Flexibles Fertigungssystem im Werkzeugbau. – Bild: WBA Achen, Fraunhofer IPT

Flexibles Fertigungssystem im Werkzeugbau bei Pöppelmann aus Lohne (Oldenburg). – Bild: WBA Achen, Fraunhofer IPT

| von Sabine Königl

Wie sie speziell im Werkzeug- und Formenbau gelingen kann und welche Konzepte sich dafür eignen­ damit befassen sich Professor Wolfgang Boos, Kristian Arntz, Marcel Prümmer und Marcel Wilms von der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT.

Die Automatisierung ist heutzutage in der Serienproduktion in einem Hochlohnland wie Deutschland sehr stark verbreitet und aus wirtschaftlichen Gründen unerlässlich. Auch in der Kleinserien- und Unikatfertigung, wie sie im Werkzeugbau vorherrscht, steigt der Druck, die Maschinenauslastung durch Automatisierung zu steigern. Welches Konzept für einen Werkzeug- und Formenbau den größten Nutzen darstellt, hängt von verschiedenen Faktoren wie etwa Produktspektrum oder eingesetzte Fertigungstechnologien ab, die individuell bewertet werden müssen.

Aus diesem Grund hat das Forscherteam rund um Professor Wolfgang Boos, Kristian Arntz, Marcel Prümmer und Marcel Wilms von der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT schon vor einiger Zeit damit begonnen, Automatisierungskonzepte speziell für den Werkzeugbau zu konzeptionieren und im Werkzeugbau zu implementieren.

Durch den Einzel- und Kleinseriencharakter lassen sich klassische Automatisierungskonzepte nicht ohne Weiteres direkt im Werkzeugbau umsetzen, so dass vor einer Einführung verschiedene Voraussetzungen erfüllt werden müssen: Eine sichere Beherrschung der eigenen Fertigungsprozesse ist für jedes Automatisierungsvorhaben zwingend erforderlich. In einem Fertigungssystem ist es nicht das Ziel, dass der Mitarbeiter noch am „Poti“ der Fräsmaschine dreht, um den Prozess zu regulieren.

Darüber hinaus sollten, trotz der Vielzahl an Einzelteilen, die notwendige Bauteil- und Prozessstandardisierung vorangetrieben werden. Um Prozesse zu automatisieren, sollten unter anderem Werkstück-, Werkzeug- und Fertigungsdaten entlang der Prozesskette durchgängig verfügbar sein.

Trends µ-genau: Automatisierung

Neben der Automatisierung in der mechanischen Fertigung lässt sich ein Trend hin zur Automatisierung von vorgelagerten Prozessen erkennen­ wie der CAM-Programmierung oder der Arbeits­plan­er­stel­lung­ von einfachen Bauteilen. Künftig können in diesen Bereichen KI-Lösungen eingesetzt werden, an denen das Team der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie und des Fraunhofer IPT bereits jetzt forscht.

Für den Erfolg von Automatisierungsprojekten ist eine aktive Einbeziehung der Mitarbeiter zwingend erforderlich und schafft Perspektiven bei den Maschinenbedienern. Aus klassischer Maschinenbedienung wird im Zuge der Automatisierung eine Zellenbedienung mit veränderten Tätigkeitsstrukturen. Um den Prozess der Materialbereitstellung und -bearbeitung automatisiert zu realisieren, müssen Unternehmen unterschiedliche Maschinen durch Automatisierungshardware miteinander verbinden.

Eine ganzheitliche Maschinenverkettung ist im deutschen Werkzeugbau bisher nur vereinzelt vorzufinden. Es ist jedoch ein Trend hin zur Maschinenverkettung unter den Finalisten des jährlichen Wettbewerbs „Excellence in Production“ zum Werkzeugbau des Jahres zu erkennen.

Die Investitionskosten sind nach Auswertung einer Umfrage der Studie „Erfolgreich Automatisieren im Werkzeugbau“ (2017) das größte Implementierungshindernis.

So sieht Automatisierung im Werkzeugbau aus

Genau die Frage, wie eine Automatisierung in ihrem Formenbau aussehen kann und welche Voraussetzungen notwendig sind, hat sich das Unternehmen Pöppelmann mit Sitz in Lohne bereits 2015 gestellt. In Zusammenarbeit mit der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie wurden das Werkstückspektrum und die aktuellen Gegebenheiten hinsichtlich der Implementierung einer Automatisierungslösung analysiert.

Auf den Ergebnissen aufbauend wurde die erste Ausbaustufe einer Maschinenverkettung bestehend aus einer HSC-Fräsmaschine für die Hartbearbeitung und die Elektrodenfertigung, eine Senkerodiermaschine, eine Messmaschine für das Presetting und die Qualitätskontrolle und eine Waschmaschine zur Reinigung der Bauteile im März 2018 in Betrieb genommen.

Voraussetzungen zur Implementierung von Automatisierung. – Bild: WBA Achen, Fraunhofer IPT
Voraussetzungen zur Implementierung von Automatisierung im Werkzeugbau. – Bild: WBA Achen, Fraunhofer IPT

Hermann Winner, Leiter des Formenbaus, war es bei der Konzipierung der Automatisierungszelle besonders wichtig, dass hierdurch attraktive und zukunftsfähige Arbeitsplätze geschaffen werden. Im dritten Quartal 2019 folgte die Erweiterung der Automatisierungszelle um eine weitere HSC-Fräsmaschine und eine 5-Achs-Fräsmaschine für die Weichbearbeitung. Durch die Implementierung des Automatisierungssystems konnten die Durchlaufzeiten verkürzt werden, da nun die Kapazitäten der Maschinen 24/7 ausgelastet werden können. Zudem wurde durch die Integration der Messmaschine die Qualität der Bauteile deutlich gesteigert.

Automatisierung sichert Wettbewerbsvorteil

Im Hinblick auf die zu erwartende schwierige konjunkturelle Lage und den schon seit langem bekannten Wegfall von Fachkräften durch den demografischen Wandel ist die Automatisierung der mechanischen Fertigung ein wichtiger Faktor, um sich einen Wettbewerbsvorteil zu sichern.

In welcher Form die Automatisierung gestaltet ist, ist individuell an das Unternehmen anzupassen und lässt sich nicht pauschalisieren. Wichtig ist jedoch, neben dem Schaffen der notwendigen Voraussetzungen, die Mitarbeiter direkt mit in den Prozess einzubinden und die Implementierung als Prozess anzusehen.

Quelle: WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH