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Coscom/Wirth - Schritt für Schritt die Fertigung automatisiert


Mittelständischer Marktführer bringt DNC, NC-Programmierung und Fertigungsdatenmanagement in Form Werkzeuge der besonderen Art fertigt das niederrheinische Unternehmen Wirth. Nicht zum Bearbeiten von Metallen werden diese Großwerkzeuge verwendet sondern um Gestein zu zermahlen: Tunnelbohrmaschinen und Erdbohrgeräte sind das Geschäft von Wirth, wobei das Unternehmen die kompletten Maschinen und Anlagen herstellt.

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Bild 3: Der Werker an der Maschine hat den Industrie-PC in Reichweite. Hier bereitet er schon den nächsten Auftrag vor, während die Maschine noch in Aktion ist. Je nach Bedarf kann per Touch-Screen oder mit einer Tastatur am IPC gearbeitet werden.

Bild 3: Der Werker an der Maschine hat den Industrie-PC in Reichweite. Hier...

Die mechanische Fertigung des Einzel- und Kleinserienfertigers unterscheidet sich nicht wesentlich von der anderer metallverarbeitender Betriebe - sieht man davon ab, daß bei Wirth kürzlich mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine sehr effiziente NC-Programmierung und ein ebensolcher DNC-Betrieb installiert wurden.
Bild 1: PeterAssmann und Bernhard Rose in der Fertigung zusammen mit Horst Wirtz, Coscom, der das Projekt von Beginn an betreute. Gezeigt ist ein an das DNC-Netz angeschlossener Fertigungsbereich.

Zwölf Jahre alt war das DNC (Direct Numerical Controt) -System, das in der mechanischen Fertigung bei Wirth noch bis vor einem Jahr installiert war - und es hatte anfänglich auch gute Dienste geleistet. Die Übertragung von NC-Programmen von den Programmierarbeitsplätzen zu den NC-Maschinen und wieder zurück funktionierte jedenfalls. Trotzdem war man bei Wirth nicht mehr zufrieden, denn mittlerweile war das System überaltert, der Hersteller war vom Markt verschwunden und es gab Probleme mit der Ersatzteilversorgung und dem Service. Das gesamte DNC-Netz war zu langsam für das mittlerweile gestiegene Datenaufkommen und überdies war es störanfällig geworden. Auch reichte den Fertigungsverantwortlichen die Funktionalität - diese war auf das „Hin- und Herschaufeln“ von NC-Programmen beschränkt – nicht mehr aus.

Veraltetes DNC-System wurde abgelöst

So entschlossen sich die Verantwortlichen dieses Bereiches, Bernhard Rose, Fertigungsleiter, und Peter Assmann, Leiter Mechanische Fertigung, das alte System komplett außer Betrieb zu setzen und ein neues zu installieren. 1998 startete man mit dem Projekt. Als Partner wählte man die Firma Coscom, Ebersberg. Horst
Wirtz war von Coscom-Seite federführend an dem Projekt beteiligt, Bild 1. Man entschied sich für dieses Unternehmen, weil es ein breites Spektrum von Lösungen für die Fertigungsautomatisierung anbietet. Die Produktpalette umfaßt unter anderem CAD/CAM-Systeme, DNC-Netzwerke, MDE-/BDE-Software, weitere Software wie zum Beispiel den „Fertigungsdatenmanager“ oder eine interaktive Werkzeug- und Betriebsmitteldatenbank. Dazu kommen auf der Hardwareseite Industrie-PCs, Terminals und Netzwerktechnik. Ein wichtiges Argument für diesen Anbieter waren für Wirth auch die modulartig aufgebauten Lösungen, die ein späteres Ergänzen einzelner Hard- und Softwarebausteine und eine schrittweise und bedarfsorientierte Einführung ohne zu großes Risiko möglich machen.

Die Grundlagen für einen effizienten Fertigungsablauf werden bereits in der Konstruktion gelegt. Hier setzt man bei Wirth für Entwürfe und Detaillierung das System „Medusa“ (ehemals Computervision, heute von Parametric Technology betreut und weiterentwickelt) ein. Nachdem die Zeichnungen erstellt sind, werden die Stücklisten erzeugt, dann folgt die Arbeitsplanung sowie die Aufgabe von Vorrichtungen und CNC-Programmen.

