ARC Optimierte Fertigungsplanung reduziert Durchlaufzeit und Kosten

Autor / Redakteur: Alexander Hoffmann und Christian Meyer / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Mit dem Aufbau einer fertigungsnahen Werkzeugdatenbank sowie entsprechender Klassifizierung werden Informationsfehler vermieden und Werkzeugrüstzeiten reduziert. Bei einem Werkzeugmaschinenhersteller konnten durch den Einsatz eines geeigneten CAD/CAM-Systems 20 bis 30% der Rüstzeiten eingespart werden.

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Bild 1: Durchgängige IT-organisatorische Lösungen auf der Basis vereinheitlichter Geschäftsprozesse und offener Systeme nach dem PLM-Paradigma helfen den Unternehmen, ihre Fertigungsressourcen optimal zu nutzen und gleichzeitig die Bearbeitungszeiten und -fehler zu minimieren. (Bld: ARC Solutions)
Bild 1: Durchgängige IT-organisatorische Lösungen auf der Basis vereinheitlichter Geschäftsprozesse und offener Systeme nach dem PLM-Paradigma helfen den Unternehmen, ihre Fertigungsressourcen optimal zu nutzen und gleichzeitig die Bearbeitungszeiten und -fehler zu minimieren. (Bld: ARC Solutions)

Heute stehen Unternehmen der spanenden Fertigung wie die Pfrang-Tec GmbH aus dem sächsischen Meißen unter permanentem Marktdruck. Die zu fertigenden Teile werden immer komplexer. Die Laufzeiten der Maschinen sollen erhöht, Durchlaufzeiten und Kosten minimiert werden. Der klassische Prozess der Fertigungsplanung hinkt diesen Forderungen hinterher und steht der Ausschöpfung der verfügbaren Werkzeugmaschinen im Weg.

Trennung von ERP und CAM erfordert hohe Anpassungsleistung

Üblich sind getrennte Anwendungen – ERP (Enterprise Resource Planning) und oft mehrere spezialisierte Computer-Aided-Manufacturing-(CAM-)Systeme – für die Erzeugung des Arbeitsplans beziehungsweise der CNC-Programme. Das kostet hohe Anpassungsleistung seitens des Personals und verursacht hohe Lizenz- und Wartungsgebühren. Damit dominiert die anwendungsspezifische, fragmentierte, nicht assoziative Datenhaltung ohne durchgehendes Änderungs- und Versionsmanagement. Die Teilergebnisse der Einzelplanungen müssen auf der Dokumentenebene fehleranfällig zusammengeführt und aktualisiert werden.

Bildergalerie

Die CAD/CAM/CNC-Technik hat deshalb in den vergangenen Jahren eine grundlegende Weiterentwicklung erfahren und integriert heute sogar klassische ERP-Funktionen (Arbeitsplan, Angebotskalkulation). Durchgängige IT-organisatorische Lösungen auf der Basis vereinheitlichter Geschäftsprozesse und offener Systeme nach dem PLM-Paradigma (Bild 1) helfen den Unternehmen, ihre Fertigungsressourcen optimal zu nutzen und gleichzeitig die Bearbeitungszeiten und -fehler zu minimieren.

Modellaufbereitung auch von Fremddaten mit NX beschleunigt

Durch die Nutzung der Synchronous Technology von Siemens PLM Software wird die Modellaufbereitung (auch von Fremddaten) mit NX beschleunigt (Bild 2 – siehe Bildergalerie). Das Werkstück kann dabei gegebenenfalls auf Basis von 2D-Konturen neu modelliert oder über Standardschnittstellen (Step, JT, Iges) übernommen werden. Auch nachträglich durchgeführte Änderungen werden im NX-CAM-Modul sofort berücksichtigt.

Mit einer integrierten Software wie NX werden alle spanenden und erosiven Bearbeitungsverfahren (einschließlich Zwei- und Drei-Achs-Bearbeitung von prismatischen und rotationssymmetrischen Teilen) unterstützt. Außerdem werden die CNC-Programmier- und -Bearbeitungszeiten reduziert und gleichzeitig Oberflächenqualität und Präzision verbessert.

NX CAM unterstützt Wiederverwendung von Bearbeitungsstrategien

NX CAM greift assoziativ auf CAD-Modelle zu und unterstützt die Wiederverwendung von häufig verwendeten Bearbeitungsstrategien. Eine Featurebased Manufacturing Option (FBM) kann in Verbindung mit einer Technikdatenbank genutzt werden, um dem Anwender automatisiert Operationen, Werkzeuge und Verfahrwege vorzuschlagen. In Verbindung mit der zeichnungsarmen Bereitstellung von Konstruktionsdaten mittels Farbcode (zum Beispiel nach Basisrichtlinie der deutschen Automobilindustrie) oder annotierter 3D-Modelle (PMI) lassen sich fallbezogen Produktivitätsgewinne über 50% erzielen.

