Kurbelwellen Neue Produktionslinie für Kurbelwellen ist bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich

Um kleine Stückzahlen wirtschaftlich fertigen zu können, hat ein großer Autohersteller eine Produktionslinie für Kurbelwellen mit einem Motion Control Information System in Betrieb genommen: Trotz häufiger Auftragswechsel und komplexer Automatisierung werden alle Fertigungsdaten online erfasst, die Werkstücke verfolgt, die Qualität, Produktivität und die Verfügbarkeit der Anlagen verbessert.

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Das Volkswagenwerk in Salzgitter ist das Motorenleitwerk des Automobilkonzerns. Mit zirka 7200 Beschäftigten werden etwa 25% aller benötigten Motoren für die Volkswagenmodelle sowie für die Marken Audi, Seat und Skoda gefertigt. Zum Portfolio des Werks gehören darüber hinaus Bootsmotoren.

Flexible Fertigungssysteme nötig

Bei VW ist es wie bei anderen Herstellern von Konsumgütern auch: Die Vielfalt nimmt zu, die Stückzahlen gleicher Produkte nehmen ab. Der Markt verlangt nach individuellen Lösungen. Darauf hat sich die Produktionstechnik einzustellen: Kleinere Stückzahlen sollen machbar und die Kosten überschaubar sein. Die Antwort sind flexible Fertigungssysteme, die hochautomatisiert betrieben werden können und nur einen geringen Aufwand bei der Umstellung von einem Produkt auf das nächste erfordern.

Das waren auch die allgemeinen Vorgaben für die neue Kurbelwellenlinie in Salzgitter. Trotz relativ geringer Stückzahlen pro Tag sollte wirtschaftlich und mit hoher Genauigkeit gefertigt werden können. Zusätzlich sollten auf dieser Anlage auch noch Prototypen hergestellt werden. Für die Umsetzung dieser Produktionsziele wurde als Partner der Chemnitzer Werkzeugmaschinenhersteller Niles-Simmons gefunden.

Die Maschinen der neuesten Baureihe, wie sie bei VW im Einsatz sind, bewährten sich durch außerordentliche Dauergenauigkeit kombiniert mit hoher Zerspanungsleistung und einer langen Lebensdauer, sagt Peter Hub, Leiter Maschinenabnahme und Kundendienst bei Niles-Simmons. Alle Basiselemente würden gegossen und genauigkeitsbearbeitet.

Maschinenhersteller konzipiert Anlagen für Komplettbearbeitung

Das Unternehmen hat Methoden entwickelt, wie man, aufbauend auf diesen Maschinen, sehr flexible Anlagen für Komplettbearbeitungen erstellen kann. Diese kommen auch in Salzgitter zum Zuge. Ausgehend von einem Stück freier Fläche habe man die Hallensanierung, die komplette Infrastruktur, die Maschinen, die Zusatzstationen inklusive aller planerischen Tätigkeiten realisiert.

Die Anlage ist aus Platzgründen in L-Form aufgebaut. Sie beinhaltet 38 Stationen, die über Handhabungssysteme verkettet sind. Ein wichtiges Element dabei sind Werkstückspeicher, die mit dem Werkstücktransportsystem verkettet sind. Das trägt entscheidend zur Flexibilität und zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit bei.

Speicher entkoppelt Arbeitsstationen der Fertigungsanlage

Infolge des Speichers müssen Arbeitsstationen nicht in einer starr festgelegten Reihenfolge angefahren, sondern können zum Beispiel übersprungen oder rückwärts getaktet werden. Damit sind eine Entkoppelung der einzelnen Arbeitsstationen, die flexible Zuordenbarkeit der Arbeitsfolgen sowie eine modulare Erweiterung gewährleistet.

