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NC-Simulation: Startpunkt für die flexible Fertigung

| Autor / Redakteur: Nicola Hauptmann, Wordfinder PR / Anne Richter

NCSimul: NC Simulation und automatische Programmkonvertierung.
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NCSimul: NC Simulation und automatische Programmkonvertierung. (Bild: Spring)

CNC-Fertiger müssen flexibel auf Kundenanforderungen reagieren können. Durchgängige und vernetzte Prozesse und die optimale Auslastung des Maschinenparks sind dafür Voraussetzung. Mit NC-Simulation auf Basis der virtuellen Maschine gehen Unternehmen den entscheidenden ersten Schritt.

Kürzere Entwicklungszeiten und schnellere Modellwechsel prägen immer mehr die Anfor­derungen auch in der spanenden Fertigung. Kunden benötigen schnell neue Proto­typen und erwarten Flexibilität auch bei kurzfristigen Auftragsänderungen. Die Fertigungsunternehmen stehen also unter Zeitdruck und müssen ihren Maschinenpark optimal auslasten.

Lange Rüstzeiten verhindern flexibles Reagieren auf Kundenwünsche

Die Abläufe im Shopfloor sind aber oft noch nicht an diese Herausforderungen angepasst. CAD/CAM-­Programme sind durchaus Standard, jedoch sind die herkömmlichen Prozesse immer noch sehr durch manuelle Bedienung geprägt. Eine Prüfung und Simulation erfolgt im Rahmen der CAM-Programme nur auf Basis interpolierter, nicht der tatsächlichen Maschinenbewegungen vor dem Postprozessor; damit lassen sich Kollisionen nicht sicher ausschliessen. Neue Programme an der Maschine werden deshalb nur mit stark reduzierter Geschwindigkeit eingefahren und in langwierigen Abstimmungs- und Änderungsschleifen zwischen Bediener und Programmierer angepasst. Dabei arbeitet man meist mit Papierausdrucken und manuellen Änderungen, die Rüstprozesse können mehrere Stunden bis Tage dauern – und in dieser Zeit kann die Maschine nicht produktiv genutzt werden. Auch die vorgesehenen Produktionsmittel wie Werkzeuge oder Spannvorrichtungen stehen oft nicht zur Verfügung. «Gut 30 Prozent der Rüstzeit verbringen die Einrichter mit der Bereitstellung der benötigten Komponenten», schätzt Michael Hüttl, Senior Consultant Anwendung und Entwicklung bei Spring Technologies. Nicht nur die Einrichtung neuer Bearbeitungsprogramme dauert unter diesen Bedingungen zu lang, auch die Nutzung alternativer Fertigungsstrategien wird erschwert. Flexibles Reagieren auf Änderungswünsche der Kunden ist kaum möglich, es kann zu Verzögerungen kommen, während andere Teile des Maschinenparks nicht voll ausgelastet sind. Wenn es trotz technischer Hürden oft doch schneller geht, dann liegt es zum grossen Teil daran, dass Maschinenbediener und Fertigungsplaner auf ihr umfangreiches Erfahrungswissen zurückgreifen können. Im Zuge des anstehenden Generationenwechsels in vielen Unternehmen könnte dieses Wissen aber verlorengehen.

Eventtipp: SMM InnovationsFORUM FertigungstechnikDas SMM InnovationsFORUM ist der Treffpunkt der Schweizer Fertigungsindustrie, an dem ausgewiesene Fertigungsexperten über die aktuellsten Trends der Branche informieren. Nutzen Sie die Gelegenheit mit den Referenten zu diskutieren und sich mit den anderen Teilnehmern auszutauschen.
Wann: Mittwoch, 14. November 2018
Wo: Forum der Messe Luzern
Preis: 150.-- CHF (exkl. MwSt.)
Informationen: www.smm-innovationsforum-fertigung.ch

Die CNC-Fertigung der Zukunft: Vernetzte Prozesse und interaktive Datenplattformen

