Neue Märkte erschließen mit Virtual Machining

Lochstreifen, also Datenspeicher aus Papier oder anderen flexiblen Materialien, auf denen Informationen durch eingestanzte Löcher repräsentiert werden – diese Form der Datenverarbeitung stand am Anfang der automatisierten Maschinensteuerungen. Bis in die 1980er Jahre kamen diese Datenträger in fast allen Zerspanungsbetrieben zum Einsatz. Stefan Zaigler, Geschäftsführer der Zaigler Maschinenbau GmbH, kann sich noch gut an die Maschinen mit den Lochstreifen erinnern: „Ich habe die Papierstreifen noch deutlich vor Augen. Als ich 1986 mit meiner Lehre als Zerspanungsmechaniker angefangen habe, gab es sie noch. Aber sie wurden dann ziemlich schnell durch die ersten Maschinen mit Computersteuerungen abgelöst. Die Lochstreifen, wie auch die ersten NC-Programme aus dem PC, stammten bei uns damals schon von Coscom.“

Der ehemalige Lehrling, Stefan Zaigler, steht heute als geschäftsführender Gesellschafter an der Spitze der Zaigler Maschinenbau GmbH. Als familiengeführtes Unternehmen mit rund 120 Mitarbeitern ist Zaigler spezialisiert auf die Lohn- und Auftragsfertigung in der Großteile-Zerspanung. Das Unternehmen ist in der Lage, Bauteile bis 15 m Länge, 4,5 m Höhe, 5 m Durchmesser und einem Gewicht von bis zu 50 t zu bearbeiten. Die Aufträge umfassen in der Regel Prototypen, Vorserien oder Kleinserien von zehn oder fünfzehn Stück.

Die Kunden kommen zum großen Teil aus den folgenden, doch sehr unterschiedlichen Branchen: Dazu gehören u. a. die Energieerzeugung mit Komponenten für Gasturbinen und Windkraftanlagen; Motorenbau im Bereich Großmaschinen, Lkw, Schiff und Bahn; oder Bauteile für den Sondermaschinenbau in den Sparten Druckindustrie & Kunststoff. Dazu kommen noch weitere Kunden aus dem allgemeinen Großmaschinen- bzw. Anlagenbau.

Genauso heterogen wie das Kundenspektrum ist auch der Maschinenpark des Mittelständlers. Insgesamt 30 Maschinen zur Groß- und Kleinteilebearbeitung stehen in den Werkhallen. Diese sind allesamt von namhaften Herstellern, z. B. von DMG, SHW, Waldrich Coburg, Zayer, Colgar, Mazak, Alzmetall, Tos Varnsdorf, etc. In den letzten drei Jahren hat Zaigler mit drei Investitionspaketen in Höhe von insgesamt rund 7 Millionen Euro massiv weiter in seinen Maschinenpark investiert und fünf neue Anlagen beschafft, um noch besser auf die Anforderungen bestehender Kunden einzugehen, in der Fertigung flexibler zu werden, neue Produkte fertigen zu können und so neue Märkte zu erschließen.

Motorblock-Programmierung in zwei
statt zwölf Wochen

„Unser Ziel war es schon immer, die Spindellaufzeiten an den Maschinen zu erhöhen und zu optimieren, um so unproduktive Nebenzeiten so kurz wie möglich zu halten“, erklärt Stefan Zaigler. „Darum setzen wir bereits seit 1986 PC-basierte NC-Software von Coscom ein, um hauptzeitparallel programmieren zu können.“ Mittlerweile läuft auf den PCs in der Arbeitsvorbereitung und Programmierung des metallverarbeitenden Betriebs die CAD/CAM-Software Proficam VM von Coscom in der aktuellen Version. Als universelles CAD/CAM-System verfügt sie über moderne 2½D- und 3D-Bearbeitungsstrategien bis hin zum 5-Achs-Simultanfräsen. Dies kommt sowohl dem heterogenen Maschinenpark als auch der breiten Produktpalette des Mittelständlers entgegen.