Vom CAD-System zum NC-Programm

In der NC-Programmierung von Wirth, Bild 2, wird die CoscomSoftware „ProfiCAM“ eingesetzt, und zwar das Fräs- und das Drehmodul. Von externen CAD-Programmen können Geometrien in ProfiCAM übernommen werden oder auch in der integrierten CAD-Oberfläche neu erstellt werden. Die Datenübernahme geschieht je nach Technologie und Kompliziertheit der Teilegeometrie direkt aus dem CAD-System. Die Übernahme der Daten hat man nach Aussage von Peter Assmann „wider Erwarten innerhalb von zwei Wochen im Griff gehabt“. Auf der einen Seite wurde die CAD/CAM-Schnittstelle durch die eigene EDV überarbeitet, andererseits konnte in einer sehr kooperativen Zusammenarbeit mit den betroffenen
Konstrukteuren eine CAD-Datenorganisation festgelegt werden.

Bild 2: Die NC-Programmierung wird in einem Programmierbüro durchgeführt das sich in unmittelbarer Nähe zur mechanischen Fertigung befindet. Zwei Programmierplätze - einer für Drehen, einer für Fräsen - versorgen elf NC-Maschinen.

Nachdem dieser Schritt bewältigt war, ist nun die Erstellung der NC-Programme direkt aus den CAD-Daten sehr komfortabel. Das NC-Programm kann vom Programmierer jederzeit 3D-visualisiert und simuliert werden, um eventuelle Programmfehler zu erkennen.

Ein weiteres wichtiges Softwaretool, das sich bei Wirth im Einsatz befindet, ist „FIS-DNC“ („FIS“ für Fertigungs- Informations System, die Bezeichnung soll andeuten, daß es sich um mehr handelt als nur reines DNC), ebenfalls ein Coscom-Produkt. Neben der NC-Programmübertragung werden mit dieser Software Werkzeugdaten, Spannpläne, Werkzeugeinstellblätter und andere Informationen über den Fertigungsablauf direkt an den Werker an der NC-Maschine übermittelt. Bei einem Einzel- und Kleinserienfertiger wie Wirth - wo kaum ein Auftrag dem anderen gleicht - müssen häufig solche Hinweise, die den aktuellen Auftrag betreffen, weitergegeben werden. Ein zuverlässiger Informationsfluß bis hinunter in die Fertigungsebene ist damit gewährleistet.

Programmierbüro als Schaltstelle

Voraussetzung dafür ist die Vernetzung alter NC-Maschinen mit dem Programmierbüro. In der Projektierungsphase stand zunächst ein Standard-Ethernet-Netz zur Diskussion, man entschied sich dann aber letztlich für ein Glasfaser-Netz, um höhere Datenübertragungsraten zu realisieren und Übertragungsstörungen (Stichwort EMV) vollständig auszuschließen. An dieses Netz angeschlossen sind in der mechanischen Fertigung neun Industrie-PCs, die in den meisten Fällen direkt neben den NC-Maschinen installiert wurden. Elf NC-Bearbeitungsmaschinen - es handelt sich
um Fräs-, Bohr- und Drehmaschinen - werden von den IPCs versorgt. Die IPCs sind einerseits mit der Maschinensteuerung, zum anderen mit den Programmierarbeitsplätzen verbunden.

Zwei Programmierplätze genügen, um die gesamte Fertigung mit NC-Programmen zu beschicken - an dem einen werden Fräs- und Bohrprogramme erstellt, am anderen die Programme für die Drehmaschinen. Die Programmierarbeitsplätze sind in einem Programmierbüro untergebracht, das sich direkt an den Fertigungsbereich anschließt - ein noch so guter Informationsfluß über das Netzwerk macht das persönliche Gespräch mit den Praktikern vor Ort keinesfalls überflüssig.

Die Programmierplätze wiederum sind mit einem Server verbunden, auf dem alle NC-Programme abgelegt sind. Sobald die NC-Programmierung von der Arbeitsvorbereitung die nötigen Informationen bekommen hat, wann welche Programme für welche Maschinen erstellt beziehungsweise bereitgestellt werden müssen, werden diese - falls auf dem Server vorhanden - heruntergeladen, eventuell auf alternative CNC-Maschinen umgesetzt und an den jeweiliger Industrie-PC in der Fertigung übertragen.

Hier hat der Werker Zugriff, Bild 3, und erhält auf diese Weise seine NC-Programme und weitere Informationen wie Spannpläne und Werkzeugdaten. Im Normalfalt bereitet er bereits den nächsten Auftrag vor, während die Maschine noch mit der Bearbeitung des aktuellen Werkstücks beschäftigt ist. Selbstverständlich funktioniert der Datenfluß auch in umgekehrter Richtung: Die Werker können die an der Maschine optimierten (oder selbst neu erstellte) Programme an den Programmierarbeitsplatz übertragen. Die NC-Programmierer tragen dann die Verantwortung dafür, daß der Bestand von NC-Programmen aktualisiert wird und jederzeit dem neuesten Stand entspricht.

