SCHWEINFURT - Um zu kürzeren Innovationszeiten, größerer Produktvielfalt und kleineren Lagerbeständen zu gelangen, hat das Schweinfurter Unternehmen Fichtel & Sachs eine CAD/CAM-Lösung auf der Basis von Standard-Softwarepaketen realisiert. Mit zwei CIM-Pilotprojekten im Kfz- und Betriebsmittelbereich sollen die Weichen in Richtung computerintegrierte Fertigung gestellt werden.

Wie andere Unternehmen, im besonderen aber die Automobil-Zubehörindustrie, ist Fichtel & Sachs dem Problem der immer kürzeren Innovationszeiten, der immer größeren Produktvielfalt, der immer kleineren Lagerbestände bei seinen Kunden und der damit immer kleiner werdenden Losgrößen ausgesetzt. Ohne Gegenmaßnahmen führen diese Forderungen zwangsläufig zu großen Lagerbeständen und zu hoher Kapitalbindung, hohen Kosten und Verlust an Wettbewerbsfähigkeit. Um dieser Entwicklung entgegenzusteuern, müssen die Produktideen schneller umgesetzt, die Entwicklungszeiten durch CAD verkürzt werden, die Werkstückmodelle zur NC-Programmierung, der Arbeitsplan-, Stücklisten- und Werkzeugerstellung weitergereicht werden, ein elektronischer Informationsaustausch mit Lieferanten und Kunden erfolgen und das Wichtigste, die Integration der bereits existierenden, aber weitgehend isolierten EDV-Anwendungsinseln geschaffen werden. Für die Zukunft wird ein Management mit viel Mut und Weitsicht gefordert sein.

Die Situationsanalyse, die in unserem Hause während der Planungsphase gemacht wurde, brachte das Ergebnis, daß wir relativ viel geometrisch einfache Bauteile konstruieren und produzieren und daß die meisten unserer Produkte nach dem Prinzip der Varianten- oder Anpassungskonstruktion entstehen und nicht nach der Neukonstruktion.

Aufgrund dieser Erkenntnisse entschieden wir uns Ende 1979 für die beiden CAD-Systeme Detail2 und Proren1. Detail2 eignet sich für die Zeichnungserstellung von Rotationsteilen und Proren1 für die Variantenkonstruktion unabhängig von der Bauteilgeometrie. Wenn wir einmal vergleichen mit der konventionellen Konstruktion, so ist bei der Variantenkonstruktion der einmalige Erstaufwand zu leisten, der relativ hoch ist, danach wird für jede einzelne Variante ein geringer Aufwand benötigt. Beim Generierungsprinzip - Detail2 arbeitet danach - ist Vorbereitungsphase nicht erforderlich.

Wenn das Personal in der Handhabung des Systems ausgebildet ist, kann die Generierung von Bauteilen unmittelbar erfolgen. Allerdings ist auch gegenüber der Variantenkonstruktion der Rationalisierungseffekt, bezogen auf ein Einzelteil, entsprechend kleiner.

Desweiteren setzen wir seit Mitte der siebziger Jahre das FEM-Programm TPS 10 und die NC-Software des Exapt-Vereins ein. Die Kopplung zwischen Detail2 und Exapt2 ist seit Ende 1982 mit Cadcpl realisiert.

Programm speziell für Rotationsteile

Wie gesagt, stellte sich bei der Situationsanalyse heraus, daß in einem Konstruktionsbereich des Maschinenbaus sehr viele Rotationsteile erstellt werden. Etwa 60 Prozent aller Einzelteilzeichnungen sind Rotationsteile. Der Begriff Rotationsteile ist bei uns sehr weit gefaßt. Rotationsteile in diesem Sinne können verhältnismäßig große Abweichungen von der Rotationssymmetrie in Form von Bohrbildern, Abflachungen oder Vielecken aufweisen. Das Programm verfügt über eine Konstruktionssprache, die speziell auf die Rotationsteile abgestimmt wurde. Sie gliedert sich in Hauptelemente, die die Grobgeometrie des Bauteils beschreiben, Nebenelemente, die die Hauptelemente modifizieren, Technologieelemente, die sich wiederum auf Haupt- oder Nebenelemente beziehen, und Systembefehle. Es ist nicht erforderlich, eine detaillierte Skizze vorzulegen, um diese Software anwenden zu können.

