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Tool Lifecycle Management Werkzeuge in die Industrie 4.0 einbinden

Autor / Redakteur: Andrea Gillhuber / Nico Litzel

Um ein Werkstück effizient produzieren zu können, ist ein prozessübergreifender Informationsaustausch erforderlich. Eine wichtige Rolle dabei spielt ein durchgängiges Werkzeugmanagement – von der Konstruktion bis hin zur Produktion.

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Mit dem richtigen Werkzeugmanagement lässt sich der Produktionsprozess effizienter gestalten.
Mit dem richtigen Werkzeugmanagement lässt sich der Produktionsprozess effizienter gestalten.
(Bild: Sonnenberg)

Grundvoraussetzungen der Industrie 4.0 sind Interoperabilität und Kommunikation. Ohne einen umfassenden und barrierefreien Austausch von Informationen geht das Konzept der vierten industriellen Revolution nicht auf. Um ein Werkstück effizient produzieren zu können, ist ein prozessübergreifender Informationsaustausch erforderlich: Daten müssen zusammengeführt, ausgetauscht und bewertet werden. „Big Data Analytics“ ist hier das Schlagwort.

Prozesse bergen in der Fertigungsindustrie nach wie vor das größte Optimierungspotenzial – energetisch, wirtschaftlich, zeitlich. Um die Produktivität zu erhöhen, gibt es verschiedene Ansatzpunkte. In der Konstruktion lässt sich durch verbesserte Eingangsdaten bezüglich Werkzeugen, Materialien und so weiter die Produktivität in der Planungsphase verbessern. In der Arbeitsvorbereitung können durch Prozessmanagement-Software Stillstandszeiten von Maschinen und Produktionsanlagen minimiert werden. Eine Prozessoptimierung führt auch zu einem niedrigeren Energiebedarf, da Maschinen in Leerlaufphasen gezielt abgeschaltet oder in einen Sleep-Modus überführt werden können. Ein ebenfalls ungenutztes Potenzial bieten die von Unternehmen gesammelten Daten, die zwar gespeichert, jedoch nicht in Hinblick auf ein Effizienzsteigerungspotenzial analysiert werden.

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Hilfestellung durch Software

In der Theorie ist das Optimierungspotenzial in der Produktion also schnell identifiziert. Schwieriger ist es, dieses Potenzial, welches sich entlang des gesamten Produktlebenszyklus erstreckt, auch in der Praxis zu nutzen. Vor allem kleine und mittelständische Unternehmen tun sich hier schwer, denn für sie zählen konkrete Lösungen und messbare Mehrwerte. Vorhandene Infrastrukturen sollen zudem weiterhin genutzt und schrittweise verbessert werden, indem unter anderem Prozesse automatisiert, Kapazitäten erhöht, Energie gespart und Kosten gesenkt werden. Hilfestellung bieten hier verschiedenste Programme.

In der zerspanenden Fertigung spielt Software eine große Rolle. Sie integriert sich in sämtliche Produktionsschritte – vom Produktauftrag über die Konstruktion des Werkstücks, die Simulation bis hin zur tatsächlichen Produktion und zur Auslieferung des fertigen Produkts. Eine Wertschöpfung wird nur dann erreicht, wenn ganzheitlich die Prozesse mit allen Daten berücksichtigt werden. Dazu zählen auch die Daten von Betriebsmitteln in der Fertigung, wie Zerspanungswerkzeugen, Prüfmitteln und -vorrichtungen.

Werkzeuge einbinden

Um ein Werkstück effizient zu produzieren, ist ein prozessübergreifender Informationsaustausch von Beginn an erforderlich. Dieser startet schon beim Kundenauftrag: Dort werden Art und Anzahl der Produkte erfasst und bereits Lieferzeitraum und Zielort festgelegt. Nun wird der Auftrag in der Regel an das PLM/CAD-System übergeben und der Konstrukteur beginnt mit seiner Aufgabe. Um den Fertigungsaufwand effizient planen zu können, sollte bereits in diesem Arbeitsschritt die Auswahl der Werkzeuge stattfinden. Viele namhafte Werkzeughersteller wie Walter stellen 3D-Modelle und die wichtigen Parameter ihrer Werkzeuge zur Verfügung, damit diese bereits in der Konstruktion für die spätere Bearbeitung des Werkstücks eingeplant werden können. Auch sollte schon zu diesem Zeitpunkt überprüft werden, ob die gewünschten Werkzeuge vorrätig sind, sei es in einem Magazin in der Werkzeugmaschine oder im Lager. In der NC-Programmierung werden die Werkzeuge für den jeweiligen Werkstoff geladen und der Bearbeitungsvorgang simuliert. Im Anschluss startet die Produktion.

