Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Maschinensteuerung für den universellen Einsatz einer automatisierten Fertigung

17.12.2008
Durch die Automatisierung einzeln isolierter Maschinen lassen sich die Lohnkostenquoten nur marginal senken. Eine nennenswerte Wertschöpfung am Standort Deutschland ist daher nur noch in der Feinabstimmung von Automation, Integration und Organisation zu realisieren. CAM-Anwendungen mit einfacher Handhabung und universeller Ansteuerung sind deshalb bei messbarer Kostenreduktion im Trend.

Um in Deutschland wettbewerbsfähig zu bleiben, ist eine optimale Abstimmung unterschiedlicher Maschinen bis hin zur bedienerlosen Schicht nötig. Wenn dann noch wenige speziell ausgebildete Maschinenbediener mit einem breit gefächerten Einsatzpotenzial einen großen Maschinenpark versorgen können, dann sind auch in Deutschland Lohnkostenquoten von unter 20% möglich.

Aus Sicht einiger MES-Hersteller ist der Abschnitt CAM nur ein Modul in einer MES-Suite. Der Integrationsgedanke ist aber bei allen MES-Produkten die eigentlich treibende Kraft. Dennoch sind die CAM-Module zu stark mit den weiteren Modulen der MES-Umgebung verbunden. Auch die Anbindung an den Maschinenpark wird sehr häufig nur aus der Sicht der Materialwirtschaft und der Ressourcenzuteilung, wie Mensch und Werkzeug, betrachtet.

In vielen Fertigungsbetrieben ist der Automatisierungsgrad so weit fortgeschritten, dass zahlreiche Maschinen werkzeugungebunden sind und bereits über NC-Programme gesteuert werden. Gerade dieser zunehmende Automatisierungsgrad hat in vielen Unternehmen zu einem Wildwuchs von CAM-Programmen mit proprietären Maschinensteuerungen geführt. Die von dem Wettbewerbsdruck getriebenen Unternehmen fertigen heute durch kleinere Losbildung eher werkzeugungebunden und mittels CAM und CNC.

Die Tendenz zu eher kürzeren Durchlaufzeiten und kleineren Losen dürfte wohl in jedem Fertigungsbetrieb Einzug gehalten haben. Somit ist der Weg von der werkzeuggebundenen Fertigung hin zu mehr Automation, kleineren Rüstzeiten und geringeren Werkzeugkosten unaufhaltsam.

Praxisbeispiel verdeutlicht Reduktionsmöglichkeit

Ein Praxisbeispiel soll zeigen, wie die Beschleunigung von Fertigungsprozessen allein durch die Reduktion unterschiedlicher CAM-Programme und der angebundenen Maschinenansteuerungen möglich ist.

Der Maschinenpark der Overath GmbH in Lohmar ist mit unterschiedlichen Stanz- und Schneidemaschinen ausgestattet. Der Automobilzulieferer und Spezialist für Mehrwegverpackungen, setzte für eine Kleinserienfertigung mit einer Vielzahl an Varianten, Maschinen unterschiedlicher Hersteller ein. Für vier unterschiedliche Engpassmaschinen der Hauptarbeitsgänge wurden noch in der Ausgangssituation vier unterschiedliche CAM-Programme verwendet.

Maschinenprogrammierung wird bereits beim Konstruieren festgelegt

Die Produkte werden in einer kleinen Konstruktionsabteilung mit acht bis zwölf Komplettverpackungen von einer Neukonstruktion bis zum fertig geschnittenen Produkt täglich für eine Einmalfertigung entwickelt. Die Konstrukteure legten bereits in der Konstruktionsphase die Zielmaschine in der Programmierung fest. Bei Engpässen an der Fertigungsmaschine musste dann die Programmerstellung nachgebessert werden.

Die teilweise älteren SPS-Programme mussten durch Personal mit Kenntnissen der NC-Programmierung (G-Code) manuell in einem Zeileneditor bearbeitet werden. Leider liegen gerade bei älteren SPS die Grenzen auch in der Speicherverwaltung. In solchen Fällen müssen die Programmierer zur Ausnutzung des Plattenmaterials Verschachtelungen und Sprungbefehle nutzen.

Die Beschreibung der Verfahrwege ist zwar standardisiert, dennoch fügt jeder Maschinenhersteller diesem G-Code weitere spezielle Maschinenparameter hinzu. Weil die Speicherverwaltung der Steuerungen nicht von den CAM-Programmen organisiert wird, wurden diese Programme noch manuell mittels Taschenrechner optimiert. Aber auch moderne, PC-basierte Steuerungen (für Zwei-Kopf-Fräsmaschinen oder 3D-Fünf-Achs-Wasserstrahl-Maschinen) werden nun nach dem Rollout mit einem universellen CAM-Programm angesteuert.

CAM-System entlastet auch Konstrukteure

Folgende Hürden galt es in der Umsetzung zu überwinden:

-Reduzierung von vier CAM-Programmen (unterschiedlicher Hersteller) auf ein einziges und universelles CAM-Programm.

-Umgehung der Speicherbegrenzung älterer SPS mit manuell einzupflegenden Sprungbefehlen.

-Das CAM-Programm sollte nicht nur über verfahrensneutrale CAD-Schnittstellen verfügen (DXF, IGES, Step), sondern möglicherweise eine Vielzahl von Quellprogrammen ohne Konvertierung direkt einlesen können. Beispielsweise aus CAD-Programmen wie Catia oder Autocad. Aber auch aus Programmen wie Corel Draw, Freehand oder Quark Xpress.

-Um auch die Konstruktion in der eigentlichen Aufgabe der Digitalisierung von Zeichnung zu entlasten, sollten Vektorisierungs- und Digitalisierungshilfen direkt im CAM-Programm implementiert sein.

-Eine Material- und Werkzeugdatenbank sollte in Verbindung mit der jeweiligen Zielmaschine die exakte Schneidzeit für die Kalkulation berücksichtigen.

-Weil viel Spezialwissen der zu bearbeitenden Materialien mit unterschiedlichen Einspannvorrichtungen (Schablonen, Vakuum) hauptsächlich den erfahrenen Maschinenbedienern obliegt, sollten diese auch programmieren.

-Die Ansteuerung der Maschinen über FTP (serielle Übertragung an die SPS) oder G-Code-Konverter (PC-basierte Steuerungen) sollte vereinheitlicht werden.

-Die erstellten Programme sollten nicht mehr für spezielle Maschinen geschrieben, sondern erst unmittelbar vor Beginn des Fertigungsauftrages, der Zielmaschine zugeordnet werden. Je nach frei verfügbarer Zeit, würde der Maschinenfahrer die Programmverschachtelungen vollenden. Das CAM-Programm würde damit auch als Plot-Server fungieren und über den Abruf von Wiederhol-aufträgen permanent mit den Maschinen korrespondieren.

-Die eigentliche Verschachtelung und somit die optimale Ausnutzung des Plattenformats sollte ein Optimierungsalgorithmus automatisch vorschlagen und dieser sollte nur in Einzelfällen, bei starker Materialverdrängung oder bei Haftungsproblemen, durch einen manuellen Eingriff zu korrigieren sein.

-Auch unterschiedliche Layer in der Konstruktionszeichnung, zum Beispiel für das Durchschneiden oder zur Perforierung, sollten von den Programmen automatisch erkannt und zugeordnet werden.

Kürzere Durchlaufzeit dank neuem CAM-System

Damit würden die Konstrukteure erheblich entlastet werden, da der Arbeitsgang der Programmierung komplett entfiele. Auch die gesamte Durchlaufzeit der Produkte würde sich dadurch verkürzen.

Die zuvor speziell ausgebildeten Maschinenfahrer müssten nun keine Kenntnisse der G-Code-Programmierung mehr haben. Die Job-Dateien, welche in einer Zeichnung grafisch dargestellt werden, könnten via Drag and Drop verschachtelt werden.

Um die Ziele zu erreichen wurde zuerst gemeinsam mit Overath alle Einflussparameter und Schnittstellen der Maschinen protokolliert. Anhand der ursprünglichen CAM-Programme wurden jeweils zwei einfache und zwei komplexe Geometrien erstellt.

Musterprogramme als Basis für die Anpassung an die Zielmaschine

Diese Musterprogramme stellten die Basis für die Anpassung der Postprozessoren an die jeweilige Zielmaschine dar. Eine weitere Checkliste gab Auskunft über besondere Maschinenparameter (Grenzbereiche und Sonderanpassungen). Anhand einer frei programmierbaren Postprozessor-Unit wurde ein Prototyp erstellt.

Das Programm selbst wurde dann vor Ort installiert und trainiert. Die intuitive Benutzeroberfläche sowie die durchgängigen Drag-and-Drop-Funktionen sorgten für einen schnellen Lernerfolg. Hinzu kam, dass alle Anlagenbediener bereits mit der Flexpo-BDE und dem zugehörigen Dokumentenmanagement der neuen CAM-Software vertraut waren, somit konnten nun auch die NC-Programme über die BDE-Buchung „Beginn – Auftrag“ direkt an die passende Maschine gesendet werden.

Dipl.-Ing. Jörg Rehage ist Consultant im Fachbereich Technologie- und Organisationsberatung im produzierenden Mittelstand der F&M Consulting in 47053 Duisburg.

Jörg Rehage | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/163116/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Ifremer entwickelt autonomes Unterwasserfahrzeug zur Untersuchung der Tiefsee
24.02.2017 | Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

nachricht Baukasten-System für die Linienfertigung: Die VL-Baureihe von EMAG
21.02.2017 | EMAG GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie