CAD/CAM-Automatisierung senkt Zeitbedarf für CNC-Programmierung um 30 Prozent

Ermächtiger der Automobilindustrie

Automobile haben sich in den vergangenen Jahrzehnten wesentlich verändert, ebenso die Art und Weise, wie sie hergestellt werden. Entstanden sie früher von der einzelnen Komponente bis zum fertigen Produkt in Großserien, weisen sie heute einen hohen Grad an Individualisierung auf. Produktionsanlagen für Automobilhersteller müssen komplexe Teile und Baugruppen in hohen Stückzahlen erzeugen können und dabei eine hinreichende Flexibilität für häufige und schnelle Werkstückwechsel aufweisen.

Als Pionier des Werkzeugmaschinenbaus produzierte die GROB-WERKE GmbH & Co. KG (GROB) 1933 ihre erste Gewindefräsmaschine. Das Familienunternehmen hat sich seither zu einem führenden Hersteller innovativer Produktions- und Automatisierungssysteme in erster Linie für weltweit führende Automobilhersteller und deren Zulieferer entwickelt. Das Produktportfolio von GROB reicht von 5-Achs-Bearbeitungszentren bis hin zu Transferlinien für die Bearbeitung mechanischer Teile. Zudem enthält es Produktionsanlagen für Hybrid- und Elektroantriebe einschließlich Elektromotoren sowie Montagelinien für Batteriemodule und Brennstoffzellen.

For project planning, design, validation and CNC program generation, GROB uses Plant Simulation, NX and Teamcenter with a bidirectional ERP integration, covering five engineering and manufacturing sites around the globe. (image courtesy of GROB)

Weltweite Entwicklung

GROB verdankt seinen Erfolg nicht zuletzt seiner Fähigkeit, veränderliche Marktanforderungen vorauszusehen und mit innovativen Lösungen zu erfüllen. Unterstützt wurde diese Strategie durch die frühzeitige Einführung zukunftsgerichteter Softwaretools und -systeme, um damit die Ingenieure bei Entwicklung, Konstruktion und Produktion der Produktionsanlagen zu unterstützen.

Bereits um das Jahr 2.000 führte GROB die computergestützte Konstruktion (CAD) mittels 3D-Modellierung für die Grob- und Detailkonstruktion ein. Die Software NX™ ersetzte 2D-Zeichnungen, von denen viele noch auf Papier erstellt wurden. „Die Konstrukteure in unsere Produktionsstandorte in Deutschland, Italien, China, Brasilien und den USA arbeiten eng zusammen“, sagt Christian Lisiecki, Director and Head of Machining Systems bei GROB. „Die Vereinheitlichung auf NX war ein globales Projekt und für die Ausrollung über das gesamte Unternehmen vorgesehen.“

Das frühe Digitalisierungsprojekt beinhaltete auch Software für das Produktlebenszyklusmanagement (PLM). Aufgrund seiner tiefen NX-Integration und überlegenen Performance in standortübergreifenden Installationen fiel die Wahl von GROB auf das Teamcenter® PLM-Softwareportfolio. Teamcenter wurde gemeinsam mit NX weltweit ausgerollt. „Teamcenter ist die gemeinsame Wissensbasis für alle GROB-Konstrukteure weltweit“, erklärt Lisiecki. GROB nutzt the Machine Resource Library (MRL), eine Teamcenter-Applikation für Klassifizierung und Datenmanagement von Fertigungsressourcen. „Seine Workflow-Mechanismen ermöglichen uns, über unsere weltweiten Standorte hinweg schlagkräftige Teams zu bilden“, ergänzt er.

