Flexible, numerisch gesteuerte CNC-Fertigungssysteme

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1 Flexible, numerisch gesteuerte CNC-Fertigungssysteme Dipl.-Ing. Werner K. Behrendt Dr. rer. pol., Dipl.-Ing. Wernher Behrendt Ing. HTL Rolf Deck Dipl.-Ing. Hans Joachim Holstein Dipl.-Ing. Peter Käser Dr.-Ing. Werner Müller Dr.-Ing. Günther Schröder Dipl.-Ing. Udo Smid Mit 101 Bildern TECHNISCHE HOCHSCHULE DARMSTADT* Fociihereioh 1 G o s o m t b i b I i o t h e k B '-!' i o o :~ w i r i '6 c h c f! s I e h f e Kontakt & Studium Band 221, Abs:oü-i ir. : JA..C ' SacnooiDiete: «Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bartz Technische Akademie Esslingen Weiterbildungszentrum Dipl.-Ing. FH Elmar Wippler, expertverlag

2 Inhaltsverzeichnis Herausgeber-Vorwort Autoren-Vorwort 1 Flexible NC-Fertigungen Ziele und Entwicklungen 1 W. K. Behrendt 1.1 Einführung zum Themenkreis Das produzierende, industrielle Unternehmen Gemeinschaft, um Ziele zu erreichen Denken in Systemen Fertigungssystem werden von Fertigungsproblemen und Zielen bestimmt Produktivität Wirtschaftlichkeit Optimale Produktivität und Wirtschaftlichkeit Prinzip der Flexiblen Fertigungssysteme (FFS) Grundlagen der wirtschaftlichen Fertigung Zeitliche Nutzung eines Fertigungssystems Probleme der zeitlichen Nutzung Flexibler Fertigungssysteme Hoher Werkstückausstoß mindert Kosten Investitionskosten Produktionsleistung Automatisierung, entscheidend für Wirtschaftlichkeit Automatisierung des Maschinensystems Automatisierung des Informationsflusses Erfassung des Automatisierungsgrades Wirtschaftlichkeitsgrenzen der Automatisierung Flexibilität Arten der Flexibilität Charakteristische Flexibilität von Maschinensystemen Der Weg zur Fabrik der Zukunft Weiter Weg zum vernetzten System" Berufsbilder werden sich verändern 31

3 2 Systematik und Planung flexibler Fertigungssysteme 32 G. Schröder 2.1 Einleitung Definition und Elemente flexibler Fertigungssysteme Grundlagen der Planung von FFS 44 3 Die Logistik im flexiblen Fertigungssystem (FFS) 55 W. Behrendt 3.1 Logistik ein alltäglicher Begriff der heutigen Industrie Ziele der Logistik im FFS Servicezeit im FFS Logistische Servicezuverlässigkeit im FFS Logistische Serviceflexibilität im FFS Struktur der Informationsverarbeitung Logistik in flexiblen Montagesystemen Zusammenfassung 75 4 Aktives, rationales Planen von Flexiblen Fertigungssystemen 76 W.K.Behrendt Methoden und Verfahren für Konzepte, Planungen, Beurteilungen Vorbereitende Planung Informations-und Datensystem Praxis der Informationssammlung und Datenermittlung Datengenauigkeit und Informationsrisiken ABC-Methode Zielsetzung Zielsystem der NC-Fertigung Aufstellen eines Zielsystems Beispiel eines Zielsystems Planung und Entscheidungsprozesse Dynamische Anpassung an-neue Betriebsbedingungen Teileprogramm mit CAD/CAM beherrschen Werkstückselektion Analyse der Fertigungsprobleme Bestimmung der technischen Mittel zur Lösung der Fertigungsprobleme Wirtschaftliche Vergleiche alternativer Problemlösungen Die zu treffenden Maßnahmen Nutzwertanalyse ein unentbehrliches Beurteilungsverfahren 92

4 4.5.1 Nutzwertanalysekonzept schrittweise Durchführung Zielliste - Zielsystem Gewichtung der Ziele Alternative Lösungen untersuchen und bewerten Anwendung von Bewertungsskalen Aufstellen der Zielwertmatrix Ermittlung der Teilnutzwerte Rangordnung der Alternativen Sicherheit der Bewertungen der Nutzwertanalyse Bewertungsmethoden Methode der Schwachstellensuche Nutzwertmuster Rechnerintegrierte Produktionsplanung für Flexible Fertigungssysteme 109 U.Smid 5.1 Rahmenbedingungen für die Produktionsplanung Die klassische" Produktionsplanung und -Steuerung (PPS-Systeme) Neue Aufgaben der Arbeitsvorbereitung Aufbau Flexibler Fertigungssysteme (FFS) Stand der Technik bei CIM-Projekten Flexible Automatisierung in der NC-Fertigung 137 W. Müller 6.1 Ausbaustufen flexibler Automatisierung Leistungsvermögen und Ausbaufähigkeit moderner Bearbeitungszentren Bearbeitungszentren mit Mehrfach-Scheibenmagazinen Bearbeitungszentren mit Werkzeugmagazin in Kassettenbauweise Werkzeugüberwachungseinrichtungen Flexible Fertigungssysteme Produktivität und Wirtschaftlichkeit 180 W. K. Behrendt 7.1 Grundverfahren der Investitionsbeurteilung Kostenvergleichsrechnung (KVR) Kostendiagnose durch Rentabilitätsdiagramme 187

