Flexibles Fertigungssystem (FFS) für die Automation von Werkzeugmaschinen
Mithilfe eines flexiblen Fertigungssystems (FSS) lässt sich die Fertigung mit Werkzeugmaschinen automatisieren und ermöglicht somit die mannlose Fertigung sowie die Steigerung der Produktionskapazität und des Auslastungsgrads der Werkzeugmaschinen. Mit einem FFS können Sie verschiedene Teile parallel fertigen und die Termine während der Arbeit entsprechend anpassen. Hierdurch lassen sich kurze Vorlaufzeiten und kleine Losgrößen verwirklichen, während gleichzeitig die Vorteile einer Massenfertigung genutzt werden.
Reduzieren der Kapitalbindung und Personalkosten bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung
Durch effiziente Materialverwaltung und Logistik in Verbindung mit fortschrittlichen Planungsfunktionen für die Produktion lässt sich eine Fertigung mit nur wenigen Voreinstellungen und weniger Bedienpersonal realisieren - und das mit viel Potenzial für eine Qualitätssteigerung aufgrund reduzierter subjektiver Einflussfaktoren auf die Produktion. Da Materialien, Vorrichtungen und Paletten innerhalb des FFS gelagert werden, reduziert das System auch den Flächenbedarf in der Produktion.
Funktionsprinzip des Flexiblen Fertigungssystems
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Die Bearbeitungszyklen basieren auf den Arbeitsabschnitten, die einer Maschinenpalette zugewiesen werden. Im Arbeitsabschnitt sind die Belade-, Bearbeitungs- und Entladetätigkeiten für einen Bearbeitungszyklus festgelegt sowie die Reihenfolge, in der die einzelnen Tätigkeiten ausgeführt werden. Außerdem ist im Arbeitsabschnitt die Vorrichtung zum Aufspannen der Teile sowie die Teilenummer nach dem Bearbeitungszyklus angegeben. Der Bediener kann die Arbeitsabschnitte erstellen und bearbeiten sowie als Stammdaten speichern. Die Arbeitsabschnitte eines Teils enthalten den Bearbeitungsplan für das Teil. Anhand der registrierten Bearbeitungspläne werden die Fertigungsaufträge erstellt. Der Termin für die Fertigung wird nach Fälligkeitsdatum im Fertigungsauftrag und nach Verfügbarkeit an Rohmaterial und Vorrichtungen im Bearbeitungsplan eingeplant. Klicken Sie hier für eine detailliertere Beschreibung des FFS-Arbeitsablaufs. |
 Arbeitsablauf des flexiblen Fertigungssystems |
Vollständige Kontrolle über die Fertigung
Das fortschrittliche FFS-Steuerungssystem ermöglicht die vollständige Kontrolle über die Fertigung, da sich sämtliche Informationen über Fertigungsaufträge, Bearbeitungswarteschlangen und Ressourcen (Rohmaterialien, NC-Programme und voreingestellte Werkzeuge) im selben System befinden. Das FFS-Steuerungssystem verfügt über Schnittstellen zu ERP- (Enterprise Resource Planning) und CAD/CAM-Systemen, womit sich sowohl Fertigungs- als auch Teiledaten zwischen dem FFS und anderen Systemen austauschen lassen. Fortschrittliche flexible Fertigungssysteme können ein Werkzeugspeichersystem und Software für die zentrale Verwaltung der Werkzeug- und Voreinstellungsdaten für die in das System eingebundenen Werkzeugmaschinen enthalten.
Eine attraktive Investitionsmöglichkeit für Unternehmen unterschiedlicher Größe
Mit seiner Konfigurierbarkeit und Flexibilität ist ein FFS eine attraktive Investitionsmöglichkeit für unterschiedliche Betriebe – von kleinen Zulieferern bis zu Großunternehmen. Die kleinsten flexiblen Fertigungssysteme stellen lediglich einen Ersatz für Palettenpools dar, während man große Systeme als „Fabrik in der Fabrik“ bezeichnen könnte. Die Reihe der von Fastems hergestellten flexiblen Fertigungssysteme reicht von kleinen Systemen mit einer Werkzeugmaschine bis zu großen, werksweiten Systemen. Das kleinste FFS von Fastems ist der Flexible Palettencontainer (FPC). Das mittelgroße System wird als Flexibles Palettenmagazin (FPM) bezeichnet, und das größte System ist das Multi-Level-System (MLS).
