Der Begriff Industrie 4.0 beschreibt das Idealbild einer intelligenten Fabrik, in der die Produktion perfekt mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik vernetzt ist. Das ermöglicht eine effiziente Interaktion zwischen Mitarbeitern und intelligenten Produktionsmaschinen. Die Prozesse laufen automatisiert ab, die Produktionsdaten sind digitalisiert und die gesamte Produktion ist transparent. Zentral sind hierbei ein digitaler, intelligenter Informationsfluss sowie ein Konzept zur Planung und Steuerung. Die interne Vernetzung aller Komponenten lässt sämtliche Daten, die in der Prozesskette anfallen, in die Produktionsplanung mit einfließen. Die Folge: schnellere Durchlaufzeiten, effiziente und transparente Abläufe, mehr Flexibilität und gesteigerter Umsatz.
Um in der Blechumformungsbranche wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Anbieter neben einer hohen Produktivität zusätzlich die hochwertige Qualität ihrer Werkstücke sicherstellen. Hier liegt der Schlüssel für den Einstieg in Industrie 4.0 – das Zauberwort lautet Automatisierung. Doch genau an dieser Stelle zucken bislang viele Blechumformer zurück. Denn: Bis vor wenigen Jahren war die Branche noch sehr handwerklich geprägt. Qualität wird hier traditionell mit handwerklichem Know-how verbunden, sie ist im hohen Maße abhängig vom Fertigungswissen der Mitarbeiter. So bestimmt etwa die 3D-Oberflächenbearbeitung von Umformwerkzeugen maßgeblich die Qualität der Umformteile. Perfekte Class-A-Oberflächen verlangen ebenfalls eine extrem hohe Genauigkeit der Werkzeuge, Korrekturschleifen sind möglichst zu vermeiden.
Wissen des Werkzeugmachers von Anfang an nutzen
Demgegenüber steht die Vorstellung einer vollautomatischen Produktionsstraße, die 24 Stunden am Tag läuft. Wo liegt hier ein sinnvoller Ansatz für die Anforderungen in der Blechumformung? Einen Mehrwert bringen Automatisierung und Standardisierung tatsächlich (nur) dann, wenn der Qualitätsgedanke bereits von Anfang an in die Produktionskette integriert ist. Und der Anfang liegt hier bereits in der Werkzeugkonstruktion, denn das Fertigungswissen des Werkzeugmachers sollte bereits in der Wirkflächenkonstruktion eingebunden sein. Auf dieser Grundlage bauen die automatisierten Abläufe auf. Das so ausgelegte Bauteil durchläuft in einer durchgängigen Software die gesamte Produktionskette. Neben dieser Standardisierung in der Werkzeugherstellung ist auch die Anbindung an die Vorgänger- sowie die Nachfolgeschritte wesentlich. Manuelle Nacharbeiten und Korrekturschleifen werden damit reduziert und höchste Qualität bleibt gewährleistet.
Digitalisiere Wertschöpfung im Werkzeugbauprozess
Der CAD/CAM- und MES-Anbieter Tebis beispielsweise entwickelt mit und für seine Kunden maßgeschneiderte automatisierte Werkzeugbauprozesse. Dies umfasst alle relevanten Teilprozesse wie Konstruktionsdaten, Schnittstellen, CAD/CAM, Fertigung, Montage, Tryout und Korrekturschleifen. Allerdings erfordert eine funktionierende Einzelteilfertigung heute weit mehr als die rein mechanische Bearbeitung von Werkzeugen. Im Zuge der Digitalisierung werden immer mehr Daten von Maschinen und intelligenten Bauteilen vernetzt. Mit einem Manufacturing Execution System (MES), deutsch: Fertigungsmanagementsystem) werden die komplexen Fertigungsprozesse in der Einzelteilfertigung geplant und gesteuert, alle Daten werden in Echtzeit erfasst und unternehmensweit zur Verfügung gestellt. Dadurch wird eine fortlaufende Optimierung über die gesamte Wertschöpfungs- und Prozesskette möglich.
