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 Flüssiger Wasserstoff im freien Fall
05.12.2016 | Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)

nachricht IPH entwickelt Prüfstand für angetriebene Tragrollen
29.11.2016 | IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Mehrkernprozessoren für Mobilität und Industrie 4.0

07.12.2016 | Informationstechnologie