Neue Märkte mit Virtual Machining erschließen

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Schnellere und sichere 3D-NC-Programmierung mit Simulation, mehr produktive Maschinenlaufzeiten und eine höhere Prozesssicherheit durch Datendurchgängigkeit, das alles ermöglicht eine Virtual-Machining-Prozess-Lösung. So konnte auch der Großteile-Fertiger Zaigler seine Marktposition absichern, sein Produktportfolio erweitern und neue Absatzmärkte erschließen. Von Michael Naumann
Virtual Machining

Quelle: Coscom Computer GmbH

Lochstreifen, also Datenspeicher aus Papier oder anderen flexiblen Materialien, auf denen Informationen durch eingestanzte Löcher repräsentiert werden: Diese Form der Datenverarbeitung stand am Anfang der automatisierten Maschinensteuerungen. Bis in die 1980er Jahre kamen diese Datenträger in fast allen Zerspanungsbetrieben zum Einsatz. Virtual Machining kannte man damals noch nicht.

Der weite Weg vom Lochstreifen zum Virtual Machining

Stefan Zaigler, Geschäftsführer der Zaigler Maschinenbau GmbH, kann sich noch gut an die Maschinen mit den Lochstreifen erinnern: „Ich habe die Papierstreifen noch deutlich vor Augen. Als 1986 meine Lehre als Zerspanungsmechaniker anfing, gab es sie noch. Aber sie wurden dann ziemlich schnell durch die ersten Maschinen mit Computersteuerungen abgelöst. Die Lochstreifen, wie auch die ersten NC-Programme aus dem PC, stammten bei uns damals schon von Coscom.“

Spezialisiert auf Großteile-Zerspanung

Heute steht der ehemalige Lehrling Stefan Zaigler als geschäftsführender Gesellschafter an der Spitze der Zaigler Maschinenbau GmbH. Als familiengeführtes Unternehmen mit rund 120 Mitarbeitern ist Zaigler spezialisiert auf die Lohn- und Auftragsfertigung in der Großteile-Zerspanung. Das Unternehmen ist in der Lage, Bauteile bis 15 Meter Länge, 4,5 Meter Höhe und fünf Meter Durchmesser sowie einem Gewicht von bis zu 50 Tonnen zu bearbeiten. Die Aufträge umfassen in der Regel Prototypen, Vorserien oder Kleinserien von zehn bis fünfzehn Stück. Die Kunden kommen zum großen Teil aus den folgenden Branchen: Energieerzeugung mit Komponenten für Gasturbinen und Windkraftanlagen, Motorenbau im Bereich Großmaschinen, LKW, Schiff und Bahn oder Bauteile für den Sondermaschinenbau in den Sparten Druckindustrie & Kunststoff. Dazu kommen noch weitere Kunden aus dem allgemeinen Großmaschinen-Anlagenbau. Genauso heterogen wie das Kundenspektrum ist auch der Maschinenpark des Mittelständlers.

Insgesamt 30 Maschinen zur Groß- und Kleinteilebearbeitung stehen in den Werkhallen, von namhaften Herstellern wie DMG, SHW, Waldrich Coburg, Zayer, Colgar, Mazak, Alzmetall, Tos Varnsdorf und weiteren. In den letzten drei Jahren hat Zaigler mit drei Investitionspaketen in Höhe von insgesamt rund sieben Millionen Euro weiter in seinen Maschinenpark investiert und fünf neue Anlagen beschafft, um noch besser auf die Anforderungen der Kunden einzugehen, außerdem neue Produkte fertigen und so neue Märkte erschließen zu können.

Motorblock-Programmierung in zwei statt zwölf Wochen

„Unser Ziel war es schon immer, die Spindellaufzeiten an den Maschinen zu erhöhen und zu optimieren, um so unproduktive Nebenzeiten so kurz wie möglich zu halten“, berichtet Zaigler. „Darum setzen wir bereits seit 1986 die NC-Software von Coscom ein, um parallel zu den Hauptzeiten programmieren zu können.“ Mittlerweile läuft auf den PCs in der Arbeitsvorbereitung und Programmierung des Metall-verarbeitenden Betriebs die CAD/CAM-Software ProfiCAM VM von Coscom in der aktuellen Version.

