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Datenbankgestützte Verwaltung von Betriebsmitteln senkt Kosten

| Redakteur: MM

Derzeit am Markt angebotene Systeme zur Betriebsmittelverwaltung sind in der Lage, die Versorgung der Produktion mit Werkzeugen, Vorrichtungen, Spann- und Prüfmitteln effizient zu unterstützen. So...

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( Archiv: Vogel Business Media )

Derzeit am Markt angebotene Systeme zur Betriebsmittelverwaltung sind in der Lage, die Versorgung der Produktion mit Werkzeugen, Vorrichtungen, Spann- und Prüfmitteln effizient zu unterstützen. So lässt sich der Bereitstellungsaufwand bis zu 20% und der Werkzeugverbrauch bis zu 15% reduzieren. Standardisierte Schnittstellen erschließt zusätzliches Nutzenpotenzial.Die Anwendung von EDV-Systemen zur Fertigungshilfsmittelverwaltung geschieht noch nicht in dem Umfang, wie es den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen nach eigentlich sein müsste. Das hat mehrere Ursachen. So wird der Einfluss der Werkzeugversorgung auf die Fertigungskosten oft unterschätzt. Der in der Literatur immer wieder genannte geringe Anteil der Werkzeugkosten an den Fertigungskosten berücksichtigt üblicherweise nur die Werkzeugbeschaffungskosten. Die Kosten für die Werkzeugmontage, Voreinstellung, Bereitstellung, Aufbereitung und alle damit in Verbindung stehenden planenden und steuernden Funktionen hingegen werden nicht gesondert erfasst, obwohl sie wahrscheinlich ein Vielfaches ausmachen. Weiter wird gerne übersehen, dass auch die Investitionen in Werkzeuge im Vergleich zu den Maschineninvestitionen in den letzten Jahren deutlich zugenommen haben. Dies belegt zum Beispiel die Statistik des VDMA über die Produktionswerte von Werkzeugmaschinen und Werkzeugen in Deutschland. Während vor 20 Jahren der Produktionswert der Werkzeuge nur etwa 45% des Produktionswertes von Werkzeugmaschinen betrug, macht er heute bereits fast 80% aus. Jeder Produktionsleiter weiß ein Lied davon zu singen, was es bedeutet, die Investition für eine neue Maschine bewilligt zu bekommen. Die Werkzeuge hingegen werden quasi nebenbei beschafft und viele Betriebe wissen nicht einmal welches Kapital in ihrem Werkzeugbestand steckt. Nachdem das Bewusstsein für die durch die Fertigungshilfsmittelversorgung verursachten Kosten und für die möglichen Einsparungspotentiale nicht vorhanden ist, schreckten viele Betriebe bislang vor den teilweise nicht unbedeutenden Beschaffungskosten für derartige Systeme zurück, obwohl sie sich in den meisten Fällen wohl rasch amortisiert hätten.Auf der anderen Seite ist die Einführung solcher Systeme mit ihrer Komplexität nicht zu unterschätzen, weil sich die Teilaufgaben der Werkzeugverwaltung oft über mehrere Unternehmensbereiche verteilen. Damit ergeben sich auch vielfältige Schnittstellen zu anderen, bereits bestehenden Anwendungen wie CAD, NC-Programmierung, PPS/Leitstand oder DNC-Systemen, die bei der Implementierung heute noch teilweise individuell zu realisieren sind (Bild 1). Überdeckungen in der Funktionalität der zusammenwirkenden, verteilten Anwendungen machen darüber hinaus eine sorgfältige Einführungsplanung erforderlich. Bereitstellungskosten können gesenkt werdenDie wesentlichen Vorteile von Programmen zur Fertigungshilfsmittelverwaltung sind:- Das gebundene Kapital kann durch Einschränkung der Werkzeugvielfalt und damit Senkung des Lagerbestandes reduziert werden. Die Standardisierung der Werkzeuge wirkt sich darüber hinaus positiv auf die Verwaltungs- und Beschaffungskosten aus.- Die Bereitstellungskosten können durch Reduzierung der Werkzeugwechsel und des organisatorischen Aufwandes bei der Werkzeugbereitstellung durch den beschleunigten Informationsfluss gesenkt werden.- Die Verschleißteilkosten werden durch bessere Ausnutzung der Standzeiten reduziert.