Hauptaufgaben der Anlage sind nach dem Ablängen und Zentrieren der Kurbelwellen die gesamte Grünbearbeitung (Vorfräsen der Haupt- und Hublager, Drehen der Hauptlager, Feinfräsen der Hublager, Bohren der Ölkanäle und so weiter), das Härten, das Schleifen, Fertigbohren von Flansch und Zapfen, Wuchten, Finishen der Lager und Vermessen. Um dies alles abzudecken, wurden auch Maschinen und Komponenten anderer Hersteller eingebunden (zum Beispiel Schleifmaschinen von Junker und Messsysteme von Hommel). Für die Automatisierungstechnik wurde Siemens A&D ausgewählt.

Automatisierung auf Basis von Standardkomponenten

Wie bei vielen anderen Projekten in der Automobilindustrie kam das Siemens-Konzept Solution for Powertrain-Transline zum Tragen. Dieses Konzept erlaube es, durch nur wenige Anpassungen und individuelle Entwicklungen optimale Lösungen für den jeweiligen Kunden und dessen Bedürfnisse zu generieren, sagt Bernd Lehmann, zuständig für den Vertrieb von Automatisierungstechnik in der Siemens-Niederlassung Chemnitz.

Die sich daraus ergebenden Vorteile sind unter anderem:

• schnelle Realisierung,
• sichere Lösungen,
• einheitliche Bedienung und Wartung,
• geringere Ersatzteilhaltung,
• einfacher Systemausbau,
• geringere Schulungskosten und damit
• geringere Gesamtkosten.

Zum Transline-Paket gehört die CNC Sinumerik 840D mit allen ihren Möglichkeiten, unterschiedliche Maschinen, aber auch Handhabungssysteme zu steuern. Dazu kommt das umfangreiche, integrierte Sicherheitspaket Safety Integrated.

Mit Transline HMI wurde eine standardisierte, aber erweiterbare Bedienoberfläche geschaffen. Alle Masken sind so ausgelegt, dass damit ein einfacher und sicherer Umgang möglich ist. Und weil diese Bedienoberfläche auf allen Maschinen einer Fertigungslinie installiert ist (Bild 1), können alle gleichartig bedient werden, sodass die Fehlerrate gegenüber heterogenen Systemen deutlich sinkt. Zum Baukasten gehören ferner Anschlussgeräte für intelligente Peripheriegeräte wie Sensoren, Diagnosesoftware und Software für ein effizientes Datenmanagement.

Ist daraus der Standard für ein Projekt definiert, dann wird eine so genannte Projekt-CD erstellt, mit allen Komponenten, Programmen und Schnittstellen, die allen beteilig-ten Maschinenherstellern zur Verfügung steht und nach der sich alle richten können.

Voller Überblick über alle Qualitätsdaten

Für die Betreiber einer so komplexen Anlage ist es sehr wichtig, jederzeit genau zu wissen, was in jeder einzelnen Station passiert, um gegebenenfalls rechtzeitig eingreifen zu können.

Genauso wichtig sind die Werkstückverfolgung in der Anlage und die Registrierung sämtlicher Qualitätsdaten – vor allem dann, wenn es um spätere Reklamationen geht.

Für diese Aufgaben wird das Motion Control Information System (MCIS) von Siemens eingesetzt. Dieses bietet ein umfangreiches Spektrum von Softwaremodulen für Werkzeugmaschinen.

Folgende Softwarepakete sind in MCIS verfügbar:

• Produktionsdatenmanagement (MDA/PMT/PDA),
• NC-Programm-Management (DNC),
• Werkzeugmanagement (TDI),
• Instandhaltungsmanagement (TPM),
• Servicemanagement (RCS),
• Automatisierungsdatenmanagement (ADDM).

Davon werden bei VW in Salzgitter die beiden Pakete Machine Data Acquisition (MDA) sowie Partmonitoring & Tracking (PMT) eingesetzt. Mit Hilfe von MDA werden sämtliche Maschinenzustände, aber auch Störungen in allen Arbeitsstationen, Zähler, Teilearten, Taktzeiten und der Werkstückzustand konform zu einem Werkskalender auf Schichtbasis erfasst.

