Mehr Einsparung durch optimale Werkzeugbereitstellung

Autor: Ralf M. Haaßengier, PRX Agentur für Public Relations GmbH

Viele Unternehmen in der zerspanenden Industrie stehen genau vor derselben Situation. In der Fertigungs­steuerung kommen noch veraltete System zum Einsatz, die heutigen Anforderungen nicht mehr gerecht werden. Um die Produktion konkurrenzfähig zu halten, braucht es ein Konzept, das die Abläufe von der Konstruktion, der NC-Programmierung und der Arbeitsplanung bis hin zur Werkzeugbereitstellung abbilden und digital steuern kann.

Systeme müssen sich ergänzen

So stehen viele Unternehmen immer noch vor der Herausforderung, betriebswirtschaftliche und produktionstechnische Abläufe zu verknüpfen, um so ein Maximum an Effizienz und Transparenz zu erreichen. Die Softwaresysteme, welche dafür eingesetzt werden, müssen Prozesse abbilden können und – ganz wichtig – sie müssen miteinander kommunizieren können. Die Kommunikation beginnt schon bei der Auftragserfassung: Aus betriebswirtschaftlicher Sicht werden die Fertigungsaufträge aus dem Kundenauftrag mittels ERP an die Fertigung weitergegeben. Die anschließende Feinplanung übernimmt in der Regel ein PPS/MES-System. Dieses plant die Fertigungsressourcen und kann so die gesamten Abläufe kontrollieren und Schwachstellen anzeigen. Denn nur so können die Produktionsplaner ihr Ziel erreichen: die Reduzierung der Kapitalbindung und der Rüstzeiten, alles soll laufen wie am Schnürchen.

Werkzeuge und Hilfsmittel einplanen

Nachdem die Feinplanung sichergestellt hat, dass das NC-Programm aus der CAD/CAM-Verfahrenskette erstellt ist, wird die Werkzeuglogistik gestartet. Ein zentrale Rolle spielt hierbei eine professionelle Werkzeugverwaltungssoftware, welche zum einen mit den Planungssystemen online kommunizieren kann, zum anderen die Werkzeug­informationen auch an die Werkstattebene weitergeben kann. Eins solche Software sollte die CAD/CAM-Kette mit  Komplettwerkzeugdaten, digitalen 3D-Werkzeugsolids sowie Technologien auf der Planungsebene durchgängig unterstützen. Maßgeblich für die Werkzeugvorbereitung auf Werkstattebene sind Werkzeuglisten, welche automatisiert zu jedem NC-Programm/Auftrag erstellt werden und eine detaillierte Auflistung von Komplettwerkzeugen inklusive Hilfsmitteln enthalten.

Anschließend muss die Werkzeugbereitstellung und -logistik auf Werkstattebene sichergestellt werden. In der WZ-Bereitstellung werden dabei die Daten aus der NC-Programmierung mit den Informationen aus dem ERP-System (Logistik) verknüpft. Dabei wird aufgrund verschiedener Faktoren der Werkzeugbedarf exakt ermittelt. Neben der Losgröße und der Werkzeugstandzeit sollten hier auch die Werkzeuge an der Maschine und in der Voreinstellung berücksichtigt werden. Das heißt, es werden zum einen nur diejenigen Werkzeuge vorbereitet, welche wirklich an der Maschine ausgetauscht werden müssen, zum anderen werden eventuell benötigte Schwesterwerkzeuge automatisch ermittelt und bereitgestellt. Nur so lassen sich Stillstandzeiten an den Maschinen nachhaltig reduzieren.

Controlling: Werkzeugkosten pro Werkstück

Den größten Trumpf spielt eine Werkzeugverwaltungssoftware aufgrund der Integration und Verknüpfung zu den notwendigen Systemen aus. Hierbei sind die Voreinstellgeräte online angebunden, ebenso die Maschinen mit Rückmeldungen. Dies geht dann soweit, dass Werkzeuge mit abgelaufenen Standzeiten (was nur bei einer stückzahlbegrenzten Einstellung der Schwesterwerkzeuge vorkommt) automatisch wieder an die Werkzeugvoreinstellung gemeldet werden, um Produktionsausfälle zu vermeiden. Die Zuordnung des Werkzeugverbrauches zum jeweiligen Fertigungsauftrag und Technologiedaten, wie Vorschub und Schnittgeschwindigkeiten sollten selbstverständlich ebenfalls in der Software hinterlegt sein. Die vorhandenen Informationen können dann nach Beendigung eines Fertigungsauftrags für eine Nachkalkulation über die Werkzeugkosten genutzt werden bis zum einzelnen Werkstück als Cost-per-Part.

Den Werkzeugkreislauf optimieren

Wie eine Shopfloorlösung den Automationsprozess nachhaltig unterstützt, zeigt ein Beispiel, bei dem Fertigungsaufträge via Schnittstelle aus SAP übernommen werden. In den Arbeitsplänen und Fertigungsstücklisten ist festgelegt, welches Werkstück wie zu bearbeiten ist. Die entsprechende Werkzeugliste zu einem Auftrag ist referenziert und lässt sich aus der Werkzeugverwaltungssoftware heranziehen. In der Arbeitsvorbereitung erfolgt der Abgleich mit den Produktionslinien. Hierbei ermittelt die Shopfloorlösung, welche Werkzeuge für den Auftrag in das Magazin einer Fertigungsanlage geladen werden müssen und welche herausgenommen werden können.