Virtual MachiningQuelle: Coscom Computer GmbH
Mit Coscom ProfiCAM VM konnte Zaigler die Programmierung eines komplexen Bauteils von zwölf auf zwei Wochen reduzieren.

Als universelles CAD/CAM-System verfügt die Software über moderne 2½D- und 3D-Bearbeitungsstrategien bis hin zum 5-Achs-Simultanfräsen. Dies kommt sowohl dem heterogenen Maschinenpark als auch der breiten Produktpalette des Mittelständlers entgegen. Die Aktualisierung und Erweiterung der Software sowie die Umstellung auf moderne 3D-Programmierung machte sich für Zaigler bezahlt, wie Matthias Purucker, Mitarbeiter in der Arbeitsvorbereitung, berichtet: „Während wir früher für das Programmieren eines komplexen Motorblocks rund drei Monate gebraucht haben, schaffen wir das mit ProfiCAM nun innerhalb von zwei Wochen.“

Programmierung der NC-Maschinen mit ProfiCAM VM

Der Import der von Kunden gelieferten CAD-Dateien erfolgt reibungslos über native Formate wie ProEngineer oder über universelle STEP-Dateien. Insgesamt werden bei Zaigler 25 NC-Maschinen mit der Coscom-Software programmiert und simuliert. Für viele Anwendungsfälle reicht bereits die integrierte Simulation, welche bei ProfiCAM VM bereits in der Standardversion enthalten ist. Die Spezialisierung auf Prototypen, Einzelteilfertigung und Kleinstserien bringt ihre eigenen Heraus­forderungen mit sich. Eine davon ist die Werkzeugverwaltung, denn für jeden Auftrag müssen jeweils komplette Werkzeugsätze zusammengestellt, Sonderwerkzeuge gebaut oder Komplettwerkzeuge montiert werden.

Deren Organisation und Vorbereitung bringt sehr viel Arbeit mit sich, erklärt Matthias Purucker: „Zurzeit liegt unser Augenmerk auf der Digitalisierung der Werkzeuge und Betriebsmittel, um eine lückenlose Transparenz über alle Bestände zu schaffen. Das ist eine große Herausforderung, denn in unserer „Schatzkammer“ lagern wir derzeit rund 30.000 bis 40.000 Werkzeuge, Einzelkomponenten und Sonderwerkzeuge von erheblichem Wert. Da wir kein eigenes Produkt haben, wissen wir heute nicht, was wir morgen produzieren. Und Werkzeuge sind ständig irgendwo im Umlauf. Immer wieder neue Werkzeuge zu beschaffen, oder auf belegte Werkzeuge zu warten, kostet unnötig Zeit und Geld.“

Virtual MachiningQuelle: Coscom Computer GmbH
Zaigler muss rund 40.000 Komponenten sowie Komplett- und Sonderwerkzeuge für die Fertigung vorhalten.

Stefan Zaigler kennt diese Situation: „Kunden geben an, dass ein bestimmter Auftrag eine Einzelanfertigung ist und nicht erneut benötigt wird. Aber einige Monate später wollen sie den gleichen Artikel noch einmal haben, und das sind oft die kompliziertesten Bauteile. Dann ist es gut, wenn man im Wiederholfall alle Werkzeug- und Fertigungsinformationen auf einen Klick parat hat. So spart man jede Menge Zeit, und kann ohne umständliches Suchen direkt mit der Produktion beginnen.“

Digitale Werkzeugverwaltung

Um sein Fertigungs-Know-how zu digitalisieren und zu sichern, hat die Zaigler Maschinenbau GmbH begonnen, die vorhandenen Werkzeuge einschließlich aller Technologiedaten sukzessive in die Werkzeugdatenbank ToolDirector VM von Coscom aufzunehmen. Der Werkzeugsatz umfasst durchschnittlich zwischen 200 und 300 verschiedene Werkzeuge, ein komplexes Komplettwerkzeug besteht hierbei aus bis zu 40 Einzelkomponenten. „Zurzeit sind viele Werkzeugsätze noch in verschiedensten Excel-Tabellen dokumentiert. Allerdings stößt die Tabellenkalkulationssoftware nun an Ihre Grenzen, wenn es um die systematische Erfassung und zentrale Bereitstellung von Technologiedaten im gesamten CAD/CAM- und Simulationsprozess geht“, so Matthias Purucker.

