Optimierte Werkzeugplanung

Schnelle und zuverlässige Werkzeuge für die Umformtechnik werden durch ein Informationssystem unterstützt. Ein wesentlicher Kostenfaktor in Blech verarbeitenden Betrieben ist die zeit- und...

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Schnelle und zuverlässige Werkzeuge für die Umformtechnik werden durch ein Informationssystem unterstütztEin wesentlicher Kostenfaktor in Blech verarbeitenden Betrieben ist die zeit- und kostenintensive Entwicklung und Anfertigung der komplexen Umformwerkzeuge. Die Konstruktion neuer Blechteile und der zugehörigen Werkzeuge erfolgt zumeist noch nach dem Prinzip ,,Trial and Error". Dabei werden Erfahrungswerte aus bereits entwickelten Produkten zu wenig genutzt. Insbesondere im Hinblick auf die immer kürzer werdenden Innovationszyklen und die erhöhte Variantenvielfalt (Bild 1) gilt es jedoch, durch eine wissensbasierte Optimierung des Werkzeugwesens verkürzte Durchlaufzeiten zu erzielen. Während in der spanenden Fertigung bereits eine Vielzahl umfassender Werkzeugverwaltungssysteme zum Einsatz kommen, stehen dem Werkzeugwesen der Blechumformung keine ausreichenden Hilfsmittel zur Verfügung, die neben den rein administrativen Aufgaben auch die Erfassung und Verarbeitung von Technologiedaten aus dem Werkzeuglebenslauf unterstützen.Informationen für die gesamte ProzessketteAngesichts der hohen Kosten, die durch Fehler in der Prozesskette der Blechteilherstellung verursacht werden, sind in den meisten Unternehmen bereits Abläufe zur Erfassung und Dokumentation der Probleme eingeführt worden. Zur Erfassung der Informationen im Fertigungsfeld werden normalerweise vorgefertigte Papierdokumente eingesetzt. Diese bieten den Vorteil, dass sie von den Mitarbeitern der Fertigung auch ohne EDV-Kenntnisse direkt in der Werkstatt bearbeitet werden können und leicht handhabbar sind. Ein wesentlicher Nachteil ist hingegen, dass die Informationen nicht der gesamten Prozesskette zur Verfügung stehen, sondern oftmals in Aktenordnern abgelegt werden und in Vergessenheit geraten. Eine mit hohem manuellen Aufwand verbundene Weit-erverarbeitung der Papierformulare in EDV-Systemen erfolgt in der Regel nicht.Eine Alternative zu der Verwendung von Papierdokumenten stellt die EDV-unterstützte Datenerfassung dar. Sie erlaubt eine zentrale Sicherung der Informationen sowie die schnelle Datenauswertung und -bereitstellung. Nachteilig wirken sich jedoch insbesondere im Fertigungsbereich bestehende Berührungsängste mit dem Medium Computer aus.Der Erfolg einer rechnerunterstützten Erfassung von Erfahrungswissen und Fehlerinformationen im Fertigungsfeld ist direkt abhängig von der beim Nutzer erzeugten Akzeptanz. Diese lässt sich zum einen durch die Verdeutlichung des Nutzens einer konsequenten Datenerfassung und den damit verbundenen Vorteilen für den Mitarbeiter selbst erzielen. Zum anderen haben die Erfahrungen bei der Einführung eines Fehlerinformationssystems [1], [2], [3] in der Automobilindustrie jedoch gezeigt, dass die Bedienungsfreundlichkeit des Systems wesentlich größeren Einfluss auf die Akzeptanz hat. Nur eine schnelle und komfortable Dateneingabe und -bereitstellung kann hier zu dem gewünschten Erfolg führen.Unter besonderer Berücksichtigung dieser Anforderungen werden am IFUM Informationssysteme für Blech bearbeitende Unternehmen entwickelt. Auf Basis des auf die Automobilindustrie zugeschnittenen Fehlerinformationssystems zur