Fertigungsplanung II - Teilefertigung

Datenmengen und –eigenschaften

• Datenbestand
  • Stammdaten (konstant, planungsorientiert – z.B. Schaftquerschnitt, Schneidkantenlänge)
  • Bewegungsdaten (variabel, prozessorientiert - z.B. Standzeit..)
• Klassifizierungsmerkmale
  • Geometrie, Technologie, Hersteller, Bestellung, Lagerort, graph. Beschreibung, betriebsspezifische Einsatzdaten

Informationsarten

• Daten - Zahlen, Texte, …
• Grafik (2D-Gafikdaten, Hüllkonturdaten, 3D-Modelle..)
• Bilder (passive Graphik), Akustik (ton), Video, Informationen

• Wissen, wie formalisierbares Wissen, implizites Erfahrungswissen

Datenstruktur

• zahlreiche Parameter zur Beschreibung technologischer Sachverhalte
• komplexe informationelle Verknüpfungen

• Maschine, Adapter, Werkzeug, Schneidplatte, Schneidstoff, Werkstoff, Schnittwert

Voraussetzungen

• Klassifizierungssysteme
  • Ordnungssysteme (Thesaurus, Nummernsystem,…)
  • Sachmerkmalsleisten nach DIN 4000
• Nummernsysteme DIN 6763 (Schlüssel, Code)
  • Identifizierung von Objekten, eindeutig z.B. Identnummer
  • Klassifizierung von Objekten (Klassen, Gruppen)
  • Information zu Objekten, DIN-Nummern, Werkstoffe
  • Kontrollnummern (Vermeidung von Verwechslung)

• Maschine
• Werkzeuge
• Spannmittel (Werkstück, Werkzeug)
• Vorrichtungen, Mess- und Prüfmittel
• Werkstoffe
• Schneidstoffe
• Schnittwerte
• Bearbeitungselemente
• Bearbeitungsfolgen, Zyklen

--> Grundlage für Technologiedatenbanken (erweiterte Inhalte)

• empirische Versuche (Versuchsplan, statistische Verfahren)
• Praxis, implizites Erfahrungswissen (Experte)
• Herstellerinformationen (Katalog, Hotline)
• Datensammlungen von Richtwerten (Kartei, Datenbank)
• Berechnungsergebnisse analytischer Verfahren (Formeln, mathematische Modelle)
• Ergebnisse wissensbasierter Verfahren Regelwerke, neuronale Modelle)
• indirekt als Prozessinformationen (Signale, Sensoren) 

• Feature sind informationstechnische Elemente, die Bereiche von besonderem (technischem) Interesse von einzelnen oder mehreren Produkten darstellen. (z.B. Bohrbild)
• Ein Feature wird durch eine Aggregation von Eigenschaften eines Produktes beschrieben. Die Beschreibung beinhaltet die relevanten Eigenschaften selbst, deren Wert sowie deren Relationen und Zwangsbedingungen (Constraints).
• Ein Feature repräsentiert eine spezifische Sichtweise auf die Produktbeschreibung, die mit bestimmten Eigenschaftsklassen und bestimmten Phasen des Produktlebenszyklus im Zusammenhang steht. 

Form-Feature

• strukturierte Gruppierungen geometrischer Elemente
• Aggregation von Gestalteigenschaften (Geometrie und Topologie)
• Eigenschaftsklasse Geometrie (ist für nahezu alle Phasen des Produktlebenszyklus) von grundlegender Bedeutung
• Verbindung mit Semantik, weitere Eigenschaften können hinterlegt werden

Semantische Feature

• Verbindung Form-Feature mit weiteren Eigenschaften aus einer anderen Eigenschaftsklasse
• Feature=Form-Feature und / oder Semantik
• weitere Eigenschaften prägen Feature als Anwendungs-Feature

Anwendung von Feature (Anwendungsfeature)

• sind innerhalb einer speziellen Sichtweise definiert
• Informationseinheit, die eine funktionale Einheit innerhalb eines Bereiches darstellt
• Konstruktions-Feature, Fertigungs-Feature (Form-Feature und Semantik), Qualitätsfeature,…
• Informations-Feature, Nachrichten-Feature,…(Feature=Semantik) 

Feature-basiertes Modellieren - Design by Feature

• Produktbeschreibung, bereitgestellte Feature
• Modellieren durch zerlegende und zusammensetzende Verfahren

Feature-Erkennung - Feature Recognition

• in geometrischen Modellen werden nachträglich Bereiche identifiziert, die unter einem bestimmten Blickwinkel eine Einheit bilden
• manuelle Identifikation (B-Rep-, CSG-Modelle) und automatische Erkennung (Verfahren der Mustererkennung, Volumenzerlegung,...)

• beschränkt sich auf einfache Teile, Technologiedaten werden manuell ergänzt

Feature-Transformation - Feature Mapping

• Übersetzen der Bedeutung einer Eigenschaftsklasse in die Bedeutung einer andern Eigenschaftsklasse (Konstruktions-Feature in Fertigungsfeature)
• Korrespondenzen notwendig (1:n, 1:1, m:1, m:n - Relationen)
• Interaktion
• wenn unterschiedliche Feature-Arten oder Feature-Bibliotheken

• benutzt werden

Standard Feature

• DIN 4001
• E DIN 32869-2/3

• ISO 10303 AP 224

Benutzerspezifische Feature (User Defined Features)

• Feature entsprechend Produktspektrum spezifizieren
• Beschreibung des Features
• Definition der Abhängigkeiten, Parameter usw.

• Speichern des Features

Feature-Mapping:

• Übersetzen der Bedeutung einer Eigenschaftsklasse in die Bedeutung einer anderen Eigenschaftsklasse z.B. Konstruktions-Feature in Fertigungs-Feature

--> interaktiver Prozess und Korrespondenzen notwendig, weil keine eindeutige Zuordnung

• z.B. Fertigungsverfahren für ein bestimmtes Formelement auswählen
• mehrere Möglichkeiten keine eindeutige Zuordnung 

• Zusammenfassung benutzerspezifischer Features
• Einführung dauert meist länger als ein Jahr
• enthält Beschreibung der entsprechend den Produktspektrums spezifizierten Features und die Definition der Abhängigkeiten, Parameter usw.
• Methodisches Konzept erforderlich:
  • Entwicklung des Feature-Konzepts
  • Analyse des Einzelteilspektrums
  • Feature-Beschreibung
  • Feature-Implementierung
  • Feature-Nutzung
• große Investition, aber auch Innovation
• gut gepflegter Katalog sichert dem Unternehmen mittel- bis langfristig wirtschaftliche-/Wettbewerbs-Vorteile

--> Produktentwicklungsprozess beschleunigt

• NC-Fertigungsorganisation
• NC-Programmierorganisation
• NC-Programmarchivierung und –verteilung (DNC)
• Betriebsmittelorganisation
• NC-Personal 

DNC=Direct Numerical Control / Distributed Numerical Control

• Aufgabe: Verwaltung und zeitgerechte Verteilung von Steuerinformationen an mehrere Steuerungen
• Ursprung: u.a. Entastung der Maschinensteuerung von Berechnungsaufgaben durch einen Zentralrechner
• Betriebsart, bei der mehrere CNC-Maschinen und andere automatisierte Fertigungseinrichtungen, wie Werkzeugvoreinstellgeräte, Messmaschinen, Roboter,… durch einen bidirektionalen Datenaustausch verbunden sind 

• umfassende NC-Datenverwaltung (Stamm- und Kopfdaten, WZ-Daten, Aufspannpläne, NC-Programm,…)
• NC-Datenübertragung für mehrere automatisierte Einrichtungen gleichzeitig
• Realisierung hoher Daten-Übertragungsraten
• Rückübertragung geänderter NC-Daten 

