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Die Produktivität der Fertigung permanent auf dem Prüfstand

Digitalisierung ist für Siemens nicht nur ein Modewort. Siemens Motion Control produziert in seinen Werken zunehmend individualisierte Produkte. Die Produktivität soll gleichzeitig permanent gesteigert und Produktionsprozesse deutlich optimiert werden. 
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Hochflexibel und hocheffizient: Elektromotorenfertigung bei Siemens Tübingen

Im Siemens-Werk im südwestdeutschen Tübingen sind ca. 450 Menschen mit der Fertigung von Getrieben für Elektromotoren beschäftigt. Diese Getriebemotoren der Reihe SIMOGEAR werden beispielsweise in den Gepäckbändern von Flughäfen eingesetzt. Auf 40 Werkzeugmaschinen werden täglich Komponenten für ungefähr 600 Getriebemotoren hergestellt. Die Varianz dieser Getriebemotoren liegt bei annähernd 1037!

 

So ist die Individualisierung von Produkten in Tübingen bereits heute die tägliche Herausforderung. Das Tübinger Werk für Getriebemotoren zeigt, wie der konsequente Einsatz von Digitalisierungsprodukten eine solch variantenreiche Fertigung deutlich produktiver macht.

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Mehr zu SIMOGEAR-Getriebemotoren

„Als Siemens Lead Factory haben wir die Verantwortung, optimale Prozesse zu etablieren, bevor wir sie in anderen Werken und Montagezentren weltweit einführen“, so Satyanarayan Chavhan, Projektleiter Digitalisierung im Werk Tübingen.


„In der heutigen VUCA-Welt können wir es uns nicht leisten, Experimente in der realen Produktionsumgebung durchzuführen. Daher ist einer unserer wichtigsten Grundsätze, Neues stets vorab in der digitalen Welt zu verifizieren!“

VUCA
VUCA steht für die englischen Begriffe Volatility (Volatilität), Uncertainty (Unsicherheit), Complexity (Komplexität) und Ambiguity (Mehrdeutigkeit) und beschreibt dynamische, sich schnell verändernde Rahmenbedingungen der Unternehmensführung.

Bearbeitungssimulation mit digitalem Zwilling der Werkzeugmaschine

Auf den Werkzeugmaschinen im Tübinger Werk werden anspruchsvolle Bearbeitungen in sehr individuellen Spannsituationen auf hochwertigen Fräs- und Drehmaschinen durchgeführt. In diesem komplexen Fertigungsumfeld gilt es verschiedenste Herausforderungen zu bewältigen: CNC-Programme können nicht mehr an der Maschine selbst erstellt und verifiziert werden. Fehler sollten also möglichst im Vorfeld erkannt werden. Speziell bei mehrkanaligen Drehmaschinen, also wenn Werkzeuge auf mehreren Werkzeugträgern in unterschiedlichen CNC-Programen gleichzeitig am Bauteil eingreifen, ist die Simulation des Bearbeitungsprozesses fast unumgänglich. Ein Grund dafür sind zum Beispiel die ständig wechselnden Spannsituationen und -techniken. Hier ist eine Kollisionsüberwachung und -prävention de facto nur in der Simulation zeiteffizient und wirtschaftlich machbar. 


Das „Einfahren“ all der der variantenreichen CNC-Programme darf die Produktion der Motorkomponenten nicht verzögern, die Maschinen nicht blockieren. Die hohen Maschinenstundensätze für diese komplexen Mehr-Kanal-Maschinen verbieten unnötige Stillstandzeiten, unproduktive Zeiten z. B. für das Einrichten der Maschine müssen minimiert werden. Zudem ist es wichtig, die CNC-Programmlaufzeit und somit die Maschinenbelegung der jeweiligen Bearbeitungsstrategie schon im Vorfeld zu kennen, um den Ressourceneinsatz - Maschinen, Werkzeuge, Personal ... -  zu optimieren.

Daher setzt die CNC-Arbeitsvorbereitung in Tübingen konsequent auf die CAD/CAM-CNC-Prozesskette. Neben der Offline-CNC-Programmerstellung mit NX CAM ist der darin enthaltene Digitale Zwilling jeder wichtigen Werkzeugmaschine von essenzieller Bedeutung. Durch die Simulation mit virtueller Sinumerik (VNCK) und virtueller Maschine kann selbst in diesem komplexen Bearbeitungsumfeld eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet werden.