5 7.3.1 Kostendiagramme Gewinnschwellendiagramm Kostenverlauf bei Investitionen Ermittlung der Grenzmengen Gültigkeit der Wirtschaftlichkeitsdiagnose von Kosten Einsatz, Motivierung und Entlohnung des Mitarbeiters in hochautomatisierten Fertigungssystemen 199 W. Behrendt 8.1 Personaleinsatz Wandel der Arbeitsaufgaben und der Arbeitsanforderungen in der heutigen Fertigung Wandel der psycho-physischen Anforderungen an den NC-Mitarbeiter - Ergebnis einer empirischen Untersuchung Psychische Anforderungen des NC-Arbeitsplatzes als Forschungsgegenstand Anforderungs-und Belastungselemente Die Personaleinsatzplanung ist unerläßlich Motivierung der NC-Mitarbeiter Entlohnung der Mitarbeiter hochautomatisierter Fertigungssysteme Einflußfaktoren Mitbestimmung des Sozialpartners Entlohnungsformen Prämienlohnsystem Prämienlohnsystem Zeitlohnsystem mit Zulagen Festlohnsystem mit Leistungskontrolle Konfiguration flexibler NC-Fertigungssysteme 229 H.-J. Holstein 9.1 Analyse der gegenwärtigen Situation Moderne Universalfräs- und Bohrmaschinen ihr Ausbau zur flexiblen Fräs- und Bohrzelle CNC-Steuerungen Bearbeitungszentren Vom Bearbeitungszentrum über die flexible Fertigungszelle zum flexiblen Fertigungssystem Flexible Fertigungszelle 243

6 9.5.2 Flexible Fertigungssysteme Überwachungseinrichtungen Standzeitüberwachung Werkzeugbruchkontrolle Schnittleistungsüberwachung Meßtaster Von Insellösungen zur CIM-Organisation Entwicklungstrend und Ausblick Erfahrung bei Planung und Betrieb eines flexiblen Fertigungssystems 272 R.Deck 10.1 Turbolader und Fertigung Hauptzielsetzungen des Projektes Projektorganisation Projektablauf Zeitbedarf von Planung zur Realisation Personal Mitarbeiter - Entlohnung Qualitätssicherung Werkzeuge Vorrichtungen Erkenntnisse und Erfahrungen während den verschiedenen Phasen Technologie des wirtschaftlichen Einsatzes der Werkzeuge 286 P. Käser 11.1 Technologische Grundlagen zur Optimierung Der Verschleiß Verschleiß und Schnittgeschwindigkeit Verschleiß und Kühlschmierung Die Standzeit Definition der Standzeit Standzeit und Schnittgeschwindigkeit Weitere Einflußgrößen der Standzeit Die Anwendbarkeit der Taylor-Gleichung Die Optimierung der Schnittdaten Optimierungsziele Die Fertigungskosten Das Kostenoptimum Die kostenoptimale und zeitoptimale Standzeit Wahl der Schnittiefe und des Vorschubes 302

7 Trendbetrachtungen Schnittwertsammlungen, Schnittwertoptimierungsprogramme (Software) Schnittwerte für flexible Fertigungssysteme Werkzeuge Weiterentwicklung der-schneidstoffe Die Beschichtung von Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl (HSS) Pulvermetallurgisch hergestellte Schnellarbeitsstähle Beschichtete Hartmetallwendeplatten Schneidkeramik CBN-Schneidstoffe Polykristalliner Diamant Weiterentwicklung der Werkzeugkonstruktionen Organisation im Werkzeugwesen 317 P. Käser 12.1 Rechnergestützte Werkzeugverwaltung Anforderungen unterschiedlicher Formen der Werkzeugorganisation Werkzeugverwaltung per Kleinrechner Werkzeugkarteiblatt-Verwaltung Einrichteblatt-Verwaltung Datenaustauschprogramm und Werkzeugeinstellung Meßmittelverwaltung, Vorrichtungsverwaltung Lagerverwaltung und Disposition Mögliche Systemerweiterung Organisation des Werkzeugwesens in einem flexiblen Fertigungssystem Wirtschaftlichkeit Einrichtungen der Werkzeug-und Werkstücklogistik 333 P. Käser 13.1 Transportsysteme Handhabung Handhabungseinrichtungen Raumbewegliche Industrieroboter Lade-und Entladestationen Steuerungskonzepte Auswahlkriterien eines fahrerlosen Transportsystems 343

8 Fahrzeugtyp Lastübergabetechnik 343 Literaturverzeichnis 344 Stichwortverzeichnis Autorenverzeichnis 34g 35g