In der Regel arbeiten unsere Konstrukteure, die Detail2 benutzen, so, daß sie als Vorlage den Entwurf bekommen, eine prinzipielle Zusammenbauzeichnung, wo viele Details noch fehlen. Bei diesem System werden die einzelnen Elemente von links nach rechts aneinandergereiht, wobei zunächst die Außen- und danach die Innenkontur beschrieben werden. Die Bemaßung wird vollautomatisch generiert, lediglich durch die Angabe der Bemaßungsstrategie. Man kann zwei Bemaßungsstrategien wählen. Die Bezugsbemaßung und die Kettenbemaßung. Beide können beliebig gemischt werden. Die Seitenansicht wird automatisch durch die Angabe des Kommandos "Ansicht" erzeugt. Man kann Elemente des Systems auch zu Makros kombinieren, so daß der Aufwand bei deren Verwendung noch wesentlich reduziert werden kann. Durch den logischen Bezug der Technologieelemente zu den Geometrieelementen eignet sich das Detail2-Werkstückmodell besonders auch für die weitere Bearbeitung.

F&S setzten die Software im Maschinenbau, in einem Betriebsmittelbereich, seit Dezember 1980 ein. Die erste Version von Detail haben wir im Mai 1980 installiert und durch Korrekturen und Hinzufügen von Elementen kamen wir nach einem halben Jahr zum produktiven Einsatz. Ein weiteres Jahr später lagen bereits 2000 Zeichnungen vor. Heute sind es zirka 18 000. Die Zeitersparnis, die wir dabei erreichen, liegt zwischen 60 und 70 Prozent.

Konstruktionswissen wird dokumentiert

Das CAD-Programm Proren eignet sich für die Varianten-, Anpassungs- und auch für die Neukonstruktion. Es handelt sich um ein 2D-System, das in der Lage ist, Flächen additiv und subtraktiv zu verknüpfen und kann das Ausblenden der verdeckten Kanten automatisch vornehmen. Der Benutzer gibt den Bauteilen eine Priorität - eine Sichtbarkeitspriorität - , die bei der Montage zur Zusammenbauzeichnung berücksichtigt wird.

Das erste wirklich produktive Variantenprogramm, das wir im Hause erstellten, dient der Konstruktion einer Werkzeugfamilie zur Stoßdämpferrohrherstellung. Die Fertigung eines Stoßdämpferrohres erfolgt in mehreren Stufen der Kaltumformung. Die Maße der verschiedenen Fertigungsstadien des Rohres sind dabei die bestimmenden Größen für das gesamte Kaltformwerkzeug. Der Konstrukteur gibt nur zirka 15 Daten ein und erhält den gesamten Zeichnungssatz mit 14 Einzelteilzeichnungen, der Zusammenbauzeichnungen und der Stückliste. Während man konventionell für die Erstellung dieser Fertigungsunterlagen bisher drei bis fünf Tage benötigt hat, läßt sich das heute mit Hilfe des Variantenprogramms auf der Basis Proren1 in ein bis zwei Stunden erledigen, einschließlich Plotterzeichnungen. Momentan sind wir dabei, die gesamte Erstellung von Kaltumformwerkzeugen für Stoßdämpferrohre in ein übergeordnetes Variantenprogramm zu kleiden. Eine erste Programmversion kann bereits die einzelnen Fertigungsstadien errechnen und wird im weiteren Ausbau alle dazugehörigen Werkzeuge generieren.