Wurden Stücklisten zwischen Teamcenter und dem ERP-System ursprünglich mit wenig effizienten Methoden ausgetauscht, erfolgt ihre Übertragung mittlerweile per Teamcenter Gateway for SAP Business Suite (T4S). „Das Eliminieren bislang getrennter Datensilos hat die Stücklistenerstellung um mindestens 80 Prozent beschleunigt“, bestätigt Lisiecki. „Die Abweichungen zwischen den Stücklisten in den verschiedenen Systemen sind um 95 Prozent zurückgegangen.“

GROB engineers use NX CAM for CNC program generation and simulation. (image courtesy of GROB)

Vollständiger digitaler Zwilling

GROB-Entwickler schaffen den digitalen Zwilling jeder Produktionsmaschine oder -anlage. Dazu nutzen sie NX für viele Aufgaben über die Modellierung hinaus. Sie führen Finite Element Analysen (FEA) mit NX NASTRAN durch und Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics; CFD) mit NX CFD. Für die Schaltplan- und Schaltschrankkonstruktion verwenden sie Software eines anderen Herstellers. Für die Konstruktion der Verrohrung und Verkabelung in ihren komplexen Anlagen nutzen sie die 3D-Routingapplikation in NX. Da GROB-Anlagen zu wesentlichen Teilen aus Blech gefertigt werden, schätzen sie auch NX Sheet Metal Design, eine anwendungsspezifische Umgebung für die Blechteilekonstruktion.

„Mit seiner Vielfalt spezialisierter Applikationen ermöglicht NX das Lösen verschiedener konstruktiver Aufgaben, ohne die gewohnte Umgebung zu verlassen“, sagt Florian Zingerle, Konstrukteur und NX Key User bei GROB. „Ständig innerhalb der weltweit einheitlichen Teamcenter-Umgebung zu arbeiten, hilft ihnen dabei, einen digitalen roten Faden von der Vorentwicklung bis zur Produktion.“

Für die Entwicklung von Maschinen und Automatisierung nutzt GROB nicht nur NX. Die Ingenieure verwenden Plant Simulation aus dem Tecnomatix® Portfolio für die Projektierung bereits im Verkaufsprozess. Plant Simulation ermöglicht GROB die Simulation von Materialfluss und Maschinenauslastung und damit Konzeptoptimierungen. Dies bildet eine solide Grundlage für alle nachfolgenden Entwicklungsarbeiten. GROB verwendet Process Simulate, ebenfalls Teil des Tecnomatix Portfolios für das Simulieren der in den Anlagen integrierten Roboter, um Zykluszeiten zu verifizieren und Kollisionen auszuschließen.

GROB used NX to automate design and CNC programming work with feature-based machining recognizing 95 percent of GROB standard bore types and 70 to 80 percent of other features. (image courtesy of GROB)

NX, Teamcenter and Tecnomatix sind Teil des Siemens Xcelerator Portfolios, dem vollständigen, integrierten Portfolio an Software und Dienstleistungen von Siemens Digital Industries Software.

GROB-Entwickler nutzen die Software Mechatronics Concept Designer™, die zur NX Familie gehört, um damit für kritische Baugruppen alternative konstruktive Konzepte zu schaffen und zu validieren. Am anderen Ende der Produktentstehung nutzen sie dieselbe Software für die virtuelle Inbetriebnahme. Für die Hardware-in-the-Loop Simulation wird dabei der digitale Zwilling der Maschine samt seiner kinematischen Definitionen über die Simulationsplattform Siemens Simit mit der Steuerung verbunden. Die virtuelle Inbetriebnahme verkürzt beträchtlich die Lieferzeit speziell größerer Anlagen. Diese enthalten oft auch Maschinen anderer Hersteller, die direkt zum Kunden geliefert werden. Die in den Entwicklungsbüros durchgeführte virtuelle Inbetriebnahme reduziert erheblich die Zeit für Optimierungsarbeiten auf der Baustelle.

GROB engineers use Mechatronics Concept Designer software for virtual commissioning. (image courtesy of GROB)

Automatisierte Teileerstellung

Für die computer-gestützte Fertigung nutzt GROB vorwiegend NX CAM. Dabei tauschen die Techniker zwischen den Produktionsstandorten über Teamcenter als zentrale Datendrehscheibe nicht CNC-Programme, sondern 3D-Modelle. Aus den Modellen werden die CNC-Programme vor Ort abgeleitet, um den dortigen Maschinenpark und die dort verfügbaren Werkzeuge zu berücksichtigen.

