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Werkzeugbereitstellung

Papierlose Prozesskette weiter optimiert

| Autor/ Redakteur: Johann Hofmann und Bernd Hufnagl / Alexander Strutzke

Der weltweit führende Anbieter von Laststufenschaltern für die Hochspannungstechnik hat seine papierlose Prozesskette in der CNC-Fertigung ein weiteres Mal optimiert. Im Fokus stand zuletzt die verbesserte Werkzeugbereitstellung bei Kettenmagazinen, eine intelligente Entladestrategie sowie umfassende grafische Information an den Werkzeugmaschinen.

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Auf 30 Werkzeugmaschinen fertigt die Maschinenfabrik Reinhausen jährlich rund acht Millionen Einzelteile und setzt dazu etwa 9000 verschiedene NC-Programme ein. Bild: Siemens A&D
Auf 30 Werkzeugmaschinen fertigt die Maschinenfabrik Reinhausen jährlich rund acht Millionen Einzelteile und setzt dazu etwa 9000 verschiedene NC-Programme ein. Bild: Siemens A&D
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Maschinenfabrik Reinhausen GmbH und ein Team des Geschäftfeldes Motion Control MT von Siemens Automation & Drives haben auf der Basis vorhandener SAP-Strukturen und der Softwaresuite Motion-Control-Information-System (MCIS, Bild 2) schon in den vergangenen Jahren einen durchgängigen Informationsfluss in der CNC-Fertigung des Unternehmens geschaffen. Zur NC-Programmübertragung zu den Maschinen wird seither MCIS DNC (Direct Numeric Control) und für das Werkzeugmanagement MCIS TDI (Tool Data Information) genutzt. Beide Module sind in das SAP-System des Anwenders eingebunden.

Werkzeugmanagement besser in die CAM-Prozesse integriert

In der jetzt abgeschlossenen zweiten Phase wurden weitere Verbesserungen bei der Integration des Werkzeugmanagements in die papierlose CAM-Prozesskette realisiert. Das Ergebnis ist MR-CM (Maschinenfabrik Reinhausen CAM-Daten-Manager). Im Fokus standen:

  • die Optimierung der Werkzeugbereitstellungszeit an Kettenmagazinen,
  • eine intelligente Entladestrategie, die unnötigen Werkzeugumlauf reduziert sowie
  • umfassende Werkzeuginformationen, um die Prozesssicherheit zu erhöhen und den Verwaltungsaufwand zu reduzieren.

Reinhausen fertigt auf gut 30 CNC-Maschinen im Dreischichtbetrieb über 9000 verschiedene Bauteile im ständigen Wechsel, sodass effiziente NC-Programmverwaltung und ein funktionierendes Werkzeugmanagement direkten Einfluss auf die Produktivität haben. Zuletzt ging es in erster Linie um die Optimierung von vier Werkzeugmaschinen mit Kettenmagazin für jeweils 120 Werkzeuge. Diese Maschinen werden pro Schicht durchschnittlich einmal umgerüstet, jedes NC-Programm umfasst etwa ein Dutzend Werkzeugwechsel.

Werkzeugbereitstellungszeit an Kettenmagazinen optimiert

Durch immer höhere Vorschubgeschwindigkeiten aufgrund verbesserter Werkzeugtechnik sowie stetig steigende Eilgänge dank besserer Antriebstechnik an den Werkzeugmaschinen, entsteht immer häufiger die Situation, dass das Werkzeug in der Spindel schneller mit der Bearbeitung fertig ist, als der Kettenvorlauf zur Bereitstellung des Folgewerkzeuges. Unnötige Wartezeiten sind die Folge, die es mit möglichst einfachen Mitteln zu verhindern gilt.

