Um sich im Marktumfeld behaupten zu können, ist eine effiziente Fertigung der Werkzeuge erforderlich. - (Bild: Nmedia - stock.adobe.com)
Die Fertigung im Werkzeugbau ist geprägt von geringen Losgrößen bei gleichzeitig hohen Kundenanforderungen. Um sich langfristig im globalen Marktumfeld behaupten zu können, ist eine effiziente Fertigung der Werkzeuge erforderlich. Vor diesem Hintergrund erlangt die effizientere Gestaltung der CAx-Prozesskette eine immer größere Bedeutung.
Im Werkzeugbau beginnt diese bei der CAD-Konstruktion des Werkzeugs anhand der Produktgeometrie. Auf Basis der Konstruktionen werden Arbeitspläne abgeleitet und CAM-Programme für Werkstücke erstellt. Im Anschluss an das Kompilieren durch Post-Prozessoren ist eine NC-Bearbeitung der Werkstücke möglich. Die Messdaten der Qualitätskontrolle werden mittels CAQ-Programmen analysiert und in der digitalen Prozesskette zur Verfügung gestellt. Somit ist eine ganzheitliche Datendurchgängigkeit über verschiedene Softwaresysteme hinweg gewährleistet – in der Theorie zumindest.
Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT führte in Zusammenarbeit mit der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie mehrere Konsortialprojekte zur Gestaltung von CAx-Prozessketten im Werkzeugbau durch. Auf Basis der in den Projekten durchgeführten Workshops und analysierten Fragebögen unter den durchschnittlich 15 teilnehmenden Werkzeugbauunternehmen zeigte sich, dass in der Praxis Schnittstellenprobleme allgegenwärtig sind und durch die Integration neuer Funktionalitäten der Softwaresysteme mehrere Handlungsfelder zur Gestaltung einer effizienten CAx-Prozesskette existieren.
Handlungsfeld 1: Durchgängigkeit entlang der CAx-Prozesskette
Systembrüche innerhalb der Prozesskette sowie die Verwendung verschiedener Dateiformate führen zu Schnittstellenproblemen bei der Datenverarbeitung. Die derzeit verfügbaren Softwaresysteme weisen zwar zur Lösung dieses Problems verschiedene Funktionalitäten zur automatisierten Überprüfung von Dateien verschiedener Dateiformate auf. In der Praxis sind diese Softwarelösungen jedoch aufgrund von erforderlichen manuellen Eingriffen nur bedingt geeignet. Diese führen zu nicht wertschöpfenden Tätigkeiten in Form von Korrekturen und Rückfragen.
Für eine bessere Anwendbarkeit muss die Leistungsfähigkeit der Analyse- und automatisierten Korrekturfunktionen signifikant verbessert werden. Die langfristige und effektivste Lösung liegt jedoch in der Standardisierung von vorhandenen neutralen Dateiformaten, wie beispielsweise STEP242 oder JT, sowie dem Einsatz von Universalschnittstellen.
Handlungsfeld 2: Integration von Product Manufacturing Information (PMI)
PMI können in aktuellen CAx-Systemen definiert werden und beschreiben zusätzliche Werkstückeigenschaften, die für die Herstellung relevant sind. Diese sind beispielsweise geometrische Toleranzen, Anmerkungen, Oberflächenbeschaffenheit sowie die Werkstoffspezifikation. Ein durchgängiger Einsatz von PMI entlang der CAx-Prozesskette kann Fehlbearbeitungen durch manuelle Eingriffe verhindern, die Anzahl an Änderungsaufträgen reduzieren und letztlich zu einem geringeren Ausschuss in der Fertigung führen.
Die durchgeführten Konsortialprojekte zeigten, dass PMI derzeit nur zu einem geringen Anteil in Werkzeugbauunternehmen eingesetzt werden. Oftmals scheitert eine Nutzung vor allem daran, dass keine standardisierten Lösungen zur Definition und systemübergreifenden Weitergabe existieren. Für die optimale Ausschöpfung des Potenzials von PMI gilt es, die Kompatibilität mit neutralen Dateiformaten wie dem STEP-Dateiformat zu gewährleisten.
Handlungsfeld 3: Feature Erkennung bei Nicht-Regel-Geometrien
Durch die Feature-Erkennung und Generierung von signifikanten Identifikationsmerkmalen mittels Softwareunterstützung kann die Leistungsfähigkeit in der CAM-Programmierung gesteigert werden. Aktuell verfügbare Softwaresysteme ermöglichen bereits eine Identifizierung und Ableitung des NC-Programms auf Basis einfacher Regel-Geometrien, wie beispielsweise Bohrungen, Gewinden oder Taschen. Eine erweiterte Feature-Erkennung von komplexen 3D-Geometrien würde, so die Projektteilnehmenden, einen großen Mehrwert darstellen. Der CAM-Programmierer kann somit entscheidend bei seinen Tätigkeiten unterstützt werden und effizienter programmieren, sodass die Durchlaufzeit in der digitalen Prozesskette signifikant verkürzt werden kann.
Die Konsortialprojekte zeigen auf, dass im Werkzeugbau häufig viele unterschiedliche Softwarelösungen entlang der CAx-Prozesskette eingesetzt werden. Die genannten Handlungsfelder bereiten den Weg für eine effiziente und durchgängige CAx-Prozesskette und bilden die Grundlage für adaptive Prozesse im Werkzeugbau. Schnittstellenreduzierung und Datendurchgängigkeit, die zielgerichtete Anwendung von PMI-Daten sowie die Weiterentwicklung von intelligenten Softwarelösungen wie der Feature-Erkennung bieten neue Möglichkeiten für Werkzeugbauunternehmen. Um diese zu etablieren, sind Softwareanbieter, Werkzeugbaubetriebe und Forschungseinrichtungen gleichermaßen gefordert, anforderungsgerechte Lösungen zu entwickeln und umzusetzen.
Autoren:
Rainer Horstkotte, M.Sc., Geschäftsfeldleiter Werkzeugbau, Fraunhofer IPT
Dr.-Ing. Marcel Prümmer, Gruppenleiter Technologieorganisation, Fraunhofer IPT
Dr.-Ing. Kristian Arntz, Abteilungsleiter Technologieorganisation und -vernetzung, Fraunhofer IPT
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Boos, MBA, Geschäftsführender Gesellschafter, WBA Aachener Werkzeugbau Akademie