Mithilfe der zentralen Werkzeugdatenbank wird die Werkzeugverwaltung nun so organisiert, dass die Mitarbeiter mit wenigen Klicks reproduzierbare Werkzeugsätze erhalten. Sollte ein Kunde dann später tatsächlich ein Wiederholteil anfragen, stehen sämtliche Daten auf Knopfdruck bereit, sodass die Werkzeugsätze 1:1 nachgebaut werden können. Das spart nicht nur Zeit, es steigert vor allem auch die Prozesssicherheit. Mit dem digitalen Einrichteblatt stehen alle Informationen auf einem Klick zur Verfügung, sodass beim Zusammenbau nichts mehr schief gehen kann.

Das Interesse für eine Werkzeugdatenbank entstand auch durch den Bedarf an Werkzeugdaten für die Maschinensimulation. Durch den Einsatz der Werkzeugverwaltung mit ToolDirector VM erhält Zaigler einen weiteren Vorteil, denn alle Werkzeugdaten stehen nun im gesamten CAM- und Simulations-Prozess zentral zur Verfügung. So können die Mitarbeiter durch die schnittstellenfreie Vernetzung zwischen Werkzeugverwaltung und CAM-System bereits in der Programmierung auf alle Werkzeuge und deren Technologiedaten zurückgreifen. Die anschließende Simulation wird durch die Werkzeugdaten aussagekräftiger, der AV-Prozess wesentlich beschleunigt und die Bearbeitung im Vorfeld der Produktion virtuell abgesichert.

Vorteile von Virtual Machining

Die Maschinensimulation, besonders die Kollisionsüberprüfung bei komplexen Bauteilen, ist für den Mittelständler ebenfalls ein sehr wichtiges Thema. Warum die in ProfiCAM VM integrierte Standardsimulation den Programmierern meistens ausreicht, erläutert Matthias Purucker: „Bei einfachen 2D-Programmierungen kann man die Verfahrwege direkt in ProfiCAM sehen, das ist sehr nützlich, um die Bearbeitungen auf einem Bohrwerk schnell zu simulieren.“ Für einige komplexe Bearbeitungszentren, wie von DMG, SHW und Alzmetall, setzt Zaigler auf die Maschinensimulation ProfiKinematik VM von Coscom, um die Bearbeitung vollständig im virtuellen Raum des digitalen Maschinenmodells zu simulieren, und zwar inklusive Material­abtrag, Kollisionsprüfung und Bearbeitungsdauer.

Virtual MachiningQuelle: Coscom Computer GmbH
Mithilfe der Maschinensimulation ProfiKinematik VM lassen sich alle Bearbeitungsprozesse virtuell überprüfen, um Kollisionen zu vermeiden.

Stefan Zaigler beschreibt den Effekt von Virtual Machining: „Auf die Maschine, fertig, los! Durch Virtual Machining haben sich unsere Rüst- und Einfahrzeiten drastisch reduziert, weil das Bauteil bereits mit einem kollisionsgeprüften NC-Programm auf die Maschine geht. Auch wenn die Bearbeitungszeit je nach Größe und Komplexität eines Bauteils zwischen zehn und 500 Stunden beträgt, können wir im Vorfeld schon die Bearbeitungszeiten sehr präzise ermitteln und die Maschinenbelegung damit effizient planen. Auch das war ein wichtiger Grund für uns, die NC-Programmierung von der Maschine nahezu vollständig auf den PC zu verlagern.“

Dabei ist für Zaigler weniger die Verringerung des Personaleinsatzes wichtig als vielmehr die Verlängerung der produktiven Maschinenlaufzeit durch die hauptzeitparallele Programmierung. „Wir haben die externe Programmierung personell stetig ausgebaut. Allein drei Mitarbeiter beschäftigen sich nur mit der NC-Programmierung, und zwar für 25 Maschinen. Und unsere Werker kümmern sich anschließend um den Bearbeitungsprozess, die Qualitätssicherung und die Einhaltung unserer Liefertermine“, so Zaigler. Durch die hauptzeitparallele Programmierung konnte der Mittelständler in den letzten Jahren einen kontinuierlich steigenden Output erzielen.

