Fertigungsautomatisierung in der Zerspanung mit der MMS von Fastems

In der jüngsten Fertigungserweiterung sind insgesamt sieben horizontale BAZ miteinander verkettet. Die gesamte Produktion inklusive der Werkzeuglogistik wird von der MMS geplant, gesteuert und überwacht. (Bild: Martinus Menne)

Die MMS basiert auf mehr als 50 Jahren Erfahrungen von Fastems im Bereich der Softwareentwicklung und ist sowohl für die automatisierte Werkstück- als auch Palettenhandhabung ausgelegt. Die MMS übernimmt alle zentralen Aufgaben zur Planung, Organisation und Ablaufsteuerung der flexiblen, automatisierten Fertigung. Hierbei unterstützt sie u. a. bei der Fertigungsplanung und Auftragsverwaltung, sorgt für ein hohes Maß an Transparenz über Auftragsstatus sowie Prozesszustände und plant, koordiniert und verwaltet auf Wunsch sämtliche Rüstvorgänge. Hier ein Querschnitt.

Portalroboter versorgen die Maschinen mit den Werkzeugen, sodass auf jeder Maschine jedes Bauteil gefertigt werden kann. (Bild: Martinus Menne)

Kein Stress, keine Hektik, über Tage hinweg

In Flexiblen Fertigungssystemen (FFS) mit verketteten Maschinen plant die MMS die Produktion anhand der Aufträge aus dem ERP-System für bis zu 92 Stunden gemäß den hinterlegten Prioritäten im Voraus. Vor jedem anstehenden Auftrag überprüft die Software die Verfügbarkeit aller Ressourcen (Rohmaterialien, NC-Programme, freie Maschinenkapazitäten, etc.) und übernimmt hierbei zudem die Werkzeugverwaltung inklusive der Überwachung der Werkzeugstandzeiten. Sollte es zu einem unvorhergesehenen Ereignis kommen (z. B. Maschinenausfall, eiliger Auftrag, etc.) plant die MMS die Produktion automatisch um.

„Hand in Hand“: Ein Roboter hat Zugriff auf die Werkzeuge im CTS und GTS und übergibt diese an einen weiteren Portalroboter. Die MMS übernimmt die gesamte Logistik inklusive der Überwachung der Werkzeugstandzeiten. (Bild: Martinus Menne)

Alles auf jeder Maschine fertigen

Um die Fertigung einer hohen Teilevielfalt mit unterschiedlichen Losen abdecken zu können, sind eine Vielzahl an Werkzeugen erforderlich. Reichen vorhandene Werkzeugkapazitäten in den Magazinen der Maschinen nicht aus, kann ein FFS mit einem zentralen Werkzeugspeicher (CTS – Central Tool Storage) oder einem platzsparend an einer Hallenwand montierten Gantry Tool Storage (GTS) von Fastems erweitert werden. Mit solchen Lösungen ist es dann prinzipiell möglich, jedes Teil auf jeder Maschine zu fertigen.

Der über die MMS gesteuerte FPC bei Emerson Professional Tools in der Schweiz wurde sukzessive auf drei Palettenspeicher erweitert. (Bild: Fastems Oy AB)

Hallenübergreifende Automatisierung

Eine besonders eindrucksvolle Lösung zeigt die Norbert Kempf CNC-Technik GmbH in St. Ingbert (Saarland), die mit zirka 100 Mitarbeitern einfache bis komplexe Bauteile von Losgröße 1 bis 500 sowie Prototypen fertigt. Derzeit besteht die Automatisierung aus drei MLS in zwei Hallen sowie einem CTS und einem GTS mit insgesamt 5.000 Werkzeugen, wobei die Maschinen hallenübergreifend über Roboter mit Werkzeugen versorgt werden. Die Schlüssel zum Erfolg sind hier sichere, reproduzierbare Prozesse und insbesondere das fehlerfreie Werkzeugmanagement. Durch die Lösungen konnte die Norbert Kempf CNC-Technik ihre Produktivität mit dem vorhandenen Mitarbeiterstamm signifikant steigern.

Eine der beiden Be- und Entladestationen am FPC. Die Aufspannung der Werkstücke erfolgt hauptzeitparallel. (Bild: Fastems Oy AB)