• Bewirtschaftung – Beschaffung (Bestandsüberwachung, Bedarfsermittlung)
• Versorgung – Lager, Montage, Voreinstellung (auftragsbezogener WZ-Satz mit Vorlauf ins Zwischenlager)
• Einsatz – Bereitstellung, Überwachung (Rüsten, WZ-Überwachung /-wechsel, Standzeiterfassung,…, Abrüsten)
• Nachbearbeitung – Demontage, Aufbereitung, Aussonderung (Dekommisionierung, Säubern, Ist-/Sollmaße,…,Entscheid über Verbleib)

• Verkürzung der Anlaufkurve
• Reduzierung von Programmieraufwänden
• schnelle Anpassung an spezielle Anforderungen
• Beschleunigung der Einführung neuer Erzeugnisse 

• großer Maschinenpark, viele unterschiedliche Steuerungen
• Bestände an älteren Maschinen vorhanden
• hoher Bedarf an neuen NC-Programmen pro Jahr
• Teilegeometrien (kompliziert und komplex)
• Qualifikation des Werkstattpersonals gering 

• Aufbereitung von Technologiedaten (Musterdaten)
• Vorgehensweise und Aufwände abschätzen, Prioritäten setzen
• Schaffung typischer Referenzlösungen als Basis für weitere betriebliche Modifikationen:
  • Einzelschrittprogrammierung: Teileprogrammblöcke
  • Teilefamilien: Automatismen, Benutzeroberfläche erweitern
  • Makro-, Parameterprogrammierung für häufige Anwendungsfälle
  • Prozessketten
  • Postprozessoren für spezielle Funktionalitäten 

• Automatisierung von Informationsprozessen
• integriert technische (CAD/CAM) /administrative (PPS) Prozesse
• unterschiedliche Benutzungsanforderungen aus unterschiedlichen betrieblichen Bereichen (unterschiedliche Sichten)
• Datenbasis für die Arbeitsplanung/NC-Programmierung, auch für vor- und nachgelagerte Informationssysteme
• vernetzte DBen, Bedeutung für parallele, verteilte Arbeitsweisen 

Prozessplanung (Grobplanung, Arbeitsplan)

• Ausgangsteilbestimmung
• Verfahrensauswahl
• Maschinenauswahl
• Prozessfolgeermittlung
• Vorgabezeitermittlung

Verfahrens- /Operationsplanung (Feinplanung, Operationsplan)

• Ermittlung Einspannung
• Bearbeitungsbereiche abgrenzen
• Werkzeugauswahl
• Bearbeitungsstrategie ermitteln
• Schnittwerte berechnen

NC-Planung/NC-Programmierung (NC-Programm)

• Übersetzen der Teileprogramme
• Auflösen von Zyklen
• Koordinatentransformation
• Generieren von NC-Programmen
• Zeitberechnung 

Erstellen der NC-Programme

• Entscheidung über NC-Fertigung
• Vorbereiten
• Planen
• Simulieren
• Abschließen der NC-Erstellung

Einrichten der NC-Maschine (Rüst- und Testvorgänge an der NC-Maschine)

• Vorbereiten
• Einfahren
• Nachbearbeitung 

Werkstückgeometrie fertigungsgerecht aufbereiten

• Notwendigkeit?
  • aus CAD übertragen: Nenngeometrie des Konstrukteurs
  • zu fertigen: Geometrie muss abgeleitet werden

• CAD-Geometrie aufbereiten
  • relevante Geometrien vollständig, in der richtigen Form bereitstellen („putzen“ – selektieren, ergänzen…)
• Probleme der CAD/NC-Kopplung
• Tätigkeiten der Datenaufbereitung
• Selektion der relevanten Werkstücke aus Zusammenbauzeichnung
• Selektion der relevanten Geometrieausschnitte (NC-gerechte Anwendung der Layertechnik)
• Abgleich CAD-Modell mit Zeichnungsmaß (Kontrolle)
• Umlaufkanten, unnötige Sichtkanten etc. ausblenden
• Ausbrüche und Freihandlinien nachkonstruieren
• verdeckte Bearbeitungsstellen (Schnitte)
• Konturen schließen, Eck- und Tangentenpunkte neu berechnen (Lücken, Überlappungen)
• Doppeldefinitionen beseitigen
• Bohrungsmittelpunkte ermitteln
• Geometrie nach Textinformationen vervollständigen, Bohrungspunkte bei Bohrungsmuster und Einstiche o. Ä.
• Splines und Flächen glätten

