Informationssystematik zur Optimierung von Konstruktions- und NC-Prozessen (eBook)

Ganzheitliche Optimierung durch Vernetzung von PLM-, ERP- und MES geprägten Prozessen unter Berücksichtigung von Betriebsmittelinformationen aus der Fertigung

Thomas Mücke (Autor)

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2017 | 1. Auflage
200 Seiten
Books on Demand (Verlag)
978-3-7448-7892-0 (ISBN)

Infos

Die technischen und betriebswirtschaftlichen Bereiche sind heute nicht durchgängig vernetzt. Im Rahmen des durchgängigen Engineerings, welche eine wichtige Rolle von Industrie 4.0 spielt, ist das Information Retrieval im Produktionsprozess ein wesentlicher Faktor. Die intelligente Rückführung der Daten führt zu technischen und wirtschaftlichen Vorteilen. Durch die Integration der Bereiche erzielt man neue Effekte bei einer ganzheitlichen Optimierung. In der Konstruktion werden ca. 70% der Produktkosten definiert; durch heutige Vernetzungstechniken hat man bereits im CAD-System Zugriff auf Ressourcen Informationen aus der Fertigung, welche eine neue Art der Kostenreduzierung ermöglichen. Aufgrund der Maschinensignale können Informationen in übergeordnete Systeme zurückfliesen, so dass ein Verbesserungsprozess ganzheitlich im Bereich der Logistik, als auch im technischen Bereich vorhanden ist. Mittels den Daten wird eine Technologiedatenbank aufgebaut, welche die Basis für die Optimierung in der Konstruktion und NC-Programmierung bildet. Die ganzheitliche Vernetzung ermöglicht einen wesentlich verbesserten Prozess von der Konstruktion bis zur Produktion. Hierbei werden die Effekte auf Basis der Real-time Daten von den verschiedenen Systemen innerhalb des Reportings und der Visualisierung dargestellt, so dass der Mensch durch die Echtzeitdaten bei der Entscheidungsfindung unterstützt wird. Damit im Gesamtprozess die produktiven und nicht produktiven Bereiche (wertschöpfende und nicht wertschöpfende Bereiche) effektiver integriert werden können, um die notwendigen Kosteneinsparungen zu erzielen, ist die Vernetzung ein Schwerpunkt der Dissertation. Es wird dargestellt, welche Effekte aufgrund technologischer Daten aus den Werkzeugmaschinen beim Zerspanungsprozess auf Basis von Betriebsmittelinformationen entstehen und wie die Informationen aus dem Produktionsbereich in den Planungsprozess optimiert überführt werden. Somit ist eine stetige Produktverbesserung gegeben, welche einen direkten Einfluss auf die Produkt- und Herstellkosten haben. Basierend auf der Erhöhung der gesamten Wertschöpfungskette wird dargestellt, wie mittels der definierten Big-Data-Analytik neue Geschäftsmodelle generiert werden können. Am Beispiel der Werkzeuge wird dargestellt, welche erheblichen Auswirkungen eine vernetzte Kunden-, Lieferantenbeziehung auf die Gesamtprozesskette durch Servicekonzepte haben kann.

Curriculum Vitae - Lebenslauf Kurzform Geburtsort Stuttgart , 30.01.1966 Ausbildung und Abschluss zum Mechaniker bei der Robert Bosch GmbH in Stuttgart (1982-1985) staatl. geprüfter maschinentechnischer Berufskollegiat (1985) Studium im Fachbereich Produktionstechnik der FH Ulm (1986-1990) Abschluss Dipl.-Ing. (FH) (1990) Fertigungsingenieur zur Einführung einer CAD/CAM-Lösung bei der Fa. Thyssen Aufzugswerke in Neuhausen a.d.F. (1990-1999) Projektleitung zur Einführung einer CAD/CAM/MES-Lösung bei der Fa. LEWA Herbert Ott GmbH in Leonberg (1999-2006) Projektleitung zur Einführung einer CAD/CAM/MES-Lösung bei der Fa. Coperion GmbH in Stuttgart (2006-2010) Senior Business Solution Consultant bei der Fa. TDM Systems GmbH in Tübingen (2010-heute) externer Doktorand an der FDIBA / KIT zum Thema: Informationssystematik zur Optimierung von Konstruktions-und NC-Prozessen (2015-2017) Abschluss Dr.-Ing. (2017) Ehrenamtliche Tätigkeit Mitarbeit im Arbeitskreis Industrie 4.0 - IHK Nordschwarzwald (2015-heute) Mitarbeit im Arbeitskreis Industrie 4.0 - HS Karlsruhe / Steinbeis-Zentrum (2015-heute)

