gesponsertWerkzeugmaschinen Mit dem Kunden auf der Jagd nach dem letzten Mikrometer

Die autarke Fertigung ist für viele noch Wunschdenken. Für den chinesischen Werkzeugmaschinenhersteller Beijing Jingdiao gehört sie zum Standard. Durch die intelligente Steuerung werden Jingdiao-Maschinen dazu befähigt, sich selbst zu korrigieren und neue Strategien zu fahren, bis zum gewünschten Endprodukt – und das ohne menschlichen Eingriff.

Beijing Jingdiao ist das, was man einen Hidden Champion nennen könnte. Jedenfalls außerhalb von China. Denn innerhalb sprechen zahlreiche Auszeichnungen und Großaufträge auch hierzulande prominenter Kunden eine ganz andere Sprache. Wie auch die knapp 1 Million Quadratmeter große Grundfläche, auf der zahlreiche Fertigungshallen, Büros und Entwicklungsgebäude das Ausmaß der Komplexität erahnen lassen. Per Definitionem ist Beijing Jingdiao ein Hersteller von Präzisionswerkzeugmaschinen. Schaut man genauer hin, ist Beijing Jingdiao ein softwaregetriebener, visionärer Technologieentwickler. Nicht zuletzt zurückzuführen auf die noch recht junge Entstehungsgeschichte, die mit den drei Bausteinen Mechanik, Elektronik und Software gestartet ist.

Bereits am Anfang manifestierte sich der Softwarefokus, der später zum USP werden sollte. War China in den 90er-Jahren in den Bereichen Mechanik und Elektronik bereits gut aufgestellt, legte Beijing Jingdiao den Fokus auf das Thema Software, das gerade erst in den Startlöchern stand. Eine Herausforderung war es zu dieser Zeit, die enorme Entwicklung im Softwarebereich und die damit einhergehenden Möglichkeiten in der Maschine umzusetzen – was mit den Standardkomponenten, die am Markt verfügbar waren, nicht möglich war. Es blieb deshalb nichts anderes übrig, als den eigenen Maschinenbau weiterzuentwickeln. Dieser Innovationsdrang und der Entwicklungsprozess, der damit einherging, sollten Grundstein der Unternehmensentwicklung und des heutigen Erfolgs werden. Diese Anfänge prägen bis heute, denn von den weltweit insgesamt 5.000 Mitarbeitern gehören mehr als 900 zum Forschungs- und Entwicklungsteam. Zudem wurden in den letzten fünf Jahren mehr als 8 Prozent des Gesamtumsatzes in F&E investiert, das sich u. a. mit dem CNC-System, der Spindel, dem Drehtisch oder Werkzeugmagazin befasst. Heute wie damals definiert der Entwicklergeist und Innovationsdurst die DNA von Beijing Jingdiao.

Ein entscheidender Push folgte 2006. Kamen in der Elektronikindustrie schon immer Standardmaschinen zum Einsatz, wurden mit den großen Playern der Branche wie Apple, Samsung etc. die Herausforderungen und zeitgleich Anforderungen an Maschinenhersteller immer höher. Apple suchte damals nach einer automatisierten Lösung für die Serienproduktion. Ein Novum zu dieser Zeit, weshalb sich die Suche nach einem geeigneten Maschinenpartner als schwierig und langwierig erwies.

Hintergrund war die Umstellung des i-Phone 3 auf das i-Phone 4, in dessen Gehäuse Löcher eingebracht werden mussten – an sich keine komplizierte Aufgabe. Das Problem war daher nicht die Maschine, sondern der Bediener davor, der erfahrungsgemäß über die großen Stückzahlen hinaus große Qualitätsunterschiede von der Maschine holte. Beijing Jingdiao hat sich deshalb mit der Anforderung einer automatisierten Serienfertigung bei einer gleichbleibenden Qualität befasst und innerhalb von zwei Jahren geforscht, entwickelt und letztendlich die Maschine gebaut, die im Anschluss zu Apple zum Test ging.