Immer wiederkehrende Hauptinhalte:

1. Ermittlung technisch möglicher WZMen, SPM, WZe
2. Auswahlprozesse
   1. Zuordnungsprozesse
   2. Rangfolgeprozesse
3. Variantenbetrachtung (bevorzugt wirtschaftliche Prozesse)

Planen

• Festlegen der Werkzeugmaschine und Werkstückspannmittel
  • Arbeitsraum, Spannmasse, Spannungsmöglichkeiten, Güteanforderungen, WZ-Speicher

• Auf- und Einspannung festlegen
  • Aufspannung Fräsen: Winkeltisch, Rundtisch
  • Einspannung Drehen: Futter, Mitnehmer, Gegenspitze, Setzstock
• Bearbeitungsaufgabe festlegen und Werkzeugordnung
  • Haupt- und Nebenformgebung
  • Werkzeug: Kopf-Geometrie, Ausführungsart (rts, lks)
  • Einsatz: Lage (außen, innen)
  • Anstellrichtung (radial, axial)
  • WZ-Platzierung (Rev.-Nr., Magazin-Nr.)
• Werkzeugwechselpunkte und Verfahrwege ermitteln
  • Konturzyklen
  • Bahnfräsen
  • Zyklen
• Schneidstoffe festlegen, Schnittwerte ermitteln
  • Techn. Grenzen überprüfen
  • Antriebsleistung: Schruppen nachrechnen, schwerster Schnitt auswählen
  • Rautiefe: Schlichten nachrechnen, höchste Anforderung auswählen

Fehlerarten

• können gefunden werden:
  • Kollisionsfehler (Arbeitsraum,…)
  • geometrische Fehler (WZ-Wege,…)
  • Syntaxfehler (Programmiersprache,…)
• können nicht gefunden werden:
  • technologische Fehler (Prozessschritte,…) 

1. Vorbereiten

• Betriebsmittel und Vorrichtungen bereitstellen
• Werkzeuge vermessen und als Korrekturwerte eingeben
• Spannmittel, voreingestellte Werkzeuge montieren
• Werkstück aufspannen, evtl. vorher Umrüsten
• voreingestellte Werkzeuge montieren, den Werkzeugplätzen zuordnen (Kettenmagazinplatz-Nr., Revolverplatz-Nr.)

2. Einfahren

• Testen, Korrigieren und Optimieren der NC-Programme
• kritische Punkte (Kollision, Verfahrwege, Technologiewerte, Einhaltung d. Qualität, unvorhergesehene Situation)
• Vorgehen (satzweise, Vorschubreduziert, beobachtend,…)

3. Nachbearbeiten (vgl. 1, demontieren, säubern, usw.…)

keine Rückübertragbarkeit von Korrekturen aus der Werkstatt in die Fertigungsvorbereitung

• Grund: DIN-66025, Einwegdatenschnittstelle, eingeschränkter Informationsgehalt der NC-Datensätze
• Probleme: Informationsverlust, Knowhow Verlust, Hindernis in der automatisierten Informationsversorgung der Fertigungsprozesse
• Ausweg: Kommentare im NC-Programm, persönliche Verständigung (Teamwork Werker-Planer)

• klassische rechnerunterstütze Programmiermethode
• NC-Programmiersystem mit Systembestandteilen Preprozessor, Prozessor, Postprozessor
• NC-Programmiersprache (problemorientierte Fachsprache) zur Geometrie- und Technologiebeschreibung in einem Quellprogramm (=Teileprogramm)
• typisch ist, dass nicht unbedingt der Werkzeugweg, sondern das Werkstück (Rohteil, Fertigteil) beschrieben wird
• Steuerprogramm automatisch erzeugt, NC-Sprache (maschinenorientiert) für unterschiedliche NCM generierbar
• der vorrangige Einsatz der Systeme erfolgt in der Arbeitsvorbereitung, zunehmend auch im Werkstattbereich
• Entwicklungsrichtung: CAD/CAM-Systeme (integrierte, gekoppelte Systeme) und WOP-Systeme 