Inhalt

Titelseite 2
Impressum 3
Kurzfassung 4
Abstract 6
Vorwort 8
Aufbau der Dissertation 9
Formelzeichen 11
Inhaltsverzeichnis 15
1 Einleitung 18
2 Ziele / Herausforderungen / Problemstellungen 24
2.1 Generell 24
2.2 Ziele 25
2.2.1 generell 25
2.2.2 Handlungsbedarf 27
2.2.3 Herausforderungen 27
2.2.4 Zukünftige Bedeutung von Kernthemen 27
2.2.5 Heutige Ziele - zusammengefasst 28
2.2.6 Zukünftige Ziele - zusammengefasst 29
2.2.7 Zusammenfassung 31
2.3 Problemstellung 31
2.3.1 Generell 31
2.3.2 Technischer Ablauf 31
2.3.3 Betriebswirtschaftlicher Ablauf 36
2.3.4 Produktionstechnischer Ablauf 38
2.3.5 Zusammenfassung 44
3 Aktuelle Situation Von PLM-, ERP- und MES Geprägten Prozessen 46
3.1 Generell 46
3.2 Technischer Ablauf 47
3.2.1 Konstruktion 47
3.2.2 NC-Programmierung 48
3.2.3 NC-Simulation 49
3.3 Betriebswirtschaftuche Abläufe 50
3.4 Produktionstechnische Abläufe 50
3.4.1 MES-geprägter Prozess 50
3.4.2 Werkzeugtechnologie 53
3.5 Vertikale Integration 55
3.5.1 Maschinenanbindung 58
3.6 Horizontale Integration 60
3.7 Vernetzungauf Basis Industrie 4.0 61
3.8 Zusammenfassung 62
4 Konzept Zur Optimierung / Methodik 63
4.1 Allgemein 63
4.2 Gesamtkonzept 64
4.2.1 Vertikale Integration 65
4.2.2 Maschinenanbindungen 67
4.2.3 Horizontal Integration 69
4.2.4 Mensch im Mittelpunkt 71
4.3 Integrationen 73
4.3.1 Service-basierende Integrationen 73
4.3.2 Integration von Service orientierter Architektur 73
4.3.3 Big Data-Integration verscbiedener Datengueilen 74
4.4 Technische Abläufe 75
4.4.1 PLM-Integration 76
4.4.2 CAD-Analyse 78
4.4.3 NC-Programmierung 80
4.4.4 NC-Simulation 82
4.5 Betriebswirtschaftlicher Ablauf 85
4.5.1 ERP-Prozess 85
4.6 Produktionstechnischer Ablauf 85
4.6.1 MES-Prozess 86
4.6.2 Werkzeugtechnologie 87
4.7 Methodik zur Umsetzung Allgemein 89
4.8 Grundlagen der Kostenarten 89
4.8.1 Kostenart Maschinenkosten für Haupt- und Nebenzeit 90
4.8.2 Kostenart Personalkosten für Haupt- und Nebenzeit 90
4.8.3 Kostenart Werkzeugverschleißkosten für Hauptzeit 90
4.8.4 Kostenart Energiekosten für Haupt- und Nebenzeit 91
4.8.5 Gesamtkosten für Haupt- und Nebenzeit einer NC-Operation 91
4.8.6 Gesamtkosten (te) für eine komplette Bearbeitung 91
4.9 Grundlagen der Optimierung 91
4.9.1 Technologische Ermittlung 93
4.9.2 Kostenoptimale Standzeit pro NC-Operation 93
4.9.3 Kostenoptimale Schnittgeschwindigkeit pro NC-Operation 99
4.9.4 kostenoptimale Vorschubermittlung 99
4.9.5 Ermittlung Zeitspanvolumen pro NC-Operation 108
4.9.6 Ermittlung Hauptzeit (th) 109
4.9.7 Ermittlung Werkzeugkosten 109
4.9.8 Gesamtkosten 109
4.9.9 Zerspanbarkeit 111
4.9.10 Optimierungsmethodik 113
4.9.11 Ergebnisse der Werkzeugoptimierung 114
4.10 Kennzahlen 115
4.10.1 Produktions-Kennzahlen 115
4.10.2 Zeitermittlung-Kennzahlen (nach REFA) 117
4.10.3 Technologie-Kennzahlen 118
4.10.4 Auswertungen nach Bereichen 119
4.11 Optimierung aufgrund Daten Analyse 120
4.11.1 Kostenermittlung 120
4.12 Zusammenfassung 122
5 Realisierung / Validierung 123
5.1 Abbildung der Gesamtprozesskette am KIT-IMI 123
5.2 Datenfluß am Beispiel vom KIT-Industrie 4.0 Collaboration Lab 123
5.2.1 Workflow 124
5.2.2 Aufbau des Demonstrators 126
5.3 Detailberechnung der Daten 127
5.3.1 Verarbeitung der Daten aus dem NC-Programm 129