Client-Server-Informationssystem hält die Verantwortlichen auf dem Laufenden

Damit das funktioniert, ist MCIS als Client-Server-Software aufgebaut. Der Serveranteil inklusive Datenbank liegt auf einem Computer im Leitstand. Die Client-Anteile laufen auf jedem Bedientafelrechner PCU 50, direkt an der Maschine. Dort werden sämtliche Daten steuerungstechnisch über Profibus eingesammelt und über Ethernet an den Server geleitet.

Die Auswertestationen greifen dann auf die gesammelten Daten des Servers zu. Über ein grafisches Abbild der Anlage und über Farbkodierung haben die Verantwortlichen einen sofortigen Überblick, in welchem Zustand sich welche Station gerade befindet. Durch Anklicken der Station ist mehr zu erfahren – beispielsweise Zählerstände, warum eine Station steht oder welches Teil gerade gefertigt wird.

Maschinendaten werden schnell und genau ausgewertet

MCIS kann die Maschinendaten gezielt nach einzelnen Kriterien auswerten, dazu gehört zum Beispiel die technische Verfügbarkeit, die Auslastung, die Qualität (Anteil der Gut-Teile), Leistung (Stückzahl mal Solltakt geteilt durch die Produktionszeit) oder die so genannte OEE-Kennzahl (Verfügbarkeit mal Leistung mal Qualität). Standardmäßig sind die Maschinensignale festgelegt. So kann die Steuerung neben den Stückzahlen automatisch Einschaltzustand, Produktion, Rüstzeiten, Wartung, Werkzeugwechsel, organisatorische Störungen (kein Material, Auslauf blockiert) und technische Störungen erfassen.

Das Teileverfolgungssystem PMT wird ähnlich wie das MDA-System eingesetzt. Hierbei bekommt jede Kurbelwelle eine eindeutige Bezeichnung (aufgetragen über Datamatrix-Code) und kann somit sowohl auf ihrem Weg durch die Anlage als auch darüber hinaus genau verfolgt werden. Das System liefert damit Antworten auf die Fragen, welches Teil wann auf welcher Maschine bearbeitet wurde, wie die Soll- und Ist-Taktzeiten der Bearbeitung waren, welche Messwerte die Sensoren lieferten, wie die Ergebnisse der Qualitätskontrolle waren und einiges mehr.

Aus diesen Daten kann eine lückenlose Teilehistorie generiert werden. Das ist wichtig, wenn es später Reklamationen gibt. Dann kann die Produktion genau nachweisen, mit welchem Teil was passierte und in welchem Zustand es die Produktion verlassen hat, beste Voraussetzungen also für eine gezielte Rückrufaktion mit minimalem Aufwand.

Positive Erfahrungen mit Flexibilität und Qualität

Die Anlage wurde im Oktober 2006 als betriebsfertig an VW übergeben. Mittlerweile hat man laut Andreas Schwarz, zuständiger Werkmeister bei VW in Salzgitter, sehr gute Erfahrungen damit gemacht: Die messtechnische Qualität der Kurbelwellen am Ende des Prozesses übertrifft die Anforderungen deutlich (Bild 2). Und auch die geforderte Flexibilität funktioniert in der täglichen Praxis.

Ferner ist man mit der Anlagenausbringung (Stückzahlen) und mit der Verfügbarkeit höchst zufrieden. Die Stückzahlen bewegen sich zwischen 150 und 450 pro Tag, je nachdem, um welchen Kurbelwellentyp es sich handelt. Dass man auch kleine Stückzahlen automatisiert und wirtschaftlich fertigen kann, hätte sich vor einigen Jahren keiner der Werker vorstellen können.

Dipl.-Ing. Bernd Lehmann ist Senior Vertriebsbeauftragter bei Siemens A&D. Dipl.-Inf. Bernhard Hauer ist Senior Consultant Fachliche Leitung MES Solutions bei Siemens I&S.

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