Verarbeitung von Fehlerdaten im Werkzeugbau, der Einarbeitung, Presswerk und Rohbau wird zur Zeit im Rahmen eines Forschungsprojektes ein Werkzeuginformationssystem entwickelt. Das System soll den gesamten Werkzeuglebenslauf datentechnisch begleiten (Bild 2) und so einen optimierten Planungsprozess ermöglichen.Werkzeughistorien werden datentechnisch abgebildetUm der Idee der industriellen Gemeinschaftsforschung gerecht zu werden, ist eine wesentliche Anforderung an das Werkzeuginformationssystem dessen Einsatzfähigkeit in einem möglichst breiten Spektrum verschiedener Blech verarbeitender Unternehmen. Die Entwicklung einer Speziallösung für einen bestimmten Anwendungsfall ist daher nicht das Ziel des Forschungsvorhabens.Besonders vor dem Hintergrund der vielfältigen Prozessabläufe und verschiedener Fertigungsverfahren, die in den Unternehmen zur Anwendung kommen, ist ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit des Systems an unternehmensspezifische Anforderungen erforderlich. Dabei müssen mit dem System zum einen die verschiedenen Prozessabläufe datentechnisch modelliert werden können und zum anderen die Benutzeroberflächen an die Unternehmen anpassbar sein.Die Grundlage des Systems stellt daher ein relationales Datenmodell dar, dass durch seine sehr flexible Struktur ein hohes Maß an Adaptivität erlaubt und dem Nutzer weitreichende Konfigurationsmöglichkeiten ohne zusätzlichen Programmieraufwand zur Verfügung stellt.Die datentechnische Abbildung der Werkzeughistorien wird mit Hilfe einer rekursiven Baumstruktur realisiert. Die Baumdarstellung sowie deren Bedienung orientieren sich dabei stark an der Oberfläche des Microsoft Windows Explorer. Auf diese Weise kann eine intuitive Bedienung des Systems sichergestellt werden.Jeder Objekttyp kann beliebig dargestellt werdenBild 3 zeigt die Hauptmaske des Werkzeuginformationssystems. Im linken Teil befindet sich die bereits angesprochene Baumdarstellung der erfassten Daten. Jeder Eintrag im Baum besitzt dabei einen bestimmten Objekttyp (zum Beispiel Bild, Fehler, Verbesserungsvorschlag usw.). Für jeden Objekttyp lassen sich über Konfigurationsmasken zum einen die zu erfassenden Daten und die entsprechenden Informationsformen (Text, Bilder, 3D-Modelle, Formulare) festlegen. Die datenbanktechnische Umsetzung erfolgt dabei auf Grundlage sogenannter dynamischer Sachmerkmalleisten, deren Funktionalität in [4] näher erläutert wird. Zum anderen kann jedem Objekttyp eine beliebige Darstellung (Formular) zugewiesen werden, in dem die Informationen dargestellt und erfasst werden können.In Abhängigkeit des ausgewählten Objekttyps wird dann im rechten Teil der Oberfläche ein entsprechendes Formular zur Dateneingabe und -darstellung eingeblendet. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um das Photo eines aufgetretenen Problemfalls im Werkzeugbau.Die Eingabe neuer Daten erfolgt ähnlich wie im Microsoft Windows Explorer mit Hilfe der Maus. Nach der Auswahl des übergeordneten Baumeintrages, dem ein neues Datenobjekt zugeordnet werden soll, öffnet sich auf Mausklick ein Kontextmenü. Neben Einträgen zur Manipulation bestehender Daten (umbenennen, kopieren usw.) wird dem Benutzer hier eine Liste der ,,erlaubten" Untereinträge vorgegeben. Nach der Auswahl des gewünschten Eintrages fügt das System ein neues Datenobjekt in den Baum ein, für das dann im Folgenden Informationen erfasst werden können.Die Liste der erlaubten