Effizienzsteigerung Strukturierte Einrichtprozesse an Transfer- und Servopressen

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Pure Kraft gepaart mit hoher Dynamik zielgerichtet einzusetzen ist die Herausforderung der sich Einrichter im Presswerk täglich stellen. Dabei haben sie durch ihr Tun direkten Einfluss auf die Hubzahl sowie die Qualität der Erzeugnisse. Doch jede Verbesserung bedingt auch einen Einsatz – nämlich Zeit.

In diesem speziellen Fall sogar einen doppelten Einsatz: Arbeitszeit und Stillstandzeit der Anlage. Die Fragestellung, der sich dieser Artikel widmet: „Wie den Aufwand für den Einricht- und Optimierungsprozess minimieren und wie die Werkzeuge mit dem höchsten Potential zur Verbesserung auswählen?“ Denn nur funktionierende Anlagen, bedeuten in diesem Fall bei Weitem nicht maximale Produktivität!

Vergleicht man Presslinien zur Blechumformung von heute mit denen von vor ca. 10 bis 20 Jahren, also dem Vor-Servo Antriebszeitalter, so ist es die Flexibilität, die den Hauptunterschied ausmacht. Nicht nur die einstellbare Stößelkinematik von Servopressen, nein auch die hinsichtlich Freigängigkeit und Schwingungen beeinflussbaren Servomotor angetriebenen Transfersysteme an Folgeverbund- und Transferpressen bieten diesbezüglich enormes Potential zur Verbesserung.

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Damit sind Mittel geschaffen worden, um unmittelbar durch elektronische Anpassung in den Fertigungsprozess einzugreifen. Der Vorteil hieraus ist offensichtlich – weder an den Greifer Einrichtungen noch an den Werkzeugen muss bearbeitet und modifiziert werden. Prozess- und freigängigkeitsrelevante Parameter lassen sich durch „Programmieren“ optimieren. Die „Hardware“ bleibt unverändert. Was absolut nicht bedeutet, dass eine solide Betriebsmittel Konstruktion keine Stellschraube für Produktivität darstellt, ganz im Gegenteil.

Doch was genau wird da an den Anlagen „programmiert“ und wie sieht die konkrete Arbeit des Einrichters aus?

Das Spannungsfeld des auf Produktivität fokussierten Presseneinrichters wird aufgespannt durch folgende Faktoren:

• Freigängigkeit

• Dynamik

• Zeit (Einrichtdauer)

Diese Kriterien bedingen sich gegenseitig. Während Freigängigkeit und Dynamik als gemeinsamen Nenner den Pressenwinkel haben, ist mit der Zeit der Einsatz gemeint, um diese Faktoren optimal aufeinander abzustimmen.

Nun aber im Detail.

Freigängigkeit ist die Grundbedingung für eine Fertigung in Dauerlaufbetrieb – also ohne Kollision und mit einem angemessenen Sicherheitsabstand zwischen den bewegten Komponenten. Hierzu werden die Verfahrwege sowie die zeitliche Abfolge der einzelnen Achsen bzw. Anlagenkomponenten zueinander eingestellt. Zu viel Freigängigkeit im Ablauf zwischen Streifenvorschub und Stößelbewegung an Folgeverbundpressen oder zwischen Greifer/Bauteilen und der Stößelbewegung an Transferpressen, ist jedoch ein Zeichen für verschwendetes Hubzahlpotential. Möchten Sie also die Güte der aktuellen Anlageneinstellung qualitativ bewerten, gilt es die IST-Freigängigkeit im Prozess zu beobachten und zu ermitteln. Konkret bedeutet dies ein Messen der aktuellen (Sicherheits-) Mindestabstände zwischen den sich bewegenden Teilen.

Eine Struktur bekommt das Ganze, wenn bestehende Einricht- bzw. Werkzeugblätter durch diese und weitere charakteristische Punkte – wie z.B. den Werkzeugkontakt oder den Beginn der Umformung – ergänzt werden. Sicherheitsabstände sind hier also die zu messende und auch einzustellende Größe. Aktuelle Anlagentechnik bietet Ihnen die Möglichkeit die Fahrkurven mit einer sehr hohen Regelgüte, mit minimalen Schleppfehlern und somit im mm Bereich abzustimmen. Die erste Frage hier: Wie groß sind die Sicherheitsabstände im Prozess?

Dynamik fasst nach diesem Schema das Feld, der an Umformautomaten wirksamen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen zusammen. Während im Umform- und Werkzeugprozess die Stößelgeschwindigkeit dominiert, wird der Bauteil/Streifentransport aufgrund von Beschleunigungen verursachten Schwingungen beeinflusst.

