Digitaler Zwilling Mit dem digitalen Zwilling zu effizienten Produktionsprozessen

Ein Gastbeitrag von Jürgen Kläser

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Während in der Produktion die Komplexität steigt, lassen sich mithilfe von 3D-Modellen die Bearbeitungsprozesse sicherer, effizienter und die Produktionszeit kürzer gestalten. Der digitale Zwilling der Maschine sorgt beispielsweise im Okuma 3D Virtual Monitor dafür, dass der Bearbeitungsprozess vorab simuliert und getestet wird. Das spart Zeit und Material.

Mithilfe des digitalen Zwillings des 3D Virtual Monitors lassen sich bei jedem Projekt Bearbeitungsprozesse vollständig simulieren.
Mithilfe des digitalen Zwillings des 3D Virtual Monitors lassen sich bei jedem Projekt Bearbeitungsprozesse vollständig simulieren.
(Bild: Okuma )

Die Komplexität sowie Anforderungen an die Produktion steigen. Aus diesem Grund nehmen Digitalisierung und Prozesssimulationen einen immer größeren Stellenwert ein. Wo in der konventioneller Produktion oftmals noch mithilfe eines echten Werkstücks der Bearbeitungsprozess eingerichtet wird, kommt bei Okuma der digitale Zwilling zum Einsatz. Er ist eine exakte digitale Nachbildung der Maschine – inklusive 3D-CAD-Daten, der kompletten CNC-Steuerung sowie aller Softwarefunktionen –, die innerhalb des Okuma 3D Virtual Monitors (3DVM) eine hochgenaue dreidimensionale Simulation des Fertigungsprozesses ermöglicht. Das erlaubt die frühzeitige Erkennung und Behebung möglicher Programmierfehler und führt so zu mehr Betriebssicherheit und Ersparnissen beim Material- und Zeiteinsatz.

Der Ablauf des Produktionsprozesses ist dabei dem bisherigen Vorgehen zunächst sehr ähnlich: Zuerst wird innerhalb eines CAD-/CAM-Systems eine Zeichnung gefertigt. Hieran schließt sich die Auswahl der erforderlichen Maschine, Werkzeuge, Spannmittel, Rohmaterial, Werkzeughalter etc. an. Die jeweils benötigten 3D-Daten der Spannmittel und Werkzeuge stehen meist auf der Website des jeweiligen Herstellers zum Download bereit. Sie werden über den Okuma Tool Model Maker in die Werkzeugdatenbank importiert und Rohteile als STL-Datei hochgeladen. Im nächsten Schritt werden Ausspannlänge und Position des Nullpunktes festgelegt.

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Datenbank und Automatisierung sparen Zeit

Aus den verschiedenen Angaben wird ein NC-Programm erzeugt, mit dem sich der gesamte Produktionsprozess simulieren lässt. Dafür nutzt Okuma die Software Advanced One-Touch IGF (AOT-IGF). Mit AOT-IGF werden entweder am PC oder an der Maschine Dreh- und Fräsoperationen programmiert. Die Konturen lassen sich dort manuell eingeben oder als DXF-Datei einlesen. Für das Erstellen von Gewinden muss nur die Position festgelegt und die Größe der Gewinde angegeben werden. Alle Arbeitsschritte wie das Zentrieren, Vorbohren und Gewindebohren sind bereits in der Datenbank hinterlegt. Mit der automatischen Prozessentscheidung wählt diese Software zudem selbst die richtigen Werkzeuge und Technologie-Daten aus der Datenbank und erstellt automatisch das NC-Programm.

Vom NC-Programm zum digitalen Zwilling

Um sicherzustellen, dass der Bearbeitungsprozess fehlerfrei läuft, bedarf es nun der Programmsimulation im 3D Virtual Monitor: Die erforderlichen Modelldaten werden 1:1 aus der Konstruktion der individuell gewählten Maschine abgeleitet. Der digitale Zwilling wird bereits von der Produktionsstätte in Japan erstellt – entspricht also zu 100 Prozent der originalen Maschine und trägt die sogar gleiche Seriennummer.

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Damit ist nun eine exakte Simulation der gesamten Fertigung möglich. Dafür werden die Geometriedaten der Werkzeuge aus dem Netzwerk in die Datenbank des 3DVM übertragen. Das Werkstück und die Spannmittel werden in der Easy-Modelling-Funktion des 3VDM erstellt oder als Datensatz geladen.

Doppelt abgesichert mithilfe der Kollisionsvermeidung

Startet schließlich die Fertigung auf der Maschine, gewährleistet das Collisions Advoidance System (CAS) einen kollisionsfreien Ablauf. Für den Anwender fallen keine Arbeitsschritte an, da im 3DVM das Einrichten des CAS bereits erfolgt ist. Auf diese Weise werden bis zu 30 Prozent Rüstzeit eingespart. Im Ergebnis ist dadurch sichergestellt, dass der Bearbeitungsprozess auf der Maschine problemlos, kollisionsfrei und ohne Verzögerung gestartet wird.

Nach der Anwahl des NC-Programms folgt die Simulation der Bearbeitung und die Überprüfung auf eventuelle Kollisionen. Werden bei der Simulation im 3DVM Probleme erkannt, sind Anwender in der Lage, diese im Sinne des unterbrechungsfreien Maschinenbetriebs frühzeitig zu beheben. Finden sich keine Einträge in der Verlaufshistorie des 3D Virtual Monitors, ist der Prozess optimal abgelaufen. Auch sämtliche NC-Programme aus jedem anderen CAM-System oder solche, die an der Maschine programmiert wurden, lassen sich dabei simulieren.

Exakte Bearbeitungszeit ermitteln

Ob Bearbeitungszentrum, Dreh- oder Multitasking-Maschine, bei allen Maschinen mit der eigenen Okuma CNC-Steuerung OSP-P gilt: Mithilfe des digitalen Zwillings des 3D Virtual Monitors lassen sich bei jedem Projekt Bearbeitungsprozesse vollständig simulieren. Im Zusammenspiel mit Advanced One-Touch IGF und dem Kollisionsvermeidungssystem CAS werden darüber hinaus Arbeitsschritte automatisiert und Fehler bereits in der Planungsphase verhindert. Zudem unterstützt der digitale Zwilling dabei, die exakte Bearbeitungszeit zu ermitteln – beispielsweise zur Angebotserstellung.

Neben der Simulation von Produktionsprozessen sind weitere Funktionen mithilfe des digitalen Zwillings möglich. So nimmt zum Beispiel der Machine Status Logger alle Maschinenzustände während der Bearbeitung in Millisekunden-Intervallen auf. Das wird dort benötigt, wo der Produktionsprozess exakt dokumentiert werden muss, zum Beispiel in der Luftfahrtindustrie. Die Daten können dann zu jedem Zeitpunkt der Bearbeitung mit dem 3DVM synchronisiert werden, um eventuelle Abweichungen am Werkstück lokalisieren zu können. Somit profitieren Unternehmen von schnelleren, effizienteren und präzisen Ergebnissen.

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* Jürgen Kläser ist Senior Manager FA/IT und Produkt-Manager OSP bei der Okuma Europe GmbH in 47807 Krefeld, Tel. +49 221 5989-0, info@okuma.eu

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