Kompakt-FFS mit 95 Prozent Auslastung

Es kann aber durchaus auch eine Nummer kleiner sein, z. B. mit dem Flexible Pallet Container (FPC) von Fastems. Das kompakte FFS wird bereits ab Werk vorbereitet und kann dann in kurzer Zeit zur Automatisierung einer Werkzeugmaschine beim Kunden installiert werden. Der FPC ist außerdem mit bis zu drei identischen Werkzeugmaschinen erweiterbar, wobei der Ausbau dank der MMS als zentrale Steuerung kein Problem darstellt. So hat die Emerson Professional Tools AG in Sissach (Schweiz), Hersteller von Komponenten für Profi-Presswerkzeuge für den Sanitär- sowie Elektrobereich, zunächst eine Maschine an einen FPC angebunden und die Lösung in den Folgejahren sukzessive durch zwei weitere Palettenspeicher für insgesamt drei Werkzeugmaschinen erweitert. Während eine Maschine auf ein neues Teil vorbereitet wird, produzieren die beiden anderen Maschinen weiter. Nach dem Einfahren ist die betreffende Maschine sofort wieder einsatzbereit. Die Fertigung wird Dank der flexiblen Auftragsplanung und -steuerung mit der MMS somit zu keiner Zeit unterbrochen, sodass bereits mehrmals eine Auslastung von 95 Prozent erzielt wurde.

Das FPS ist für die Automatisierung von 4- und 5-achsigen Fräs- sowie Fräs-/Drehzentren und überzeugt vor allem durch sein kompaktes, modulares Design. (Bild: Fastems Oy AB)

Maschine, Speicher, Ladestation – egal an welcher Seite

Im Benchmark um eine gleichsam flexible wie kompakte Systemlösung für die Palettenautomatisierung konnte das Flexible Pallet System (FPS) von Fastems schon oftmals überzeugen. Aufgrund des modularen 360-Grad-Designs lassen sich Werkzeugmaschinen, Palettenspeicher und Bedienplätze flexibel an allen vier Seiten des FPS anordnen, sodass sich das System ideal als Lösung für beengte Platzverhältnisse in der Fertigung anbietet. In diesem Zusammenhang ist außerdem zu betonen, dass die MMS und die Automatisierungslösungen von Fastems mit Werkzeugmaschinen von mehr als 90 Herstellern kompatibel sind.

Der Roboter wechselt nach Fertigstellung eines kompletten Auftrags bei Bedarf die Paletten mit den Vorrichtungen in der Maschine und übernimmt überdies die Aufspannungen der Werkstücke auf den Vorrichtungen. Sämtliche Abläufe werden hierzu von der MMS im Sinne einer hohen Prozesssicherheit geplant, gesteuert und überwacht. (Bild: Martinus Menne)

Agil fertigen inklusive Werkstückaufspannung

AMC und RoboFMS von Fastems sind wiederum kundenspezifische Systeme für das automatisierte Werkstückhandling bzw. Palettenhandling. AMC steht für „Agile Manufacturing System“ während es sich bei einem RoboFMS (Robotic Flexible Manufacturing System) um ein sehr spezifisches und damit einzigartiges robotergestütztes FFS handelt. Zwei konkrete Beispiele:

Allmatic-Jakob Spannsysteme entwickelt und fertigt Maschinenschraubstöcke. Das Unternehmen mit Sitz in Unterthingau (Bayern) hat gemeinsam mit Fastems ein AMC realisiert, das quasi rund um die Uhr bis zu 32 verschiedene Bauteile in Einzellose von über 100 Stück pro Auftrag für Schraubstöcke mannlos und damit hochautomatisiert fertigt. Die MMS ruft hierzu automatisch die entsprechenden Programme für die Automatisierung sowie Werkstückbearbeitung ab. Die einfache Programmierung der Roboterkinematik über die MMS ermöglicht hierbei auch die Einführung von Neuteilen ohne großen Zeitaufwand.

Weitere Besonderheiten: Der Roboter wechselt nach Fertigstellung eines kompletten Auftrags bei Bedarf die Paletten mit den Vorrichtungen in der Maschine. Überdies übernimmt er die Aufspannungen der Werkstücke auf den Vorrichtungen mittels Clamp Drive, einer Eigenentwicklung von Allmatic. Sämtliche notwendigen Abläufe werden hierzu ebenfalls von der MMS im Sinne einer hohen Prozesssicherheit geplant, gesteuert und überwacht.

Das RoboFMS verkettet mithilfe der MMS als unverzichtbarer Baustein der Gesamtlösung sämtliche Prozessschritte in einem FFS. (Bild: Martinus Menne)

Prozessschritte verketten und intelligent steuern

Eine High-End-Automatisierung mit einem RoboFMS befindet sich bei SKF Aeroengine France mit Sitz in Rouvignies. Das Unternehmen ist eines von fünf europäischen Unternehmen von SKF, das sich auf die Herstellung von Lagern für die Luftfahrtindustrie spezialisiert hat. Als SKF Aeroengine einen Auftrag zur Herstellung von speziellen Wälzlager-Komponenten für eine neue Triebwerksgeneration erhielt, der sich über einen Zeitraum von bis zu 30 Jahren erstreckte, entschied sich das Unternehmen nach Prüfung verschiedener Systemintegratoren für Fastems. Gefertigt werden sollten Losgrößen zwischen fünf und 30 Stück pro Job, wobei die Automatisierung zwei Dreh-/Fräszentren, ein Schleifzentrum, eine Läppmaschine, eine 3D-Koordinatenmessmaschine sowie eine Anlage zur Teilereinigung und ein Laser-Markiersystem integrieren sollte.

