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 Flexible Fertigung von Elektromotoren für Fahrzeuge
06.09.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Gewicht von Robomotion-Greifer um 60 Prozent reduziert
31.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungen

Posterblitz und neue Planeten

25.09.2017 | Veranstaltungen

Hochschule Karlsruhe richtet internationale Konferenz mit Schwerpunkt Informatik aus

25.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Legionellen? Nein danke!

25.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Hochvolt-Lösungen für die nächste Fahrzeuggeneration!

25.09.2017 | Seminare Workshops

Seminar zum 3D-Drucken am Direct Manufacturing Center am

25.09.2017 | Seminare Workshops