Maschinenbelegung profitiert

„Seit wir den Digitalen Zwilling nutzen, ist die Maschinenbelegungszeit bei Erstmusterfertigungen an der realen Maschine rapide gesunken“, meint Stefan Nothdurft, Leiter der CNC-Arbeitsvorbereitung. Für ältere bestehende Maschinen wurden Digitale Zwillinge seitens Siemens noch selbst nachmodelliert. Bei Neubeschaffungen ist der Digitale Zwilling der Maschine fester Bestandteil des Lastenhefts für die Maschinenhersteller.

Plant Simulation: Digitales Abbild der Abläufe im Maschinenpark

Nachdem mithilfe der CAD/CAM-CNC-Prozesskette die Bearbeitung an der Werkzeugmaschine simuliert, auf Fehler überprüft und die Zerspanungszeit ermittelt wurde, steht jetzt die Planung und Simulation des optimalen Fertigungskonzeptes an. Mit Plant Simulation kommt nun ein anderer digitaler Zwilling zum Einsatz. Auf Basis Plant Simulation findet die Simulation des Fertigungsablaufs, des Materialflusses und der gesamten Fertigungsdurchlaufzeiten statt.

 

In diesem Simulationstool wird dafür entweder der gesamte Maschinenpark einer Fertigung oder zumindest der zu betrachtende Teilabschnitt virtuell modelliert. Jeder Maschine werden dabei alle relevanten Zeiten, von der Bearbeitungs- und Rüstzeit bis hin zu den durchschnittlichen Stör- und Ausfallzeiten zugeordnet. Anschließend können für die verschiedenen Produkte die besten Routen und Anlagenkombinationen für verschiedene Szenarien, zum Beispiel die Minimierung der Durchlaufzeit, ermittelt werden.

 

Arnold Hauler, zuständig für die Fertigungs- und Montageplanung im Werk Tübingen, nennt hierzu ein konkretes Beispiel aus der Praxis: Für die Fertigung eines Getriebegehäuses standen mehrere Fertigungsvarianten im Raum. Durch die Simulation mit Plant Simulation konnte die optimale Lösung im Hinblick auf Auslastung von Menschen und Maschine sowie Kosten ermittelt werden. Der Vergleich der unterschiedlichen Fertigungsvarianten in der realen Welt wäre mit hohen Investitionskosten in zusätzliche Vorrichtungen verbunden gewesen. Ohne Simulation hätte der Vergleich also gar nicht stattgefunden.

 

Durch digitale Zwillinge lassen sich also geplante Prozessveränderungen, neue Konzepte und deren Auswirkungen in kürzester Zeit über ein gesamtes Geschäftsjahr simulieren, ohne in den laufenden Produktionsbetrieb eingreifen zu müssen

Verifikation virtuell optimierter Abläufe

Nach der Optimierung der einzelnen Prozessschritte in der Simulation, müssen deren Ergebnisse der Realität standhalten, also real in der Fertigung ausgewertet werden.

 

Dazu kommt nun Analyze MyPerformance zum Einsatz. Dieses Softwaretool ermittelt die OEE-Kennzahlen, also wie ausgelastet die Maschine ist, wie oft und aus welchen Gründen sie nicht produktiv ist. Gegenüber übergeordneten ERP-Systemen wie SAP hat Analyze MyPerformance den Vorteil, dass auch innerhalb eines Verbunds mehrerer Werkzeugmaschinen, die Auslastung jeder einzelnen Maschine transparent wird. So lässt sich innerhalb eines solchen Verbunds ermitteln, ob die Maschinen optimal aufeinander abgestimmt sind. Es wird somit transparent, ob eine einzelne Maschine alle anderen bremst und den gesamten Prozess verlangsamt.

 

Die sofortige Verfügbarkeit der mit "Analyze MyPerformance" ermittelten Prozessdaten ist dabei ein wesentlicher Vorteil. Früher waren dafür aufwendige Zeitmessungen über lange Zeiträume durch Mitarbeiter der Werksplanung erforderlich, erinnert sich Arnold Hauler. Heute ist eine Engpassanalyse auf Basis von OEE-Kennzahlen zur Optimierung des Fertigungsprozessessehr sehr schnell und auch sehr genau. Änderungen im Prozessablauf lassen sich innerhalb weniger Stunden oder Tage auf Wirksamkeit überprüfen. 

Mehr zur digital optimierten Getriebemotorenfertigung bei Siemens Tübingen

Das Siemens-Motorenwerk in Tübingen nutzt die Möglichkeiten der Digitalisierung konsequent. Links ein Video darüber, was bereits die Optimierung des Teileprogrammflusses mit der Software "Manage MyPrograms" aus dem Siemens-Portfolio bewirkt. Mehr zu "Analyze MyPerformance" bei Youtube:

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