Zu den Vorteilen der Variantenkonstruktion gehören:

- schnellere Erfüllung der Kundenwünsche durch Verringerung der Durchlaufzeiten,

- geringere Bestände und höhere Wiederholhäufigkeit durch erzwungene Standardisierung,

- geringere Fehlerquote in Konstruktion und Fertigung,

- grundsätzlich normgerechte und maßstäbliche Zeichnungen,

- Untersuchung von mehreren Alternativen und damit optimale Konstruktionsergebnisse,

- Rationalisierung von Konstruktionstätigkeiten,

- dokumentiertes Konstruktionswissen,

- schnellere Änderungen bei Einzelteilen und konsequente Änderungen bei der gesamten Variantenfamilie,

- fertigungsgerechte Produktgestaltung durch Variantenalgorithmus.

Die Variantenkonstruktion hat aber auch ihre Probleme. So sind die Eingriffsmöglichkeiten des Konstrukteurs wegen des starren Algorithmus gering. Die im Programm formulierte Konstruktionsregel behält nicht für alle Zeiten ihre Gültigkeit. Dadurch ist sie nicht für jede zukünftige Aufgabe geeignet, und wenn deshalb Anpassungen erforderlich sind, ist das mit relativ hohem Aufwand verbunden. Wegen des Korsetts, das ein Variantenprogramm in konstruktiver Hinsicht darstellt, sind kreative Konstrukteure nicht gerade begeistert davon.

Neben dem Einsatz von Proren1 für Varianten benutzen wir seit Mitte 1983 auch die interaktiven Bausteine dieses Systems für 2- und 3D-Aufgaben. Ohne Systemerweiterungen läßt sich damit eine Beschleunigung der Brettarbeiten um den Faktor 1 bis 3 erreichen. Benutzer- oder produktspezifische Makros erhöhen die Effektivität und Wirtschaftlichkeit wesentlich. 3D-Anwendungen haben in unserem Hause noch einen geringen Umfang.

Insgesamt wurden mit Proren bis zum heutigen Zeitpunkt zirka 5000 2- und 3D-Werkstückmodelle beschrieben.

Manuelle Umwandlung der Zeichnungsinfos entfällt

Bei dem Cadcpl-Modul handelt es sich um ein Kopplungsprogramm zwischen "Detail2" und dem NC-Programmiersystem "Exapt2". Es ermöglicht die direkte Übernahme von Bauteilgeometrien aus der DV-Teiledatei, die mit "Detail" entstanden ist. Die manuelle Umwandlung der Zeichnungsinformation in die konturbeschreibende "Exapt2" -Sprache entfällt damit.

Die Technologieangaben werden im Dialog mit dem Rechner erstellt. Mit Hilfe eines Grafikprozessors und eines grafischen Terminals können die Fertigungsstadien, die Einspannlagen und die Werkzeuge schrittweise dargestellt und kontrolliert werden. Wichtige Tests können damit im der NC-Maschine entfallen. Der Personalaufwand für die Einstellung der NC-Steuerdaten reduziert sich aufgrund dieser Möglichkeit um gut 50 Prozent, bezogen auf die herkömmliche NC-Programmierung für Drehmaschinen.

Für ein Spektrum von zirka 70 Prozent der Rotationsteile kann mit dem selbsterstellten Programm Detnc weitgehend vollautomatisch der NC-Lochstreifen generiert werden. Dies ermöglicht bereits bei Einzelteilen und kleinsten Losen eine wirtschaftliche NC-Fertigung. Detnc nutzt dabei das Detail2-Werkstückmodell, das stark in Richtung Fertigungstechnologie ausgerichtet ist, und den Komfort moderner CNC-Steuerungen.

Auch für die Drahterosionsmaschinen kann eine weitgehend vollautomatische NC-Programmerstellung mit Hilfe eines Proren-Benutzermakros erfolgen, Die Geometrie wird aus der Proren-Datenbasis entnommen und nach Eingabe weniger technologischer Angaben mittels NC-Steuerlochstreifen generiert.

Ein weiterer Integrationsschritt ist der DNC-Betrieb. Bei Fichtel & Sachs wird hier kein besonderer Rechner eingesetzt. Über die normalen seriellen Schnittstellen der technisch-wissenschaftlichen Rechner können die NC-Steuerdaten zu den momentan 24 CNC-Maschinen transferiert werden.

