Industrie 4.0: eine vollautomatische Fertigungszelle öffnet neue Spähren.
Bild: Robert Kneschke - Fotolia.com

Industrie 4.0: eine vollautomatische Fertigungszelle öffnet neue Spähren. Bild: Robert Kneschke - Fotolia.com

Damit wagte das Familienunternehmen in Zusammenarbeit mit exeron einen großen Schritt in Richtung Industrie 4 0

Seit der Gründung im Jahr 1993 ist die heutige 3D Schilling GmbH in Sondershausen in Thüringen auf 3D-Konstruktionen spezialisiert. Das Familienunternehmen gliedert sich in drei Geschäftsbereiche: Ingenieurdienstleistungen mit 3D- und Werkzeugkonstruktion sowie den Prototypenbau, Werkzeug- und Formenbau und die Kunststoffteilefertigung mit 19 Spritzgießmaschinen mit Schließkräften von 250 bis 3500 kN, darunter aktuell neun vollelektrische Maschinen.

Als die Anschaffung einer neuen Erodiermaschine anstand, fiel die Wahl erneut auf den langjährigen Partner exeron aus Oberndorf. Martin Schilling, Gründer von 3D Schilling, erklärt: „Wir

3D Schilling Team

Gründer von 3D Schilling Martin Schilling (r.) und sein Sohn
Thomas Schilling (l.).
Bilder: 3D Schilling GmbH

kennen exeron seit 1997, als wir unsere erste Erodiermaschine EDM 303 kauften. Die Maschinen sind einfach gut. Auch die Zusammenarbeit von exeron mit Erowa kam uns entgegen.“

Ausgelöst durch einen Besuch im Showroom bei exeron in Oberndorf änderte Schilling seine Pläne, als ihm eine Transferlinie mit Roboter aufgefallen ist. „Ich fand den Gedanken grandios, im Prinzip alle Daten fertig zu haben, zu einem beliebigen Zeitpunkt das Startsignal an die Anlage senden zu können – und zu wissen, die arbeitet die Jobs selbstständig ab“, erläutert der Firmengründer.Es folgte die Konzeptionsphase.

Konzipiert wurde schließlich eine vollautomatische Fertigungszelle mit zentralem ERSL-Linear-Roboter rund um zwei Fräs- sowie zwei Erodiermaschinen der Typen HSC 600, HSC 300 und EDM 313 MF20. Datenmanagement, Fertigungssteuerung und die Überwachung erfolgen über ein Jobmanagement-System (JMS) von Certa. Die Elektrodenhalter und Werkstückpaletten sind mit ID-Chips für die eindeutige Identifikation ausgestattet.

Trends µ-genau

Fertigungszelle
Exeron:

  • HSC 600 mit 5 Achsen
  • HSC 300 mit Graphitabsaugung
  • Zwei EDM-313-MF20-Erodiermaschinen

Erowa:

  • Preset- und Qualitätsmessmaschine
  • Reinigungs- sowie Beladestation für Paletten und Werkstücke
  • Zwei Rotary-Wechselstationen für 180 Elektroden und 20 Werkstückpaletten
  • ERSL-Linear-Roboter mit 8 m Schienenlänge

Certa Jobmanagementsystem (JMS):

  • Zellenleitsystem mit Datenmanagement, Fertigungssteuerung und Überwachung der Linienautomation
  • Chip-Identifikation der Werkstückpaletten und Elektrodenhalter im Magazin

Die Fertigungszelle wurde so ausgelegt, dass sich alle Maschinen aus der Fertigungszelle herausnehmen lassen, um sie separat einzusetzen und zu bedienen.

Um das Projekt zu verwirklichen, räumte 3D Schilling eine vorhandene Halle komplett aus und baute sie um. Maschinen wurden ausgelagert oder komplett ausrangiert. „Man muss den Mut haben, sich von alten Gewohnheiten zu lösen und

3D Schilling Bedienterminal

Zentrales Bedienterminal der Fertigungszelle.

sich auf das Potenzial einer solchen Fertigungszelle einzulassen“, so Schilling.

Dank der Prozesssicherheit, der Transparenz und der Flexibilität des Systems konnte das Unternehmen an Schnelligkeit gewinnen, was sich auf die Arbeitsabläufe vor und nach der Fertigungszelle auswirkte. So wurde die Arbeitsvorbereitung von sechs auf neun Beschäftigte erweitert.

Um das Potenzial einer solchen Anlage auszuschöpfen, sie zu beherrschen, braucht es Zeit und Geduld – sowie nicht zuletzt geeignetes Personal.

3D Schilling Roboter

Roboter mit Werkstück auf UPC-Palette.

Für die Arbeit mit der Fertigungszelle haben alle beteiligten Beschäftigten ein halbes Jahr lang gezielte Schulungen erhalten. Als Ansprechpartner und Koordinator wurde ein Schulungsbeauftragter ernannt. Als Leistungsnachweis müssen alle Teilnehmer eine Prüfung ablegen.