Bild 3: Der Werker an der Maschine hat den Industrie-PC in Reichweite. Hier bereitet er schon den nächsten Auftrag vor, während die Maschine
noch in Aktion ist. Je nach Bedarf kann per Touch-Screen oder mit einer Tastatur am IPC gearbeitet werden.

Ein direkter Zugriff des Werkers auf den Server (auf dem alle NC-Programme abgelegt sind) besteht dagegen nicht und ist auch aus Datenschutzgründen nicht sinnvoll, erklärt Horst Wirtz. Der Maschinenbediener arbeitet am IPC auf einer speziell zugeschnittenen TouchScreen-Oberfläche, der Coscom-FIS-Oberfläche, aus der er nicht herauskommt. Die Nutzung der IPC als normale PC ist nur optional möglich.

Hat der NC-Programmierer ein in der Fertigung optimiertes Programm zurücküberspielt bekommen, ist die Vorgehensweise wie folgt: Durch eine in der Software eingebaute Funktion werden das ursprüngliche und das vom Werker modifizierte Programm verglichen und die abweichenden Anweisungen automatisch optisch hervorgeboben. Der Programmierer entscheidet dann, welche Änderungen übernommen werden und speichert das Programm danach auf dem Server ab.

Heutige NC-Steuerungen beruhen häufig auf PC-Technologie. Warum also nicht gleich auf den zwischengeschalteten IPC verzichten und die NC-Steuerungen direkt mit den Programmierarbeitsptätzen vernetzen? Horst Wirtz beantwortet die Frage so: „Rein theoretisch könnte man den IPC an der Maschine einsparen. Wenn lediglich NC-Daten hin- und hergeschoben werden, ist das sicher eine praktikable Lösung. Will ich aber beispielsweise auch eine Betriebsdatenerfassung machen, dann ist das nicht mehr sinnvoll.“ PeterAssmann fügt hinzu: „Insgesamt sehe ich in der zweigleisigen Vorgehensweise auch mehr Vor- als Nachteile. Der Bediener holt sich beispielsweise die Daten, die er für den nächsten Auftrag braucht, noch während die Maschine arbeitet. Der IPC dient sozusagen als Puffer und sorgt für mehr Flexibilität.“

Papierlose Fertigung ist nicht das Ziel

Daß ein IPC - im Gegesatz zu den früher bei Wirth eingesetzten Terminals - erheblich mehr Funktionalität zuläßt, versteht sich. Theoretisch können damit fast unbegrenzt Informationen beliebigen
Art an die Maschine und wieder zurück an übergeordnete Stellen übermittelt werden. Die „papierlose Fertigung“ wird es dennoch auf absehbare Zeit bei Wirth nicht geben. Bernhard Rose: „Stückbegleitblätter wird es auch weiterhin geben. Und allein für den innerbetrieblichen Transport sind Unterlagen in schriftlichen Form unbedingt nötig. Abgesehen davon haben wir neben unseren elf NC-Maschinen weitere 50 konventionelle Maschinen, die natürlich auch in den gesamten Arbeitsablauf einbezogen werden müssen. Abgesehen davon sind viele Teile mit Stahlbau- und/oder Wärmebehandlungsverfahren gekoppelt.“ Assmann: „Eine Reduzierung des Papierumlaufs im Bereich der NC-Fertigung wollten und haben wir allerdings doch erreicht, zum Beispiel durch das Anzeigen von Spannplänen oder Einrichteblättern. Alles was der Programmierer an Zeichnungen, Skizzen, digitalen eingescannten Photos oder sonstigen Informationen, die zum Arbeitsauftrag dazugehören, an die Maschine übermitteln will, kann er natürlich „online“ übertragen. Häufig muß der Programmierer gezielt Informationen an den Maschinenbediener weitergeben, die zur Bearbeitung des Werkstücks nötig sind. All dies ist jetzt ohne großen Aufwand möglich.“

Was hat sich konkret verändert durch die Einführung des neuen Systems? Peter Assmann: „Wir haben seit der Einführung keinerlei Ausfälle am DNC-Netz, was vorher gravierend war. Die Übertragungszeiten sind viel geringer geworden. Zudem hat uns die verbesserte Datenübertragung - also von der Maschine zurück ins Programmierbüro - eine Menge gebracht. Die gesamte Verwaltung und den Zugriff auf die gerade benötigten NC-Programme haben wir nun jederzeit unter Kontrolle.“ Was die NC-Programmierung selbst angeht, so ist diese für Assmann „überhaupt kein Vergleich“ mehr mit dem früheren Zustand: „Heute programmieren wir viel effektiver oder wir übernehmen die Geometrie direkt aus dem CAD. Das geht dann fast automatisch. Damit verbunden ist ein weiterer Punkt: Der Werker kann davon ausgehen, daß ein auf diese Weise entstandenes Programm nahezu fehlerfrei ist. Diese Tatsache hat großen Einfluß auf die Qualität des Fertigungsablaufs und auch der Endprodukte.“

Bild 4: Für
Peter Assmann, Leiter mechanische Fertigung (links), und Bernhard Rose, Fertigungsleiter, hat der schrittweise Ausbau der Fertigungsautomatisierung höchste Priorität.