Qualitätssicherungssystem für Kfz-Produkte im Aufbau

Auch ein PS-System ist seit 1984 in unserem Betriebsmittelbau in der Einzel- und Kleinserienfertigung im Einsatz. Es umfaßt folgende Module:

- Stücklistenverwaltung,

- Arbeitsplanverwaltung,

- Auftragskalkulation,

- Auftragsterminierung und -verfolgung,

- Lagerverwaltung,

- Bestell- und Mahnwesen,

- Bearbeitungszeitrückmeldung und -verarbeitung.

Das Mengengerüst ist beachtlich. Es umfaßt beispielsweise 5000 Arbeitspläne, 1500 Rückmeldungen pro Tag und zirka 600 MegaByte PS-Daten.

Seit Anfang 1985 ist bei uns darüber hinaus ein rechnergestütztes System für die Qualitätssicherung unserer Kfz-Produkte in der Inspektion und der Fertigung im Aufbau. Im Endausbau werden an den CAQ-Rechner, der mit den anderen Prime-Rechnern über Primenet gekoppelt ist, zirka 70 Meßmaschinen über zwischengeschaltete Prozeßrechner angeschlossen sein (momentan sind es zirka 15). Das Projekt hat folgende Zielsetzung:

- Prozeßfähigkeitsnachweis (Wie genau können unsere Fertigungsanlagen produzieren?),

- statistische Prozeßkontrolle,

- schritthaltende Information für Produktion, Entwicklung und Inspektion mit Hilfe von Dialoggeräten,

- schnelle und rationelle Reaktion auf Kundenanfragen/Reklamation,

- rationelle, aktuelle und transparente Erfassung und Aufbereitung der Qualitätskosten,

- Prüfmittelplanung (zum Beispiel Terminverfolgung der Prüfmittelfertigung).

Als Maßnahmen wurden dazu die rechnergestützte Meßdatenerfassung an zirka 70 Meßmaschinen in Produktion und Inspektion (zum Teil bereits realisiert), der Aufbau einer Qualitätsdatenbank mit Hilfe eines Timesharinq-Rechners und die Ausstattung der Betriebsbüros (Entwicklung, Produktion, Inspektion) mit Dialoggeräten (zum Teil bereits vorhanden) ergriffen. Außerdem erstellte Fichtel & Sachs anwendungsspezifische Software und vernetzte den Qualitätsrechner mit vorhandenen DV-Anlagen.

Wie die bisherigen Ausführungen zeigen, sind im Hause F&S schon eine ganze Reine von Teilsystemen bereits verwirklicht, freilich noch weitgehend unabhängig voneinander. In zwei CIM-Pilotprojekten, eines im Kfz-Bereich und ein weiteres im Betriebsmittelbereich, sollen nun Erfahrungen gesammelt werden. Momentan befinden wir uns in der Informations- und Konzeptphase. Mit ersten Realisierungsschritten rechnen wir in der zweiten Hälfte 1987.

Unsere Zielsetzung ist einfach und unterscheidet sich nicht von der wie sie bereits vielfach in entsprechender Literatur zu finden ist.

- Beherrschung großer Typenvielfalt,

- geringe Bestände bei hoher Lieferbereitschaft,

- kurze Durchlaufzeiten,

- schnelles Umrüsten,

- hoher Nutzungsgrad,

- hohe Prozeßfähigkeit.

Dabei sollen folgende Teilsysteme integriert werden,

- Anbindung an CAD, NC, PPS

- vorbeugende Instandhaltungen,

- Maschinendatenerfassung,

- FFS-Feinsteuerung,

- Überwachen und Bereitstellen von Werkzeugen und Betriebsmitteln,

- Prozeßmonitoring,

- Lokales Netzwerk (LAN).

Die Integration des administrativen-dispositiven Datenflusses und des geometrischen-produktbeschreibenden Datenkreislaufes wird eine Schwerpunktaufgabe in den nächsten Jahren sein. Dabei gestaltet sich die Softwarekompatibilität wesentlich schwieriger als die Kopplung von Hardwarekomponenten unterschiedlicher Hersteller.