Aus diesem Entwicklungsprozess ging nicht nur ein Großauftrag von Apple hervor, sondern auch die Geburtsstunde der intelligenten Steuerung mit dem sogenannten automatischen Closed-Loop-Prozess, der in dieser Form bis heute einzigartig am Markt ist.

Die Beijing Jingdiao „In-machine Measurement and Intelligent Modification“, kurz IMIM, garantiert seitdem gleichbleibende Qualitäten auf Jingdiao-Maschinen, sowohl in mannlosen Schichten als auch bei stets wechselnden Maschinenbedienern. Dabei war die hohe Präzision in der Bearbeitung bereits vor IMIM das Aushängeschild der Jingdiao-Technologie, nur eben nicht im automatisierten Prozess. Eine Innovation, die mit dem Award „2019 Innovation Technology in Die Casting Industry of China“ ausgezeichnet wurde.

Bearbeitungsprozesse völlig neu denken

Bei dem IMIM-Prozess wird die Maschine ganz normal über das NC-Programm programmiert und dann das Bearbeitungsprogramm gestartet. Bis dahin so weit bekannt. Im Anschluss daran wird der Messprozess gestartet und darüber werden Daten gesammelt, die in Echtzeit an das CAM-System übermittelt und ausgewertet werden. Ab diesem Zeitpunkt kommt IMIM ins Spiel, das den entscheidenden Unterschied zum Wettbewerb ausmacht. Sollten nämlich die Abweichungen der gesammelten Daten zu groß sein, erstellt das CAM-System ein neues NC-Programm. Die Maschine entscheidet dann selbstständig via künstliche Intelligenz, mit welcher Strategie das Werkstück weiterbearbeitet werden soll. Ob noch einmal geschruppt oder vorgeschlichtet werden muss, das bestimmt die Steuerung im Rahmen der Abweichung, die festgestellt wurde. Alles passiert automatisch, ohne dass in den Prozess eingegriffen werden muss, bis zum fertigen Endprodukt – wenn man so will, bis zur verspiegelten Oberfläche. Das ist ein absolutes Alleinstellungsmerkmal und für den Großteil der Branche neu, dass ein chinesischer Maschinenhersteller wie Beijing Jingdiao nicht nur in Software denkt, sondern Software auch ganz anders denkt.

Durch den Closed-Loop-Prozess gilt es erheblich mehr Datensätze zu protokollieren und zu analysieren, als es bei anderen Maschinen mit klassischen Steuerungen der Fall ist. Deshalb sind die Rechenkapazitäten erheblich höher, die Parametrierung umfangreicher und komplexer. Das gesamte Hin- und Herspielen von Daten vom CAM-System zum Steuerungssystem kann auch nur deshalb gewährleistet werden, weil Beijing Jingdiao seine CNC selbst baut.

In der intelligenten Steuerung ist ein komplexer Hochleistungscomputer hinterlegt, der mit einem großen Speichervolumen und einer riesigen Prozessorleistung arbeitet. Etliche Datensätze müssen in Sekundenschnelle gesammelt und analysiert werden, weshalb der Maschinentemperierung eine gesonderte Rolle zukommt – alle Maschinenteile werden kontinuierlich gekühlt. Nimmt man zum Beispiel die Knochenplatte, die als vorgeschmiedetes Teil bearbeitet werden muss, kommt man schon allein für die Oberflächenbearbeitung auf mehr als 139.000 Datensätze. Bei einer komplexen Bearbeitung sind es schnell mehr als 1 Million Datensätze, die verarbeitet werden müssen. Um dieser Datenmasse Herr zu werden, muss alles in der Maschine aufeinander abgestimmt sein und ineinandergreifen. Da spielt die intelligente Steuerung eine genauso große Rolle wie die eigenentwickelte Spindel oder die Kühlung.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 8 Bildern

