Einfahrzeiten reduzieren sich, Mehrmaschinenbedienung wird möglich.
Die komplette Prozesskette der NC-Programm-Erstellung lässt sich als Workflow beschreiben und standardisieren. CAM-System-Hersteller stellen mittlerweile Tools für die Workflow-Automatisierung zur Verfügung.
Rüsten
Eine spannende Innovation im Bereich des Rüstens ist die Unterstützung am Rüstplatz mittels Laserprojektion. Aktuell arbeitet Promot Automation gemeinsam mit der Firma Z-Laser an einem entsprechenden Entwicklungsprojekt. Durch einen Laserprojektor wird am Promot Rüstplatz der Aufspannplan visualisiert. Die Positionierung sowohl der Vorrichtungen als auch der Rohteile kann dargestellt werden. Zusätzlich befinden sich neben dem Laserprojektor zwei Kameras. Diese werden für die Gegenprüfung der richtigen Aufspannung genutzt. In Summe erhöht sich die Prozesssicherheit. Antastzeiten können reduziert werden, eine Gefahrenquelle für Spindelcrash wird ausgeschaltet.
Werkzeug-Management
Der Überwachung und effizienten Planung der Werkzeug-Ressourcen kommt eine große Bedeutung zu. In flexiblen Fertigungssystemen werden durch ein Leitsystem Werkzeugbilanzen erstellt. Das Ergebnis sind Werkzeug-Differenzlisten, die in Echtzeit Informationen zu fehlenden Werkzeugen bzw. fehlenden Standzeiten liefern. Die Kern-Information lautet: Wann muss welches zusätzliche Werkzeug für welchen Bearbeitungsschritt spätestens bereitgestellt werden. Die Spindellaufzeiten können erhöht werden, wenn so Stillstände ausgeschlossen werden können. Auch die Anbindung eines Leitrechners an ein zentrales Werkzeug-Management-System kann die Effizienz durch eine verbesserte Datendurchgängigkeit erhöhen. Besonders bei kleinen Losgrößen, häufig wechselnden Teileprogrammen und vielen Neuteilen ist die Werkzeug-Ressourcenprüfung erforderlich.
Industrie 4.0
Auf die automatische Optimierung der Prozesskette durch Industrie 4.0 zu hoffen, wird nicht funktionieren. Bei allem Hype – Industrie 4.0 macht nur Sinn, wenn es sich rechnet. Durch die zunehmende Digitalisierung werden immer mehr Daten erfasst. Um auch Nutzen aus diesen Daten zu ziehen, kommt dem Begriff Business-Intelligence (BI) zukünftig eine größere Bedeutung zu. BI bezeichnet Verfahren und Prozesse zur systematischen Analyse (Sammlung, Auswertung und Darstellung) von Daten in elektronischer Form. Mittels BI-Software werden zukünftig diejenigen Informationen verdichtet, welche zur Effizienzsteigerung genutzt werden können.
Automation
Immer häufiger kommen flexible Roboterzellen zum Einsatz, in denen sowohl Paletten- als auch Werkstücke gehandhabt werden können. Diese Variante von flexiblen Fertigungssystemen ergibt die größtmögliche Flexibilität. Palettenhandhabung kommt typischerweise bei kleineren Losgrößen zur Anwendung, Werkstückhandhabung typischerweise bei größeren Losgrößen. So werden z. B. in den beiden bemannten Tagschichten meist Aufträge mit kleinen Losgrößen mittels Palettenhandhabung realisiert. In der dritten, unbemannten Nachtschicht wird eine Serie in Form von Werkstückhandhabung abgearbeitet. Dazu befinden sich die Roh- und Fertigteile auf Matrizenpaletten. Der Roboter belädt vorab die Maschine mit einem automatischen Schraubstock, wechselt den Greifer und startet die Abarbeitung der Serie.
Der Leitrechner des flexiblen Fertigungssystems muss Funktionen aus dem Bereich Palettenhandhabung und Werkstückhandhabung kombinieren. Die Bedienung wird dadurch nicht einfacher, da die Komplexität steigt. Gleichzeitig bietet dieses Konzept aber einige Vorteile. Speziell wenn die zukünftige Entwicklung noch nicht absehbar ist, bleibt die Flexibilität erhalten und die Investitionssicherheit hoch. Auch kann mit wenigen Spannmitteln und geringerer Investition eine hohe Autonomie erreicht werden.
Kein Vorteil ohne Nachteil. Werkzeugoptimiertes Fertigen, wie es bei Spanntürmen möglich ist, kommt bei Roboterzellen selten zur Anwendung. Daher muss je nach Teilespektrum, Investitionsbereitschaft, Platzsituation und vielen anderen Faktoren abgewogen werden, welche Variante die wirtschaftlichste Lösung ergibt. Auch dabei kann der Promot-Workshop unterstützen.
Innovative Optimierungsprojekte entlang der Prozesskette sind bei kleinen Losgrößen und häufigem Teilespektrum ein Kernelement, um die Kosten pro Teil zu reduzieren. Wenn die Prozesskette effizient funktioniert, kann auch Losgröße 1 höchst wirtschaftlich automatisiert werden.
Promot Automation GmbH

Der Autor
Thomas Freinbichler, Vertriebsleiter Paletten- und Werkzeughandhabung, Promot Automation GmbH.
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