Zentrale CAD/CAM-Plattform Prozessbeschleunigung durch virtuelle Fertigung

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Virtuelles Fertigen im Sinne von Ergebnisabsicherung, Fehlervermeidung sowie Prozessbeschleunigung: Mayer Stahl- und Apparatebau setzt auf das Coscom ECO-System auf Basis einer zentralen Fertigungs- und Werkzeugdatenbank und vernetzt CAD/CAM, Simulation und Shopfloor.

Mayer Stahl- und Apparatebau denkt auch bei der Digitalisierung ihres Shopfloors in großen Dimensionen. Der Lohnfertiger von Großbauteilen nutzt die Möglichkeiten einer durchgängigen virtuellen Fertigung auf Basis des offenen Coscom ECO-Systems. So ist die 1:1-Ergebnisabsicherung mit echten NC-Programmen in der Simulation gewährleistet. Einen weiteren Beitrag zur Prozessbeschleunigung insgesamt leistet zudem eine umfassende Rüstoptimierung durch digitale Arbeitsmappen in einem komplett vernetzten Shopfloor.

50 Tonnen Gewicht, 18 Meter Länge – Präzision in der Herstellung von Großbauteilen ist eine Herausforderung der besonderen Art. Neben einem hoch technologisierten Maschinenpark und einer umfassenden digitalen Tool-Infrastruktur sind handwerkliche Fähigkeiten und technischer Sachverstand der Mitarbeiter gefragt. Denn es muss eine Maßhaltigkeit über eine enorme Distanz eingehalten werden. Die Rede ist dabei von 0,03 bis 0,05 Millimetern bei einer Bearbeitungslänge von bis zu 18 Metern. Für den Lohnfertiger Mayer Stahl- und Apparatebau aus Heidenheim sind derartige Werte Tagesgeschäft. Seit mehr als hundert Jahren fertigt der Betrieb Großbauteile und Stahlkonstruktionen in hoher Qualität, in vertrauensvoller Zusammenarbeit mit dem Kunden und mit einem Höchstmaß an Flexibilität.

Digital geradewegs in die Zukunft

In der Einzelgroßteil-Fertigung lässt sich in einem hart umkämpften Markt nur bestehen, wenn es zu keinen Kollisionen oder anderweitigen Fehlern bei der spanenden Bearbeitung kommt. Die Absicherung des gesamten Prozesses muss also lückenlos zu 100 Prozent geschehen – es gibt nur ein Bauteil, das bearbeitet wird und es gibt nur einen Versuch. Es geht um die 1:1-Simulation auch von Teilprozessen wie sehr aufwändigem Rüsten, zeitintensivem Auf- und Umspannen sowie Werkzeugwechsel bei der tatsächlichen Bearbeitung. „Failure is not an option“, dieser bekannte Spruch aus dem Film über die Apollo-13-Mondlandemission hat für den Geschäftsführer Martin Gentner, den Meister Zerspanung Dietmar Koch und den CNC-Programmierer Marijan Lokner eine besondere Bewandtnis. Lautet ihre Maxime doch: maximale Ergebnisabsicherung, 100 Prozent Fehlervermeidung, Rüstoptimierung und daraus abgeleitet natürlich die maximale Beschleunigung des kompletten Arbeitsprozesses.

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Wie aber lassen sich diese hochgesteckten Ziele erreichen? Ganz klar, ein professionelles CAM-System ist ein wichtiger Lösungsbaustein dafür. Doch das allein reicht nicht aus. Der Brückenschlag von der idealisierten Welt der CAM-Simulation in die harte Realität der Bearbeitungszentren muss geschlagen werden. Deshalb hat sich Mayer Maschinenbau für Profi CAM Virtual Machining (VM) von Coscom für die CAM- Programmierung und Vericut von CG Tech mit seiner NC-Satz-Simulation entschieden. Beide Tools sind gekoppelt an das Coscom ECO-System, bestehend aus Factory Director VM und Tool Director VM, das die CAM-Programmierung und Maschinensimulation mit allen relevanten, digitalen Fertigungs- und Werkzeuginformationen versorgt. Mit NC-Programmen gespeist werden im Rahmen der mechanischen Bearbeitung die Fahrständer-Fräs- und -Bohrcenter FR 12000, FR 14000 und FS 18000 sowie Starbett-Fräsmaschinen SL 8000 und SP 10000 von Soraluce.

