15.03.2022 – Kategorie: Hardware & IT

Projektdaten: Durchgängig von der Konstruktion bis zur Fertigung

ProjektdatenQuelle: Cenit AG

„Erhöhe deinen Automatisierungsgrad und du gewinnst Produktivität“, lautete die Devise bisher. Das stimmt zwar immer noch, muss aber dringend ergänzt werden: Die Projektdaten sollten über die Wertschöpfungskette durchgängig verfügbar sein – von der Konstruktion bis zur Fertigung. Und nicht nur CAD-Daten, sondern auch Fertigungsinformationen und Planungsdaten.

Die modernste Anlage läuft unter ihrem Potenzial, wenn das Programmieren jeder neuen Variante zu tagelangem Stillstand führt, weil nicht alle Projektdaten digital verfügbar und im direkten Zugriff sind. Und die vielgefragte Fachkraft hat Besseres zu tun, als aus der Dokumentation zeilenweise die Schweißnahtangaben abzulesen und auf die Roboteranlage zu übertragen.

Projektdaten: Vom Papier zur digitalen Fabrik

Schlagzeilen machen die großen Digitalisierungsprojekte. Wenn ich allerdings als Experte für die digitale Fabrik in den Fertigungsunternehmen unterwegs bin, sehe ich sehr viel Papier, 2D-Zeichungen mit Fertigungsinforma­tionen, manuell gepflegte Excel-Listen und „Trial und Error“ bis zum ersten Gutteil. Das mindert nicht nur die Produktivität, sondern birgt auch unnötige Prozessrisiken und Fehlerquellen. Daher empfehle ich meinen Gesprächspartnern, sich durch entsprechende Modernisierung der Arbeitsweisen und Technologien dem Ideal der durchgehend digitalisierten Wertschöpfungskette anzunähern. Erst dann nutzen sie das Potenzial Ihres Unternehmens wirklich vollständig.

Schnittstellenprobleme in der Wertschöpfungskette?

Eigentlich ist dieses Thema nicht neu. In der Zerspanung ist eine enge Verzahnung von CAD und CAM seit Jahren gängige Praxis. Erstaunlicherweise gilt das immer noch nicht für roboterbasierende Applikationen. In der Praxis können einige typische Handlungsfelder im Bereich der Datendurchgängigkeit beobachtet werden, die sich unmittelbar auf die Shopfloor-Produktivität auswirken. Die Weitergabe und Verarbeitung von Projektdaten wird auch erschwert, weil:

  • für jede Engineering-Phase eine andere Software eingesetzt wird, die jeweils keine standardisierte Schnittelle bietet und dadurch Medienbrüche verursacht;
  • CAD-Daten des Bauteils vielfach das Produkt nur konstruktiv darstellen; für die Fertigung werden oft separate Fertigungszeichnungen erstellt;
  • Fertigungsplanungen und Prozess-Festlegungen oftmals in Excel erfolgen oder anderen nicht-integrierten Tools;
  • proprietäre PLM-Systeme zwar Datendurchgängigkeit in der horizontalen Ebene bieten, aber oftmals die Spezialfunktionalität für die vertikalen Prozesse und Technologien fehlt;
  • eine Standardisierung der digitalen Produktbeschreibung fehlt;
  • typischerweise die in einer OLP-Software vorliegenden Anlagenmodelle kein vollständiger digitaler Zwilling sind und folglich nicht für die PLC-Validierung und Inbetriebnahme von neuen Anlagen oder neuen Projekten verwendet werden können.

Das sind Beispiele, die Liste ließe sich nahezu beliebig erweitern. Dabei wissen zahlreiche Unternehmen selbst am besten, wo die zentralen Probleme für die aktuelle Aufstellung und zukünftige Strategie liegen.

Projektdaten
Zwei kollaborative Roboter von Yaskawa, mit Fastsuite simuliert. Bild: Cenit AG

Prozesse und Projektdaten digitalisieren

An einem Beispiel lässt sich zeigen, wie wirksam bereits einige naheliegende Änderungen in den Prozessen und Technologien sind. Wie wäre es nun, wenn die Schweißfertigung vom CAD-Autorenprogramm bis zur Serienfertigung automatisiert und digitalisiert wäre? Wenn nicht nur eine OLP-Lösung eingeführt, sondern gleich die wichtigsten Prozesse modernisiert würden? Zunächst der Arbeitsablauf, wie er heute in vielen Werkshallen typisch ist:

  • Das neue Bauteil oder die Bauteilvariante wird im CAD-Autorenprogramm erstellt. Der Konstrukteur definiert für die spätere Schweißfertigung Parameter wie Schweißnahttyp, Start- und Endpunkt der Schweißnaht und Schweißnahtdicke. Er hinterlegt diese Informationen in einer 2D-Schweißnahtdokumentation des Bauteils.