Die vermeintliche Lösung dieses Problems, alle Werkzeuge für ein Programm Festplatz-codiert und in der richtigen Reihenfolge vorsortiert auf der Kette zu beladen, greift nur, wenn das Magazin für jeden Auftrag komplett beladen und anschließend aus Platzgründen wieder entladen wird. Damit verzichtet man allerdings auf die Werkzeugmengenbedarfsrechnung, die den Werkzeugumlauf deutlich reduzieren würde. Diese auch Brutto-Netto-Rechnung genannte Methode ermöglicht es, häufig verwendete Werkzeuge an Bord zu belassen und nur fehlende Werkzeuge nachzuladen. Die an sich gegenläufigen Optimierungsansätze wurden im Gemeinschaftsprojekt von Reinhausen und Siemens wie folgt wieder auf einen gemeinsamen Nenner gebracht:

Die Postprozessorlösung von Reinhausen (MR PP) berechnet für jedes Werkzeug die exakte Eingriffszeit und verwendet dazu die original kinematischen Daten der Maschine. Werkzeuge mit Eingriffszeiten unter der maximalen Kettenlaufzeit werden als Kurzläufer definiert, die restlichen Werkzeuge als Langläufer. Das Verhältnis beträgt etwa 30:70.

Postprozessorlösung berechnet Werkzeugeingriffszeit

Jeder Kurzläufer und dessen Folgewerkzeug werden vom MR-PP in Gruppen gebündelt. Die Gruppenbildung erfolgt solange, bis ein Langläufer eingewechselt wird. Folgt wieder ein Kurzläufer, beginnt die Gruppenbildung mit der nächsten Gruppennummer, und so weiter. Für jedes NC-Programm gibt es also unter Umständen mehrere Gruppen mit Kurzläufern, die Wartezeiten auf der Kette zur Folge hätten, und Langläufer, wofür die Kette in jedem Fall rechtzeitig bereit steht.

Die Gruppen der Kurzläufer werden durch den MR-PP im Soll-Daten-File für die Werkzeugvoreinstellung mit dem Zoller-System Saturn MVIS II speziell gekennzeichnet. Im Anschluss an die Werkzeugvoreinstellung erzeugt der Zoller-PP das Ist-Daten-File und reicht darin die Gruppenbildung an MCIS TDI durch. MCIS TDI belädt

  • alle Langläufer variabel codiert auf beliebige freie Plätze auf der Kette,
  • alle Kurzläufer Festplatz-codiert nebeneinander auf der Kette.

Wobei „nebeneinander“ auch bedeuten kann, dass beispielsweise bis zu drei Plätze dazwischen toleriert werden. Dadurch ist gewährleistet, dass die Kette jedes Werkzeug ohne Wartezeit bereitstellt und auch eine Werkzeugmengenbedarfsrechnung für die variabel codierten Werkzeuge auf der Kette ohne Nachteile möglich ist.

Intelligente Entladestrategie

Es ist sinnvoll, die Bediener von Bearbeitungszentren mit einem großen Werkzeugmagazin durch eine Leitrechner-basierte, intelligente Entladestrategie zu unterstützen: Bei vollem Werkzeugmagazin muss der Maschinenbediener Werkzeuge entladen, bevor er einen neuen Auftrag beladen kann. Und ohne die Rechnerunterstützung besteht das Risiko, dass genau die Werkzeuge entladen werden, die in Kürze nötig sind. Darüber hinaus muss man beim Entladevorgang verhindern, dass die beschriebenen Kurzläufergruppen wieder auseinander gerissen werden.

Deshalb bietet der CAM-Daten-Manager von Reinhausen eine Funktion zur Berechnung der zum Entladen am besten geeigneten Werkzeuge. Angestoßen wird diese Berechnung durch eine spezielle Funktion an der Maschinensteuerung Sinumerik 840D, ausgelöst vom Bediener. Der Leitrechner führt daraufhin folgende Aktionen aus:

  • Auslesen des Werkzeugmagazins der Maschine mit MCIS TDI.
  • Auslesen einer SAP-Auftragsvorschau. Das heißt, über eine SAP-Schnittstelle „sieht“ der Leitrechner sämtliche Werkzeuge, die in den nächsten Tagen auf der Maschine benötigt werden, und entfernt diese aus der Liste des Werkzeugmagazins.
  • Einzeln bestimmbare Werkzeuge, beispielsweise auf Passung eingestellte Feindrehköpfe, werden ebenfalls aus dieser Liste entfernt.
  • Die verbleibenden Werkzeuge können demnach entladen werden, nach dem letzten Einsatzdatum sortiert. Außerdem dürfen Kurzläufer nur als Gruppe zum Entladen zur Verfügung stehen.