Die Aktualisierung und Erweiterung der Software sowie Umstellung auf eine moderne 3D-Programmierung machte sich für Zaigler bezahlt, wie Matthias Purucker, Mitarbeiter in der Arbeitsvorbereitung, eindrucksvoll schildert: „Während wir früher für das Programmieren eines komplexen Motorblocks rund drei Monate gebraucht haben, schaffen wir das mit der Proficam-3D-Programmierung nun innerhalb von zwei Wochen.“ Der Datenimport von Kunden gelieferter CAD-Dateien erfolgt reibungslos über native Formate (z. B. Pro-Engineer) oder über universelle STEP-Dateien.

Insgesamt werden bei Zaigler 25 NC-Maschinen mit der Coscom-Software programmiert und simuliert. Für viele Anwendungsfälle genügt Zaigler bereits die integrierte Simulation, welche bei Proficam VM bereits im Standard enthalten ist. Die Spezialisierung auf Prototypen, Einzelteilefertigung und Kleinstserien bringt ihre eigenen Herausforderungen mit sich. Eine davon ist die Werkzeugverwaltung, denn für jeden Auftrag müssen jeweils komplette Werkzeugsätze zusammengestellt, Sonderwerkzeuge gebaut oder Komplettwerkzeuge montiert werden. Deren Organisation und Vorbereitung bringt viel Arbeit mit sich, wie Purucker berichtet: „Zurzeit liegt unser Augenmerk auf der Digitalisierung der Werkzeuge und Betriebsmittel, um hier lückenlose Transparenz über alle Bestände zu schaffen. Das ist eine große Herausforderung, denn in unserer ‚Schatzkammer‘ lagern wir derzeit rund 30 000 bis 40 000 Werkzeuge, Einzelkomponenten und Sonderwerkzeuge von erheblichem Wert. Da wir kein eigenes Produkt haben, wissen wir heute nicht, was wir morgen produzieren. Und Werkzeuge sind ständig irgendwo im Umlauf. Dann immer wieder neue Werkzeuge zu beschaffen, oder auf belegte Werkzeuge zu warten, kostet unnötig Zeit und Geld.“

Stefan Zaigler hat diese Situation schon oft erlebt: „Kunden geben an, dass ein bestimmter Auftrag eine Einzelanfertigung ist und nie wieder kommt. Aber einige Monate später wollen sie den gleichen Artikel noch einmal haben, und das sind oft die kompliziertesten Bauteile. Dann ist es gut, wenn man im Wiederholfall alle Werkzeug- und Fertigungsinformationen auf einen Klick parat hat. So spart man jede Menge Zeit und kann ohne umständliches Suchen direkt mit der Produktion beginnen.“

Digitale Werkzeugverwaltung
für reproduzierbare Werkzeugsätze

Um ihr Fertigungs-Knowhow zu digitalisieren und zu sichern, hat die Zaigler Maschinenbau GmbH begonnen, die vorhandenen Werkzeuge inklusive aller Technologiedaten sukzessive in die Werkzeugdatenbank Tool-Director VM von Coscom aufzunehmen. Der Werkzeugsatz umfasst durchschnittlich zwischen 200 und 300 verschiedene Werkzeuge; ein komplexes Komplettwerkzeug besteht hierbei aus bis zu 40 Einzelkomponenten. „Zurzeit sind viele Werkzeugsätze noch in verschiedensten Excel-Tabellen dokumentiert“, berichtet Purucker. „Allerdings stößt die Tabellenkalkulationssoftware nun einfach an ihre Grenzen, wenn es um die systematische, zentrale Erfassung und v. a. die Bereitstellung von Technologiedaten im gesamten CAD/CAM- und Simulationsprozess geht.“