- Maschinenstillstandzeiten können durch Verfügbarkeitsprüfung, termingenaue Werkzeugbereitstellung und EDV-gestützten Austausch von Werkzeugdaten minimiert werden.Untersuchungen des Institutes für Fertigungstechnik und spanende Werkzeugmaschinen der Universität Hannover zeigten, dass nach der Einführung von Tool-Management-Systemen die Typenvielfalt um 30%, der Bereitstellungsaufwand um 20%, der Lager- und Umlaufbestand um 20% und der Werkzeugverbrauch um 15% gesenkt werden konnten, während die Maschinennutzung um 5% angehoben wurde.Nachfolgend werden die durch Tool-Management-Systeme unterstützten Funktionen kurz dargestellt, wobei in der Beschreibung die Begriffe Werkzeug und Fertigungshilfsmittel synonym im Sinne des englischen Begriffes Tool verwendet werden, der neben den Bearbeitungswerkzeugen auch Vorrichtungen, Spann- und Prüfmittel beinhaltet. Grundsätzlich kann man sich natürlich die Frage stellen, warum überhaupt eigene Systeme für die Werkzeugverwaltung erforderlich sind. Werkzeuge, Vorrichtungen und deren Struktur wären grundsätzlich auch in den Artikelstämmen und Stücklisten der PPS abbildbar, die Disposition, Beschaffung und Bestandsverwaltung könnte mit herkömmlichen Materialwirtschaftsmodulen abgewickelt werden. Besondere Anforderungen betreffend Datenhaltung und die Planung und Steuerung der Bereitstellungsaufträge in Abhängigkeit von den freigegebenen Werkstattaufträgen schließen diese Vorgangsweise jedoch aus.Werkzeugkataloge sind DatenbasisGrundlage der Tool-Management-Systeme ist der sogenannte Katalog, der für die Handhabung modularer Werkzeugsysteme ausgelegt sein muss und die zur Verwendung vorgesehenen Komplettwerkzeuge und Werkzeugkomponenten organisatorisch, geometrisch und technologisch vollständig beschreibt.Im Gegensatz zur klassischen NC-Programmierung werden die bereitzustellenden Werkzeuge nicht durch Beschreibung der erforderlichen Werkzeugkenngrößen festgelegt. Die Werkzeugeigenschaften werden durch Bezugnahme auf katalogisierte Werkzeuge mittels Identnummer bestimmt. Dadurch kann einerseits die Werkzeugvielfalt durch Unterstützung bei der Werkzeugauswahl aus einem vorgegebenen Werkzeugspektrum reduziert werden, andererseits kann der Informationsfluss zu den nachgelagerten Funktionen der Werkzeugvorbereitung durch Zugriff auf den zentralen Werkzeugkatalog entscheidend verbessert werden.Die Zuordnung von Werkzeuggrafiken zu Komponenten und Komplettwerkzeugen (CAD-Files oder per Digitalkamera erzeugte Bilddaten) muss genauso möglich sein wie die Hinterlegung von allgemein gültigen oder bearbeitungsspezifischen Technologiewerten (Verwaltung der firmeninternen Erfahrungswerte). Aufgrund der Anforderungen, die sich aus der Bereitstellung und Verwaltung unterschiedlicher Fertigungshilfsmittel ergeben (Prüfintervalle für Messmittel, Einstelldaten für spanende Werkzeuge), muss die Anwendung eine mehrstufige, hierarchische Klassifizierung der verwalteten Objekte ermöglichen, sodass vom einfachen Arbeitshandschuh bis zum mehrteilig aufgebauten Komplettwerkzeug alle Fertigungshilfsmittel über dasselbe System verwaltet werden können. Die Objektstrukturen und Attribute sollten vom Anwender flexibel aufgebaut oder zumindest erweitert werden können. Daneben muss auch die Organisationsstruktur der Fertigung (Fertigungsbereiche und Maschinen, Lagerorte, -bereiche und Plätze) abgebildet und an die Gegebenheiten des Anwenders angepasst werden können.Komplettieren von Werkzeugen wird vereinfachtDer zentrale Werkzeugkatalog ist Basis für die Arbeit des Arbeitsvorbereiters oder NC-Programmierers, der anhand des aktiven Werkzeuges durch Angabe der Werkzeugklasse und Vorgabe von Wertebereichen für die wichtigsten Werkzeugkenngrößen (Durchmesser, Einsatzlänge etc.) die für die Bearbeitung