Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Werkstattorientierte Werkzeugmaschinenautomatisierung durch flexible Roboterunterstützung

Spanende Bearbeitungsprozesse kleiner und mittlerer Unternehmen mit variantenreichem Produktspektrum weisen derzeit keinen oder nur geringen Automatisierungsgrad auf, obwohl dieser direkt zu Produktivitätssteigerung, einer verbesserten Termintreue sowie geringeren Nacharbeits- und Ausschussmengen führt. Verkürzte Produktlebenszyklen bzw. geringe Stückzahlen NC-bearbeiteter Teile sowie spezifische Anforderungen (Mitarbeiterausfall, mannlose dritte Schicht) erfordern eine häufige Anpassung von Bearbeitungsprozessen und damit ein hohes Maß an Flexibilität der verwendeten Ressourcen – auch während der produktiv genutzten Hauptzeit.

Für die Serienproduktion existieren zwar Ansätze, die die Auslegung und Einrichtung von roboterunterstützten Produktionsprozessen (Handling, Bearbeitung) offline in die Planungsphase vorziehen, diese sind jedoch mit einem hohen manuellen Modellierungsaufwand des Maschinenverhaltens verbunden. Daher sind sie für Kleinserien aufgrund der Varianz und der in KMU häufig fehlenden Personalressourcen nicht effizient umsetzbar. Hilfsprozesse wie z. B. roboterbasiertes Handling, Entgrat- oder Prüfschritte werden bislang nur unzureichend in der werkzeugmaschinenzentrierten CAD-CAM-NC-Kette berücksichtigt. Darüber hinaus erlaubt der reine Offline-Ansatz mangels geeigneter Interaktionsschnittstellen keine nachträgliche (Online-) Anpassung von Roboterprogrammen durch den Maschinenbediener und erzeugt somit – insbesondere für KMU – technologische Anwendungshürden.

Ziel des Projektes ist es, kleinen und mittelständischen Unternehmen den Zugang zu einer innovativen und alternativen Lösung zur automatisierten Beschickung von Werkzeugmaschinen zu ermöglichen.

Hierzu soll folgende Hauptforschungsfrage beantwortet werden:

Wie können KMU dazu befähigt werden, Industrieroboter selbstständig zur flexiblen Beschickung von Werkzeugmaschinen mit variantenreichen Werkstü-cken einzusetzen?

Ergebniszusammenfassung:

Die Auftragslage bei Lohnfertigern bzw. Bearbeitern von Aluminium-, Stahl- und Edelstahl – typischerweise KMU – ist geprägt von variantenreichen Kleinserien. Dies ist dadurch begründet, dass sich nur durch die Spezialisierung auf spezifische Werkstückgruppen bzw. -charakteristika mit hohen Kompetenzanforderungen Vorteile für diese Unternehmen am Markt ergeben. Durch die zunehmende Digitalisierung in KMU, z. B. durch die Nutzung von CAD/CAM-Technologien oder Werkzeug- und Maschinendatenverwaltungssystemen, erreichen Maschinenbediener als Anwendungsexperten eine hohe Wertschöpfung bei Tätigkeiten der Fertigungsvorbereitung (Planung bzw. Programmierung von Bearbeitungsprozessen). Ihre Kapazität wird jedoch durch lange Wartezeiten während der Bearbeitungsausführung – insbesondere bei Kleinserien (1-20 Bauteile/Monat) – ineffizient gebunden.

Durch die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden KMU in die Lage versetzt, das vorhandene Expertenwissen der beschäftigten Maschinenbediener im Rahmen von Planungsaufgaben fokussierter einsetzen, kurzfristige Personalengpässe leichter kompensieren und Möglichkeiten für eine zweite bzw. dritte Schicht schaffen zu können, damit die mit hohen Investitionen verbundenen Werkzeugmaschinen stärker ausgelastet werden und dynamisch auf die Auftragslage reagiert werden kann. Die einhergehend intensivere Nutzung der digitalen Planungssysteme führt in der Folge zu einer Weiterentwicklung des schon vorhandenen Expertenwissens auf Bedienerebene und dadurch zu einer zusätzlichen Effizienzsteigerung. Dies sind wichtige Voraussetzungen zur Sicherung und zum nachhaltigen Ausbau wissensintensiver Arbeitsplätze an Hochlohnstandorten wie Deutschland.

Mit dem Einsatz handelsüblicher Roboter kann insbesondere die Systeminbetriebnahme durch Kombination von Offline-Planung (CAD-CAM) und Online-Programmierung unterstützt werden, um die beschriebene Tätigkeitsverlagerung zu ermöglichen und wirtschaftlich für KMU eine Steigerung.