Fertigungstiefe von fast 90 Prozent sichert den eigenen Qualitätsstandard

Indem Beijing Jingdiao den gesamtheitlichen Ansatz betrachtet, über jedes Teil die Kontrolle behält und selbst zugekaufte Teile auf die gewünschte Qualität hin modifiziert, können die versprochene Qualität gewährleistet und die Toleranzen erreicht werden. Mit einer Fertigungstiefe von fast 90 Prozent überlässt Beijing Jingdiao dabei nichts dem Zufall. Deshalb gehören zur Jingdiao-Gruppe 50 Unternehmen, die selbst gegründet wurden, um den eigenen hohen Ansprüchen an Funktionalität entsprechen zu können. Dabei handelt es sich u. a. um eine Spindelfertigung, um Softwareentwicklung, Automatisierung oder um Zubehör wie Späneförderer, Minimalmengenschmierung und Ölnebelabsauger für Grafitstaub. Durch die Fertigungstiefe in Kombination mit dem eigenen digitalen Fertigungssystem, das den gesamten Prozess von der Entwicklung über die Produktion bis hin zur Montage umfasst, können Neuentwicklungen von Maschinen innerhalb von zwölf Monaten realisiert werden. Im Durchschnitt rechnet man von der Idee bis zur Maschine mit drei Jahren – definitiv zu langsam für den chinesischen Markt. Um diesen Prozess zu beschleunigen, setzt Beijing Jingdiao auf eine durchgängige Digitalisierung. Jedes Teil ist nicht nur vorhanden, sondern zudem auch digital hinterlegt. So lässt sich die Entwicklungszeit von den üblichen drei Jahren auf sechs Monate verkürzen und hochkomplexe Maschinen lassen sich von der Entwicklung bis zur Montage innerhalb eines Jahres bauen. Beijing Jingdiao ist somit in der Lage, eine große Menge an Maschinen schnell produzieren zu können. Bis zu 3.000 Maschinen können so innerhalb von lediglich drei Monaten gebaut werden.

Das Fertigungssystem erlaubt eine durchgängige Qualitätskontrolle des gesamten Prozesses – von Ersatzteilen über zugekaufte Teile bis hin zur kompletten Maschinenmontage. Die Stärke des Systems spiegelt sich in zwei Aspekten wider: zum einen in der Entwicklung und Herstellung neuer Produkte, die dann sofort integriert werden, und zum anderen in den großen Stückzahlen, die in kurzer Zeit geliefert werden können. Die Fertigungskapazitäten basieren auf den leistungsstarken Softwarefunktionen von Beijing Jingdiao. Die digitale Simulation des Fertigungssystems hat sich von einer geometrischen zu einer physikalischen Simulation entwickelt. Mit der CAM-Software des Unternehmens kann dann eine Prozesssimulation hinzugefügt werden, einschließlich der Simulation von Teilevorrichtungen, Werkzeugen, Werkzeugverschleiß und Kollisionsbetrachtungen. Durch die digitale Simulation können Herstellungskosten und -zeit neuer Produkte um bis zu 60 Prozent reduziert werden. Auch der Anwender profitiert – im Durchschnitt von einer 20 Prozent höheren Maschinenausbringung. Weil er sowohl Auslastung als auch Kapazität auf den Maschinen erhöhen kann, holt er bei gleichem Energieverbrauch mehr Teile von der Maschine.

Indem Beijing Jingdiao Prozesse zusammenführt, wird die Effizienz der Maschinen signifikant erhöht. Beispielsweise kann das Doppelspindel- und Doppel-C-Achsen-Design der Jingdiao-Maschinen eine 5-Achs-Bearbeitung mit zwei Stationen realisieren, d. h. eine Werkzeugmaschine kann zwei Teile gleichzeitig bearbeiten, sodass die Ausbringung auf das 1,8-Fache gesteigert wird, während die Kosten weniger als das 1,5-Fache und die Stellfläche weniger als das 1,2-Fache betragen. Im Vergleich zu zwei Einspindelmaschinen werden zeitgleich der Material-, Energie- und auch der Schmierölverbrauch erheblich reduziert. Auch beim Thema Präzision spielt Beijing Jingdiao ganz vorn mit. Auf den Maschinen können Oberflächengeometrien bis zu 4 Nanometern gefräst oder 3D-Geometrien im Bereich 2 Mikrometer gefertigt werden.