Mithilfe der zentralen Werkzeugdatenbank wird die Werkzeugverwaltung nun so organisiert, dass die Mitarbeiter mit wenigen Klicks reproduzierbare Werkzeugsätze erhalten. Sollte ein Kunde dann später tatsächlich ein Wiederholteil anfragen, stehen sämtliche Daten auf Knopfdruck bereit, sodass die Werkzeugsätze schnell und exakt 1:1 nachgebaut werden können. Das spart nicht nur Zeit, es steigert vor allem auch die Prozesssicherheit, wie Purucker bestätigt: „Mit dem digitalen Einrichteblatt stehen uns alle Informationen auf einen Klick zur Verfügung: Welche Aufnahme, welche Verlängerung usw., bis hin zur Wendeschneidplatte – da kann beim Zusammenbau nichts mehr schief gehen!“

Das Interesse für eine Werkzeugdatenbank entstand auch durch den Bedarf an Werkzeugdaten für die Maschinensimulation. Der Einsatz der Werkzeugverwaltung verschafft Zaigler einen weiteren großen Vorteil, denn alle Werkzeugdaten stehen nun auch im gesamten CAM- und Simulationsprozess zentral zur Verfügung. Zaigler greift durch die schnittstellenfreie Vernetzung zwischen Werkzeugverwaltung und CAM-System bereits in der Programmierung auf alle Werkzeuge und deren Technologiedaten zurück. Die anschließende Simulation wird durch die Werkzeugdaten aussagekräftiger, der AV-Prozess wesentlich beschleunigt und die Bearbeitung im Vorfeld der Produktion virtuell abgesichert.

Die Maschinensimulation, besonders die Kollisionsüberprüfung bei komplexen Bauteilen, ist für den Mittelständler ebenfalls ein sehr wichtiges Thema. Schon die in Proficam VM integrierte Standardsimulation reicht den Programmierern meist aus, so Purucker: „Bei einfachen 2D-Programmierungen kann man die Verfahrwege direkt in Proficam sehen, das ist z. B. sehr nützlich, um die Bearbeitungen auf einem Bohrwerk schnell zu simulieren.“

Für einige komplexe Bearbeitungszentren, wie z. B. von DMG, SHW und Alzmetall, setzt Zaigler auf die Maschinensimulation Profi-Kinematik VM von Coscom, um die Bearbeitung vollständig im virtuellen Raum des digitalen Maschinenmodells zu simulieren, und zwar inklusive Materialabtrag, Kollisionsprüfung und Bearbeitungsdauer. Stefan Zaigler beschreibt den Effekt von Virtual Machining: „Auf die Maschine, fertig, los! Durch Virtual Machining haben sich unsere Rüst- und Einfahrzeiten drastisch reduziert, weil das Bauteil bereits mit einem kollisionsgeprüften NC-Programm auf die Maschine geht. Auch wenn die Bearbeitungszeit je nach Größe und Komplexität eines Bauteils zwischen 10 und 500 Stunden beträgt, können wir im Vorfeld schon die Bearbeitungszeiten sehr präzise ermitteln und die Maschinenbelegung damit sehr effizient planen. Auch das war ein wichtiger Grund für uns, die NC-Programmierung von der Maschine nahezu vollständig auf den PC zu verlagern.“

Dabei steht für Zaigler weniger die Verringerung des Personaleinsatzes im Vordergrund, sondern vielmehr die Verlängerung der produktiven Maschinenlaufzeit durch die hauptzeitparallele Programmierung. „Wir haben die externe Programmierung personell stetig ausgebaut. Allein drei Mitarbeiter beschäftigen sich nur mit der NC-Programmierung, und zwar für 25 Maschinen. Und unsere Werker kümmern sich anschließend um den Bearbeitungsprozess, um die Qualitätssicherung und u. a. um die Einhaltung unserer Liefertermine.“