5.3.2 Verarbeitung der Daten aus TDM 130
5.3.3 Verarbeitung der Daten aus dem ERP-System 130
5.3.4 Verarbeitung der Daten aus der Maschine 131
5.4 Vaudierung - Grundzuge 132
5.5 Vaudierung - Bauteil 1 132
5.5.1 Allgemeines 132
5.5.2 Stammdaten 133
5.5.3 Ermittlung der Standzeitkonstante zur Standzeitermittlung 134
5.5.4 Ermittlung der kostenoptimalen Standzeit 136
5.5.5 Ermittlung der kostenoptimalen Schnittgeschwindigkeit 136
5.5.6 Ermittlung der spezifischen Schnittkraft zur Vorschubermittlung 136
5.5.7 Ermittlung des Vorschubes 138
5.5.8 Korrekturen der ermittelten Werte 139
5.5.9 Zusammenfassung der technologisch optimierten Werte 140
5.5.10 Ermittlung des Zeitspanvolumen (Auszug) 141
5.5.11 Ermittlung der Hauptzeit (Auszug) 141
5.5.12 Ermittlung der Werkzeugkosten 142
5.5.13 Ermittlung der Fertigungskosten, inkl. der Werkzeugkosten (Auszug) 142
5.6 Vaudierung - Bauteil 2 143
5.6.1 Allgemeines 143
5.6.2 Stammdaten 143
5.6.3 Ermittlung der Standzeitkonstanten zur Standzeitermittlung 145
5.6.4 Ermittlung der kostenoptimalen Standzeit 146
5.6.5 Ermittlung der kostenoptimalen Schnittgeschwindigkeit 146
5.6.6 Ermittlung der spezifischen Schnittkraft zur Vorschubermittlung 147
5.6.7 Ermittlung des Vorschubes 148
5.6.8 Korrekturen der ermittelten Werte 150
5.6.9 Zusammenfassung der technologisch optimierten Werte 151
5.6.10 Ermittlung des Zeitspanvolumen (Auszug) 151
5.6.11 Ermittlung der Hauptzeit (Auszug) 152
5.6.12 Ermittlung der Werkzeugkosten 152
5.6.13 Ermittlung der Fertigungskosten, inkl. der Werkzeugkosten (Auszug) 153
5.7 Schlussfolgerungen 154
6 Ergebnisse / Zusammenfassung / Beiträge 155
6.1 Ergebnisse 155
6.1.1 Bauteil 1 155
6.1.2 Bauteil 2 156
6.1.3 Visualisierung 156
6.1.4 Zusammenfassung der Ergebnisse 157
6.2 Effekte 158
6.3 Verbesserung des Prozess-Ablaufes im CAD/CAM-Umfeld 159
6.3.1 Prozessverbesserungen auf technische Planungsebene 159
6.3.2 Optimierung des Konstruktionsprozesses 159
6.3.3 Optimierung des NC-Prozesses 161
6.3.4 Gesamtoptimierung 161
6.4 Erweiterte Digitausierung 162
6.4.1 Digitaler Zwilling 162
6.5 Zusammenfassung 163
6.5.1 Ausblick 165
6.5.2 Neue Geschäftsmodelle 169
6.6 Summary 174
6.6.1 Situation 174
6.6.2 Realization 174
6.6.3 Results 174
6.7 Beiträge 175
6.7.1 Schlussfolgerungen 175
6.7.2 Wissenschaftliche Beiträge 176
6.7.3 Angewandte wissenschaftliche Beiträge 177
6.7.4 Anwendbar 178
7 Verzeichnisse 179
7.1 Literaturverzeichnis 179
7.1.1 Buchquellen 179
7.1.2 Presseinfo und Zeitschriften und Flyer 184
7.1.3 Internetquellen 184
7.2 Guederung der Beiträge / Artikel 185
7.3 Normen 186
7.4 Abbildungsverzeichnis 187
7.5 Tabellenverzeichnis 190
7.6 Begriffs- und Abkürzungsverzeichnis 191
7.7 Produktverzeichnis / Partner am KIT-IMI 193
7.8 Glossar (Auszug) 194
8 Anhang 196
8.1 Curriculum Vitae - Lebenslauf Kurzform 196
8.2 Lehrveranstaltungen 196
8.3 Ehrenamtuche Tätigkeit 196
8.4 eigene Veröffentuchungen (Auszug) 197
8.5 Vorstellung der Lösung bei Kongressen und fachgebundenen Veranstaltungen (Auszug) 198
9 Erklärung 199

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 12.12.2017
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• ISBN-10: 3-7448-7892-9 / 3744878929
• ISBN-13: 978-3-7448-7892-0 / 9783744878920