Titelstory: Cnc-shopfloor-management
Ein neuer Weg zum optimalen Nc-programm
Effizienz, Verfügbarkeit, Qualität: Mit Applikationen, die auf die zentralen Produktivitätsfaktoren der Cnc-fertigung zielen, ermöglicht es Siemens Maschinenbetreibern, konkret und schnell von der Digitalisierung zu profitieren. Jüngstes Beispiel ist ein Duo aus einer Sinumerik-edge-applikation und einer Desktop-anwendung.
SIEMENS LIEFERT ein umfangreiches Produktportfolio für das Cncshopfloor-management, gegliedert in drei Ebenen – „In Machine“(Sinumerik + Sinumerik Edge), „In Line“(Sinumerik Integrate) und „In Cloud“(Mindsphere). Ziel dieser Softwarepakete ist es, stets Optimierungspotenziale zu identifizieren und zu realisieren.
Beispiele hierfür sind Applikationen wie Manage Mymachines und Manage Mymachine/remote für das Condition Monitoring und die Fernwartung von Maschinen, Manage Myresources für die Werkzeugverwaltung oder Analyze Myperformance/oee Monitor für die Fertigungsoptimierung über Kennzahlen.
Das Applikations-duo
Mit einem abgestimmten Applikations-duo adressiert Siemens nun ein weiteres, ganz zentrales Thema für Werkzeugmaschinenanwender: das optimale Nc-programm. Im Zusammenspiel erlauben die maschinen-nahe Sinumerik-edge-appplikation Analyze Myworkpiece/capture (Capture) und die Desktop-pc-applikation Analyze Myworkpiece/toolpath (Toolpath) die Optimierung von Nc-programmen.
Seltene Spezies:
Das optimale Nc-programm
Das optimale Nc-programm ermöglicht mit großen Vorschüben eine schnelle, effiziente Zerspanung des Werkstücks, schont durch gleichförmige Bewegungen die Werkzeugmaschine und sichert höchste Oberflächenqualität – ist aber in der Praxis, auf dem Shopfloor, leider nur selten anzutreffen.
Natürlich gilt: Dort wo Toleranzen am Werkstück überschritten werden, kommt ein Anwender um eine sofortige Fehleranalyse und Optimierung nicht herum. Gravierende Fehler – etwa in der Werkstattprogrammierung – lassen sich meist relativ schnell finden. Ist die digitale Prozesskette dagegen geschlossen – vom CAD/CAM-ENTWURF über das Nc-programm bis in den Arbeitsraum der Maschine hinein, wird es aufwändig und der Weg zum optimalen Ncprogramm lang.
Tauchen trotz bester Vorbereitung Unzulänglichkeiten auf – etwa zu langsame oder stark schwankende Verfahrgeschwindigkeiten oder kleinere Macken und Schatten auf den Oberflächen – wird oft eher mittels „Versuch und Irrtum“als systematisch nach Verbesserungspotenzialen gesucht. Selbst wer hier Messdaten für eine systematische Analyse erhebt, erhält meist eine Menge unstrukturierter Daten, denen Kontextinformationen fehlen.
Messdaten aus der Steuerung
Genau hier setzt Siemens mit seiner Sinumerik-edge-applikation Capture an. In großer zeitlicher Auflösung, also extrem detailliert, zeichnet diese Applikation Daten rund um das Werkstück, das Werkzeug und den Werkzeugpfad auf. Zusätzlich werden aus der Steuerung Daten zu Antriebsströmen, Regelabweichungen, Drehmomente der Spindel und Variablen aus der SPS protokolliert.
Der Anwender stellt dabei ein, welche Daten er wann erfassen will. So lässt sich die Datenerfassung auf bestimmte Bearbeitungsschritte fokussieren oder erst ab vorab definierten Schwellwerten starten.der große Vorteil: Diese Messungen sind dank Capture keine zeitraubenden und ressourcenbindenden Sonderprozesse mehr, sondern werden ohne Rückwirkungen auf die laufende Produktion parallel erfasst.