Wird der Auftrag an einem Bearbeitungszentrum (BAZ) eingeplant, geht automatisch ein Werkzeugauftrag zur Montage und Voreinstellung und anschließend an das Fertigungsleitsystem wie Fastems. Die Voreinsteller sehen anhand der Nummer, welche Aufträge unmittelbar anstehen und starten mit der Vorbereitung. Per Mausklick stellen sie fest, welche Komponenten und Komplettwerkzeuge vorhanden sind und welche noch fehlen. Während manche Hersteller hier oft noch suchen müssen und Werkzeuge überbevorraten, wird in dem Beispiel seit Einführung der Shopfloorlösung mit Minimalbeständen. Parallel werden nach Auftragsende interne Aufträge gebucht zur Demontage und Einlagerung der aus der Maschine entnommen Werkzeuge. Auf einen Blick sieht auch die Arbeitsvorbereitung, ob sich bereits mehrere benötigte Werkzeuge im Magazin eines Bearbeitungszentrums befinden. Die AV weist dann den Auftrag dieser Maschine zu. Die Werkzeugdaten werden direkt an das Leitsystem übergeben. So konnte in dem Beispiel der Hersteller Rüstzeit deutlich senken, seine Maschinen besser auslasten und administrative Aufgaben in der Werkzeugvoreinstellung reduzieren. 

Mehr Produktivität und Prozesssicherheit durch Simulation

Wichtig für die Fertigungsplanung sind saubere NC-Programme und eine realitätsnahe Simulation der Fertigungsabläufe. Der Mitarbeiter an der CNC-Maschine sollte sich auf die NC-Programme verlassen können. Eine Online-Schnittstelle von der Werkzeugverwaltungssoftware zum CAM-Programm sorgt hier für die nötige Prozesssicherheit. Werkzeugdaten wie Geometrie und Technologie werden bei der Werkzeugauswahl direkt ins CAM-System übernommen und stehen dort für die NC-Programmierung und eine realitätsnahe Fertigungssimulation zur Verfügung. 

Automatisierter Fertigungsprozess

Ein anderer Fertigungsbetrieb ermittelt durch den Einsatz einer integrierten Werkzeugverwaltung und Shopfloorlösung jederzeit den exakten Nettowerkzeugbedarf für seine Maschinen. Von unverkennbaren Vorteil ist es, dass die Aufträge aus dem verwendeten ERP-System via Schnittstelle ausgelesen und direkt an die Shopfloorsoftware übergeben werden können. Diese übernimmt dann die weitere Planung, ermittelt den Nettobedarf und übergibt die Werkzeugdaten ans Voreinstellgerät. Nachdem sie vermessen und voreingestellt sind, erfolgt die Freigabe für die Maschine; die Werkzeuge werden ins Magazin überführt.

Gleichzeitig ermittelt die Software bei dem Hersteller, welche Werkzeuge für den Auftrag nicht benötigt werden, erzeugt eine Entnahmeliste und die Werkzeuge gehen in den Montageraum zur Demontage und Einlagerung. Nun kommt in diesem Beispiel eine Online-Schnittstelle zum eingesetzten DNC-System zum Tragen: Mit Übergabe des NC-Programms an die Maschinensteuerung werden die Werkzeugdaten aus der Voreinstellung direkt gleich mit übergeben. Das erspart nicht nur unnötige Abgleiche, sondern macht den gesamten Werkzeugkreislauf auf Knopfdruck transparent. So entfallen unnötige Wartezeiten aufgrund nicht vorhandener oder nicht rechtzeitig montierter und voreingestellter Werkzeuge und die Maschinenauslastung erhöht.

Fazit: Die Beispiele zeigen eindeutig, dass die Digitalisierung von Werkzeugverwaltung mit integrierter Shopfloorlösung viele Vorteile hat, wenn sie an die betrieblichen Abläufe und bestehenden CAD/CAM wie auch ERP/MES-Systeme angebunden ist. Die Systeme ergänzen sich und kommunizieren miteinander. Voraussetzung hierfür ist immer eine umfassende, digitale Werkzeugdatenbank. Durch die stimmigen Prozesse und Daten reduzieren sich zudem die Kapitalbindung von Werkzeugen und Rohmaterialien, ebenso die Rüstzeiten und -kosten. Schließlich verkürzt sich so die gesamte Durchlaufzeit der Fertigungsaufträge.

Infobox

Kosten- und Zeiteinsparungen können erreicht werden durch:

– Übersichtliche Verwaltung von Aufträgen und Werkzeuglisten

– Minimierung der Werkzeugvorbereitung

– Maschinen- und auftragsbezogene Bedarfsplanung

– Abgleich mit Werkzeugen in der Maschine und im Kreislauf

– Erzeugung von Be- und Entladelisten

– Keine fehlenden Werkzeuge mehr

Erhöhte Werkzeugrentabilität ist gewährleistet durch:

– Vorausschauende Werkzeugbedarfsplanung

– Optimalen Werkzeugeinsatz und eine lückenlose Überwachung des Werkzeugeinsatzes

– Reduzierung des Zeitaufwands für die Werkzeugvorbereitung: Lagerentnahme, Montage und Voreinstellung der Werkzeuge

– Minimierung der Maschinenstillstände durch schnelles Be- und Entladen sowie durch optimal zusammengebaute und eingestellte Werkzeuge

– Zeitoptimiertes Rüsten in Abhängigkeit vom Stand der Werkvorbereitung

– Optimierte Datenübertragung durch Verbindungen zu Voreinstellgeräten und Maschinen