„Unabhängig von aller Theorie setzt die Komplexität der gesamten Anlage voraus, dass man sich mit ihr konsequent und systematisch befasst. Außerdem ist es wichtig zu wissen, in welcher Abfolge erodiert wird.

Damit das JMS die Jobs der Anlage intelligent abarbeiten kann, legt die Arbeitsvorbereitung Prioritäten fest, das heißt, wann welches Werkzeug fertig sein muss. Die Anlage arbeitet die zu diesem Werkzeug gehörenden Jobs kontinuierlich ab. Muss der Arbeitsablauf unterbrochen werden, etwa weil ein Teil fehlt, nimmt sich die Anlage die nächst niedrigere Priorität vor. Kann an der ersten Priorität weitergearbeitet werden, kommt diese wieder dran. Sollte die Unterbrechung länger dauern, arbeiten die Erodiermaschinen in der Zwischenzeit an anderen Aufträgen. All das ohne weiteres menschliches Zutun.

Profil

3D Schilling GmbH

3D Schilling aus Sondershausen/Oberspier in Thüringen bietet Rapid Prototyping und Rapid Manufacturing mit verschiedenen Technologien wie Stereolitographie, Lasersintern, Vakuumguss und Prototypen aus Originalmaterialien sowie Kunststoffverarbeitung, Werkzeugbau und Ingenieurdienstleistungen an. Ihr Konzept lautet „All You need“ und umfasst neben der Beratung zum Beispiel auch die Optimierung von Betriebsmittel- und Herstellungskosten der Spritzgussteile bis hin zum Erstmusterprüfbericht und zur Maschinenfähigkeitsuntersuchung. Aktuell beschäftigt das Familienunternehmen 3D Schilling 80 Arbeitnehmer.

Ein weiterer Vorteil: Jedes Teil wird automatisch nach seiner Bearbeitung vermessen, um sicherzustellen, dass die Maße innerhalb der vorgesehenen Toleranzen liegen.

Die guten Messergebnisse werden nicht explizit als Information ausgegeben, denn die Anlage bestätigt sich selbst. Wird hingegen eine Abweichung festgestellt, kommt selbstverständlich die entsprechende Information.

Martin Schilling

„Allein im Jahr 2014 haben wir unsere Produktivität um 60 Prozent gesteigert. Wir hatten den Mut, uns auf das Potenzial einer solchen Fertigungszelle einzulassen.“
Martin Schilling

Dieses Prinzip hat den Vorteil, dass sich das Personal im Beispielfall ausschließlich auf die festgestellten Abweichungen und somit auf das Beheben des Fehlers konzentrieren muss. Das Personal wird demnach von Routinearbeiten befreit, damit entlastet, und es bleiben Zeit und Energie für die wirklich wichtigen Dinge.

Schilling ist von dem Datenmanagement von Certa überzeugt: „Wo und wie welche Daten abgelegt werden, dass sie automatisch übergeben werden – all das ist wirklich gut durchdacht“, betont er.

Überaus lohnende Investition

Mittlerweile ist die Fertigungszelle bei 3D Schiling seit mehr als einem Jahr im regelmäßigen Einsatz. „Für uns war diese Investition ein Quantensprung. Allein im Jahr 2014 haben wir unsere Produktivität um 60 Prozent gesteigert. Für das laufende Jahr erwarten wir einen weiteren Sprung, obwohl wir das Potenzial der Fertigungszelle noch nicht voll ausschöpfen. Entgegen der ersten Annahme wird sich die Anlage in deutlich weniger als fünf Jahren amortisiert haben“, so Schilling.

3D Schilling Fertigung

Die vollautomatische Fertigungszelle bei 3D Schilling ist mit Roboter aus zehn Maschinen zusammengesetzt.

Das Unternehmen profitiert von der Geschwindigkeit, von der Durchgängigkeit und davon nicht mehr auf Kompromisse eingehen zu müssen, etwa beim Datenhandling. Außerdem sprechen die minimalen rüstbedingten Stillstandszeiten der Maschinen, die Möglichkeit auch Kleinserien automatisch und flexibel produzieren zu können und ganz besonders die hohe Prozesssicherheit für sich. Nicht zu vergessen die transparenten Statusinformationen zu den aktuellen Aufträgen.

Schilling ist überzeugt: „Mit dieser Fertigungszelle haben wir einen großen Schritt in die Zukunft gemacht.“ Was andernorts noch diskutiert wird, hat 3D Schilling bereits realisiert: Industrie 4.0 – eine automatisierte Einzelteilfertigung auf einem sich selbstorganisierenden Niveau. Auch das Internet der Dinge ist nach Überzeugung von Schilling in dieser Fertigungszelle bereits Wirklichkeit. Vom Menschen kommt als Input die Aufgabe, die von den miteinander kommunizierenden Maschinen erfüllt wird.

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