Mit intelligenten 3D-Modellen zu mehr Produktivität
Hat Potential für mehr Produktivität: Experten aus der Siemens-Forschung entwickeln eine völlig neue Methode, um 3D-CAD-Modelle mit zusätzlichen Informationen anzureichern. Dieses 3D-Modell ermöglicht damit eine smarte Fertigung mit durchgängiger integrierter Kette der Produktentstehung – vom Material bis zur Fertigung in der Fabrik.
In der Halle der Nürnberger Motorenfertigung fräst sich ein Werkzeug in das mannshohe Gehäuse eines Stators. Das Besondere dabei: Die Informationen über Geometrie, zulässige Toleranzen und Oberflächenangaben hat das Programm für die Fräsmaschine dabei automatisch aus einem neuartigen (virtuellen) 3D-Modell übernommen. Aufwändige Programmierungen der Fräsmaschine, die bisher notwendig waren, entfallen so. Der Fertigungsverantwortliche Sebastian Grimm erklärt: „Ich halte es für möglich, dass die neue 3D-Modell basierte Methode unsere Produktivität in der gesamten Prozesskette um 20 bis 30 Prozent steigern wird.“ Möglich macht das die jetzt durchgängige Datenkette, die den Planungsprozess in der Fertigung digitalisiert und damit vereinfacht und beschleunigt. Das letzte Puzzleteil dazu haben vor kurzem Mitarbeiter der Siemens-Forschung entwickelt. Sie helfen insbesondere den Fertigungen dabei, auch Lösungen für kleine Losgrößen und individuelle Anforderungen anbieten zu können und gleichzeitig die immer höheren Qualitäts- und Effizienzvorgaben zu erfüllen.
Direkt vor Ort: Funktionale Informationen
Ein Siemens-Experte für Maschinen-Programmierung Alexander Nowitschkow erklärt: „Unser Ansatz zielt darauf ab, das 3D-CAD-Modell, mit dem viele Firmen arbeiten, so mit Informationen anzureichern, dass 2D-Zeichnungen – mit denen in vielen Bereichen der Konstruktion und Fertigung aktuell noch gearbeitet wird – völlig überflüssig werden. Dieses 3D-Modell – wir nennen es ‚Functional Information Model‘, oder kurz FIM – enthält also nicht nur wie üblich alle Geometrieinformationen, sondern weitere Informationen wie zulässige Toleranzen, Angaben zur Oberflächengüte oder auch Werkstoffeigenschaften. Diese Zusatzinformationen platzieren die Experten im FIM-Modell direkt am jeweiligen Geometrieelement wie beispielsweise einer Bohrung, einer Frästasche oder einem Einstich. Fertigungs- und Montageingenieure können mit dieser Methode erzeugte 3D-Modelle nahtlos in der Programmierung von CNC-Maschinensteuerungen, der Programmierung von Messgeräten und auch in der Montageplanung einsetzen.“
Automatisch: Informationsübertragung
Und es gibt noch weitere Vorteile: Arbeitsplaner, CNC-Programmierer oder Qualitätsplaner bekommen exakt die Produkt- und Prozess-Informationen angezeigt, die für den eigenen Arbeitsschritt notwendig sind. Außerdem haben die Experten Möglichkeiten zur Automatisierung geschaffen. Das FIM-Modell überträgt also seine Informationen automatisch in die Folgesysteme wie CAM (CNC-3D-Programmierung) und CMM (3D-Messgeräte-Programmierung), wo sie direkt interpretiert werden. So wird das funktionale Informations-Modell maschinell lesbar und transportiert die Informationen vollständig und zielgerichtet über die gesamte Prozesskette. Zusätzlich wirken sich Design-Änderungen direkt auf alle 3D-Modelle der anschließenden Prozessschritte aus, da sich das Modell in Echtzeit aus dem Product-Life-Cycle-Management-System Teamcenter abrufen lässt.
Verwirklicht: Durchgängiger Prozess mit intelligentem 3D-Modell
Nach dem Fräsen prüft Grimm, ob das Motorengehäuse die gewünschte Qualität aufweist. Das Messgerät hat dabei das richtige Programm schon mit Hilfe des FIM-Modells erhalten und speist seine Mess-Ergebnisse gleich zurück in das ursprüngliche Konstruktionsmodell. Der Qualitätsexperte kann anschließend sehr einfach sehen, ob alle Qualitätsvorgabeneingehalten sind. Nowitschkow erklärt: „Unsere Forschungsergebnisse aus der Gasturbinen-, Windkraftgetriebe- oder auch Elektromotoren-Fertigung zeigen, dass wir mit der FIM-Methode einen durchgängigen auf einem 3D-Modell basierenden Prozess verwirklichen können. Damit erhalten wir konsistente Daten, ein durchgängiges Änderungsmanagement und eine einheitliche Kommunikation zwischen Logistik, Qualität, Fertigung und Erzeugersystemen.“ In dieses Modell sollen künftig auch Daten aus 3D-Scans – zum Beispiel von Wartungs-Bauteilen – einbezogen und daraus automatisiert wieder dreidimensionale CAD-Dateien erzeugt werden. Dadurch wird der komplette Produkt-Lebenszyklus abgebildet und ist somit genauer nachvollziehbar.
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