erforderlichen Werkzeuge auswählt und in einer Werkzeugliste/NC-Programm zusammenstellt. Falls kein geeignetes Werkzeug definiert ist, muss das Tool-Management-System die Zusammenstellung neuer Komplettwerkzeuge (Werkzeugsynthese) unterstützen. Bei der Suche nach neuen Werkzeugkomponenten sollte der einfache Zugriff auf heute vielfach verfügbare Herstellerdatenbanken und Übernahme der Werkzeuge in den firmeninternen Katalog einfach möglich sein.Dass solche Systeme die klassischen Funktionen der Lagerbewirtschaftung und Bestandsführung erfüllen müssen, braucht hier nicht im Detail beschrieben werden. Die aus PPS-Systemen bekannten Funktionalitäten reichen jedoch nicht aus, weil für viele Fertigungshilfsmittel nicht nur die Bestände relevant sind, sondern die Bestands- und Zustandsverwaltung auf das einzelne, physisch vorhandene Objekt (zum Beispiel ein Werkzeug mit seinen spezifischen Einstelldaten) heruntergebrochen werden muss. Neue Werkzeuge und Vorrichtungen entstehen durch Zusammenbau, haben spezifische Eigenschaften, die sich im Laufe der Verwendung an einem oder mehreren Einsatzorten verändern können, und werden danach durch Demontage wieder aufgelöst. Dieser Lebenszyklus der Fertigungshilfsmittel muss vom Tool Management System lückenlos verfolgt und aufgezeichnet werden.Ausgehend von den in der NC-Programmierung festgelegten Werkzeuglisten/NC-Programm, die alle benötigten Werkzeuge, deren Eingriffszeiten und für die Bearbeitung zutreffenden Standzeiten enthalten, kann über die Auftragslosgrößen der Bruttobedarf an Werkzeugen für ein einzelnes NC-Programm oder einen Mix von zu fertigenden Werkstücken ermittelt werden. Die anschließende Berechnung des Nettobedarfes als Basis für den Werkzeugbereitstellungsauftrag hängt vom Funktionsumfang der maschineninternen Werkzeugverwaltung und den Kommunikationsmöglichkeiten zum Tool Management System ab. Leider werden in diesem Bereich bei vielen realisierten Installationen noch immer erhebliche Nutzungsreserven vergeudet.Bei der einfachsten Vorgangsweise wird das Magazin komplett oder bis auf ein paar wenige fix definierte Stammwerkzeuge geräumt und mit dem zuvor ermittelten Werkzeugsatz neu bestückt. Dies führt zu hohen Rüstzeiten, und die Reststandzeiten der entladenen Werkzeuge sind meist verloren. Diese Methode kann keineswegs für zeitgemäße Bearbeitungszentren eingesetzt werden, die heute eine komfortable maschineninterne Werkzeugverwaltung und Werkzeugmagazine mit 200 bis 300 Werkzeugplätzen bieten (Bild 2). Die Daten der in der Maschine verwalteten Werkzeuge werden laufend aktualisiert, stehen aber für die automatisierte Bedarfsplanung wegen der fehlenden Kommunikationsschnittstelle zum Tool-Management-System nicht zur Verfügung.Die Steuerungen der führenden Anbieter können heute nahezu alle mit Kommunikationsschnittstellen für den DNC-Betrieb ausgerüstet werden. Als Beispiel für eine relativ einfach zu implementierende Rechneranbindung sei die auf dem weit verbreiteten TCP/IP Protokoll und RPC (Remote Procedure Calls) basierende Sincom-Schnittstelle von Siemens genannt. Sie ermöglicht den Austausch von Informationen zwischen der Steuerung und anderen Anwendungen auf der Fertigungsebene. Auf diese Weise können zum Beispiel Statusänderungen von Werkzeugen selbsttätig an das Tool Management System gemeldet oder von diesem abgefragt werden. Somit sind sämtliche in den Maschinen gelagerten Werkzeuge, deren Stati und aktuellen Reststandzeiten bekannt und können bei der Bedarfsplanung berücksichtigt werden. Die Anzahl der Werkzeugbe- und -entladevorgänge und der damit verbundenen Vorbereitungstätigkeiten kann auf diese Weise meist drastisch gesenkt werden.Auf Basis der im Tool-Management-System verwalteten Informationen kann aus dem Werkzeugbereitstellungsauftrag abgeleitet werden, welche Werkzeuge