CNC4you

Studium mit Industrie 4.0 zum Anfassen

Das Institut für Produktionstechnik (IPT) der HAW Hamburg erforscht, lehrt und praktiziert durchgängige digitale Fertigung: Studierende und interessierte Firmen erfahren hier, wie digitale Fertigung in der Praxis funktioniert und wie man sie mit vorhandenen Maschinen auf gewachsenen Strukturen aufbaut.

Erschienen im CNC4you-Magazin 1/2020

Nicht nur reden, sondern machen!

Das CNC-Labor

Wer am Institut für Produktionstechnik (IPT) der HAW Hamburg Maschinenbau und Produktion studiert, der kennt das CNC-Labor. Die Labore "Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen" sind gleichzeitig Lehrwerkstatt, Forschungseinrichtung und Fertigungsstätte. Und obwohl in einem historischen Altbau untergebracht, gibt es hier die digitale Fabrik der Zukunft zum „Anfassen“.

 

Das interessiert auch viele Unternehmer aus der Region, ergänzt Laboringenieur Thomas Hänert: „Wo andere nur reden und Folien zeigen, sieht man bei uns die gesamte Prozesskette am lebenden Beispiel – einschließlich ihrer Einbettung in übergeordnete Prozesse.“

Der Einstieg: CNC-Programmierkurs mit Siemens-Zertifikat

Ein Angebot (freiwillig - in der vorlesungsfreien Zeit) für angehende Maschinenbauer und Produktionstechniker der HAW Hamburg ist der Kurs "CNC-Programmierung für Studierende", der von Ingo Bartsch (Siemens) sowie Dipl.-Ing. Thomas Hänert (IPT) und Prof. Dr.-Ing. Christian Stark (IPT) entwickelt wurde. Hier lernen die Studierenden die CNC-Programmierung nach DIN/ISO, mit ShopTurn und ShopMill. 

 

Jährlich nutzen dieses Angebot 20 Studierende. Dieser Kurs wird in Kooperation mit Siemens durchgeführt und ist immer ausgebucht. Der Grund: Der Kurs vermittelt Werkstattpraxis und schließt mit einem offiziellen Siemens-Zertifikat ab. Ein dicker Pluspunkt bei der Bewerbung um den ersten Job.

 

Das NX-CAD/CAM-System wird in vertiefenden Modulen angeboten, welches in den Studienplan integriert ist. Hier werden der VNCK (Virtual NC Kernel) benutzt und die spezielle Maschinenkinematik untersucht. Diese Angebote nutzen jährlich ca. 40 Studierende - Tendenz steigend.

Die Arbeit: An realen und virtuellen Maschinen

Im Verlauf ihres Studiums üben die Studenten aber nicht nur den Umgang mit realen Sinumerik-gesteuerten Maschinen, sondern auch mit deren "Digitalen Zwillingen", erläutert Mario Matschull, Mitarbeiter am IPT der HAW Hamburg: Die Maschinen des CNC-Labors sind als virtuelle Werkzeugmaschinen simulationsfähig in die NX-CAD/CAM-Prozesskette eingebunden.

 

Das ist keine Selbstverständlichkeit, denn die Gebrauchtmaschinen aus dem Bestand der Hochschule sind älteren Datums und haben teilweise schon ein Retrofit hinter sich. 

Die "Digitalen Zwillinge": Beim CNC-Retrofit erstellt

Die "Digitalen Zwillinge" dieser Maschinen beruhen auf CAD-Daten der Hersteller, die mit Hilfe des Siemens Mechatronic Concept Designers (MCD) zu einer virtuellen Mechanik ergänzt wurden.

 

In Verbindung mit dem steuerungsidentischen virtuellen NC-Kern Sinumerik VNCK ergibt das eine vollständige, in Siemens-NX verwendbare virtuelle Maschine, die genauso bedient und programmiert werden kann, wie die reale Maschine. 

Die Durchgängigkeit: Vereinfacht Workflow und erleichtert den Überblick!

Sinumerik-CNCs, das CAD/CAM-System Siemens NX und die "Digitalen Zwillinge" der Dreh- und Fräsmaschinen formen insgesamt eine digital durchgängige Prozess- und Fertigungskette. Weil alle Komponenten dieser Prozesskette aus einem Haus sind, ist sie von den Studierenden, Lehrkräften, Werkstattbetreuern und anderen Projektbeteiligten einfach zu überblicken und zu handhaben: Direkt aus der CAD-Konstruktion heraus wird das NC-Programm für die Werkzeugmaschine generiert und sofort an deren "Digitalen Zwilling" getestet und optimiert. So kann an der realen Maschine direkt, ohne vorherige Luftschnitte gefertigt werden – ein großer Vorteil für die industrielle Fertigung individualisierter Produkte.

 

Im Vergleich mit Prozessketten, die aus Insel- und Leuchtturmlösungen verschiedener Hersteller zusammengestellt sind, bietet ein durchgängiges System erhebliche Vereinfachungen für die Lehre und für das Lernen – ganz abgesehen von der deutlich einfacheren Konzeption, Realisierung und Wartung.
Prof. Dr.-Ing. Christian Stark, HAW Hamburg 

Das Industrie-4.0-Projekt

Mit seiner durchgängigen NX-Prozesskette ist das CNC-Labor des IPT als „Fertigungsbetrieb“ in das übergeordnete Industrie-4.0-Projekt „Smart-Production@HAW“ eingebunden. Es umfasst alle Aspekte einer digitalen Fertigung samt ihrer Schnittstellen zu Lieferanten und Abnehmern. In diesem Projekt ist das CNC-Labor als Fertigungsstätte in Materiallogistik, Teile-Handling per Roboter, Material- und Teiletransport mit autonomen Flurförderfahrzeugen integriert - einschließlich der Qualitässicherung, die mit Hilfe einer im Verbund vernetzten CNC-Koordinatenmeßmaschine das Bearbeitungsergebnis prüft und dokumentiert. Innerhalb der Prozesskette ist somit eine umfassende Optimierung der Fertigung möglich. 

 

Wer also Industrie 4.0 zum Anfassen sucht: Bei der HAW Hamburg ist er an der richtigen Adresse!

Realitätsnahe Simulation

Die Prozesskette im IPT nutzt bei der Fertigungssimulation Teileprogramme, die bereits den Postprozessor für die jeweilige Zielmaschine durchlaufen haben, außerdem die Maschinen- und Werkzeugdaten der realen Maschine. Dazu speist das Zoller-Werkzeugmesssystem des CNC-Labors seine Daten auch in die NX-CAD/CAM-Kette. „Wir erreichen auf diese Weise eine nach wissenschaftlichen Kriterien gemessene Simulationsgenauigkeit, die sehr nahe an der Realität liegt“, betont Prof. Christian Stark. „Lediglich dynamische Effekte, wie z. B. das Aufschwingen von Werkzeugvibrationen, sind hier noch nicht berücksichtigt.“  

Flexible Fertigung – auch auf Basis von 3D-Scans

 

Die an der HAW Hamburg eingesetzte CAD/CAM-Software Siemens NX unterstützt schon im Standardfunktionsumfang ein additives Fertigungsverfahren, und alle weiteren relevanten additiven Technologien stehen als Option bereitstehen. Das smart-production@haw.de-Projekt nutzt dies zum Beispiel bei 3D-Scans, die als Quelle für Teileprogramme in die Fertigung eingespeist werden.

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