Tool Lifecycle Management

Software für Werkzeugmanagement gibt es von verschiedenen Herstellern. Einer davon ist TDM Systems, ein Tochterunternehmen der Sandvik-Gruppe und Anbieter von Tool Data Management (TDM) im Bereich der Zerspanung. Das System nimmt Werkzeugdaten sowie Daten aus der Produktion auf und gibt sie an Systeme weiter. Zudem ist es offen für die Anbindung an verschiedene Onlineplattformen.

Mit der TLM-Strategie (Tool Lifecycle Management) konzentriert sich TDM Systems vor allem auf die Prozessoptimierung durch optimale Werkzeugeinplanung und -bereitstellung. Die Software umfasst die Organisation von Werkzeugen in allen Phasen der Planung und Fertigung. Dabei fungiert sie unter anderem als Bindeglied zwischen ERP, PLM und MES, indem sie Werkzeugdaten sowie -grafiken erfasst und in den CAM- und Simulationsabläufen bereitstellt, gleichzeitig übernimmt sie die Organisation des Werkzeugkreislaufs. Sprich: Sie liefert Informationen über den Bestand und den Zustand sämtlicher Werkzeuge in Maschinen und Lager. Dadurch werden die Umlauf- und Lagerbestände niedrig gehalten und Bestellungen bei Bedarf und auf die Produktionssituation abgestimmt getätigt.

Die Software fasst alle Werkzeuge, die in der Werkstückkonstruktion sowie in der Simulation verwendet wurden, in einer Liste zusammen. Anhand dieser Liste wird der Werkzeugbedarf für den Auftrag kalkuliert, wobei die Werkzeugstandzeit sowie der aktuelle Bestand berücksichtigt wird.

Im nächsten Schritt wird die Bearbeitungsmaschine ausgewählt, an der alle oder der Großteil der Werkzeuge bereits vorhanden sind. Fehlende Werkzeuge werden im Lager oder beim Hersteller geordert und auf die jeweilige Kostenstelle gebucht.

In das TLM mit eingebunden ist auch die Werkzeugvermessung. Daher arbeitet TDM Systems mit Herstellern von Voreinstellsystemen zusammen. Diese Systeme greifen beim Messvorgang auf die in TDM zu jedem Komplettwerkzeug hinterlegten Sollparameter zu und schreiben die real gemessenen Istwerte wieder zurück. Somit stehen Erfahrungswerte aus der realen Produktion in den Planungsprozessen zur Verfügung. Die gemessenen Daten werden auch an die Maschine weitergeleitet.

Durch diese Transparenz im Werkzeugbestand können Rüstzeiten reduziert und Stillstandszeiten an der Maschine minimiert werden.

Zusammenarbeit mit Werkzeugherstellern

Der Vorteil solcher Managementsoftware liegt auf der Hand: Sie hilft bei der Verwaltung von Werkzeugen, die in ständigem Gebrauch sind und deshalb auch regelmäßig disponiert und bestellt werden müssen. Um ihre Kunden dabei zu unterstützen, arbeiten Werkzeughersteller mit den Softwarespezialisten zusammen. Eine solche Kooperation ist TDM Systems auch mit Mapal eingegangen. Im Zuge der Zusammenarbeit ermöglicht das Softwareunternehmen die Einbindung von Ausgabe- und Einstellsystemen des Präzisionswerkzeugherstellers in das Tool Lifecycle Management.

Mapal unterstützt seine Kunden mit neuen Logistik- und Serviceleistungen und greift hier auch auf die Kompetenzen von TDM Systems zurück. Gemeinsam ermöglichen die beiden Unternehmen Kunden einen Einstieg in ein professionelles Werkzeugmanagement. Durch die Kooperation können die Einstell- und Ausgabesysteme von Mapal sowohl an neue als auch an bereits bestehende TDM-Anwendungen angebunden werden. Eine Schnittstelle ermöglicht den Austausch von Werkzeug-Solldaten und das Rückschreiben der gemessenen Werkzeug-Istdaten.

Neben der Kooperation mit Softwareherstellern entwickelte Mapal gemeinsam mit SAP und weiteren Partnern ein eigenes Lifecycle Management von C-Teilen. Basierend auf der SAP-Hana-Cloud-Plattform entwickelte der Präzisionswerkzeughersteller mit c-Com eine eigene Lösung für die effiziente Handhabung von Werkzeugen und werkzeugbezogenen Daten. Eine Betaversion von c-Com stellte Mapal übrigens auf der AMB im letzten Jahr vor.

Auf der offenen Plattform können Kunden und Lieferanten, basierend auf klar definierten Regeln und Zugriffsrechten, all ihre relevanten Werkzeugdaten pflegen und teilen. Die Daten für die Zusammenarbeit sind so immer auf dem neuesten Stand. Sie werden auf der Plattform ein Mal vom Eigner der Daten gepflegt, unabhängig von der Anzahl der Benutzer. So sind die benötigten Informationen jederzeit und von allen Standorten für alle berechtigten Akteure verfügbar.

Die Plattform erlaubt es Unternehmen außerdem, angewandte technische Lösungen innerhalb des eigenen Umfelds zu vergleichen, zum Beispiel Werkzeuge und Bearbeitungsparameter für gleiche Werkstücke, die an unterschiedlichen Standorten gefertigt werden. So werden Standardisierungen und Benchmarking-Strategien unterstützt. Bestandsmengen sowie Beschaffungsstrategien können optimiert und die Interaktion zwischen Einkauf und Produktion sowie zwischen Einkauf und Lieferant vereinfacht werden. Außerdem haben Lieferanten durch c-Com die Möglichkeit, gezieltere und neue Dienstleistungen zur Verfügung zu stellen.

Werkzeuge in der Industrie 4.0

Ein weiterer Hersteller von Software für Werkzeugmanagement ist Coscom. Im Zuge der Digitalisierung der Fertigung integriert das Unternehmen in seine Werkzeugverwaltung Tooldirector VM als übergeordnete, zentrale Datenbank ebenfalls das Werkzeugeinstellgerät in den Werkzeugdatenprozess. Bei der NC-Programmierung entstehen Komplettwerkzeuggrafiken und entsprechende Werkzeugeinsatzparameter wie Solldaten und Schneidebezugspunkte. Die Schneidebezugspunkte werden häufig anwenderspezifisch in der CAD/CAM-Programmierung verändert. Damit das Werkzeug an der CNC-Maschine richtig arbeitet, ist es notwendig, die gewünschte Lage des Schneidebezugspunkts an die Voreinstellung zu übermitteln. Für den eigentlichen Messvorgang am Voreinstellgerät liefert die zentrale Werkzeugdatenbank zusätzlich die dem spezifischen Komplettwerkzeug zugeordnete Messprogramminformation und die entsprechenden Skalen- und Fokussierwerte. Alle Parameter werden als konkrete Komplettwerkzeuginformation an das Voreinstellgerät transportiert, um das Werkstück mechanisch korrekt bearbeiten zu können. Nur so kann das geprüfte Simulationsergebnis aus der virtuellen Maschine auch für die reale Bearbeitung sichergestellt werden.

Bei der Lösung von Coscom dient der Tooldirector VM als zentrale Datenquelle für das Voreinstellgerät. Mittels einer LAN-Verbindung werden alle notwendigen Einstell- und Messinformationen an das Messgerät übermittelt.

Allen Systemen eigen ist das Ziel, den Informationsfluss in der digitalisierten Fertigung vom Bestellvorgang bis hin zur Herstellung des Produkts transparent und effizient zu gestalten. Daten werden zentral bereitgestellt und gepflegt und der Datenfluss sichergestellt. So wird die Industrie 4.0 in der zerspanenden Fertigung Realität.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal Maschinenmarkt. Verantwortliche Redakteurin: Andrea Gillhuber

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