CNC Shopfloor Management Software: So unterstützt Siemens den Aufbau digitaler Prozessketten

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Mit den Modulen der CNC Shopfloor Management Software unterstützt Siemens die schrittweise Digitalisierung. Im Siemens Digital Experience Center in Erlangen und in der Arena der Digitalisierung im Werk Bad Neustadt ist der Aufbau durchgängig digitaler Prozessketten erlebbar. Von Michael Brückner.

Digitalisierung ja, aber wo und wie beginnen? Mit „CNC Shopfloor Management Software“ stellt Siemens ­modulare Lösungen bereit, die Auftragsfertigern die schrittweise Digitalisierung erlauben – von der ­Arbeitsvorbereitung bis zum Bearbeitungsprozess.

CNC Shopfloor Management Software als Lösung

Das Ideal der modernen Fertigung sind durchgängige, digitale Prozessketten von 3D-Entwurf und Programm­erstellung am CAM-System über die Simulation und Optimierung der Programme anhand realer Bearbeitungsparameter und Prozessdaten bis hin zur CNC-­gesteuerten Zerspanung. Auch wenn Lohnfertiger heute meistens über ein CAM-System verfügen, sind viele noch weit entfernt von dieser durchgängigen Prozesskette.

Realistische Angebote schneller erstellen

Der Wettbewerbsdruck in der Auftragsfertigung steigt. Mehr und mehr Aufträge werden über Angebotsplattformen vergeben. Wer hier die Nase vorn haben will, muss schnell und präzise kalkulieren – ohne für den Test von Probeteilen Maschinen belegen zu müssen. Hilfe bietet der Einsatz von digitalen Zwillingen der CNC-Maschinen in der Arbeitsvorbereitung.

Schon lange kann man mit der Lösung SinuTrain NC-Programme und Werkzeugwege iden­tisch zur Sinumerik programmieren, ­simulieren und trainieren. Mit der neuesten Siemens CNC Sinumerik One entsteht auch die Maschine über einen digitalen Zwilling, der als Vorlage für die reale Maschine dient – die Maschine entsteht also zuerst virtuell, dann real. Damit steht dem Anwender für die Arbeitsvorbereitung und Schulung bereits vor der Lieferung der Maschine ein hochwertiger Programmierplatz zur Verfügung. Maschinenhersteller können mit Sinumerik One neben der Programmieroberfläche der ­Sinumerik auch eine 3D-Simulation der gesamten Maschine mit Arbeitsraum, Spannmitteln und Werkzeugen mitliefern. Mit diesen Geometriedaten lässt sich der Programmierplatz zu einem umfangreichen Arbeitsplatz mit 3D-Simulation ausbauen.

Bereits für die Sinumerik 840D sl bietet Siemens einen virtuellen NC-Kern für das CAM-System, beispielsweise NX CAM. Damit erhält der Anwender ein einhundertprozentiges Abbild seiner Bearbeitung, inklusive des Bauteils. Auch für die Steuerung Sinumerik One wird diese Möglichkeit wieder angeboten und weiterentwickelt.

Die Integration des NC-Kerns in ein CAM-System bietet viele Vorteile: Die CAM-Bauteilsimulation basiert auf dem finalen G-Code der Maschine und wird mit den realen Maschinenparametern und dem 3D-Maschinenmodell verknüpft. Funktionen des CAM-Systems wie Werkzeug- oder Spannmittelverwaltung sind im Zusammenhang nutzbar. Egal welches CAM-System in der Auftragsfertigung eingesetzt wird, mithilfe von Simulationen auf Basis des NC-Kerns lassen sich schnell belastbare Kalkulationen und Angebote erstellen. Diese Investitionen in die Offline-Programmierung rechnen sich zügig, da die Maschinen am Span bleiben.

Jederzeit die eigene Leistungsfähigkeit kennen

Für die Feinplanung muss die Arbeitsvorbereitung die aktuelle Leistungsfähigkeit der Maschinen kennen. Ebenso braucht es genaue Informationen aus der Fertigung: Woran arbeiten die Maschinen aktuell? Wie effizient arbeitet die gesamte Fertigung? Mit Analyze ­MyPerformance /Monitor werden neben den Maschinendaten auch manuelle Eingaben (Störgründe usw.) erfasst. Mit den integrierten Analysen lassen sich durch die Auswertungen von Taktzeiten, Stückzahlen oder Störgründen vor Ort schnell Maßnahmen zur Verbesserung ableiten und pragmatisch umsetzen. Effizienzkennzahlen ermöglichen es, Nachhaltigkeit und Produktivitätsgewinn über einen längeren Zeitraum zu verfolgen.

Ist dieser Schritt vollzogen, können Auftragsfertiger mit minimalem Aufwand Laufzeiten, Auslastung und Effizienz exakt berechnen und mit dieser Rückkopplung ihre Planung, Kalkula­tion und Termintreue verbessern. Zudem werden übergeordnete Optimierungspotenziale sichtbar.