100-Prozent-Absicherung der CAM-Programmierung

Mit dem Ziel der hauptzeitparallelen 3D-Programmierung wurde das Projekt vor einigen Jahren mit der Einführung von Profi CAM VM für den Bereich Fräsmaschinen mit Mehrseitenbearbeitung begonnen. Wenig später kam die Werkzeugverwaltung Tool Director VM hinzu, die das CAM-System mit Werkzeugdaten versorgt und somit die Programmierung mit realistischen Geometrien der Werkzeuge erlaubt. Zug um Zug wurde der Tool Director VM mit Daten über Werkzeugkomponenten und Komplettwerkzeuge angereichert. Inzwischen sind so rund 4.200 Komplettwerkzeuge im System hinterlegt. Dietmar Koch ist der felsenfesten Überzeugung: „Kein CAM-System mehr ohne Werkzeugverwaltung!“ und fügt hinzu: „Für die Maschinensimulation des kompletten Bearbeitungszyklus hatten wir uns für Vericut entschieden, um 100 Prozent auf Basis des NC-Codes nach dem Postprozesslauf in Profi CAM VM das Ergebnis abzusichern: Uns war bereits damals bewusst, dass die NC-Datensätze unbedingt nochmals nach dem Postprozessor-Export getestet werden mussten, also jene NC-Sätze, die tatsächlich in der Maschine eingesetzt werden. Auch wenn Coscom sehr gute NC-Codes durch maschinenoptimierte Postprozessoren in seinem CAM-System liefert, wollen wir wirklich 100 Prozent sicher bei der Kollisionskontrolle gehen.“

Vernetzte Geschäftsprozesse

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Wirtschaftliche Großteilfertigung verlangt eben diese Rückversicherung. Die Soraluce-Maschinen haben keinen festen Werkzeugwechselpunkt, sondern nehmen das Werkzeugmagazin im Sinne von hauptzeitparallelem Rüsten bei der Bearbeitung mit, um die Spindellaufzeit zu maximieren. Das wird bei der NC-Satz- basierten Simulation von Vericut berücksichtigt. „Das ist sehr wichtig, weil man sich nicht genau vorstellen kann, ob beim Wechsel das Werkzeug mit einer Länge von zum Beispiel 300 mm nicht doch irgendwo am Werkstück bei einer Höhe von 5 m oder mehr aneckt“, erklärt Marijan Lokner. Durch die Profi CAM-Vericut-Kopplung ist die komplette Kontrolle mit echten NC-Programmen nach dem Postprozessor-Export sichergestellt – die offene Coscom-Systemarchitektur mit der universellen CAM- und Simulationsschnittstelle Coscom TCI (Tooldata Cooperation Interface) macht es möglich.

Lückenloser Datenprozess bis an die Maschine

Die Einführung des Tool Director VM hob die CAM-Programmierung auf ein neues Qualitätsniveau und sorgte gleichzeitig für einen lückenlosen End-to-End-Prozess, bezogen auf das Durchreichen von digitalen Werkzeuginformationen bis in die Werkzeugvoreinstellung und an die Maschine: Werkzeuglisten, Zusammenbauvorschriften der Komplettwerkzeuge, vermessene Werkzeug-Ist-Daten wurden nun im gesamten Prozess unmittelbar verfügbar. „Die Bereitstellung von aktuellen Daten ist extrem wichtig, weil es um Rüst- und Bearbeitungszeiten von teilweise mehreren hundert Stunden geht. Da dürfen keine Irrtümer geschehen. Doch bei aller Digitalisierung wird der versierte Werker an der Maschine nach wie vor gebraucht, weil es sich ja um Einzelteilfertigung handelt. Jedes Bauteil muss schließlich individuell eingefahren werden“, betont Dietmar Koch.

Die Details dazu sind zum Beispiel in den digital erfassten Spannplänen festgehalten. Allein die exakte Positionierung eines Rohlings auf dem Maschinenbett von mehreren Tonnen Gewicht ist die erste, aber besonders wichtige Voraussetzung für eine schnelle Abarbeitung des Auftrags. Und es muss schnell gehen, daher wird parallel gearbeitet: „Zum Beispiel wird an der linken Seite des Maschinentischs ein Werkstück bearbeitet, während auf der rechten Seite, durch eine mechanische und elektronische Trennung geschützt, das nächste Werkstück aufgespannt und für den nächsten Bearbeitungsprozess vorbereitet wird – vorausgesetzt natürlich, die Situation lässt dies zu“, veranschaulicht Dietmar Koch eine typische Aufgabenstellung der Bearbeitung auf großen Maschinen.

Die Bemaßung (bezogen auf den Nullpunkt) und die Spannpläne lagen früher nur in Papierform an der Maschine vor. Doch ging stets die Angst um, dass nicht alle notwendigen Informationen oder veraltete Daten die Maschine erreichen würden. Mayer Stahl- und Apparatebau ging im Laufe der Jahre noch weitere Schritte in Richtung virtuelles Fertigen und führte den Factory Director VM ein, um sämtliche Papierdokumente zu digitalisieren und auf Info Points zu visualisieren. Aus Sicht von Dietmar Koch war es ein großer Schritt nach vorne, als jede Maschine mit einem PC und einem Monitor ausgerüstet wurde und damit die Zettelwirtschaft ein Ende fand: „Alle bereitgestellten Daten werden nun direkt vor der Maschine mit dem Coscom Info Point VM visualisiert. Selbst die Simulation kann dort aufgerufen werden und man kann sich die konkrete Aufspannsituation in 3D anzeigen lassen und von allen Seiten aus begutachten.“

Alles, was vor Ort benötigt wird, ist nun 100 Prozent digital über den Info Point VM abrufbar: Werkzeuglisten, Spannpläne, NC-Programme und Simulationen, was zu signifikanter Fehlerreduktion und Erhöhung der Präzision bei der Bearbeitung führt. Nun darf man sich den Datenfluss am Info Point VM aber nicht als Einbahnstraße vorstellen, denn in der Ausbaustufe mit einem Kommunikationsmodul kann der Werker über den Info Point VM Rückmeldung an die Arbeitsvorbereitung oder den Meister geben, etwa wenn etwas nicht vorrätig ist. Das steigert die Produktivität, denn fehlende Informationen sind ein Synonym für Maschinenstillstand. Der Werker dokumentiert seine Arbeitsgänge über den Info Point VM direkt in den PDF-Zeichnungen, was die unmittelbare Nachverfolgbarkeit der einzelnen Tätigkeiten garantiert. Dieses digitale Markieren sei eine Besonderheit von Mayer, wie der zuständige Coscom-Vertriebsbeauftragte Peter Schrumpf betont. Die Werker arbeiten im 3-Schichtbetrieb. Jedem Kollegen ist eine Farbe zugewiesen, die sie nutzen, um jene Bereiche des Bauteils zu kennzeichnen, die sie bearbeiten.

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Bei Mayer Stahl- und Apparatebau dient der Factory Director VM als zentrale Datenbasis für alle Fertigungsdaten und digitalen Fertigungsdokumente. Alle Technologiedaten rund um ein Werkstück, wie NC-Programme, Fertigungszeichnungen, Rüstlisten und Aufspannpläne werden nun zentral in einer Datenbank verwaltet und von dieser aus allen Prozessteilnehmern gemäß der anstehenden Aufgabe in der Arbeitsvorbereitung und im Shopfloor zur Verfügung gestellt. Auch der Factory Director VM arbeitet in beide Richtungen: So werden die während des Produktionsprozesses optimierten NC-Codes, etwa in Hinsicht auf angepasste Vorschübe oder Fräswegekorrekturen, in die Datenbank zurückgespielt. „Im Falle der Wiederholteilfertigung bedeutet diese Fertigungsdokumentation, dass das Coscom ECO- System eine Knopfdruck-Lösung aufgrund von ausgeklügelter Knowhow-Sicherung aus der vorangegangenen Fertigung ist“, sagt Geschäftsführer Martin Gentner begeistert. Es werden sämtliche Fertigungsinformationen ausnahmslos digitalisiert.

In Summe sind es bis dato rund 12.000 auftragsbezogene Technologiedatensätze – das ist das Ergebnis von durchschnittlich 250 Aufträgen pro Jahr, wobei für jeden Auftrag im Schnitt 4 bis 5 NC-Programme erstellt werden. Der Geschäftsführer rechnet vor: „Nahm früher eine typische Bauteil-Bearbeitung rund 15 Arbeitstage in Anspruch, sind es heute keine zehn mehr. Gut 25 Prozent der erzielten Zeiteinsparungen haben wir durch die Digitalisierung mit Coscom erreicht!“ Marijan Lokner drückt es nicht weniger prägnant aus: „70 Prozent aller Teile könnten wir heute ohne Digitalisierung gar nicht mehr effizient und wettbewerbsfähig produzieren.“ Anders formuliert auf den Punkt gebracht: Die virtuelle Fertigung sichert Mayer Stahl- und Apparatebau seine Existenz als Großteile-Lohnfertiger, wobei Wettbewerbsfähigkeit nicht nur im Sinne von minimalen Bearbeitungszeiten verstanden werden sollte, sondern auch als Fähigkeit, die steigenden Qualitätsanforderungen der Kunden weiterhin erfüllen zu können.

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