Die drei Hauptbestandteile eines flexiblen Fertigungssystems
Ein flexibles Fertigungssystem setzt sich in der Regel aus drei Hauptbestandteilen zusammen: den Werkzeugmaschinen, einem automatischen Transportsystem mit einem Speicher und einem Steuerungssystem, das den gesamten Ablauf steuert. Bei den Werkzeugmaschinen handelt es sich normalerweise um Horizontal-Bearbeitungszentren, da diese die größte Flexibilität bieten. Es können jedoch auch Vertikal-Bearbeitungszentren eingesetzt werden. In einem Bearbeitungszentrum lassen sich zahlreiche verschiedenartige Werkzeuge zur Teilebearbeitung einsetzen. Ein Horizontal-Bearbeitungszentrum kann auch Drehvorgänge ausführen. Eine solche Werkzeugmaschine kann die unterschiedlichsten Teile bearbeiten. Das Wichtigste ist jedoch, dass ein Bearbeitungszentrum über eine generelle mechanische Vorrichtung verfügt, die sämtliche zu bearbeitenden Teile aufnehmen kann. Bei der Maschinenpalette handelt es sich um eine Art „Auftragsträger“, der einen oder mehrere Bearbeitungsaufträge mit unterschiedlichen Teilen zur Werkzeugmaschine transportiert, ohne dass diese umgerüstet werden muss. Dies ermöglicht die Bearbeitung der unterschiedlichsten Aufträge und wird manchmal auch als „chaotische“ Produktion bezeichnet.
Das übliche Transportsystem ist ein schienengebundenes Regalbediengerät (RGB), das die Maschinenpaletten aufnehmen kann. Es sind auch andere Transportsysteme einsetzbar, z. B. FTF (fahrerlose Transportfahrzeuge) oder Förderbandsysteme. Auch Standard-Industrieroboter finden immer mehr Anwendung. Fastems verwendet auf Schienen geführte Regalbediengeräte in seinen FPC-, FPM- und MLS-Systemen und Fanuc-Industrieroboter in den Roboterzellen (RPC).
Das Steuerungssystem hat die Aufgabe, die automatische Fertigung anhand der eingebetteten Algorithmen, Parameter und Fertigungsaufträge zu steuern. Dabei fungieren das FFS-Steuerungssystem als Master und die Maschinensteuerungen als Slaves. Das FFS-Steuerungssystem ermöglicht auch die mannlose Produktion für Zeiträume von einigen Stunden bis zu mehreren Tagen.
Betrieb
In einem flexiblen Fertigungssystem spannt der Bediener der Ladestation Teile auf die auf den Maschinenpaletten befindlichen Spannvorrichtungen auf. Je nach den zu fertigenden Teilen kann diese manuelle Tätigkeit auch automatisiert werden, beispielsweise durch einen Industrieroboter und hydraulische Spannvorrichtungen.
Richtige Zeitplanung
Das FFS-Steuerungssystem muss entscheiden, welche Aufträge weiterzuleiten sind, sobald eine Werkzeugmaschine oder Ladestation frei wird. Diese Entscheidung zu treffen, ist die Hauptaufgabe des Steuerungssystems. Es gibt keine Ideallösung dafür; die richtige Methode hängt von vielen Faktoren ab, wie dem Status der Aufträge in der Warteschlange, den Fertigungsaufträgen und ihren Prioritäten, der Verfügbarkeit der Bearbeitungsressourcen (Teile, Werkzeuge), der Verfügbarkeit der Bediener, den Überwachungskriterien und dem gesamten Fertigungsprofil.
Das Problem besteht darin, dass durch das Verfolgen eines bestimmten Ziels (z. B. der hohen Maschinenauslastung) ein anderes (z. B. die Teileprioritäten) leicht vernachlässigt werden kann. In einigen Fällen lässt sich mittels einer Simulation das Gesamtoptimum für einen bestimmten Zeitraum (z. B. acht Stunden) ermitteln, worauf das Ergebnis als statischer Zeitplan implementiert wird. Diese Methode setzt allerdings voraus, dass keine unerwarteten Ereignisse eintreten (Werkzeug- oder Maschinendefekte usw.). Da dies normalerweise nicht garantiert werden kann, basiert die Zeitplanung in der Regel auf einem reaktiven Prinzip; d. h., die Entscheidung über die nächste Aktion wird zum letztmöglichen Zeitpunkt getroffen.
Wann ist der Einsatz eines flexiblen Fertigungssystems zu erwägen?
In der technischen Umgangssprache wird der Begriff FFS häufig einfach benutzt, wenn eine Maschine automatisiert wird, beispielsweise mit einem Industrieroboter. Das ist in Ordnung, solange das System tatsächlich über das Hauptmerkmal der Flexibilität verfügt: die Möglichkeit der parallelen Fertigung ohne das manuelle Umrüsten. Dies ist in der Regel allerdings nicht der Fall, da Roboterzellen die Fertigungslose nacheinander abarbeiten. Man könnte meinen, dass dieser Punkt mit den industriellen Verfahren nichts zu tun hätte und es sich dabei um eine rein polemische und akademische Frage handeln würde. Sicherlich kommt man mit einer starren Lehrmeinung nicht sehr weit, und wir könnten den Begriff FFS auch für ein Robotersystem benutzen, das die Maschine zwischen der Bearbeitung verschiedener Lose automatisch umrüstet. Wenn wir jedoch den Begriff FFS richtig verwenden, ist der Kunde eher in der Lage zu verstehen, was das System tatsächlich kann und was nicht.