Während eine Erhöhung der eingestellten Anlagenhubzahl insgesamt das Niveau der wirkenden Beschleunigungen und Geschwindigkeiten erhöht, kann an den „programmierbaren“ Anlagen auch ganz direkt und punktuell an einer Achse eingegriffen werden.

Bei Servopressen kann in diesem Sinne die Position und die Geschwindigkeit, ab welcher (zumeist) eine Verlangsamung herbeigeführt wird definiert werden. Bei einem Bandvorschub oder einem elektrischen Transfer wird die Beschleunigung über den Start- und Endwinkel oder durch direkte Eingabe beeinflusst. Die Schwierigkeit hierbei – die Parameter stehen im direkten Zusammenhang zur Freigängigkeit. Sollen die Sicherheitsabstände beibehalten werden, müssen alle Nockenwerte, bei Servopressen ggf. auch die Stößelkurve, angepasst werden. Oder anders ausgedrückt – eine Veränderung an einer Achse erfordert für optimale Verhältnisse auch eine Optimierung der anderen beteiligten Systemkomponenten. So abstrakt wie sich das anhört, so ist es auch und erfordert geschultes Personal und in jedem Fall Zeit.

Die Anzeichen für nicht optimal eingestellte dynamische Effekte sind vielfältig. Während beispielhaft ein erhöhter Werkzeugverschleiss oder Qualitätsprobleme den Fokus auf die Stößelgeschwindigkeit lenken sollten, sind Probleme wie z.B. ein Verkeilen des Streifens im Folgeverbundbetrieb oder Anlagenstopps, ausgelöst durch Ansprechen der Transportkontrolle oder ein fehlerhaftes Ablegen der Bauteile bei Transferwerkzeugen ein Indiz dafür die wirkende Beschleunigung anzupassen.

Wird die aufgrund der Einstellwerte mögliche Maximalhubzahl jeder Anlagenkomponente und Achse am Bedienpult angezeigt, haben Sie die Möglichkeit die Güte der Parameter für die Gesamtanlage zu bewerten. Unterschiedliche Hubzahlen deuten hier – sofern nicht ausdrücklich so gewollt – auf Optimierungspotential hin.

Generell gilt: Wieso wird nicht die maximale Anlagenhubzahl gefahren? Ansonsten ist die Kernfrage – wo liegt die max. Prozessgeschwindigkeit- /Beschleunigung pro Achse für ein spezifisches Werkzeug/Bauteil? Können Sie diese konkret in mm/s oder mm/s2 benennen, haben Sie eine hubzahlunabhängige physikalische Größe für die Planung neuer Schritte oder das nächste Bauteil.

Zeit ist ein Maß für den Aufwand, um die Freigängigkeit und Dynamik an der Anlage einzustellen. Diese Einrichtdauer senkt daneben auch direkt die Verfügbarkeit der Anlage. Wie also die Einrichtdauer merklich minimieren? Hier spielen mehrere Aspekte eine Rolle. Grundlage ist ein gut aus- und weitergebildetes Einrichtpersonal, mit einem ganzheitlichen Verständnis der Anlage, Werkzeuge und Vorgänge. Der Ablauf eines typischen Einrichter- und Prozessoptimierungsworkshops beinhaltet immer einen kurzen Theorie- und einen ausgiebigen Praxisteil. Ziele des Theorieteils sind hierbei die Grundlagen der Pressen- und Transferkurvenprogrammierung zu erarbeiten und eine gemeinsame Grundlage aller Teilnehmer zu schaffen. Wichtig ist es die Systematik und Herangehensweise zur Optimierung zu vermitteln und wie die Ergebnisse abseits einer reinen, erreichten Hubzahl mess- und dokumentierbar gemacht werden können. Der folgende praktische Teil findet im Presswerk statt. Dabei werden bestehende Denkmuster hinterfragt oder als „Best Practice“ bestätigt und das systematische Vorgehen für optimale Anlageneinstellungen gemeinsam durchlaufen. Schicht- und Fertigungsleiter bilden für solche Workshops einen essenziellen Teilnehmerkreis. Der Grund hierfür liegt weniger in der Bewegungsoptimierung selbst. Denn wie sieht es mit der Organisation und Planung von Einrichtvorgängen aus? Wie wird das Werkzeug mit dem höchsten Potential für Optimierungen bestimmt oder ob es denn überhaupt auf der richtigen Anlage produziert? Für die Hubzahlverantwortlichen im Werk sollte die Kenntnis über die Qualität der Anlagenparameter und die Möglichkeit diese nachhaltig zu tracken im Fokus sein.