Das Problem dabei: Weil kein 3D-Master vorliegt, hängt es – überspitzt gesagt – von der Tagesform des Konstrukteurs ab, ob er alle notwendigen Daten berücksichtigt und einträgt.

  • Die Kollegen in der Fertigung übernehmen die 3D-Daten des Bauteils und sichten die Schweißnahtinformationen. Dabei müssen sie anhand der übermittelten 2D-Dokumentation des Bauteils zuordnen, wo sich die Schweißnähte am realen Bauteil befinden.

Das Problem dabei: Beim Abgleich der Projektdaten sind leicht Fehler möglich. Oder es kommt zu einer Verwechslung, und das falsche Dokument wird herangezogen.

  • Die Roboter-Zelle wird per Teach-in programmiert. Dabei setzt der Mitarbeiter die Schweißnähte und ihren jeweiligen Start- oder Endpunkt.

Das Problem dabei: Das genaue Platzieren der Schweißnähte ist diffizil und trägt zum hohen Zeitaufwand von mehreren Manntagen bei – auch weil beim Erarbeiten des optimalen Programmablaufs ständig die korrekte Lage sowie Typ und Länge der Schweißnähte beachtet werden müssen. Gleichzeitig gilt es zu überlegen, welche Schweißreihenfolge am effizientesten ist.

Das geht anders. Die Lösung liegt in der digitalen Transformation dieses Ablaufs.

Projektdaten
Der Staplerhersteller Crown setzt am Standort Roding auf den Einsatz von Roboterzellen für die Schweißfertigung. Bild: Cenit AG
  • Die Konstruktion setzt einen 3D-Master ein. Dieser umfasst nicht nur die geometrische Darstellung, sondern auch alle relevanten Fertigungs- und Planungsinformationen. Folglich sind alle notwendigen Informationen bereits innerhalb des 3D-Modells vorhanden und konsistent gespeichert.

Ergebnis: Prozesssicherheit und keine Medienbrüche zu manuellen Prozessen.

  • Ein prozess-spezifisches Zusatzprogramm analysiert diesen 3D-Master und übergibt die Schweißnähte des Bauteils mit den vom Konstrukteur erstellten Parametern verlustfrei und automatisch aus dem CAD-System in ein neutrales Format.

Ergebnis: Die Angaben sind digitalisiert und können fehlerfrei mit allen notwendigen Informationen der Schweißnaht weitergegeben werden.

  • Die Zelle wird mit einer Lösung wie der Fastsuite Edition 2 offline programmiert. Dazu importiert der Mitarbeiter die CAD-Daten und zusätzlich die Schweißnahtangaben aus dem neutralen Format.

Ergebnis: Fastsuite Edition 2 setzt bei der Programmierung die Schweißnähte und dazugehörige Parameter automatisch. Die manuelle Definition entfällt. Der Arbeitsaufwand ist wesentlich geringer und die Arbeitsqualität viel höher, da die Schweißnähte genauso liegen, wie vom Konstrukteur vorgesehen.

  • Ein weiteres Qualitätsplus im Gesamtprozess lässt sich erreichen, wenn die Software-Lösung (zum Beispiel Fastsuite Edition 2) kundenspezifisch so erweitert werden kann, dass bei Änderungen des Bauteils (zum Beispiel Länge und/oder Breite) die Schweißnahtlage automatisch anhand der Werkzeugbahn angepasst wird. Das heißt also, wenn Anpassungen der Werkzeugbahn auf veränderte Bauteilgrößen auch nach einem Import der Prozessgeometrie möglich und leicht realisierbar sind.

Ergebnis: Die Rückschleife zur Konstruktion entfällt bei kleineren Änderungen der Schweißnähte.

Überschlägt man nun, welche Einsparungen zusammenkommen, dann wird deutlich, dass der Return-on-Investment je nach konkretem Projekt bereits nach einigen Monaten erreicht werden kann. Und damit kann der Weg zur digitalen Fertigung in zweifacher Weise lohnend sein.

Von Denis Bühlmeyer.

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