aus Zwischenlagern oder Maschinenmagazinen entnommen werden können und welche Werkzeuge neu zusammengebaut werden müssen. Für die zu montierenden Werkzeuge werden Montageaufträge und Kommissionierlisten für die Entnahme der Komponenten aus dem Lager erzeugt.Datenbank kommuniziert mit dem VoreinstellgerätUm die Maschinennutzung zu erhöhen, erfolgt die Vermessung der Werkzeuge üblicherweise außerhalb der Maschine in einem Werkzeugvoreinstellgerät (Bild 3). Der im Tool-Management-System generierte Einstellauftrag kann direkt an das Werkzeugvoreinstellgerät übertragen werden. Durch Zugriff auf den zentralen Werkzeugkatalog und die dort hinterlegten grafischen Darstellungen wird dem Werkzeugeinsteller die einfache Prüfung der zusammengebauten Werkzeuge ermöglicht. Durch die eindeutige Darstellung der Werkzeugbezugspunkte werden Fehler bei der Ermittlung der Korrekturdaten vermieden.Bei Einsatz einer Werkzeugcodierung muss diese Funktion ebenfalls unterstützt werden. Im einfachsten Fall erfolgt die Codierung über Barcode-Etiketten, wobei in diesem Fall die eindeutige Identifizierung der Werkzeuge aufgrund Verschmutzung oder Ablösung der Etiketten nur bis zum ersten Einsatz an der Maschine gegeben ist. Sollen Werkzeuge auch nach dem Einsatz eindeutig identifizierbar und mittels Reststandzeitverwaltung ohne Aufbereitung weiter verwendbar sein, so ist der Einsatz von elektronischen Codiereinrichtungen erforderlich.Nach der Vermessung müssen die ermittelten Werkzeuggeometriedaten für die Maschinensteuerung bereitgestellt werden. Im einfachsten Fall wird über einen Postprozessor ein steuerungsgerechtes Werkzeugkorrekturprogramm erstellt und an die Steuerung übertragen.Beim Einsatz von Steuerungen mit DNC-Funktionalität wird die Werkzeugdatenübertragung von der Steuerung selbst angestoßen. Der Bediener legt die Werkzeuge für die Übernahme in das Werkzeugmagazin bereit und gibt der Steuerung die Identnummern bekannt. Die Steuerung ruft die dem Werkzeug zugeordneten Daten selbsttätig im Tool Management System ab, ermittelt einen für die Werkzeuggröße geeigneten, freien Magazinplatz und weist den Manipulator an, das Werkzeug in das Magazin einzuordnen. Bei Einsatz eines elektronischen Codeträgers entfällt auch die Bedienereingabe, weil die Maschine den Werkzeugcode bei entsprechender Ausrüstung automatisch lesen kann. Verwechslungen und Fehler sind in diesem Falle nahezu ausgeschlossen.Bei einigen Maschinentypen können die einzelnen Segmente des Werkzeugmagazins auch entnommen und als Transportbehälter verwendet werden. Die Werkzeugpalette wird bereits in der Voreinstellung bestückt und per Handwagen in das Werkzeugmagazin eingefahren. Wie gezeigt kann der Einsatz von Tool-Management-Systemen aufgrund der betriebswirtschaftlichen Bedeutung kaum in Frage gestellt werden. Die am Markt angebotenen Systeme erfüllen die wichtigsten Anforderungen hinsichtlich Funktionalität, Bedienkomfort und Technologie (Datenbank, grafische Bedieneroberfläche, Netzwerkfähigkeit). Die sich daraus ergebenden Möglichkeiten sind aktuelle Daten über Fertigungshilfsmittel und die Auswertung unterschiedlichster Statistiken wie Einsatzhäufigkeiten, Bestellwerte und Bestandswerte. Handlungsbedarf besteht im Bereich der Kommunikationsschnittstellen, der für die Zukunft noch zusätzliche Nutzungspotentiale ermöglicht. Diese Thematik wird im Lichte der sich zur Zeit etablierenden Standards für die Kommunikation in verteilten Anwendungen (COM beziehungsweise ActiveX, HTTP, XML) in den nächsten Jahren besondere Bedeutung erlangen. Anwendungen für die Fertigungshilfsmittelverwaltung werden dann wohl nicht mehr so sehr an ihrer Funktionalität, sondern vielmehr an den für andere Anwendungen zur Verfügung gestellten Schnittstellen für den Datenaustausch und Funktionsaufrufe gemessen werden.