Virtual Machining: Mit Postprozessor-Konzept die Fertigung optimieren

Hinzu kommt, dass das moderne Postprozessor-Konzept NC-Joker von Coscom NC-Programme in sehr guter Qualität liefert. „Bevor wir NC-Joker eingesetzt haben, hatten wir eine andere Software, um NC-Sätze zu generieren. Doch es war immer noch nötig, rund 30 Prozent der Programme manuell an der Maschine nachzubearbeiten. Das hat sehr viel Zeit gekostet. Mit NC-Joker erhalten wir nun 95 Prozent lauffähige Programme. Coscom ist hier technologisch ein sehr verlässlicher Partner, das hat sich immer wieder auch bei der Anpassung für neue Maschinen gezeigt. Die Techniker kennen sich nicht nur mit Software aus, sondern optimierten mit Ihrem Fertigungs-Know-how vor Ort Schritt für Schritt maschinenindividuell die NC-Satzausgabe“, sagt Stefan Zaigler.

Seit 1986 hat das Unternehmen rund 10.000 NC-Programme erstellt, die mittlerweile ebenfalls in der durchgängigen Coscom-Prozesslösung digital organisiert und artikelbezogen im CAM-Datenmanagement FactoryDirectory VM verwaltet werden. Aufgrund der guten Erfahrung mit der Werkzeugverwaltung baut Zaigler die Lösung sukzessive zu einem zentralen Dokumenten-Management-System für die Organisation aller Fertigungsdaten, wie Artikel-Stammdaten, NC-Programmverwaltung, Spannskizzen und mehr aus. Geschäftsführer Zaigler ist überzeugt: „Auch hier werden wir zukünftig durch eine zentrale Knopfdruck-Lösung für die Fertigungsdatenbereitstellung noch schneller, um unser Know-how zu sichern und allen Beteiligten digitalisiert bereitzustellen, und damit die Effizienz im Fertigungsprozess weiter zu erhöhen.“

Durchgängige Vernetzung vom ERP-System bis zur Maschine

Mit der geplanten Koppelung der Fertigungs-IT mit dem ERP-System Alf 2000 setzt der Hersteller seine Vision einer durchgängig digitalen Vernetzung von Geschäfts- und Fertigungsprozessen, vom ERP-System bis an die Maschine, Schritt für Schritt mit Coscom in die Realität um. „Coscom ist unser verlässlicher Partner, wenn es um die Prozessoptimierung unserer Produktion geht. Hierbei profitieren wir von den praxisorientierten Coscom-Lösungen. Deshalb sind wir seit 1986 dessen Kunde. Denn unterschiedliche Branchen beliefern zu können bedeutet für uns einfach mehr Sicherheit, mehrere Standbeine sowie eine Konjunktur- und Branchenunabhängigkeit. Die beschleunigte 3D-NC-Programmierung war auf alle Fälle ein Marktöffner und hat unsere Position gefestigt“, bekräftigt Stefan Zaigler. Die Möglichkeiten, die sich durch die durchgängigen CAM-Prozesse und Virtual Machining eröffneten, verschafften dem Mittelständler den Zugang zu neuen Märkten und Kundengruppen. So schaffte der Hersteller es jüngst, nach der Druckindustrie weitere Kunden aus anderen Branchen, wie der Energie- und Kunststoffindustrie, zu gewinnen.

Michael Naumann ist freier Fachjournalist in München.

Lesen Sie auch: Papierlose Produktion: Digitale Vernetzung und Automatisierung bei ZF

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