Forschungsvorhaben Integration der NC-Planung in das Product Lifecycle Management

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1 1 Forschungsvorhaben Integration der NC-Planung in das Product Lifecycle Management Im Rahmen des durchgeführten Forschungsvorhabens wurden die Einbindungsmöglichkeiten der NC- Planung in das Product Lifecycle Management diskutiert und Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Systemperformance PLM PLM-Nutzen Standard und Integration Einzelsystem CAP MES CAD NC Lebenszyklus Legende CAD: Computer Aided Design NC: Numerical Control CAP: Computer Aided Planning : Enterprise Resource Planning MES: Manufacturing Execution System Bild 1: Integrationsnutzen von PLM-Lösungen Zunächst wurden die Ausgangssituation sowie die Problemstellung im NC-Planungsprozess beschrieben. Dabei wurde deutlich, dass im NC-Planungsprozess viele Daten als Eingangsgrößen genutzt werden, die von anderen Wertschöpfungsstufen generiert werden. Insbesondere in der Konstruktion sowie der Arbeitsvorbereitung werden CAD-Modelle bzw. der Arbeitsplan erstellt, die vom NC-Planer heute eigenständig interpretiert werden müssen. Im Falle der CAD-Modelle gehen Feature- Informationen bei der Übertragung vom CAD-System zum NC-Planungssystem häufig verloren, sofern beide IT-Lösungen nicht auf demselben Dateisystem aufbauen. Im Falle des Arbeitsplans gilt es, eine Zuordnung von Arbeitsplänen und NC-Fertigungsdokumentensatz zu realisieren, da oftmals einem Arbeitsplan verschiedene NC-Fertigungsdokumentensätze zugeordnet sind. Schließlich muss eine Verwaltung der Spannmittel und Werkzeuge sichergestellt werden, um insbesondere die Baustruktur von Spannmitteln aus dem NC-Planungssystem heraus generieren zu können.

2 2 Konstruktion 2D/3D-CAD-System Zeichnung Arbeitsplan Planung Arbeitsplanerstellung CAD/CAM-System NC-Programmierung mit CAD-Datenaustausch Postprozessoren für die Maschinenanpassung NC-Programm NC-Fertigungsdaten- Management Tool-Management NC-Steuerung/WOP/NC-Editor NC-Programmierung auf Zeichnungsbasis NC-Programm File-basiertes NC-Archiv Fertigung Rückführung korrigierter NC-Programme DNC-System Kommunikation mit NC-Maschine Werkzeug-Voreinstellung Datenstrom NC-Maschine Informationsfluss Bild 2: Alternative Methoden der NC-Programmerstellung in der NC-Verfahrenskette Im Anschluss an die Ausgangssituation und Problemstellung wurden die angestrebten Forschungsergebnisse sowie der Lösungsweg zur Erreichung dieser Ergebnisse beschrieben. In einem dreistufigen Vorgehen wurde ein Lastenheft erstellt, um die Anforderungen der PLM-NC-Integration abzubilden. : Enterprise Resource Planning FDM: Fertigungsdatenmanagement : Produkt Data Management TMS: Tool Management System Auftragsdaten Liste der benötigten CAD Modelle Erforderliche CAD 2D-/ 3D-Modelle Arbeitsplan Liste der NC-relevanten Arbeitsgänge Rohteilmodell im NC-Planungssystem Aufbereitetes CAD Modell (NC-Modell) Maschinen-/ Aggregatemodell Maschinenbeschreibung Bearbeitungsseite / Spannlage Spannmittelbestand Spannmittel-/ Vorrichtungsmodell Spannmittellliste Versionierung Datenbanktabelle Text (ASCII) Grafik Dateiformate Proprietär Standard CAD CAD-Intern FDM/CN intern CNC Datenhaltung Verwaltung im PLM Datenfluss Quelle Ziel FDM/NC FDM/NC FDM/NC /CAP FDM/NC FDM/NC / FDM/NC FDM/NC FDM/NC TMS FDM/NC TMS FDM/NC FDM/NC TMS Bild 3: Auszug aus dem Datenlastenheft Im Anschluss daran, wurde ein Pflichtenheft erstellt, in dem konkrete Teilkonzepte abzubilden waren. Schließlich wurden ausgewählte Teilkonzepte in Form von Demonstrationsfunktionen realisiert.

