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Bewertung
Bauer L.
Abschließend wird darauf eingegangen, welcher Nutzen sich durch die technologie- und anlagenorientierte Offline-Programmierung und die Berücksichtigung der gesamten Prozeßkette von der Konstruktion bis zur Fertigung bei der informationstechnischen Integration der Lasermaterialbearbeitung ergibt.
Ausgangssituation und Grundlagen
Bauer L.
Beim Schneiden und Schweißen von Bauteilen mit 3D-Laserstrahlanlagen sind zahlreiche Arbeitsschritte durchzuführen, bis Bauteile gefertigt werden können. Bild 2.1 gibt einen Überblick über die nötigen Arbeitsschritte für den Beschnitt räumlicher Prototypenbauteile bei Programmierung nach der Teach-In-Methode (Bauer 1995).
Einleitung
Bauer L.
Durch die Globalisierung der Märkte geraten Unternehmen verstärkt unter Wettbewerbsdruck (Gebhardt 1997, Ahle 1997). Konkurrenten aus Ländern mit deutlich niedrigerem Lohnniveau drängen mit billigen Produkten auf den Markt. Langfristig haben unter diesen Randbedingungen nur Unternehmen gute Chancen, die sich der Herausforderung stellen und aktiv den Wettbewerb aufnehmen. Kosten zu senken ist dabei eine Maßnahme, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Neben den Kosten stellen jedoch auch die Innovationskraft und das Qualitätsbewußtsein eines Unternehmens zunehmend Differenzierungskriterien dar (Wildemann 1997). Diese Entwicklung wird dadurch verstärkt, daß Kunden vermehrt nach individuellen, qualitativ hochwertigen Erzeugnissen verlangen. Dies hat zur Folge, daß diejenigen Unternehmen Wettbewerbsvorteile erzielen, die in immer kürzerer Zeit Produkte entwikkeln und dabei die steigenden Ansprüche der Kunden an deren Qualität und Kosten erfüllen können (Milberg 1997).
Zusammenfassung und Ausblick
Bauer L.
Zunehmender Wettbewerb zwingt zur Einführung innovativer Fertigungstechnologien. Aus diesem Grund konnte sich die 3D-Laserstrahlmaterialbearbeitung schnell in der Fertigungstechnik etablieren. Gerade in der räumlichen Blechbearbeitung haben sich Laserschneidanlagen zum Beschnitt von Kleinserien- und Prototypenbauteilen durchgesetzt, weil sie es ermöglichen trotz hoher Variantenvielfalt kleine Losgrößen wirtschaftlich zu fertigen. Wichtig für eine hohe Produktivität der 3D-Laserstrahlmaterialbearbeitung aber ist ihre effektive Integration in den Produktionsprozeß, bei der der informatonstechnischen Einbindung zunehmend Bedeutung zukommt.
CAD/CAM-Prozeßkette: Geometriemodellierung
Bauer L.
Voraussetzung für eine rechnergestützte Programmierung von räumlichen Bahnapplikationen bei komplexen Werkstückgeometrien ist eine mathematische Beschreibung der 3D-Geometrie des Bauteils sowie der Bearbeitungskonturen. Ergebnis der Geometriemodellierung muß daher ein 3D-CAD-Modell sein (Bild 4.1).
Anwendungsbeispiele
Bauer L.
Die Bedienung des Offline-Programmiersystems folgt den Anforderungen der Bearbeitung. Zur Handhabung des Systems steht dem Bediener eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung, über die seine Eingaben erfolgen und Informationen bereitgestellt werden.
Zielsetzung der Arbeit
Bauer L.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen Strategien für die effiziente informationstechnische Integration von 3D-Laseranlagen entlang der gesamten Prozeßkette von der Bauteilkonstruktion über die Programmgenerierung bis zur Fertigung von Bauteilen entwickelt werden. Dazu sollen alle Arbeitsschritte hinsichtlich eines wirkungsvollen Rechnereinsatzes analysiert und aufbauend auf die Analyse Lösungsansätze für eine effektive informationstechnische Integration erarbeitet und beispielhaft umgesetzt werden.
CAD/CAM-Prozeßkette: Programmierung
Bauer L.
Damit aus den 3D-Geometrieinformationen aus der Konstruktion rechnergestützt ein Maschinenprogramm für die Fertigungsanlage erstellt werden kann, muß ein Programmiersystem zur Verfügung stehen, das es ermöglicht, das Bauteil richtig zu plazieren, Bahninformationen und Technologiewerte festzulegen, ein Programm in der Steuerungssyntax der Anlage zu erstellen und dieses auf seine Richtigkeit hin zu überprüfen (Bild 5.1).
Stand der Technik und Forschung
Lindermaier R.
Die Methode zur qualitätsorientierten Entwicklung von Montagesystemen baut auf den Inhalten der Montageplanung und des Quality Engineering auf. Im folgenden werden Aufgaben der Montageplanung aufgeführt, im Hinblick auf die Verwendung qualitätsrelevanter Informationen analysiert und Defizite aufgedeckt (Abschnitt 3.2). Die Komplexität des Qualitätsverhaltens erfordert weiterhin ein systematisches Vorgehen sowohl bei der Informationssynthese als auch bei der Informationsanalyse in allen Entwicklungsphasen der Systeme. Die Methoden und Aufgaben des Quality Engineering (QE), die im Abschnitt 3.3 vorgestellt werden, bilden hierzu eine geeignete Grundlage. Der Stand der Forschung bei der Integration der Methoden in den Montageplanungsprozeß bildet den Abschluß dieses Abschnitts.
Zusammenfassung
Löffler T.
Ausgangspunkt der Arbeit waren die steigenden Ansprüche der Kunden an die Qualität der Produkte und die damit einhergehenden Qualitätssteigerungsmaßnahmen in den Unternehmen. In der Montage stellen Produktprüfungen häufig sehr teure und aufwendige Verfahren zur innerbetrieblichen Lenkung der Qualität dar. Deshalb wird verstärkt versucht, durch die Lenkung der Prozesse die Produktqualität zu erhöhen.
Einleitung
Löffler T.
In Deutschland hat sich seit Ende des zweiten Weltkrieges der Anspruch an die Qualität der Produkte ständig gewandelt. In den ersten Jahren nach Kriegsende waren Konsumgüter nicht in ausreichender Menge verfügbar. Der Konsument war froh, beliefert zu werden und nahm die Produkte ab, die er bekommen konnte. Für die Unternehmen stand die Versorgung des Marktes im Vordergrund, die Qualität der Produkte spielte eine untergeordnete Rolle. Die Qualität der Produkte wurde von den Unternehmen festgelegt (TÜV AKADEMIE 1995).
Einleitung
Lindermaier R.
Der Standort Deutschland ist neben anderen Standortnachteilen vor allem aufgrund seiner hohen Lohn- und Lohnnebenkosten in letzter Zeit Gegenstand zahlreicher Diskussionen (Milberg 1994, S. 15). Um trotz dieser Rahmenbedingungen montageintensive, und damit personalkostenintensive Produkte konkurrenzfähig am Weltmarkt anbieten zu können, sehen sich viele inländische Betriebe gezwungen, ihre Montagebereiche in angrenzende Niedriglohnländer zu verlagern. Ein positiver Effekt dieser Entscheidung auf die Kosten- und damit auf die Wettbewerbssituation der Unternehmen wird unter Einbeziehung aller strategischen, betriebswirtschaftlichen und sozialpolitischen Gesichtspunkte allerdings stark angezweifelt (Lotter 1995). Als Gründe werden insbesondere der Einflußverlust auf die Montagequalität der Produkte, der fehlende Wissenstransfer von der Montage zur Entwicklung und die negativen Auswirkungen auf die Beschäftigungssituation in den vor- und nachgelagerten Unternehmensbereichen genannt. Werden alle ökonomischen Konsequenzen in einem umfassenden wirtschaftlichen Vergleich1 integriert, zeigt sich, daß der Standort Deutschland durch eine, wenn auch auf den ersten Blick kostenintensivere, Automatisierung anspruchsvoller Produktionsprozesse international wettbewerbsfähig ist (Blick durch die Wirtschaft 1996).
Literaturverzeichnis
Lindermaier R.
Anforderungen an eine qualitätsorientierte Entwicklung von Montagesystemen
Lindermaier R.
Der Montageplaner benötigt für die Komplexitätsbeherrschung des Qualitätsverhaltens von Montagesystemen geeignete Werkzeuge zur kundenorientierten Systementwicklung, die derzeit zwar innerhalb des QE verfügbar sind, aber im Investitionsgüterbau kaum effizient eingesetzt werden. Ein sinnvoller Ansatz zur Lösung dieser Problematik ist die Integration qualitätsorientierter Werkzeuge und Arbeitsschritte in das Vorgehen der Entwicklung von Montagesystemen (im folgenden „qualitätsorientierte Montagesystementwicklung“ genannt). Vor dieser Situation sind Anforderungen an die Vorgehensweise zu formulieren. Die Aspekte des Qualitätsmanagements — Kundenorientierung, Produkt- und Prozeßorientierung, Ausrichtung am kompletten Systemlebenszyklus und ständige Verbesserung (Reinhart U.A. 1996, S. 15ff) — liefern dazu die Grundlage. Die zu entwickelnde Methode wird durch Anforderungen aus dem Qualitätsmanagement, durch Anforderungen an das Planungsvorgehen sowie durch organisatorische und informationstechnische Anforderungen determiniert, die im folgenden weiter ausgeführt werden.
Methode zur qualitätsorientierten Montagesystementwicklung
Lindermaier R.
