Flexibles Fertigungssystem zur Herstellung anspruchsvoller Triebwerkskomponenten

Kleine Losgrößen hoch automatisiert fertigen

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Die Fertigung kleiner Stückzahlen gilt bislang nicht gerade als Domäne hoch automatisierter Anlagen – vor allem dann nicht, wenn die Produktion eine komplexe Zerspanung, anspruchsvolle Zusatzschritte und eine durchgängige Qualitätskontrolle umfassen soll. Dennoch hat SKF Aeroengine gemeinsam mit Fastems eine Lösung realisiert, die genau dazu in der Lage ist. Dabei werden die individuelle Handhabung von Werkstücken und das Handling auf Werkstückpaletten in einem flexiblen Fertigungssystem (FFS) kombiniert. Martinus Menne

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Als Teil von SKF Aerospace hat sich SKF Aeroengine France auf die Herstellung von Lagern für die Luftfahrt spezialisiert. Mit insgesamt 630 Mitarbeitern baut das „Center of Excellence“ in Valenciennes leistungsfähige Lösungen für Flugzeugtriebwerke oder auch Helikopterrotoren. Eine der dortigen Fertigungslinien hat SKF im Rahmen ihrer „World Class Manufacturing“-Initiative jüngst fürs Industrie-4.0-Zeitalter fit gemacht.

„Vor rund zwei Jahren wurden wir damit beauftragt, spezielle Wälzlager-Komponenten für die neue LEAP-Triebwerksgeneration herzustellen. Der Auftrag war für uns bis dato einzigartig, weil er sich über einen Zeitraum von 20 bis 30 Jahren erstreckt – wobei sich die einzelnen Losgrößen zwischen 5 und 30 Stück pro Job bewegen“, skizziert Cédric Vandevoir, Engineering Manager von SKF Aeroengine France, das entsprechende Volumen.

„Bei LEAP handelt es sich um ein hochmodernes Mantelstrom-Triebwerk des Herstellers CFM International, für das neueste Herstellungsverfahren eingesetzt werden. Die Bearbeitung der komplexen, mittelgroßen Wälzlagerteile ist sehr anspruchsvoll, erfordert neue Prozesse und höchste Präzision, um den Qualitätsansprüchen gerecht werden zu können“, ergänzt Marcus Jakob, Global Process Development Manager bei SKF Aerospace.

Investition in Leistung, Präzision
und Produktivität

Angesicht der Anforderungen an eine qualitativ hochwertige, stets rückverfolgbare und vor allem wirtschaftliche Produktion von kleineren, aber immer wiederkehrenden Stückzahlen über eine sehr lange Zeit musste SKF Aero seine bisherige Fertigungsstrategie komplett überdenken. Denn bislang gehörte eine Reihe von halbautomatischen Tätigkeiten für spezifische Produktionsschritte zum Arbeitsalltag. Nun galt es, ebenso leistungsstarke wie präzise Maschinen für die aufwendige Bearbeitung der Lagerkomponenten zu finden und diese mit SKF-Knowhow zu „füttern“.

Außerdem sollte die Bearbeitung – inklusive der hierzu notwendigen nachgeschalteten Prozesse – komplett in eine einzige hochproduktive Lösung integriert werden. „Wir wollten so viele Prozessschritte wie möglich automatisieren und manuelle Eingriffe drastisch minimieren. Daher haben wir uns auf die Suche nach Partnern gemacht – sowohl für die ,Industrie-4.0-Maschinen‘ als auch für die Automatisierung des ambitionierten Projekts“, so Jakob.

Nach eingehender Prüfung potenzieller Systemintegratoren entschied sich SKF Aeroengine schließlich für Fastems – und das aus guten Gründen, wie Jakob berichtet: „Es war uns wichtig, dass der Partner auf die sehr unterschiedlichen Anforderungen des Gesamtprojektes, das wir auch auf andere SKF-Aero-Werke übertragen wollten, sowie auf individuelle Wünsche flexibel eingehen kann. Dabei spielt die Software eine entscheidende Rolle. Roboter sind heutzutage quasi ,Standardware‘, aber das Knowhow, die Integration und die flexible Umsetzung in der eigentlichen Anwendung sind hier die entscheidenden Punkte. Fastems konnte schon in Bezug auf die Unternehmensgröße, die Anzahl der Softwareentwickler im eigenen Hause und vor allem im Hinblick auf die Kompetenz im Bereich flexibler Softwarelösungen für die Automatisierung überzeugen.“

Komplexe Gesamtlösung inklusive Qualitätsprüfung

Die anfänglichen Vorstellungen von SKF Aeroengine wurden im Projektverlauf mit Fastems bis zum jetzigen System namens „Robo FMS“ (Robotic Flexible Manufacturing System) weiterentwickelt. „Aufgrund der guten Zusammenarbeit zwischen uns und Fastems konnten wir sehr schnell neue und innovative Lösungen finden und wichtige Meilensteine des Projekts erreichen“, so Jakob.

Die an das flexible Fertigungssystem angebundenen Maschinen und Systeme vermitteln einen Eindruck von der Komplexität der Gesamtlösung: zwei Dreh-/Fräszentren, ein Schleifzentrum, eine Läppmaschine, eine 3D-Koordinatenmessmaschine, eine Anlage zur Teilereinigung und ein Laser-Markiersystem. Darüber hinaus integriert das Robo FMS eine Be- und Entladestation für fahrerlose Transportfahrzeuge (AGV) sowie ein Lager für Roh-, Halbfertig- und Fertigteile.

