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Kurs auf Großserienfertigung

27.05.2011: Fastems

Vor allem die automatisierte Fertigung von kleinen Serien galt bislang als eine Spezialität für moderne Anlagen mit integriertem, flexiblem Fertigungssystem (FFS). Doch müssen sich Großserienfertigung und ein Plus an Flexibilität zwangsläufig ausschließen? Nein – denn der Einsatz von FFS kann auch für die Großserienfertigung durchaus wirtschaftliche Vorteile bringen.

Früher Vision, heute Wirklichkeit: Moderne Produktion mit automatisierten Fertigungslösungen.

Autor: Pekka Tuhkanen, Geschäftsführer Fastems GmbH

FFS haben sich mit dem Wunsch nach mehr Wettbewerbsfähigkeit mittlerweile als zuverlässige und vor allem wirtschaftliche Produktionssysteme etabliert. Die Nachfrage nach FFS nimmt zu. Kein Wunder, denn angesichts der vergangenen Wirtschaftskrise steigen der Kostendruck und damit auch die Bereitschaft, mehr über die Kosteneffektivität in der Produktion nachzudenken. Eine höhere Kosteneffizienz lässt sich bekanntlich über eine Steigerung der Maschinenbetriebsstunden erzielen, um einen Großteil der potenziell zur Verfügung stehenden 8.760 Stunden im Jahr für die Bearbeitung ausschöpfen zu können.

Uninteressant für Großserien?

Vor diesem Hintergrund schien der Einsatz von FFS in der Großserienfertigung bislang nicht interessant zu sein. Die Erfahrungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und vor allem Flexibilität solcher Systeme führen mittlerweile jedoch zu einem Umdenken. Doch welche Voraussetzungen sollten erfüllt sein, damit sich die FFS-Technologie bei der Fertigung von großen Serien überhaupt lohnt?

Nur wenige Palettenvorrichtungen

Eine sicherlich profane aber entscheidende

Ein Roboter mit geschütztem Arbeitsbereich ist für das automatische Be- und Entladen der Palettenvorrichtungen in ein FFS integriert.

Ein Roboter mit geschütztem Arbeitsbereich ist für das automatische Be- und...

Bedingung ist zunächst, dass man bei der Planung der Großserienfertigung überhaupt ein integriertes, automatisches Beladen der Palettenvorrichtungen ins Kalkül zieht.

Während sich ein typisches FFS durch eine hohe Anzahl an Palettenvorrichtungen und/oder eine große Teilevarianz bei den Werkstücken auszeichnet, benötigt ein FFS in der Großserienfertigung nur wenige Palettenvorrichtungen. Als Faustregel gilt hier, je nach Taktzeiten, mindestens zwei bis drei Palettenvorrichtungen pro Spindel. Sollten zwei Maschinen an einem FFS angebunden und für die Bearbeitung eines Werkstückes zwei Aufspannungen notwendig sein, sind in einem solchen System vier Paletten das absolute Minimum.

Neben dem Vorteil, ein FFS mit einer sehr überschaubaren Anzahl an Palettenvorrichtungen für die Großserienfertigung einsetzen zu können, bieten solche Systeme noch weitere, überzeugende Argumente.

Mehr Flexibilität bei hoher Produktivität

Üblicherweise werden in der Großserienfertigung Anlagen wie z. B. Transfermaschinen genutzt. Hinsichtlich der Fertigungsflexibilität bieten derartige Maschinen nur wenig oder gar keinen Spielraum. Mit einem FFS lässt sich jedoch auch eine Anlage für eine Mischproduktion realisieren, so dass in nur einem System sowohl kleine als auch große Serien, parallel ohne Umrüsten, produziert werden können. Mischproduktion bedeutet daher, bei wechselnden Auftragssituationen

Eine Roboterzelle für das Be- und Entladen der Werkstücke. Die Zelle ist an einem FFS angebunden.

Eine Roboterzelle für das Be- und Entladen der Werkstücke. Die Zelle ist an...

eine hohe Auslastung der Spindeln zu erzielen, da die eigentliche Umrüstzeit für die Produktion genutzt wird.

Mit dem Einsatz eines FFS als Mischsystem lassen sich demnach unnötige, zusätzliche Kosten durch Umrüstzeiten vermeiden und gleichzeitig eine volle Auslastung der Spindeln gewährleisten. Voraussetzung hierfür sind für das automatische Beladen geeignete Palettenvorrichtungen, die den mannlosen Einsatz von Maschinen, auch in der Nacht und an Wochenenden, erlauben. Wenige Serienteile lassen sich dann in den Tagesschichten von den Maschinenbedienern beladen, wobei hier zusätzliche Zeitersparnisse erzielt werden können, indem der Bediener nur wenige und damit im Prinzip immer die gleichen Vorrichtungen belädt. Gibt es demnach Abweichungen in der Produktionsmenge, kann mit einem FFS als Mischsystem darauf wesentlich schneller und flexibler reagiert werden, als mit Transfermaschinen.

Effizienter Materialfluss

Das automatische Be- und Entladen mit angebundenem FFS – oder auch bei Einzelmaschinen – setzt einen entsprechend effektiven Materialfluss am Beladeplatz voraus. Hierfür eignen sich ausgereifte FFS mit verschiedensten Materialfunktionen. In einem derartigen System können Materialien gespeichert bzw. gelagert werden, die dann über die Auftragssteuerung rechtzeitig zur Beladestelle gelangen. Fertige Werkstücke

Die Werkstücke können sich entweder exakt angeordnet in den Teileauflagen befinden, oder aber chaotisch auf der Materialpalette abgelegt sein. Das unterschiedliche Teilehandling ist kein Problem, denn hier sind verschiedenste Lösungen möglich, wobei die einfachsten zumeist die besten sind.

Die Werkstücke können sich entweder exakt angeordnet in den Teileauflagen...

lassen sich auf weitere Materialpaletten abführen. Selbst wenn einmal ein Umrüsten der Vorrichtungen notwendig ist, lassen sich die Wechselteile für die Vorrichtungen im FFS speichern.

Auslastung des Roboters

Da ein Roboter im Ladebereich für das automatische Beladen sorgt und darüber hinaus noch zusätzliche Arbeiten wie Waschen bzw. Entgraten erledigen kann, sind Unternehmen auf die Idee gekommen, diese Tätigkeiten von ein und demselben Roboter ausführen zu lassen.

Benötigen die Maschinen für die Bearbeitungen deutlich länger als der Roboter für das Be- und Entladen, ist er geradezu prädestiniert für zusätzliche Tätigkeiten. In einer Großserienfertigung mit relativ geringer Teilevarianz sind Aufgaben wie z. B. das Entgraten von Teilen ideale Einsatzfelder für Roboter und lassen sich mit nur geringen Mehrkosten realisieren. Letztendlich bedeuten wenige, unterschiedliche Teile auch weniger Greifer, weniger Entgratwerkzeuge und auch weniger Programme – zumal das Werkstück schon lagegenau und sicher in der Vorrichtung befestigt ist.

Gute Planung ist die halbe Miete

Mit dem automatischen Be- und Entladen sind spezielle Anforderungen an die Vorrichtungen verbunden. Zunächst müssen diese hydraulisch, pneumatisch bzw. motorisch, oder in irgendeiner

Bereits die Planung der Vorrichtungen ist keine leichte Aufgabe und besonders dann eine Herausforderung, wenn es um eine Konstruktion geht, bei der eine automatisch zu beladende Vorrichtung realisiert werden soll.

Bereits die Planung der Vorrichtungen ist keine leichte Aufgabe und besonders...

anderen Form, automatisch steuerbar sein. Weitaus wichtiger ist in diesem Zusammenhang jedoch, dass die Vorrichtungen für ein automatisches Beladen geeignet sind und für diese Aufgabe geplant werden. So sind u. a. Fragen zu klären wie: Gibt es eine konstruktive Lösung für die Entsorgung der Späne? Wurden potenziell abweichende Aufmaße der Rohlinge berücksichtigt? Kann ein passives Vorspannen eingesetzt werden? Wie ist die Auflagekontrolle realisiert?

Die Beantwortung solcher und ähnlicher Fragen sind der Schlüssel für ein System, das sich mit geringsten Reibungsverlusten – oder gar völlig problemlos – in Betrieb nehmen lässt. Die Erfahrungen aus der Automation belegen immer wieder: Oftmals sind es die zunächst als kleine Hürde eingestuften Probleme, die am Ende die größten Schwierigkeiten verursachen. Daher sind Kompetenz und Erfahrung in solchen Fällen immer willkommen.

So stellt sich beim Einsatz von hydraulischen Vorrichtungen u. a. die Frage, ob der Druckstand nach dem Beladen und vor der Zuführung zur Bearbeitungsmaschine überprüft werden soll. Eine beladene Vorrichtung kann unter Umständen eine längere Zeit im Palettenspeicher sein, bevor sie an die Maschine zur Bearbeitung kommt. Hier besteht die Frage, ob ein Druckspeicher ausreicht, oder ob man einem „Sicherheitspuffer“ den Vorrang gibt. Zur Überwachung kann ein Druckschalter eingesetzt und Informationen per Funksignal übertragen werden. Oftmals wird keinerlei Überwachung vorgenommen und stattdessen die Hydraulik auf dem Maschinentisch nachgeladen. Wird der Druck im Palettenspeicher indes geringer, besteht die Gefahr, dass sich das Werkstück beim Nachladen etwas bewegt, was zu Konsequenzen hinsichtlich der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstückes führt. Doch auch dieses Problem lässt sich durch spezielle Konstruktionen in den Griff bekommen.

Blick in die Zukunft

FFS, in Verbindung mit dem automatischen Be- und Entladen von Maschinen, haben sich bereits seit vielen Jahren als ein sehr zuverlässiges Konzept bewährt, wie eine Vielzahl an Applikationen aus der Praxis belegen. Diese Kombination wird daher wohl in Zukunft, mit Fokus auf eine kosteneffizientere Fertigung, noch häufiger in verschiedensten Produktionsumgebungen zu sehen sein.

Früher Vision, heute Wirklichkeit: Moderne Produktion mit automatisierten Fertigungslösungen.

Ein Roboter mit geschütztem Arbeitsbereich ist für das automatische Be- und Entladen der Palettenvorrichtungen in ein FFS integriert.

Eine Roboterzelle für das Be- und Entladen der Werkstücke. Die Zelle ist an einem FFS angebunden.