Ein weiterer Vorteil: Nur noch zwei Programmierer und zeitweise ein weiterer zur Unterstützung sind in der NC-Programmierung erforderlich - gegenüber vieren, die vor der Umstellung dort tätig waren. Das liegt zum einen daran, daß das NCProgrammiersystem viel produktiver ist, als auch daran, daß mit FIS-DNC weniger Routinearbeiten anfallen. Assmann: „Wir kommen trotz der recht drastischen Personalreduzierung zurecht.“

Völlig reibungslos verlief das NC-/DNC-Projekt aber auch nicht. Zeitaufwendig war die Anpassung der DIN-NC-Progamme an die Maschinensteuerungen, zumal es eine Vielzahl von Maschinen und Steuerungen unterschiedlicher Hersteller bei Wirth gibt. Zwar hat Coscom zu diesem Zweck das „Joker-System“ im Programm - damit werden DIN 66025-Programme verarbeitet und auf steuerungsspezifische Formate umgesetzt - dennoch war ein nicht unerheblicher Anpassungsaufwand sowohl von Wirth- als auch von Coscom-Seite erforderlich, bis die Feinabstimmung endlich stimmte.

Investitionen zahlen sich aus:

Und wie steht es mit den Kosten? Das Investitionsvolumen für das gesamte System hat inklusive Netzwerk rund 200 000 DM betragen. Nach der Amortisationszeit befragt, antwortet Bernhard Rose: „Es gibt hier Größen, die sich schwierig
bestimmen lassen, zum Beispiel das Einfahren an der Maschine, was sich ja auch auf die Werkzeuge bezieht. Fest steht, es ist effektiver geworden, aber genau quantifizierbar ist das nicht. Auch die unterschiedlichen Teile, die wir als Einzelfertiger haben, machen es schwierig, diese Amortisationszeit exakt zu bestimmen. Aufgrund einer vor der Investition erhobenen Schätzung sind wir von einer Amortisationszeit von 1,3 Jahren ausgegangen und sind davon überzeugt, daß wir tatsächlich in etwa diesen Wert realisieren werden.“ Für die Zukunft sind bei Wirth weitere Maßnahmen geplant, um die Auftragsabwicktung und Betriebsorganisation effektiver und die Fertigungskosten günstiger zu gestalten.

Hans Hövelmann, Quelle: VDI-Z Integrierte Produktion - August 1999





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Bohren im Großformat:

Die Wirth Maschinen- und Bohrgeräte-Fabrik GmbH, Erkelenz, gehört zu den international bedeutendsten Herstellern schwerer Bohrgeräte und ist auf mehreren Gebieten führend. Hierzu gehören die Gestänge- und gestängelosen Schachtbohrmaschinen, Pfahlbohrgeräte, Pumpen und Komponenten für die On- und Off-Shore-Industrie und vor allem Tunnelbohrmaschinen (Bohrdurchmesser bis 15 m), Bild, und Roadheader.

Wirth hat sich im Verlauf seiner mehr als hundertjährigen Geschichte immer wieder mit der Lösung von Spezialproblemen befaßt. Beispiele hierfür sind die Ausrüstung von Bohrschiffen für den Abbau von Mineralien vom Meeresboden (zum Beispiel Diamanten vor der Küste
Südafrikas) sowie die Entwicklung eines „Mobil-Miners“, mit dem durch die Hinterschneidtechnik kreisförmige und nicht kreisförmige Strecken aufgefahren werden können.
Mit 540 Mitarbeitern, davon 293 in der Produktion, wird für dieses Jahr ein Umsatz von 145 Millionen DM angepeilt. Nachdem Wirth in der Vergangenheit verschiedenen Konzernen angehörte, ist das Unternehmen seit Mitte März 1999 selbständig. Das Management erhofft sich durch die neu gewonnene Eigenständigkeit eine kontinuierliche Aufwärtsentwicklung.

http://www.coscom.de

Bericht in folgenden Kategorien:
CNC-Drehmaschinen, CNC-Steuerungen, CAM-Software, BDE, DNC, MDE, Werkstoffe

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