Die so entstehende Entladevorschlagsliste überträgt der Leitrechner online mit einer speziellen Funktion von MCIS TDI an die Steuerung. Der Bediener quittiert den Entladevorschlag in MCIS TDI und das optimierte Entladen beginnt automatisch.

Die in einem früheren Projekt bereits realisierte Möglichkeit zum intelligenten Beladen durch Online-Zugriff auf die Magazindaten, wurde jetzt um die Möglichkeit zum intelligenten Entladen erweitert. Damit gehören statische Komplettwerkzeuge im Maschinenmagazin der Vergangenheit an. Durch intelligentes Be-und Entladen mit MR-CM wird das Procedere „dynamisiert“ und die Werkzeugbelegung des Maschinenmagazins innerhalb kürzester Zeit optimiert.

Werkzeuginformation für höhere Prozesssicherheit

Ist das Werkzeugmagazin beladen – ob im ungünstigsten Fall per Handeingabe, oder vereinfacht in Form eines Tool-Offset-Active-Files (TOA) mit Sinumerik-Bordmitteln – gehen alle weiteren Informationen zu den Werkzeugen verloren. Die Standard-Werkzeugverwaltung der Sinumerik ist auf wenige grundsätzliche Informationen beschränkt. Weiterführende Informationen, wie die Stückliste, Werkzeugklartextbeschreibung, Wendeplattenbezeichnung, Beschichtung und Einschublänge, müssten daher in Papierform an der Maschine vorgehalten werden. Mit den bekannten Problemen in puncto Aktualisierung und Verteilung.

Mit MCIS TDI lässt sich auch diese Informationslücke schließen: Das Software-Modul bietet zahlreiche Datenbankfelder, die anwenderspezifisch, hier über das Ist-Daten-File des Zoller-Systems, mit den erforderlichen Informationen gefüllt werden können.

Eine Besonderheit von MCIS TDI ist die Anzeige von Pixel-Grafiken (JPEG, BMP, und andere) aus einem Netzwerkpfad heraus. In einem vorgeschalteten System erzeugte Werkzeuggrafiken (Bild 3) können über den eingestellten Pfad unmittelbar auf der Steuerung visualisiert werden.

Eine solche Grafik enthält alle geometrischen und technischen Informationen eines Werkzeuges. Zur automatischen Generierung der Grafiken aus beliebigen Werkzeugverwaltungssystemen heraus, bietet Reinhausen ein Tool, das vom Anwender individuell auf seine spezifische Umgebung eingestellt werden kann.

Auch der Transport der Zoller-Ist-Daten ist mit MCIS TDI einfacher als ausschließlich mit den DNC-Bordmitteln der Sinumerik. Denn die Zoller-Werkzeugvoreinstellung speichert ihre Ist-Daten direkt in einem virtuellen TDI-Datencontainer der Maschine.

Papierlose Prozesskette senkt Wartezeiten bei der Werkzeugbereitstellung

Allein durch das zuletzt weiter optimierte Zusammenspiel von MR-CM und MCIS TDI konnten die Wartezeiten bei der Werkzeugbereitstellung um etwa 8 s je Werkzeugwechsel bei Kurzläufern reduziert werden. Der Werkzeugumlauf wurde dank intelligenter Entladestrategie um etwa 10% herabgesetzt und der Verwaltungsaufwand sank um weitere 20%. Weitere Resultate sind eine geringere Fehlerhäufigkeit, eine höhere Prozesssicherheit und dadurch eine höhere Produktivität.

Interessenten können sich die durchgängig papierlose Prozesskette bei der Maschinenfabrik Reinhausen sowohl in der Serienfertigung als auch im Prototypenbau ansehen. Die zum Produkt MR-CM gewordene Software kann auf der EMO 2007 am Stand der E. Zoller GmbH & Co. KG, Einstell- und Messgeräte in Halle 3, Stand D25 in Augenschein genommen werden.

Dipl.-Ing. Johann Hofmann ist Leiter NC-Programmierung bei der Maschinenfabrik Reinhausen. Bernd Hufnagl ist Teamleiter Business Development und Value Added Services bei Siemens A&D.

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