Werkzeugmaschinen schnell bestückt

Einige wenige Sekunden Wartezeit können in der Industrie, beispielsweise bei führenden Herstellern von Werkzeugmaschinen für die Massenproduktion, den Ausschlag geben: Sie können darüber entscheiden, ob sich ein Produkt am Markt behauptet. Denn wo große Stückzahlen produziert werden, multipliziert sich jedes Ereignis um ein Vielfaches.

Ein Beispiel: Bei der Fertigung von Metallmotorblöcken für Nutzfahrzeuge kommen Hunderte Werkzeuge zum Einsatz. Die Werkzeuge, die in hoher Präzision bohren oder fräsen, werden in übermannshohen Magazinschränken gelagert, die sich im Inneren der Werkzeugmaschine befinden. In der automatisierten Fertigung nimmt ein Werkzeugwechslerarm im Inneren der Maschine die Werkzeuge in exakt abgestimmter Reihenfolge aus ihrem Platz im Regal und legt sie in ein Übergabefach. Von dort aus werden sie in die Spindel eingewechselt. Dieser Vorgang wiederholt sich für alle Werkstücke einer Sequenz.

Herkömmliche Werkzeugmaschinen sind bereits so weit optimiert, dass diese Vorgänge parallel laufen: Während Werkzeug B fräst, wird bereits Werkzeug A an seinen Platz gebracht und Werkzeug C geholt. Da diese Transporte von der Platzierung der Werkzeuge A und C im Magazin abhängen, können sie unter Umständen mehr Zeit in Anspruch nehmen als der aktuelle Fräsvorgang. Es kommt also zu Wartezeiten von wenigen Sekunden.

Eine neue App, die der Werkzeugmaschinenhersteller Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH mit seinen Maschinen mit anbieten wird, ermöglicht es, dass sich diese Wartezeiten erheblich verkürzen und an manchen Stellen sogar komplett eliminieren lassen. Die über ein Sinumerik-Edge-Gerät von Siemens laufende App sortiert dafür die für eine Sequenz von Werkstücken notwendigen Werkzeuge auf ideale Positionen um.

Ein Modell dafür zu finden, ist für Mathematiker, die sich mit Optimierungsthemen befassen, ein spannender Fall. Bei einer Stückzahl von 500 Werkzeugen – was in der modernen Produktion keine Seltenheit ist – kommen bereits „500 Fakultät“ verschiedene Möglichkeiten der Sortierung zustande. Zu berücksichtigen war für die Siemens-Mathematiker zudem die unterschiedliche Größe der Werkzeuge als auch die Frage, ob auf der theoretisch idealen Position genügend Platz dafür vorhanden ist. 

„Wir können mit dieser App sehr anschaulich die Vorteile der Digitalisierung herausstellen“, sagt Bernd Zapf, Bereichsleiter für die Entwicklung neuer Geschäftsfelder bei Heller. „Im besten Platzierungsfall erreichen wir im Regalmagazin eine Reduzierung der Stückzeiten um bis zu zehn Prozent.“

Bisher sei es gängige Kultur gewesen, zur Optimierung von Prozessen neue Hardware anzuschaffen, ergänzt Michal Skubacz, Head of Industry Software bei Motion Control, Siemens. „Jetzt können wir die Leistung von Maschinen auch ohne neue Hardware erheblich verbessern. Optimierung ist also mit bereits vorhandenen Ressourcen möglich.“ 

November 2019