Diese Aufgabenteilung hat sich bewährt: Durch die hauptzeitparallele Programmierung konnte Zaigler in den letzten Jahren einen kontinuierlich steigenden Output erzielen. Hinzu kommt, dass das moderne Postprozessor-Konzept Profi NC-Joker von Coscom NC-Programme in sehr guter Qualität liefert. „Bevor wir Joker eingesetzt haben, hatten wir eine andere Software, um NC-Sätze zu generieren“ so Stefan Zaigler. „Doch es war immer noch nötig, rund 30 % der Programme manuell an der Maschine nachzubearbeiten. Das hat sehr viel Zeit gekostet. Mit Profi NC-Joker erhalten wir nun 95 % lauffähige Programme. Coscom ist hier technologisch ein sehr guter und verlässlicher Partner, das hat sich immer wieder auch bei der Anpassung für neue Maschinen gezeigt. Die Techniker kennen sich nicht nur mit Software aus, sondern optimieren mit ihrem Fertigungs-Knowhow vor Ort Schritt für Schritt maschinenindividuell die NC-Satzausgabe.“

Ziel: Durchgängige Vernetzung
vom ERP bis an die Maschine

Seit 1986 hat das Unternehmen rund 10 000 NC-Programme erstellt, die mittlerweile ebenfalls in der durchgängigen Coscom-Prozesslösung digital organisiert und artikelbezogen im CAM-Datenmanagement Factory-Director VM verwaltet werden. Aufgrund der positiven Erfahrung mit der Werkzeugverwaltung baut Zaigler den Factory-Director VM sukzessive zu einem zentralen Dokumentenmanagement-System für die Organisation aller Fertigungsdaten aus, wie z. B. Artikel-Stammdaten, NC-Programmverwaltung oder Spannskizzen. Stefan Zaigler prognostiziert: „Auch hier werden wir zukünftig durch eine zentrale Knopfdruck-Lösung für die Fertigungsdatenbereitstellung noch schneller, um unser Knowhow zu sichern und allen Beteiligten digitalisiert bereitzustellen, und damit die Effizienz im Fertigungsprozess weiter zu erhöhen.“

Mit der geplanten Koppelung der Fertigungs-IT mit dem ERP-System Alf 2000 setzt der Unternehmer seine Vision einer durchgängigen digitalen Vernetzung von Geschäfts- und Fertigungsprozessen – vom ERP bis an die Maschine – Schritt für Schritt gemeinsam mit Coscom in die Realität um. „Coscom ist unser verlässlicher Partner, wenn es um die Prozessoptimierung unserer Produktion geht“, berichtet Stefan Zaigler. „Coscom wächst mit unseren Anforderungen, wir profitieren von praxisorientierten Coscom-Lösungen. Deshalb sind wir seit 1986 Coscom-Kunde. Denn unterschiedliche Branchen beliefern zu können bedeutet für uns einfach mehr Sicherheit, mehrere Standbeine sowie eine Konjunktur- und Branchenunabhängigkeit. Die neue beschleunigte 3D-NC-Programmierung war auf alle Fälle ein Marktöffner und hat unsere Position gefestigt.“

Coscom Computer GmbH
www.coscom.de

Zaigler Maschinenbau GmbH
www.zaigler-maschinenbau.de

Die Zaigler Maschinenbau GmbH ist auf die Zerspanung großer Werkstücke ausgerichtet. Bild; Coscom

Spezialist für Großteile-Zerspanung

Die Zaigler Maschinenbau GmbH wurde im Jahr 1954 gegründet und hat sich im Lauf ihres Bestehens auf die Auftragsfertigung und Großteile-Zerspanung für unterschiedliche Industriezweige spezialisiert, wie z. B. die Druckindustrie, die Kunststoffverarbeitung, Energieerzeuger und den Maschinenbau allgemein. Neben Kunden in Deutschland beliefern die Kulmbacher auch Unternehmen in Österreich, der Schweiz, England, Frankreich, Russland und den USA. Zurzeit beschäftigt das familiengeführte Unternehmen rund 120 Mitarbeiter, davon 16 Auszubildende.