Vermindern von geplantem Verlust

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

SUBSTITUTION ODER ANPASSUNG DES FERTIGUNGSVERFAHRENS

Aus Sicht der Produktionstechnik kann geplanter Verlust durch Substitution des gesamten Fertigungsverfahrens bzw. einzelner Teilschritte minimiert werden. Insbesondere spanende Verfahren unterliegen naturgemäß einem hohen geplanten Verlust. Es ist daher in jedem Fall lohnenswert zu prüfen, ob spanende Verfahren durch endabmessungsnahes Ur- oder Umformen substituierbar sind (siehe Strategie Minimierung des Bearbeitungsvolumens). Hierfür ist allerdings eine detaillierte Analyse im Einzelfall notwendig, z. B. lohnt sich eine Umstellung von Fräsen auf Gießen erst bei höheren Stückzahlen, da ansonsten auch Materialaufwände durch den Formenbau entstehen.

Neben der Reduktion des Bearbeitungsvolumens kann es auch sinnvoll sein, die Präzision des Trennvorgangs zu optimieren. So ist es z. B. möglich, mit Wasserstrahlschneiden sehr geringe Schnittbreiten zu erzeugen. Hierdurch kann eine bessere Verschachtelung der Einzelteile auf dem zu bearbeitenden Werkstoff erreicht werden, wodurch der Grad der Materialausnutzung zunimmt [2, S. 361]. So kann z. B. auch eine hochpräzise Laserbearbeitung im Vergleich zum Stanzen eine bessere Materialausnutzung in Verbindung mit einer besseren Schnittqualität herbeiführen [3].

-> Beispiel

Biegewerkzeug mit integrierter Trennbearbeitung

Die Herstellung gebogener Rohre erfordert insgesamt drei Arbeitsschritte. Zunächst muss das Rohr von der Handelslänge auf eine Fixlänge zugeschnitten werden. Hierbei sind jedoch auch Spann- und Stützlängen im Maß enthalten. Daher ist nach dem Biegen ein erneuter Zuschnitt des Rohrs notwendig. Dieser Prozess ist nicht nur zeitintensiv, sondern auch kostenintensiv, da durch die Zuschnitte hohe Materialverluste entstehen.

Mit einer neuen Maschine, die aus integriertem Biege- und Hackwerkzeug besteht, vereint die Schwarze-Robitec GmbH alle drei Arbeitsschritte. So ist anstelle einzelner Rohrstücke die Nutzung längerer Rohreinheiten möglich, die im vorderen Teil der Maschine gebogen und abgetrennt werden. Anschließend wird das Rohr in der Maschine immer weiter nach vorn bewegt und wieder gebogen und getrennt, bis das Rohr komplett in Einzelteile zerlegt ist. Nach Angaben des Unternehmens sind durch die neue Maschine Verringerungen des Verschnitts von bis zu 90 % realisierbar [4].

SCHNITTOPTIMIERUNG UND VERSCHACHTELUNG

Wenn mehrere Einzelteile aus größeren Stücken aus z. B. Blech- oder Profilmaterial extrahiert werden sollen, kann die Verteilung der Einzelteile auf das Rohmaterial auf verschiedene Weisen erfolgen. Je nachdem, wie die Bauteile ineinander verschachtelt sind und in ihren Proportionen optimal die Größe der Ausgangslänge des Rohmaterials ausnutzen, fällt bei der Bearbeitung mehr oder weniger Verschnitt an. Auch wenn größere Teile des Rohmaterials aus dem Verschnitt noch prinzipiell für andere Verarbeitungsvorgänge in der Zukunft nutzbar sind, benötigen diese jedoch Platz zur Lagerung und verursachen damit Lagerkosten. Daher ist eine optimale Positionierung der Schnitte auf dem Rohmaterial eine wichtige Maßnahme, um Material und auch Kosten einzusparen. Der in diesem Zusammenhang auch als "Nesting" bezeichnete Ansatz nutzt softwaretechnische Intelligenz, die eine Verteilung der Bauteile auf dem Rohmaterial als mathematisches Optimierungsproblem darstellt und dieses mittels passender Algorithmen auflöst. Entsprechende Tools sind komplementär zu CAD-/CAM-Software erhältlich und vom Fertigungsverfahren abhängig.

-> Beispiel

Zuschnittoptimierung für Stahlprofile

Das Fraumhofer Institut für Algorithmen und wissenschaftliches Rechnen (SCAI) hat ein Softwaretool (AutoBarSizer) entwickelt, mit dem optimale Schnittpläne für den Zuschnitt von Stahlprofilen und anderen Stangen (Langgut) in kürzere Teile (Fixgut) erstellt werden können. Die Software erstellt die Verteilung der Schnitte anhand eines optimalen Materialnutzungsgrades und organisatorischer Randbedingungen, die den Aufwand der Schnitte betreffen. Werden Profile auf Gehrung zugeschnitten, ist auch die Bestimmung einer optimalen Verschachtelung der Fixteile möglich. Neben der Vermeidung von Materialverlusten kann das Tool ebenfalls dazu beitragen, Restbestände an Materialien optimal zu verwenden und damit Lagerkosten zu sparen [5].