Untereinträge kann durch den Administrator mittels Vorgabe einer sogenannten Referenzstruktur festgelegt werden. Diese unternehmensspezifische Referenzstruktur gibt dazu die hierarchischen Zusammenhänge der in der betrachteten Prozesskette auftretenden Objekttypen wieder. Durch diese Benutzerführung bei der Dateneingabe können sinnlose Einträge vermieden werden.Durch den flexiblen Aufbau des Systems und das zugrunde liegende Datenmodell ist das System einfach auf unterschiedliche Betriebe oder auch spezielle Einsatzbereiche anpassbar. So ist es möglich, das System zur Abdeckung der gesamten Prozesskette einzusetzen oder nur bestimmte Teilbereiche wie zum Beispiel den Werkzeugbau zu unterstützen. Die Konfiguration des Programms erfolgt dabei zu großen Teilen über die Systemoberfläche mit einem minimierten Programmieraufwand. Die Formulare zur Darstellung der Informationen für die jeweiligen Objekttypen müssen jedoch manuell erzeugt und eingebunden werden.Durch Such- und Auswertefunktionen können die erfassten Informationen analysiert werden. Ein möglicher Einsatzfall ist hier zum Beispiel die Identifikation von Schwachstellen im Prozessablauf. Diese können durch die Bewertung von aufgetretenen Fehlerkosten, Fehlerhäufigkeit, Fehlerursachen usw. ermittelt werden. Auf diese Weise können beispielsweise im Werkzeugbau besonders fehler- und kostenintensive Werkzeugkomponenten identifiziert werden. Durch gezielte Verbesserung dieser Komponenten kann so eine mittel- bis langfristige Optimierung des Prozess-ablaufes erfolgen. Zudem kann durch eine Zuordnung auftretender Fehler und den dadurch entstandenen Aufwendungen zu etwaigen Verursachern bzw. Kostenstellen eine erhöhte Kostentransparenz erzielt werden. Ähnliche Einsatzmöglichkeiten finden sich auch in weiteren Phasen des Werkzeuglebenslaufes wie zum Beispiel in der Einarbeitung, im Presswerk und der Instandhaltung wieder. Neben der Verarbeitung von reinen Technologiedaten (Fehlerdaten, Maschineneinstellungen usw.) erlaubt das offene Objektkonzept des Systems auch die Unterstützung administrativer Tätigkeiten. So kann beispielsweise durch eine integrierte Dokumentenverwaltung die Erstellung von Angeboten oder Vorkalkulationen vereinfacht werden.Verbesserte Planungswerte senken ProduktionskostenIn der Blech verarbeitenden Industrie nehmen die Werkzeugkosten einen beträchtlichen Anteil an den gesamten Produktionskosten ein. Der Produktionsanlauf ist zeitintensiv und muss durch verbesserte Planungsergebnisse weiter verkürzt werden. Um diesen Anforderungen in Zukunft gerecht werden zu können, ist eine konsequente Erfassung von Erfahrungswissen und dessen Nutzung zur Planung neuer Werkzeuge dringend erforderlich. Das prototypisch entwickelte Werkzeugsystem soll personengebundenes Wissen zentral absichern. Literatur:[1]Doege, E., Rütthard, N.: Fehlererfahrungen konsequent nutzen - Ein Fehlerinformationssystem für die Karosseriefertigung. QZ 01 (2000), S. 73 -76.[2]Doege, E., Mathieu, H, Rütthard, N.: Fehlerinformationssystem für den Werkzeugbau. ZwF. 94 (1999) 12, S. 732-736.[3]Doege, E., Mathieu, H., Rütthard, N., Huinink, S.: Support of method planning and design of sheet metals parts by using a fault information system. CIRP Design Seminar, Haifa, Israel, 16.-18. 05. 2000.[4]Hollemann, C.: Entwurf, Umsetzung und Einführung rechner-unterstützten Ressourcenmanagements. Dr.-Ing. Dissertation, Universität Hannover. Düsseldorf: VDI Verlag 1994.