Die erfolgreiche Inbetriebnahme neuer Maschinen und Anbindung an das CAM-System erfolgt mittels angepasster Postprozessoren. Optional können erweiterte Simulationsmöglichkeiten (Kontrolle der Aufspannlage und des Arbeitsraums; Kollisionsprüfung zwischen Werkstück, Werkzeug, Werkzeugaufnahme und Maschinenkomponenten; Optimierung von Verfahrbewegungen, Ermittlung von Restmaterial und Bearbeitungszeiten) bis hin zur direkten Verknüpfung mit dem virtuellen NC-Kern (VNCK) genutzt werden.

Fertigungsproduktivität kann bis 30% gesteigert werden

Mit der in NX integrierten PLM-Technik ist ein durchgängiges, rückverfolgbares Werkzeug-, Programm- und Dokumentenmanagement entsprechend ISO 9001 beziehungsweise TS 16949 bis auf Werkstatt- und Instandhaltungsebene realisierbar. Dies verringert Produktionsfehler, spart Zeit und erleichtert die Einhaltung von Gesetzen und Vorschriften.

Die Offenheit der CAD/CAM/CNC- und PLM-Technik aus dem Hause Siemens PLM Software in Bezug auf Schnittstellen, Betriebssystem sowie der zum Einsatz kommenden Datenbanken und Applikationsserver sichert beste Voraussetzungen für Integration und firmenspezifische Anpassung.

Nutzt man die genannten Vorteile, kann die Fertigungsproduktivität bis 30% gesteigert werden. Dies hat auch führende Hersteller von Werkzeugmaschinen wie DMG, Index oder Hermle überzeugt.

Ein Werkzeugmaschinenbauer mit langer Tradition ist die Mikromat GmbH mit Sitz in Dresden, die seit 1959 Präzisionsportal-Bohr-Fräsmaschinen bis zu 4 m Arbeitsbreite und 8 m Tischlänge herstellt, welche unter Idealbedingungen eine Genauigkeit von 0,003 mm aufweisen. Ihre zur Fachmesse Intec 2011 preisgekrönte Technik bietet vorher in der spanenden Großteilebearbeitung nicht erreichte Maß-, Form- und Lagegenauigkeit (so hat man laut Mikromat auf 11.000 mm eine Ebenheit unter 0,01 mm erreichen können). Die Maschine wird auch für externe Auftraggeber im hauseigenen Kompetenzzentrum verwendet.

Drei Faktoren gaben bei Mikromat den Ausschlag für NX

Mit steigender Komplexität ergab sich dabei ein Engpass bei der Erstellung der CNC-Programme mit dem bisher eingesetzten 2D-System. Im klassischen Auswahlverfahren wurden mehrere Produkte untersucht. Drei Faktoren gaben schließlich den Ausschlag zugunsten von NX und einem Lieferkonsortium, bestehend aus dem Chemnitzer Software-Systemhaus ARC Solutions und aus Janus Engineering.

  • Mit der Synchronous Technology in NX können Konstruktions- und Rohteilmodelle schnell und intelligent aufbereitet sowie Fertigungsmodelle an Toleranzfeldlagen angepasst werden.
  • Die Definition der NC-Operationen erfolgt zu Fertigungs- und Rohteil assoziativ und erlaubt Varianten- und Ähnlichkeitsplanung.
  • Die anpassbare Postprozessortechnik erlaubt weitgehende Adaption der Mikromat-Unterprogrammtechnik.

In der Großteilefertigung sind Losgrößen von 100 Stück eine Seltenheit. Einzelteil-, Prototypen- und Kleinstserienfertigung gehören zum täglichen Geschäft von Unternehmen wie Mikromat oder Pfrang-Tec. Dies bedeutet eine häufige Neuplanung von Projekten, Technologieerprobung direkt am Kundenteil und ein ständig wechselndes Teilespektrum. Das Ziel sind zeit- sowie kostenoptimale, kollisionsfreie und nebenzeitreduzierte NC-Programme.

NC-Programme sind durch Einsatz von NX zu 98% kollisionsfrei

Durch den Einsatz von NX bei Mikromat sind die NC-Programme zu 98% kollisionsfrei. Damit reduziert sich die aufwendige und zeitintensive manuelle Programmierung an der Steuerung. Mit der durchgängigen 3D-Anwendung in jeweils angepasster Detaillierung für zu fertigende Teile, Werkzeuge, Aufnahmen, Vorrichtungen, Spannmittel und -skizzen werden Spannlagen genau vordefiniert und damit kostenintensive Rüst- und Nebenzeiten eingespart. Mit dem Aufbau einer fertigungsnahen Werkzeugdatenbank (Bild 3) sowie entsprechender Klassifizierung werden Informationsfehler vermieden und Werkzeugrüstzeiten reduziert.

Die Einsparungen durch den Einsatz von NX CAM bei Mikromat summieren sich auf 20 bis 30%. Bereits im vergangenen Jahr konnte die Pfrang-Tec GmbH – ein Mikromat-Kunde – von der schnellen Verfügbarkeit einer auf die Werkzeugmaschine abgestimmten NX-Lösung profitieren: Von der Bestellung über das Anwendertraining bis zur produktiven CAM-Nutzung vergingen weniger als acht Wochen.

* Alexander Hoffmann ist Geschäftsführer der ARC Solutions GmbH in 09111 Chemnitz, Christian Meyer ist Fertigungsingenieur bei der Mikromat GmbH in 01239 Dresden

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