Aus rohen werden smarte Daten
Daten gelten als das Gold der digitalisierten Fertigung. Aber dies stimmt nur, wenn sie über entsprechende Tools zielgerichtet analysiert und anschließend über die Optimierung von Prozessen in fertigungsrelevante Werte wie höhere Produktivität, sinkender Ressourcenverbrauch oder bessere Qualität umgemünzt werden. Nur so werden aus Rohdaten smarte Daten, die die Basis für eine zusätzliche Wertschöpfung legen.
Möglich wird dies im Zusammenspiel mit der Desktop-pc-applikation Analyze Myworkpiece/toolpath (Toolpath). Die Applikation importiert via Netzwerkverbindung Daten von beliebig vielen Instanzen von Capture. Das Sammeln und die Analyse der Daten erfolgen im Büro, ohne Belastung teurer Maschinen und Störungen auf dem Shopfloor.
Werkstück und Verfahrwege der Werkzeuge werden am PC dann in einer 3D-darstellung visualisiert. Die hohe zeitliche Auflösung der Verfahrwege, Positionen und Werkzeugorientierungen lassen dabei sehr detaillierte Analysen der Vorgänge im Arbeitsraum der Maschinen zu.
Häufige Optimierungspotenziale wie die Verstetigung von Bahngeschwindigkeiten oder das Feinjustieren der Werkzeugorientierung sind so schnell gefunden. Toolpath unterstützt bei der Analyse durch eine Vielzahl an Darstellungsoptionen. Eine für die Datenanalyse und das Nachvollziehen der Prozesse im Arbeitsraum der Maschinen extrem interessante Funktion: Zusätzliche Messwerte – etwa Bahngeschwindigkeiten oder Spindeldrehmomente – werden farblich codiert und über die Topologie des Werkstücks gelegt. Damit lassen sich weitere Dimensionen sehr einfach in die Visualisierung und Datenanalyse einbeziehen.
Wer in der Cnc-fertigung Fehlerursachen und Optimierungspotenziale sucht, will in der Regel wissen, wo sich diese in der Prozesskette von CAD/CAM, Nc-programm und den realen Vorgängen im Arbeitsraum der Maschine verbergen. Toolpath bietet Möglichkeiten, die über Capture erfassten Ist-daten den Soll-werten aus Nc-programm und CAD gegenüber zu stellen. So wird ermittelt, ob die Prozesse in der Maschine den Vorgaben entsprechen, und in welchem Teil der Prozesskette Stellschrauben für eine Prozessoptimierung zu finden sind.
Sinumerik Edge: perfekt integriert
Basis für die Analyse sind die zeitlich hochaufgelösten Maschinendaten, die bei laufender Fertigung erfasst werden. Damit das detaillierte Aufzeichnen der Vorgänge im Arbeitsraum nicht auf die Performance der Maschine wirkt, ist Capture eine Sinumerik Edge-applikation.
Mit Sinumerik Edge stellt Siemens eine sehr mächtige maschinennahe, in das Sinumerik-ecosystem integrierte, Universal-plattform für Software und Datenkommunikation bereit. Einmal integriert lassen sich auf Sinumerik Edge weitere Applikationen installieren – Siemensanwendungen wie die Monitoring-app Analyze Mymachine/condition oder eigene Applikationen des Anwenders und des Maschinenherstellers.
Sinumerik Edge übernimmt die Datenkommunikation mit firmeninternen Netzwerken oder mit Speicher- und Rechenkapazitäten in der Cloud. Welche Daten erfasst werden und wo diese abgelegt werden, entscheidet der Anwender – und profitiert gleichzeitig davon, dass installierte Edge-applikationen über Siemens Mindsphere aus der Ferne gewartet und aktualisiert werden.
Der neue Weg
Das oben vorgestellte Software-duo erlaubt eine neue Form der geschlossenen digitalen Prozessoptimierung. Ohne spezielle Messmaschinen oder Sensoren werden relevante Daten aus dem Arbeitsraum der Maschine für die Prozessanalyse zur Verfügung gestellt. Das verkürzt die Zeit in Arbeitsvorbereitung und Prozess-setup. Zudem laden diese Daten, so einfach gewonnen, dazu ein, bisher verborgen gebliebene Potenziale für mehr Effizienz, eine höhere Qualität oder einen besseren Werkzeugeinsatz zu heben.