• großer Maschinenpark, viele unterschiedliche Steuerungen
• Bestände an älteren Maschinen vorhanden
• hoher Bedarf an neuen NC-Programmen pro Jahr
• Teilegeometrien (kompliziert und komplex)
• Qualifikation des Werkstattpersonals gering 

Möglichkeiten zur NC-Kopplung und Integration

• Überblick
  • Einzelsysteme
  • Verbundsysteme
  • Maschinengebundene Systeme
  • Gekoppelte Systeme
    • Datenschnittstellen zu vor- und nachgelagerten System
    • Mehrere Systeme
  • integrierte Systeme
    • Datenschnittstellen werden vermieden
    • Ein System mit einheitlichen Bedienflächen
    • Ein Arbeitsplatz

Integrationsmöglichkeiten

• CAD/NC-Kopplung
  • auf Basis von Schnittstellenkonzepten
  • Übertragung über Standard- oder Direktschnittstellen
• CAD/NC-Integration
  • NC-Modul Bestandteil des CAD-Systems
  • weniger bzw. keine Datenschnittstellen zwischen Bereichen

Informationsflüsse

• Geometrieerstellung aus der Zeichnung oder CAD-Daten übernehmen (Preprozessorlauf)
• Quellprogramm erstellen bzw. generieren (Prozessorlauf)
• NC-Programm generieren (Postprozessorlauf)
• NC-Progamm testen und „optimieren“ (CNC-Probelauf)

Systeme:

• Preprozessor, Prozessor, Postprozessor
• Schnittstellen, Datenbasen, Datenverwaltung
• Standardsoftware (Editor, Datenbank,…)

Standard-Schnittstellen (Softwareschnittstellen)

1. Programmiersprache APT DIN 66246 / ISO 4342 (Fachsprache, Symbolsprache) – Automatically Programmed Tools
   • mächtige Anweisungen
   • problemorientiert (Verfahrensbezug)
   • technologieorientierte, nutzerdefinierte Erweiterungen
2. Übergabesprache CLDATA DIN 66215 / ISO 4343, 3592 (Zwischensprache) – Cutter Location Data
   • detailliert aufgelöste und sequentiell geordnete Anweisungen
   • generalisiert, weitgehend maschinen-/steuerungsneutral
   • Standard, Modifikationen der Softwarehersteller
3. NC-Sprache DIN 66025 / ISO 6983
   • detaillierte, vorcodierte NC-Sätze
   • maschinen,- steuerungsspezifisch angepasst

Standard, Freilassungen für Maschinenhersteller

Aufgaben Postprozessor

• Umsetzung des CLDATA in ein Output-Format, d.h. in NC-Sätze für ein steuerungsspezifisches Format
• Ermittlung der Weg-,Schalt- und Hilfsinformationen der konkreten NCM
• Interpolation
• Werkzeugwegkorrekturen
• Werkzeugwechselpositionen
• Zeitermittlung
• Informationsgenerierung (NC-Programm, Fertigungsunterlagen)

Vorteile Postprozessor

• Effektivitätsgedanke
• Struktur Prozessor – Postprozessor löst Probleme der ständigen Aufweitung eines NC-Programmiersystems für alle Funktionalitäten möglichen Maschinen-Steuerungs-Kombinationen
• operativ: schneller Wechsel auf ähnliche Maschinen-Steuerungs-Kombinationen 

Vorteile

• kompakte geometrische, technologische und organisatorische Informationen
• nur relativ grobe Beschreibung notwendig
• Erweiterbarkeit
• verfahrensübergreifende Einheitlichkeit
• routinefreundlich
• gut verwaltbar, übersichtlich und leicht korrigierbar

Nachteile

• „Kunstsprache“, zusätzlich zur in der Werkstatt gebräuchlichen NC-Sprache
• Umgang mit der Sprache muss erlernt werden
• Erfahrung
• zusätzliche Datenschnittstelle, damit Compiler- und Softwareaufwände