Realisierte Umsetzungen
Die Heinz Schwarz GmbH & Co. KG, ist einer der größten unabhängigen Werkzeugbauanbieter Deutschlands. Das Unternehmen hat gemeinsam mit Tebis einen automatisierten Werkzeugbauprozess entwickelt und umgesetzt. Nach dem Erwerb eines neuen Maschinenparks, der unter anderem ein Tryout-Center umfasste, suchte man nach einem effizienten Weg, um die Produktivitiät zu steigern. Im Fokus stand dabei zunächst die Verbesserung der Prozeßabläufe in der Kleinteilefertigung. Anne Theile-Wielage, Bereichsleiterin „Mechanische Fertigung“ bei Heinz Schwarz GmbH & Co. KG, beschreibt die Ausgangslage: „Die Wirkflächenkonstruktion, die NC-Programmierung, das Rüsten und die Bearbeitung dauerten zu lang und die Maschinen standen zu oft still. Aber beim „Warum“ gingen die Meinungen auseinander.“
Zusammen mit Tebis wurden die bestehenden Prozesse analysiert. „Schnell war klar, dass wir bei Wirkflächenkonstruktion und NC-Programmierung ansetzen mussten, wenn wir etwas verbessern wollten“, so die Bereichsleiterin. Diese Vorgaben wiederum ließen sich mit konkreten Maßnahmen verknüpfen. Stichworte sind hier die Aufbereitung der Kleinteile zu Exaktsolids mit Tebis, die konsequente Nutzung der Tebis-Simulationstechniken, die Automatisierung der 2,5-D-Bearbeitung mit variablen Features sowie die Programmierung mit standardisierten Schablonen und Prozessbibliotheken. Der Aufwand für die Aufbereitung der Exaktsolids und für die NC-Programmierung konnte deutlich reduziert werden. „Circa 70 Prozent der Kleinteile aus Vollmaterial erstellen wir mittlerweile mit Schablonen“, so Theile-Wielage. „Gegenüber dem Jahr 2015, in dem wir das Kleinteilprojekt begonnen haben, fertigen wir inzwischen mindestens 50 Prozent mehr Bauteile.“
Der Automobilkonzern VW wiederum realisierte zusammen mit Tebis im Hinblick auf die digitale Planung und Steuerung seines Datenmanagements einen Schritt in Richtung Industrie 4.0. Eine zentrale Rolle stellte dabei die Etablierung eines durchgängigen Prozesses auf Basis der MES-Lösung ProLeiS dar. Wunsch von VW war es, standortübergreifend von der ersten Wirkfläche an bis hin zur Fertigung alle Abläufe planen sowie sämtliche Daten und Änderungsstände verwalten, kontrollieren und steuern zu können. Dieses Ziel haben die Projektpartner mittlerweile erreicht – alle Arbeitsschritte sind heute vollständig in der virtuellen Welt von Tebis und ProLeiS abgebildet. Beide Systeme sind aufeinander abgestimmt, so dass sich eine dynamische und flexible Fertigungsplanung inklusive eines vollständigen Datenmanagements schnell realisieren lässt. Roland Schöbel, Leiter Maschinelle Fertigung im Wolfsburger Werkzeugbau, resumiert: „Wir können heute die weit über 100 Anfertigungsteile eines Werkzeugs automatisiert zerlegen und direkt mit den Wirkflächendaten zusammen spielen. Er führt aus: „Wenn wir Werkzeuge korrigieren müssen, werden ganz gezielt die Bereiche für die Bearbeitung gesperrt, auf die sich diese Änderungen auswirken – alles andere läuft problemlos weiter. Was wir uns hier aufgebaut haben, ist wirklich ein Netzwerk im Sinne von Inudstrie 4.0.“
Jens Lüdtke, Tebis Consulting