In den Kapiteln 1 bis 4 wurde die Problemstellung und Ist-Situation diskutiert und schließlich die Notwendigkeit einer Entwicklungsmethode herausgearbeitet, die die Qualitätsforderungen des Systembetreibers in den Vordergrund stellt. Für die Methode konnten Anforderungen formuliert werden. In diesem Kapitel erfolgt die Grundkonzeption der Methode (Abschnitt 5.2) und die Erläuterung der einzelnen Methodenelemente. Abschnitt 5.3 beschreibt die Arbeitsschritte innerhalb der Phasen der qualitätsorientierten Montagesystementwicklung, wobei der Schwerpunkt auf der Adaption der QE-Werkzeuge auf montagespezifische Aspekte sowie auf der Bewertung und Berechnung von Qualitätsmerkmalen liegt. Abschnitt 5.4 faßt das Kapitel zusammen.
Qualitätsverhalten automatisierter Montagesysteme
Lindermaier R.
Zur Analyse des Qualitätsverhaltens ist die Meßbarkeit von Qualität und der darauf einflugnehmenden Faktoren sowie die Eingrenzung und Beschreibung des jeweiligen Betrachtungsobjekts notwendig. In diesem Kapitel werden aus den Anforderungen des Systembetreibers Qualitätsmerkmale automatisierter Montagesysteme abgeleitet und in quantifizierbarer Form definiert. Im Anschluß erfolgt die Strukturierung der Montageanlagen in die qualitätsbestimmenden Funktion- und Systemelemente. Das reale Einsatzverhalten der Anlagen wird durch Einflüsse außerhalb des Montagesystems beeinträchtigt, die ein wesentliches Optimierungspotential darstellen. Die Einflüsse werden anhand durchgeführter Untersuchungen an Montagesystemen erläutert und ihre stochastische Wirkung veranschaulicht.
Anwendungsbeispiel
Lindermaier R.
Anhand eines beispielhaft durchgeführten Anlagenprojekts soll die Anwendbarkeit der entwickelten Vorgehensweise sowie der META-Pläne überprüft werden. Anwendungsrelevante Inhalte des Verfahrens werden dazu bei einem mittelständischen Anlagenhersteller49 prototypenhaft implementiert. Der zur Einführung im Unternehmen erforderliche Vorgehensplan wird in Abschnitt 7.2 vorgestellt. Zur Verifikation der Methodeninhalte und zur Kontrolle der Praktikabilität der Instrumentarien wird ein Initialprojekt begleitet (Abschnitt 7.3). Abschluß des Kapitels bildet eine aus praktischer Sicht durchgeführte Bewertung der qualitätsorientierten Montagesystementwicklung.
Organisatorische und informationstechnische Umsetzung
Lindermaier R.
Die beschriebene Vorgehensweise zur Realisierung eines fähigen Montagesystems muß für ihre rationelle Anwendung in die Unternehmensstrukturen der Anlagenhersteller integriert werden. Die über den Rahmen der konventionellen Systementwicklung hinausgehenden Teilaufgaben sind in der Aufbauorganisation zu verankern und in die Projektabwicklung zu implementieren (Abschnitte 6.2 und 6.3). Weiterhin erfolgt auf Basis der Informationsflüsse die Konzeption und Entwicklung eines Datenmodells für die Unterstützung der Vorgehensweise und deren Abbildung auf rechnergestützte Werkzeuge (Abschnitt 6.4).
Anforderungen an die akustische Fügeprozeßüberwachung
Löffler T.
Beim Einsatz der Prozeßüberwachung in der Montage sind verschiedene Anforderungen zu berücksichtigen. In der Literatur (Eversheim 1989, Wisbacher 1992) sind eine Reihe grundlegender Anforderungen aufgeführt, die an Überwachungssysteme gestellt werden und damit auch für Systeme zur akustischen Fügeprozeßüberwachung gelten. Im wesentlichen werden die
Methodische Vorgehensweise zur Integration der akustischen Überwachung
Löffler T.
Um Prozesse mit einem Fehleranteil von bis zu 1 ppm sinnvoll überwachen zu können, ist, im Vergleich zu Prozessen mit größeren Fehleranteilen, ein erhöhter Anfangsaufwand bei der Integration von Überwachungseinrichtungen erforderlich und eine systematische und zielgerichtete Vorgehensweise nötig. Dies gilt für diese Art von Prozessen und ist unabhängig von der physikalischen Größe, die zur Überwachung herangezogen wird. Eine systematische und zielgerichtete Vorgehensweise ermöglicht mit geringem Zeitaufwand eine optimale Überwachung und dokumentiert die einzelnen Ablaufschritte.
Stand der Erkenntnisse
Löffler T.
Die Überwachung der Qualität in der metallverarbeitenden Industrie ist durch die fortschreitende Entwicklung der Meß- und Prüftechnik einem stetigen Wandel unterworfen. Neben den klassischen Produktprüfungen wird die Produktion durch Prüfungen an Fertigungsverfahren und Betriebsmitteln überwacht. Dabei werden immer neue Prüfverfahren eingeführt, und es wird ein verstärkter Einsatz akustischer Prüfverfahren deutlich.