Bestand der Kundenstamm von Beijing Jingdiao in der Vergangenheit hauptsächlich aus kleinen Kunden, fertigen heute OEMs und große Konzerne auf Jingdiao-Maschinen. Die Mobiltelefonproduktion und die damit einhergehende marktverändernde Transformation des Produktionsprozesses markierte damals einen wichtigen Meilenstein in der Unternehmensgeschichte. Um dennoch nicht von einem Markt abhängig zu sein, etablierte sich Beijing Jingdiao u. a. auch in den Branchen Medizintechnik, der optischen Industrie, dem Automotive-Sektor und ist zudem in Zukunftsbranchen wie die Halbleiterindustrie maßgeblich involviert. Diese Entwicklung führte im Jahr 2016 zur Markteinführung hochgenauer 5-Achs-Bearbeitungszentren. Aktuell gibt es 25 Produktvarianten in den Hauptkategorien 3-Achs-HSC- und 5-Achs-HSC-Bearbeitungszentren sowie kundenspezifische Spezialmaschinen. Vom Präzisionsfräsen über das Spiegel-CNC-Fräsen bis hin zum Bohren mit Werkzeugdurchmessern von 0,02 Millimetern deckt Beijing Jingdiao dabei jede Bearbeitung ab.

Hohe Oberflächengenauigkeiten vertraut man Jingdiao-Maschinen an

Geht es um Präzision, kommt nicht selten Beijing Jingdiao auf den Plan. So beispielsweise auch bei Wirbelkörpern aus PEEK-Kunststoff, die ganz spezielle Anforderungen an Kontur und Oberflächen stellen. Hier ist es oft der Fall, dass die Teile auf klassischen Maschinen vorgefertigt und auf Jingdiao-Maschinen fertigbearbeitet werden. Ungefähr 8 Stunden dauert die Bearbeitungszeit von 30 Stück. Das sind pro Teil etwa 40 Minuten Bearbeitungszeit, die allein für das Finishen anfallen. Auch bei einem aktuellen Projekt aus der Medizintechnik geht es um hohe Oberflächengenauigkeiten, in diesem Fall für Knochenplatten, die auf anderen Maschinen nicht erreicht werden konnten. Deshalb hat Beijing Jingdiao für den Kunden das Projekt programmiert, bei dem die Bearbeitung der Oberfläche knapp 20 Minuten dauert und die Knochenplatte im Anschluss 50 Minuten fertigbearbeitet wird. Ein weiteres großes Thema bei Kunden sind derzeit Verdichterschnecken für die Automobilbranche, die auf Jingdiao-Maschinen komplett fertiggestellt werden. Bei Aluminium spricht man pro Teil je nach Größe von einer Bearbeitungszeit von 2 bis 3 Minuten, bei Stahl sind es 3 bis 4 Minuten. Erreicht werden dabei Geometriegenauigkeiten kleiner 2 Mikron und Oberflächengenauigkeiten von 200 bis 400 Nanometern. Für einen Fall in der Linsenfertigung hat Jingdiao u. a. auch eine spezielle Werkzeugauslegung vorgenommen, damit der Kunde Oberflächenrauigkeiten von 800 Nanometern und Geometriegenauigkeiten von 1,5 bis 1,8 Mikron erreichen konnte.

Dass während der Bearbeitung kein Bediener an den Maschinen stehen muss, um sich in diesen Genauigkeiten konstant und zuverlässig bewegen zu können, muss in den Köpfen noch verankert werden. Auch, dass Status nichts mit Qualität zu tun hat. Dass man mit Status keine hochpräzisen Teile autark von der Maschine holen kann. Sobald verstanden wurde, dass Technologie große Namen trumpft und die erste Maschine von Beijing Jingdiao es in die Fertigung geschafft hat, ist die Folgemaschine nie weit

(ID:49675854)