Viele Teile haben Varianten, die sich beispielsweise bezüglich der Anzahl und Größe von Bohrungen und Taschen unterscheiden. GROB erstellte mithilfe der Möglichkeiten von NX für nutzerdefinierte Merkmale (User-Defined Feature; UDF) eine Bibliothek für Bearbeitungsregeln mit Standard-Bohrungstypen, Taschen und Oberflächendefinitionen einschließlich der jeweils passenden Bearbeitungswerkzeuge. Dies führte zu beträchtlichen Einsparungen an zahlreichen Stellen im Produktentstehungsprozess. „Mittels Feature-based Machining mit NX CAM konnten wir Konstruktion und CNC-Programmierung automatisieren“, betont Zingerle. „Die automatische Merkmalserkennung erkennt 95 Prozent unserer Standard-Bohrungstypen und 70 bis 80 Prozent der anderen Merkmale; sie hat den Zeitbedarf für die CNC-Programmierung um 30 Prozent gesenkt und die Werkzeuganzahl deutlich reduziert.“

„„Diesen hohen Grad an Automatisierung und Datenintegration zu erreichen, brauchte Zeit und drei entscheidende Faktoren“, sagt Lisiecki. „Erstens die Langzeit-Stabilität und Interoperabilität der Softwareprodukte aus dem Siemens Xcelerator business platform; zweitens zuverlässige, beständige Anwendungsunterstützung von Siemens als mit unseren Anforderungen vertrauten Partner und drittens hauseigene Experten mit der Fähigkeit, mit großer Agilität kontinuierliche Verbesserungen umzusetzen.“

Martin Wagner leitet die für die technische Software verantwortliche IT-Gruppe, die auch die Konstruktionsdaten der Kundenteile für die Verwendung in digitalen Zwillingen von GROB konvertiert. Im Haus programmierte Funktionalitäten erfordern IT-Experten, die mit allen involvierten Softwareprodukten vertraut sind. „Beim Informationsaustausch zwischen Teamcenter und dem ERP-System werden nicht nur Stücklisten über die T4S-Schnittstelle geschoben“, nennt Wagner ein Beispiel. „Die Teilereihenfolge wird dabei automatisch an die Bedürfnisse zum Beispiel der Einkaufsabteilung angepasst und die Stückliste wird anschließend an die Entwicklung zurückgeleitet und automatisch abgeglichen.“

Produktionsmitarbeiter bei GROB arbeiten papierlos auf Basis gültiger Informationen im JT™ Datenformat über Teamcenter Viewer auf Monitoren. Mithilfe einer NX open Applikation zum Extrahieren von Merkmalen aus NX Modellen implementierten die IT-Experten von GROB die automatische Ableitung der Arbeitsabläufe. „Diese sind detailliert genug, um beispielsweise zwischen Schweiß- und Nietmuttern zu unterscheiden und deren Ausrichtung anzuzeigen“, sagt Stefan Schur, Gruppenleiter Manufacturing Support bei GROB. „Die auf Basis von NX automatisch generierten Arbeitsabläufe haben Fehler in der Produktion praktisch vollständig eliminiert.“

Als weiteres Beispiel für die Automatisierung der Konstruktion löst jede Konstruktionsfreigabe in Teamcenter in der ERP-Software einen Änderungsvorgang aus. Als praktische Auswirkung erzeugt die Software neben allen anderen Zeichnungen ein Dokument, in dem die Änderungen hervorgehoben sind.

GROB nutzt NX nicht nur für Entwicklung und Produktion der Anlagen. Bei der Entwicklung einer neuen Technologie der additiven Fertigung (AF) für die schnelle und wirtschaftliche Produktion von Aluminiumteilen integrierte man die AF-Lösung von NX. Diese ist mit der Slicer-Software verbunden, die alle für die Teilefertigung benötigten Informationen generiert. Anwender der innovativen AF-Maschinen von GROB erzeugen auch die Stützstrukturen der Teile mittels NX. „Mittels Siemens Software haben wir unsere digitale Transformation auf die Nutzer unserer Maschinen und Anlagen ausgedehnt“, schließt Lisiecki.

GROB production workers rely on valid information from Teamcenter JT viewers on monitors rather than paper. (image courtesy of GROB)