Das RoboFMS verkettet mithilfe der MMS als unverzichtbarer Baustein der Gesamtlösung sämtliche Prozessschritte in einem FFS, von der Erstbearbeitung der Werkstücke an den beiden Dreh-/Fräszentren über die Bearbeitung an der Läpp- und Schleifmaschine bis hin zur Lasermarkierung und Qualitätskontrolle unter Berücksichtigung vorangegangener Prozesse.

Die komplexe Werkstückgeometrie erfordert recht lange Bearbeitungszeiten. Deshalb werden in der Regel immer zwei Rohlinge auf beiden Dreh-/Fräszentren parallel zerspant. (Bild: Martinus Menne)

Optimierungspotenziale für Produktion und Prozesse

Die Anwendungen belegen die besondere Vielseitigkeit der MMS bei der automatisierten Werkstück- und Palettenhandhabung, ganz gleich, ob es sich um ein kompaktes oder hochkomplexes System handelt. Die von der MMS generierten Daten liefern zudem wertvolle Informationen zum Fertigungsablauf und die Auslastung. Überdies lassen sich anhand der granularen Daten eine ganze Reihe an Potenzialen zur Optimierung von Produktion und Prozessen identifizieren, u.a. anhand von konkreten Handlungsempfehlungen der MMS.

Ein entscheidender Schritt in die richtige Richtung. Die Maschinen-Automatisierung iXcenter von Index wird aus guten Gründen von der MMS von Fastems gesteuert. (Bild: Index-Werke)

Durchgängig digitale Fertigungsorganisation

Ein weiterer Pluspunkt ist die Option, mit der MMS bzw. mit der auf der MMS basierenden Softwareplattform WCO (Work Cell Operation) auch nicht automatisierte Fertigungsprozesse etwa von Stand-Alone-Maschinen in die digitale Fertigungsplanung integrieren zu können. Die Sistag AG in Eschenbach (Schweiz), Hersteller von Armaturen für die Wasserversorgung und Industrie, hat hier schon hinreichend Erfahrungen gesammelt und über WCO u. a. bestimmte, nicht automatisierte Drehmaschinen in die digitale Organisation übernommen. Der entscheidende Effekt: Eine höhere Transparenz auf allen Ebenen, da z. B. jeder Mitarbeiter jederzeit genau weiß was zu tun ist, ohne dass der Produktionsleiter vor Ort an der Maschine sein muss. Da der Produktionsleiter ebenfalls über WCO stets im Bilde ist, was in der Produktion läuft, kann er bei Bedarf jederzeit reagieren.

Modulare Roboterzelle für Drehmaschinen mit MMS

Die Leistungsfähigkeit der MMS gilt allerdings nicht allein in Bezug zu Automatisierungslösungen von Fastems, wie Index zeigt. Der führende CNC-Drehmaschinenhersteller hat mit iXcenter eine modulare Roboterzelle für das Werkstückhandling an Index-Drehmaschinen entwickelt. Integraler Bestandteil der Roboterzelle ist die MMS von Fastems, wobei sich Index aus mehreren Gründen ganz bewusst für diese Lösung entschied. So muss die spanabhebende Fertigung immer flexibler werden, um gezielt auf viele verschiedene Aufträge, kleine Losgrößen und häufige Auftragswechsel reagieren zu können. Daher werden entsprechend flexible Werkstückspeicher benötigt. Mit häufig wechselnden Werkstücken sind zudem Themen wie das Rüsten der Maschine (Spannmittel, Werkzeuge, etc.) und eine flexible Automatisierung (z. B. Wechsel von Greiferfingern, Greifern, etc.) verbunden. Auf alles dieses und weitere Herausforderungen hat MMS die richtigen Antworten, wie bereits Eingangs beschrieben.

Darüber hinaus bietet die MMS die Möglichkeit, die Automatisierung mit dem modularen Index iXcenter bei Bedarf schrittweise auszubauen, wodurch die Automatisierungen zukunftssicher und jederzeit skalierbar wird. So lässt sich die Maschinen-Automatisierung von Index um zusätzliche Prozesse wie etwa Reinigen, Messen, Entgraten, aber auch durch Speichersysteme erweitern. Je nach spezieller Kundenanforderung kann das iXcenter außerdem mehrere Maschinen bedienen. Die MMS von Fastems bindet als übergeordnete Steuerungsinstanz solche Erweiterungen nahtlos in den gesamten Automatisierungsprozess mit ein.