Die Zukunft der Fertigung sieht anders aus. «Für unsere Kunden im Maschinen- und Anlagenbau ist das Ziel ganz klar die papierlose und automatisierte Fertigung, mit intelligenten durchgängigen Prozessen», sagt Mike Weissenborn, Senior Consultant bei Spring Technologies. Das erfordert vernetzte Prozesse vom Design bis zum fertigen Produkt – reproduzierbar, visualisierbar, teilbar auf einer Datenplattform. Eine grosse Aufgabe, wo soll man beginnen? Für Spring Technologies ist die Antwort klar: beim eigentlichen Fertigungsprozess an der Maschine, mit der NC-Simulation auf Basis der tatsächlichen Maschinendaten – Dafür wurde die NCSimul-Software entwickelt. Bereits beim Laden des Programms werden automatisch die Technologiedaten und die Durchführbarkeit auf der Maschine überprüft. Die anschliessende Simulation prüft nicht nur sicher auf Kollision, sondern analysiert auch Feinheiten wie Oberflächengenauigkeiten, Einhalten der Werkzeugbahnen oder wie sich die Schnittkräfte auf die Werkzeuge auswirken. Die Bearbeitung kann dann auf Knopfdruck optimiert werden. Bis zu 90 Prozent der Rüstzeit lassen sich so einsparen, die Fertigungsprozesse selbst können mit Hilfe der Optimierung verbessert und verkürzt werden. Für das Einlesen der Werkzeugdaten wurden Schnittstellen zu den grossen externen Datenplattformen wie ToolsUnited integriert. Mit Mastermodellen nach DIN4003 und ISO 13399 knüpft die 3D-Werkzeugdatenbank von NCSimul daran an.

Die Simulation in dieser Genauigkeit und in 3D-Darstellung setzt ein exaktes virtuelles Modell der realen Maschine voraus. Dazu nutzt die Software nicht nur 3D-Modelle der Maschinen und Zubehörteile, sondern die Steuerungsdaten der jeweiligen Maschine vor Ort – Archivdateien, technologische Daten wie Verfahrwege, Zeiten für Werkzeugwechsel, Beschleunigung, Verzögerung, kundenspezifische Ergänzungen. Es entsteht ein «digitaler Zwilling». In der Fabrik der Zukunft werden solche Digital Twins verbreitet sein, davon gehen 43 Prozent der in einer Bitkom-Studie befragten IT-Dienstleister aus.

Maschinenwechsel mit wenigen Klicks

Exakte Simulation ist aber nur der erste Schritt, wie Mike Weissenborn betont: «Die Herausforderungen heute und in Zukunft liegen nicht etwa in der Simulation allein, sondern in der Erfassung, Rückführung und Verwaltung aller relevanten Daten, und das auch über System- und Unternehmensgrenzen hinaus.» Bei Spring Technologies hat man deshalb nicht mehr nur die Performance einzelner Maschinen im Blick, sondern die optimale Auslastung des gesamten Maschinenparks.

In NCSimul sind alle Daten der einzelnen erfassten Werkzeugmaschinen mit ihren Technologie­parametern auf einer Datenplattform konsolidiert und bidirektional verfügbar. Ein neu entwickeltes Monitoring-Modul hilft Produktionsleitern, ihre Produktionskapazitäten besser zu managen und flexibel auf Änderungen zu reagieren. Als digitales Cockpit bietet es einen Überblick in Echtzeit über den gesamten Maschinenpark und im Zusammenspiel mit den weiteren Software-Komponenten auch Maschinenwechsel mit wenigen Klicks. Ist zum Beispiel eine 5-Achs-Maschine, auf der ursprünglich gefertigt werden sollte, belegt, so kann sich der Produktionsplaner die Verfügbarkeit aller in Frage kommenden Maschinen anzeigen lassen und eine Alternative wählen. Das ursprüngliche NC-Programm wird dann automatisch auf die neue Zielmaschine und Steuerung konvertiert, langwieriges manuelles Umprogrammieren entfällt. Selbst eine Splittung ist möglich, dann könnten etwa Teile des Programms auf einer 3-Achs-Maschine laufen.

Wertvolles Wissen schützen und teilen

Nicht nur die Programme selbst, auch die entsprechenden Dokumentationen werden automatisch und in Echtzeit erstellt und sind interaktiv verwendbar. Bediener können einzelne Situationen per Screenshots festhalten, mit Bemerkungen ergänzen oder Bemassungsskizzen hinzufügen. Dieses wertvolle Fertigungs-Know-how bleibt dem Unternehmen erhalten, wird weiterentwickelt und gespeichert. Bei einem Folgeauftrag kann beispielsweise auch Monate später sofort eingesehen werden, auf welcher Maschine, mit welchem Rohteil und mit welchen Spannmitteln gefertigt wurde, bis hin zu den Stücklisten für Fertigungsplanung und Einkauf.

Shopfloor-Informationen sind somit in Echtzeit verfügbar, alle Daten für die Berechtigten jederzeit abrufbar und interaktiv nutzbar, auch mobil. Damit lassen sich Prozesse auch bei Produktion an mehreren Standorten vernetzen. Die Daten können auch mit Zulieferern oder Kunden geteilt werden. Zum Schutz des Know-hows werden dabei nur verschlüsselte Enddaten versendet. Der Einsatz der NC-Simulations­software erweist sich damit als erster wichtiger Schritt in die Industrie 4.0 in der CNC-­Fertigung. SMM

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