AUFBAU VON MITARBEITERKOMPETENZ

Um Materialverluste in der Produktion zu vermeiden, können vielfach schon niedrigschwellige Maßnahmen, wie z. B. Mitarbeitertrainings für die Bedienung von Maschinen, spürbare Verbesserungen bewirken. Darüber hinaus kann es hilfreich sein, Mitarbeiter zu sensibilisieren, selbstständig im Sinne einer kontinuierlichen Verbesserung nach Einsparpotenzialen von Material und Energie zu suchen.

-> Beispiel

Abteilungsübergreifende Projektteams zur Reduzierung des geplanten Verlusts

Die Firma LAKO (Laupheimer Kokosweberei) stellt Teppiche und Fußmatten für Fahrzeuge her. Bei der Fertigung ihrer Produkte musste das Unternehmen dabei bisher ca. 220.000 Euro Materialverlust für die Stanzbearbeitung und das Cutten einkalkulieren. Um diese hohen Kosten zu verringern, wurde ein extern moderiertes, abteilungsübergreifendes Projektteam gebildet, welches Material- und Informationsflüsse im Unternehmen analysieren und Lösungen zur Verbesserung ausarbeiten sollte. Darüber hinaus wurde ein Teamentwicklungsprozess angestoßen, der die Kommunikations- und Kooperationskultur adressierte und damit den Grundstein für einen längerfristigen Veränderungsprozess zu mehr Materialeffizienz legen sollte. Die vielfältigen im Rahmen des Projektes umgesetzten Maßnahmen, wie z. B. Einführung einer Schnittoptimierung, optimierte Maschinenbedienung oder Anpassung der Beschaffung hinsichtlich passender Rollenbreiten, führte zu einer Reduktion des Materialverlustes um 17 % (ca. 40.000 Euro/Jahr). Darüber hinaus kann das Unternehmen auch in Zukunft durch den Kulturwandel und die durch den fachübergreifenden Austausch erhöhte Mitarbeiterkompetenz profitieren [6].

VERMEIDUNG VON VERSCHNITT DURCH KONSTRUKTIVE MASSNAHMEN

In begrenztem Maße kann auch die Produktentwicklung auf den Verschnitt durch die Definition der Baustruktur, Geometrie und Oberflächengüte Einfluss nehmen.

Durch Anpassung der Baustruktur lassen sich unter Umständen hohe Materialabtragungen vermeiden. So sollte beispielsweise eine Welle mit großem Absatz (Wellenbund) aus zwei Komponenten zusammengesetzt werden (Welle und Buchse), anstatt ein Bauteil vorzusehen, welches dann als ein Stück aus dem Vollen gedreht werden müsste. Umgekehrt kann es allerdings auch sinnvoll sein, mehrere Bauteile gezielt zu einer Komponente zusammenzufassen, um so Schnittwege einzusparen.

Weiterhin spielt die Geometrie der Bauteile eine wichtige Rolle. Vor allem bei Schnittteilen ist es notwendig zu beachten, dass diese bei der Fertigung gut ineinander verschachtelt werden können, um eine effiziente Extraktion der Teile aus einem Blech mit geringem Verschnitt zu erlauben. Darüber hinaus sollte beachtet werden, dass sich die Proportionen der Bauteile an handelsüblichen Blechbreiten orientieren [7, S. 463 ff.].

Die Festlegung der Oberflächengüte/Rauigkeit definiert letztlich, wie viel Material durch Behandlung der Oberfläche in Form von Schleifstäuben verloren geht. Daher kann die Definition der Oberflächengüte als weiterer Stellhebel für ressourceneffiziente Fertigung betrachtet werden. Die Oberflächengüten sollten dabei differenziert nach der jeweils vorgesehenen Funktion der Oberfläche gewählt werden.

-> Beispiel

Entwicklungsbegleitende Kostenabschätzung

Einige CAD-Programme bieten mittlerweile die Funktion, anhand einer gegebenen Konstruktion Aussagen über die Material- und Fertigungskosten des Entwurfs zu treffen. Hierfür wird mittels der Geometrie auf die Fertigungsschritte geschlossen, die in einer Datenbank mit ihren jeweiligen Kosten hinterlegt sind. Hierbei werden auch Kosten für den geplanten Verlust einberechnet. Es ist also möglich, bereits in der Konstruktion den geplanten Verlust als Anteil der Materialkosten anhand von Geometrieänderungen zu beeinflussen (siehe z. B. [8]).

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