Das Robo FMS verkettet sämtliche Prozessschritte in einem FFS: von der Erstbearbeitung der zuvor an der Ladestation manuell auf Nullpunktspannsystemen aufgespannten Werkstücke an den beiden Dreh-/Fräszentren über die Bearbeitung an der Läpp- und Schleifmaschine bis hin zur Lasermarkierung und Qualitätskontrolle unter Berücksichtigung vorangegangener Prozessschritte.

Der auf einer Schiene verfahrende Roboter ist hierbei in der Lage, sowohl Werkstückpaletten als auch Werkstücke ohne Palette zu handhaben. Hierzu Vandevoir: „Die Bearbeitungsprozesse an der Läpp- und Schleifmaschine sind aus Gründen der Präzision nur ohne Aufspannung möglich.“

Den Takt der Transportbewegungen im Robo FMS gibt die Chronologie des Gesamtprozesses vor – und die hängt vom jeweiligen Status der Werkstücke, der Werkzeuge, der Maschinen und weiterer Stationen im System ab. So kann es sein, dass ein Halbfertigteil zunächst im Systemlager abgelegt wird, wenn sich bspw. bereits ein Werkstück in einer Maschine oder einer Mess- bzw. Markierstation befindet.

Nahezu null Rüstzeiten

Sind die Werkzeuge vorbereitet und befindet sich genügend Material im Lager, dann ist das Robo FMS auf eine hohe autonome Fertigung über einen langen Zeitraum ausgelegt. „Unser Ziel ist es, ein gesamtes Wochenende unbemannt produzieren zu können, und das auch bei Losgröße 1. Voraussetzung dafür ist, dass sich im Systemlager genügend aufgespannte Werkstücke und nicht aufgespannte Halbfertigteile befinden, damit sämtliche Stationen im Robo FMS zu jeder Zeit bedient werden können. Darüber hinaus arbeiten wir derzeit daran, dass das System sämtliche Wälzlagerkomponenten hoch automatisiert fertigen kann, ohne manuelle Rüstung durch Bediener“, so Jakob.

Ein unverzichtbarer Baustein des Projekts ist nach Ansicht von Cédric Vandevoir auch die Manufacturing Management Software (MMS) von Fastems: „In naher Zukunft werden wir die MMS an unser ERP-System anbinden, um direkt hieraus die Produktionsplanung vorzunehmen. Die Software soll dann auch die gesamte automatisierte Produktion steuern und überwachen. Außerdem ermöglicht uns die MMS, die Gesamteffizienz des Robo FMS abzubilden, um bei Bedarf schnell reagieren und somit beispielsweise gezielt Einzelprozesse optimieren zu können. Die Software bietet hierzu alle Voraussetzungen.“

Erfolgreiche Vorlage für weitere Standorte

Die Kooperation von SKF Aeroengine und Fastems hat sich definitiv gelohnt, wie Vandevoir meint: „Mit dem Robo FMS können wir selbst die anspruchsvollsten Lagerkomponenten in den geforderten Stückzahlen und mit höchster Qualität fertigen und somit unsere Kunden innerhalb der vereinbarten Termine mit maßgeschneiderten Wälzlagern beliefern. Das FFS ist ein essenzieller Bestandteil unserer Produktion und damit unserer Wettbewerbsfähigkeit geworden – also ein echter Erfolg!“

Gilles Ofcard, Factory Manager von SKF Aeroengine France, ergänzt: „Mit diesem Automatisierungsprojekt sind wir bestens für die bedeutenden Veränderungen in unserer Branche gerüstet. Denn unser Metier ist von einer zunehmenden Produktvielfalt mit immer kleineren Produktionschargen geprägt. Natürlich gibt es gewisse Herausforderungen durch die Veränderungen, die nach sehr hohen technischen Kenntnissen und Qualitätsstandards in einem zudem umkämpften Markt verlangen. Aber wir können uns diesem grundlegenden Wandel nicht entziehen. Umso mehr kommt es darauf an, dass uns die Technologie dabei hilft, unser Qualitätsniveau weiter zu verbessern, unsere Flexibilität zu erhöhen, unsere Prozesse zu stabilisieren und unsere Produktion sicherer zu machen.“

Dem kann Marcus Jakob nur zustimmen: „Dank des erfolgreichen Pilotprojekts schlagen wir nun an mehreren Standorten innerhalb der SKF Gruppe neue Wege ein. Ein zweites, identisches Robo FMS haben wir bereits bei SKF Aeroengine in New York installiert und dieses noch um ein zusätzliches Dreh- und Schleifzentrum ergänzt. Ein ähnliches System kommt in unserem Werk in Pennsylvania zum Einsatz, wo wir spezielle Dichtungen für die Aerospace-Branche herstellen. Zwar wird dort ausschließlich mit Palettenaufspannungen gearbeitet, sodass das System weniger komplex ist, aber auch hier bewährt sich die Zusammenarbeit mit dem Automatisierungspartner Fastems bestens!“

SKF GmbH
www.skf.de

Fastems Systems GmbH
www.fastems.de


Web-Tipp

Ein Video über dieses Projekt finden Sie unter https://youtu.be/xjuhD5CtMHw



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