Für beide Zielgruppen – Einrichter wie auch Leiter – ist die Kenntnis über die IST-Parameter zu Freigängigkeit und Dynamik der Schlüssel für optimale Zustände an den Umformautomaten und zur Verbesserung.

Der Einrichtvorgang muss eine Struktur erhalten

So wie der OEE eine Kennzahl für die Produktivität und Effizienz darstellt und ein Monitoring im Alltag erfährt, so gilt es auch die werkzeugspezifischen Parameter hinsichtlich der Freigängigkeit und Dynamik zu bestimmen. Ein spezielles, hierauf abgestimmtes Werkzeugeinrichtblatt hilft nicht nur diese Werte zu dokumentieren, auch ist es eine Leitlinie zum Einrichten neuer Werkzeugdatensätze und zur Optimierung. Damit ist es sowohl eine Hilfe die Einrichtdauer zu senken als auch für den Leiter zur Beurteilung der IST-Situation, um damit z.B. Maßnahmen zu priorisieren.

Aber wie sieht nun der ideale Rüstablauf im Sinne eines maximalen OEE konkret aus?

Die Schritte einer typischen Optimierungsschleife sind:

• Bestimmung der Freigängigkeit: Welche Sicherheitsabstände liegen vor, was soll eingehalten werden? Sicherheitsabstände wirken sich neben der Hubzahl auf die Prozesssicherheit aus und sollen so gewählt werden, dass im Falle von unvorhergesehen Ereignissen die Anlage sicher angehalten werden kann. Der richtige Sicherheitsabstand hängt hier von vielen Faktoren ab und ist zumeist ein Erfahrungswert. Eine Philosophie für sich – wobei der alleinige, unternehmensweit geltende Sicherheitsabstand bedeutet auf Ausbringung zu verzichten.

• Prozess-Bottleneck benennen: Was ist das Problem? Wieso kann nicht schneller gefahren werden? Weshalb wird die Anlage nicht bei Nennhubzahl betrieben? Der Ausschuss Anteil ist überproportional hoch? Wieso gibt es bei diesem Werkzeug so viele Stopps? Diese Auswahl an Fragen hilft die Güte des Ist-Prozesses zu bestimmen und zur Ursache von Fehlerfällen vorzudringen. Ist der Wirkmechanismus hinter dem Problem bekannt stellt auch die Lösung des Problems zumeist kein Hexenwerk mehr dar.

• Bestimmung der relevanten, dynamischen Prozesskenngrößen: Die HMI/Visualisierungen der Anlagen bieten eine Vielzahl von Analysemöglichkeiten. Die benötigten Parameter können zumeist dort abgelesen oder aus den angezeigten Werten berechnet werden. Das eher ungewohnte für die winkel- und hubzahlgewöhnten Praktiker im Stanz- und Umformbereich ist hier der Umgang mit Geschwindigkeiten und Beschleunigungen.

• Einrichten angepasster Anlagenparameter: Dieser Schritt stellt den eigentlichen Einrichtvorgang dar. Hier wird durch Verändern der Start- & Stopp Winkel-Nocken/Wege oder nach Möglichkeit dem Verändern der Stößelkurve direkt auf den Prozess Einfluss genommen. Schulungsmaßnahmen und/oder auch Frontloading Software zur offline Berechnung, also zur Vorausberechnung der Parameter, bergen hier Potential zur Verkürzung der Einrichtdauer wie auch des OEE. Darüber hinaus nehmen solche Apps dem Gesamtablauf einen Teil der Komplexität, was nicht nur eine kürzere Schulungsdauer bedeutet, nein auch die erzielten Resultate sind besser.

• Testlauf: Im Testlauf werden die geänderten Parameter real erfahrbar. Während eine Hubzahlverbesserung unmittelbar ersichtlich ist, sind Optimierungsmaßnahmen hinsichtlich Werkzeugverschleiß oder Anlagenverfügbarkeit erst nach einer gewissen Zeit ersichtlich.

Am Ende dieser praxiserprobten und strukturierten Herangehensweise zur Bewegungs- und Hubzahloptimierung kennen Sie nicht nur die aktuellen Prozesslimits, ausgedrückt in Sicherheitsabständen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Nein, auch haben Sie ein weitgehend maschinen- und einrichterunabhängiges Verständnis von den Vorgängen im Werkzeug und an der Anlage bei gleichzeitig optimalen Einstellungen für den Fertigungsprozess. Das Wichtigste jedoch: der Einrichtvorgang kann optimal geplant, bewertet und nachvollzogen werden und ist damit die Grundlage für eine stetige Verbesserung der Produktivität.