3 3 Die Analyse der NC-Planung zeigte, dass insbesondere die Datendurchgängigkeit zwischen den einzelnen IT-Lösungen in der NC-Prozesskette als Ansatzpunkt für die Integration der NC-Planung in das PLM zu nutzen ist, angefangen von der CAD-Modellübernahme aus dem -System heraus in das NC-Planungssystem, über die Verwaltung der Ergebnisdaten des NC-Planungsprozesses bis hin zur Rückführung der Daten aus der Fertigung bzw. vom Maschinenbediener zum NC-Planer. Alle diese Daten gilt es vor dem Hintergrund eines ganzheitlichen Ansatzes zu integrieren. Aus einem projektbegleitenden Industriearbeitskreis konnten alternative Erwartungshaltungen und Abgrenzungen des Funktionsumfangs abgeleitet werden, die darin mündeten, den NC- Planungsprozess nicht nur auf die eigentliche Erstellung von NC-Programmen zu begrenzen, sondern auch die Anforderungen der Ressourcenbereitstellung (Betriebsmittel, Technologiedaten) und den Umsetzungsprozess in der Fertigung mit einzubeziehen, obwohl letzterer nicht im Fokus der Überlegungen stand. Aus den Diskussionen mit den Industrievertretern wurde auch deutlich, dass die Nutzung von 3D- CAD-Modellen von allen gewünscht wurde, doch auf 2D-Ableitungen des 3D-CAD-Modells in der Realität nicht verzichtet werden kann. Weiterhin wurde deutlich, dass in einem Unternehmen aufgrund verschiedenster Fertigungsanforderungen meist mehr als nur ein NC-Planungssystem zu finden ist, das mit Daten versorgt werden muss. Aus den so gesammelten Anforderungskatalogen wurde ein NC-Referenzprozess über alle durchzuführenden Aktionen der NC-Planung mit entsprechenden Datenanforderungen und Nutzungsprofilen aus den vorgelagerten Planungsbereichen abgeleitet und dokumentiert. Auch die sich daraus ergebenden Zugriffsrechte (Rollen) auf die operativen Planungsdaten wurden festgehalten, um den Ansprüchen der beteiligten Unternehmensstrukturen zu entsprechen.

4 4 NC-Planungsaufgabe ableiten / aufbereiten / vorbereiten CAD Dateien übernehmen Aufspannungen planen NC-Programmerstellung Bild 4: Teilprozess: NC-Planungsaufgabe ableiten Aus den so zusammengetragenen Anforderungen wurde schließlich ein 2-stufiges IT-Konzept abgeleitet, das in der ersten Stufe der NC-planungsnahen Organisation ein problem- und aufgabenbezogenes Managementumfeld (FDM, TMS) zuordnet und das damit alle NC-Planungssysteme zentral versorgen kann. In der zweiten Stufe wurde aus dem Management der ersten Stufe eine Kommunikationsstruktur im Sinne des PLM erarbeitet. Damit wird die Anforderung berücksichtigt, dass nicht jedes NC- Planungssystem eine eigene Rahmenorganisation benötigt und darüber hinaus zu jedem PLMunterstützenden System in unterschiedlichen Unternehmen spezifische Schnittstellen entwickeln werden müssen.

5 5 PLM-Umfeld TMS CAD FDM (NC-Fertigungsdatenmanagement) MES- / DNC-System Einheitliche NC- Organisation NC-Planung 1 Z. B. EAPT NC-Planung 2 Z. B. Ncam NC-Planung 3 Z. B. TopSolid Realisierte Kommunikation Realisierte Kommunikation, aber noch nicht überall im Einsatz noch nicht realisierte Kommunikation Bild 5: Kommunikationskonzept zwischen PLM und NC-Planung Durch die konzeptionelle Einführung eines Schnittstellenservers zu unterschiedlichen PLMunterstützenden Systemen kann die gesamte und in jedem Unternehmen unterschiedlich ausgeprägte Workflow- und Datenaustauschproblematik zentralisiert werden und damit eine deutliche Schnittstellenreduzierung erreicht werden. Direkte Verbindung Nutzung eines Schnittstellenservers Schnittstellenserver NC NC Bild 6: Möglichkeiten der IT-Integration Insbesondere kmu profitieren von diesem Konzept, da die beiden Integrationsstufen zeitlich unabhängig implementiert werden können und damit den begrenzten Ressourcen der Unternehmen bzgl. der notwendigen Aufwendungen für die Umorganisation im engeren NC als auch dem PLM Rechnung getragen wird. An einem ausgewählten Beispiel eines mittelständischen Unternehmens konnte gezeigt werden, dass die in diesem Projekt erarbeiteten Lösungsvorschläge mit Erfolg umgesetzt werden können.

6 6 Das Projekt N der Forschungsvereinigung Programmiersprachen für Fertigungseinrichtungen wurde in Kooperation mit dem Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen im Programm zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die AiF als Projekträger gefördert. Das Projekt begann im August 2006 und endete Juli Weitere Informationen und der Sachbericht zu dem Projekt können über die Forschungsvereinigung Programmiersprachen für Fertigungseinrichtungen e. V. ( bzw. über das Werkzeugmaschinenlabor der RWTH ( angefordert werden. Internet: