Vermindern von geplantem Ausschuss und Nacharbeit

Teil 1 >  Ressourceneffizienz, Anwendungsbereich, Grenzen
Teil 2 >  Wege der Umsetzung und Beispiele

REDUZIERUNG VON AUSSCHUSS DURCH SMARTE PROZESSÜBERWACHUNG

Durch die zunehmende Intelligenz von Produktionsanlagen und die bessere Verfügbarkeit von Echtzeitdaten wird es zunehmend leichter, Fehlerquellen im Produktionsablauf zu erkennen und frühzeitig gegenzusteuern. Die Überwachung kann dabei direkt durch Messungen oder über statistische Methoden erfolgen.

Maschinenintegrierte Messsysteme sind dazu in der Lage, sowohl den Zustand der Maschine (z. B. Werkzeugverschleiß) als auch die Qualität des zu fertigenden Bauteils schon in der Bearbeitung zu überprüfen. Diese Informationen können dann an entsprechende Leitstände weitergeleitet werden, an denen in Echtzeit Störungen an Maschinen und in der Produktqualität aufzeigbar sind. Hierdurch ist ein schneller Eingriff in den Produktionsablauf möglich, um den Ausschuss zu verringern. Auf dieser Basis können die Maschinen ihr Bearbeitungsprogramm ebenso selbstständig anpassen, wodurch Abweichungen automatisch korrigierbar sind [2]. Zusammen mit entsprechenden Modellen können anhand dieser Daten auch Störungen des Produktionsablaufs, z. B. durch den Ausfall einer Maschine, vorausgesagt werden.

Ein weiterer Ansatz in diesem Kontext besteht in der Nutzung statistischer Datenanalyseverfahren, um auf Basis großer Datenmengen aus dem Feld die Ursachen für Qualitätsabweichungen zu ermitteln. Hier können z. B. Big-Data-Analysen eine große Rolle spielen, um Fehler am Produkt automatisch zu erkennen. So wurde z. B. die Ermittlung von Werkstofffehlern durch die Auswertung von Kameradaten erfolgreich bei der Stahlherstellung getestet. Vorher wurde diese Aufgabe durch eine Sichtprüfung von Mitarbeitern manuell durchgeführt [3].

In einer weiteren Entwicklungsstufe wird derzeit daran gearbeitet, verschiedene Fehlerarten auf die Konfiguration der Prozessparameter zurückzuführen. Der Begriff prädiktive Qualitätssicherung bezeichnet dabei ein Vorgehen, in dem eine künstliche Intelligenz eingesetzt wird, um mögliche Produktfehler bei der Einstellung der Maschine vorauszusagen bzw. selbst steuernd einzugreifen [4].

-> Beispiel

Messsystem für geregelte Blechumformung

Am Fraunhofer-IWU wurde ein Messsystem entwickelt, welches in der Lage ist, die Kraftverteilung in Umformprozessen genau zu bestimmen. Das modulare System ist flexibel einsetzbar und kann an verschiedene Umformpressen angeschlossen werden. Die durch die Messung gewonnene Kraftverteilung kann entweder grafisch visualisiert oder direkt mit der Maschinensteuerung verbunden werden. Damit kann die Qualität der Umformteile in Echtzeit überprüft werden. Darüber hinaus wird daran geforscht, wie die Presse anhand dieser Informationen die Prozessparameter selbstständig ändert, um Fehler zu vermeiden, bevor sie überhaupt entstehen [2].

OPTIMIERUNG VON RÜSTVORGÄNGEN

Die Berechnung optimaler Losgrößen und Planung entsprechender Rüstvorgänge stellen eine Kernaufgabe in der traditionellen Produktionsplanung dar. Ziel war es dabei immer, Rüstzeiten nach Möglichkeit zu vermeiden bzw. zu verringern, da diese den Produktionsablauf verzögern. Auch aus Sicht der Materialeffizienz sind Rüstvorgänge als negativ zu bewerten, da hiermit in vielen Fällen Materialverluste einhergehen (z. B. Anfahrverluste bei Spritzgussmaschinen). Um derartige Verluste zu minimieren, bietet es sich an zunächst die optimale Konfiguration von Prozessparametern zu ermitteln, die dabei hilft, die Maschine möglichst schnell auf ein stabiles Qualitätsniveau hochzufahren und dieses Muster anschließend für alle Anfahrvorgänge nach Rüstvorgängen zu wiederholen. Außerdem sollte die Zeit für den Rüstvorgang möglichst minimiert werden, so dass diese den Fluß der Fertigung nicht mehr bremsen. Das Single Minute Exchange of Die (SMED) Prinzip zielt beispielsweise dabei darauf ab die Rüstzeit soweit zu verringern, dass diese maximal einem Fertigungstakt entspricht (einstelliger Minutenbereich) [5].

Besondere Relevanz erlebt das Thema Rüstverluste im Kontext von Industrie 4.0 mit der Vision Losgröße 1, da hiermit eine exzessive Erhöhung des Rüstaufwandes einhergeht. Eine optimale Berechnung von Losgrößen stellt daher trotz der neuen technologischen Möglichkeiten noch immer eine wichtige Aufgabe dar. Zusätzlich kann die virtuelle Absicherung von Produktionsprozessen während eines Rüstvorganges dabei helfen, Ausschuss zu vermeiden (siehe Beispiel). Zusätzlich kann es zu Effizienzgewinnen kommen, wenn Maschinen dazu fähig werden, sich selbst umzurüsten [6].

-> Beispiel

Integrierte Prozesskette vom CAD-System bis zur Fertigung

Die Ingersoll Werkzeuge GmbH fertigt zu 90 % Sonderwerkzeuge in sehr geringen Losgrößen (1 bis 3). Die Gefahr von Ausschüssen durch fehlerhafte Konfiguration der CNC-Zerspanungsmaschinen ist bei dieser Art der Fertigung sehr hoch. Aus diesem Grund setzt das Unternehmen auf eine lückenlose Prozesskette vom CAD-System bis zur eigentlichen Fertigung kombiniert mit einer Vorab-Simulation des Fertigungsvorgangs. Hierfür wird zusätzlich zur CNC-Bahnplanung mit CAM ein Simulationstool eingesetzt, welches eine Kollisionsprüfung vereinfachen kann. Außerdem erfolgt hier automatisch ein Abgleich der Spezifikationen des gefertigten Bauteils mit dem CAD-Modell. Um die Prozesskette mit möglichst wenig Aufwand realisieren zu können, wurden zusätzlich eigene Softwarelösungen entwickelt, die den CNC-Programmierer dabei unterstützen, die benötigten Werkzeuge und Aufnahmen auszuwählen und automatisch zusammenzubauen. Schnittstellen zwischen dem Simulationstool und dieser Eigenentwicklung erlauben darüber hinaus sogar, den Prozessketten-Aufbau automatisch anzupassen, wenn im Simulationsmodell Kollisionen festgestellt wurden [7].

EINDEUTIGE UND VOLLSTÄNDIGE PRODUKTDOKUMENTATION

Im Rahmen der Abstimmung zwischen Produktentwicklung und Produktionsplanung werden in der Regel komplexe Informationen zur Bauteilgestalt und zu damit verbundenen Randbedingungen (z. B. Maße, Toleranzen) zwischen verschiedenen Personen in unterschiedlichen Formaten vermittelt [8]. Durch unvollständige Fertigungsunterlagen oder darin enthaltene Interpretationsspielräume können hier Missverständnisse entstehen, die unter Umständen zu Qualitätsabweichungen und Ausschuss bzw. Nacharbeit führen. Aus diesem Grund sollte die Übermittlung der Informationen in einem standardisierten Format (optimalerweise modellbasiert, siehe Beispiel) erfolgen und nach Möglichkeit in einem persönlichen Treffen diskutiert werden, bevor die Fertigung beginnt.

Hier besteht auch die Möglichkeit, den Aufwand der Herstellung durch Änderungen in der Produktentwicklung zu verringern. So führen beispielsweise niedrige Toleranzen zu einem höheren Risiko, dass Bauteile in der Qualitätssicherung aussortiert werden, da diese nicht den konstruktiven Vorgaben entsprechen. Darüber hinaus werden hierdurch aufwändigere Herstellverfahren mit höherem Ausschussrisiko, mehr Nacharbeit und umfassenderen Qualitätskontrollen notwendig.

-> Beispiel

Modellbasierte Definition

Eine Möglichkeit, um Abstimmungen zwischen der Produktentwicklung und der Fertigung zu vereinfachen, ist eine Optimierung der verwendeten Informationsträger und damit verbundenen Optionen des Informationsaustausches. Während in der Entwicklung zumeist bereits 3-D-Modelle verwendet werden, kommt in der Fertigung noch in vielen Fällen eine zweidimensionale Zeichnungsableitung zum Einsatz. 2-D-Zeichnungen können jedoch im Vergleich zum 3-D-Modell weniger Informationen übersichtlich vermitteln und bieten Raum für Interpretationsfehler. Außerdem ist ein hohes perspektivisches Vorstellungsvermögen notwendig, um die Zeichnung in ihrer Gänze zu verstehen. Für die Gewährleistung einer reibungslosen Kommunikation zwischen Produktentwicklung, Fertigung und Qualitätssicherung wird mit modellbasierter Definition daher ein Ansatz verfolgt, der nur noch das 3-D-Modell als zentrales Kommunikationsmedium in den Vordergrund stellt. Damit ist es möglich, Dimension, Werkstoff, Form- und Lagetoleranzen direkt im 3-D-Modell zu speichern, statt hierfür eine separate Zeichnung anzufertigen. Diese „Product and Manufacturing Information (PMI)“ können nun auch über das Austauschformat Step 242 Format an andere Tools übertragen werden und vereinfachen so zusätzlich die Abstimmung zwischen verschiedenen Systemwelten [8].

Teil 1 >  Ressourceneffizienz, Anwendungsbereich, Grenzen
Teil 2 >  Wege der Umsetzung und Beispiele

Worauf warten Sie noch?

Sie haben bereits Ressourceneffizienz umgesetzt? Melden Sie sich bei uns mit aktuellen Projekten und Ideen. Oder möchten Sie detaillierte Informationen aus unserem Angebot?

Schreiben Sie uns!
Fehler beim Senden Fehler beim Senden. Bitte versuchen Sie es später erneut.
Vielen Dank Ihre Nachricht wurde erfolgreich gesendet. Wir werden uns umgehend mit Ihnen in Verbindung setzen.