Transparenz über Programme und benötigte Werkzeuge

Mit Manage MyResources kann der Auftragsfertiger sicherstellen, dass nur die richtigen Programme an die Maschine kommen. Ebenfalls entscheidend ist die Verfügbarkeit von Werkzeugen, die sich in gutem Zustand befinden. Alle Werkzeuge in den Maschinen, in der Mess­station oder im Hintergrundlager werden so optimal verwaltet. Ausschlaggebend ist, dass die Maschinen über die vom NC-Programm geforderten Werkzeuge mit ausreichenden Standzeiten verfügen. Auch Werkzeugkorrekturdaten werden für die Programme bereitgestellt, um die Veränderungen der Werkzeugschneiden über deren Lebenszyklus zu kompensieren. Schnittstellen der Software erlauben die Integration in umfassende Lösungen für Werkzeug­lagerung, -bereitstellung und -messung.

Mehr Stückzahlen, weniger Bruch

Auftragsfertigern bleibt oft wenig Zeit für die NC-Programmoptimierung. Die Folge: Vorschubwerte, die Werkzeuge erheblich belasten oder – viel häufiger – Vorschubwerte, welche die Möglichkeiten der Maschinen nicht nutzen. Diese Effekte gleicht Adaptive Control automatisch aus, ohne Bediener und ohne Programmanpassungen. Die Software passt den Vorschub automatisch an die tatsächlichen Schnittbedingungen an. Wo möglich, wird ein größerer Vorschub gefahren. Zyklus- und Bearbeitungszeiten werden verkürzt. Umgekehrt lässt sich der Vorschub reduzieren, wenn das Werkzeug in das Material eintaucht oder wenn die ­Daten eine Überlastung indizieren.

Bei den neuen Maschinen kann man ­Optimize MyMachining /AC Auto von Beginn an integrieren. Auch hier wird die Abarbeitung der NC-Programme automatisch optimiert – die Produktivität steigt, Maschinen werden geschützt und die Standzeiten der Werkzeuge verlängern sich deutlich.

CNC Shopfloor Management Software: Echtzeitdaten verbessern die Bearbeitungsqualität

Die Qualität in der Zerspanung hängt von vielen Faktoren ab. Die Fehlersuche mit Versuch und Irrtum an der Maschine beansprucht viel produktive Zeit. Hier kann die Digitalisierung einen weiteren Beitrag leisten.

Sinumerik Edge ergänzt die Steuerung und entlastet diese bei der Datenerfassung und der Datenaufbereitung. Hierzu sammeln Apps Echtzeitdaten auf der ­Sinumerik Edge. Mit Analyze MyWorkpiece lassen sich diese Daten für den Zerspanungstechniker transparent und einfach interpretieren – ganz nebenbei, während die Maschine weiter produziert.

Zusätzlich unterstützt Sinumerik Edge auch bei der Verfahrwegsoptimierung. Mit Optimize MyMachining/Trochoidal werden die Fräsbahnen neu berechnet. Die Performance der Maschine steigt damit beim Fräsen deutlich.

Zustandsabhängige Wartung statt starrer Intervalle

Nur einwandfrei funktionierende Maschinen produzieren Qualität. Wer sich vor ­einer 20-stündigen Bearbeitung oder bei hochpräzisen Werkstücken vor Überraschungen schützen will, sollte den Zustand seiner Maschinen kennen. Analyze MyMachine ermittelt einen mechanischen Fingerabdruck der Werkzeugmaschine. Messreihen erfassen Steifigkeit, Reibung, Umkehrspiel, Antriebsströme und weitere wichtige Maschinendaten. Der Vergleich mit den Referenzdaten ermittelt Hinweise auf zu erwartende Abweichungen der Maßhaltigkeit bis hin zum ungewollten Stillstand. Zugleich ermöglicht Analyze MyMachine den Einstieg in die vorbeugende Wartung.

Auftragsfertiger können mit CNC Shopfloor Management Software schrittweise digitalisieren

Der modulare Ansatz mit CNC Shopfloor Management Software bietet die Möglichkeit, die Fertigung schrittweise nach den eigenen Möglichkeiten und Anforderungen zu digitalisieren. Jeder Schritt kann als Investition getrennt bewertet und als überschaubares Projekt umgesetzt werden. So entlasten Auftragsfertiger ihre Fertigung von unproduktiven Nebenzeiten für Planung, Programmerstellung, Test und Optimierung und konzentrieren diese Aufgaben in der Arbeitsvorbereitung. Die Maschinen bleiben dank Digitalisierung deutlich länger am Span – mit mehr Produktivität während der Bearbeitung.

Michael Brückner ist Senior Vice President Sales/Machine Tool Systems bei Siemens.