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F. Puschitz, F. Bleicher:
"Eingleisung einer simulationsgestützten Steuerung einer Fertigungslinie für Kohlebürsten";
Report for WIFI/Schunk; Report No. 1, 2008; 14 pages.

Die Fa. Schunk Wien GmbH ist spezialisiert auf die Fertigung und den Vertrieb von Kohlebürsten im Bereich Klein-, Industrie- und Bahnkohlebürsten und bietet Graphite für elektrotechnische und mechanische Anwendung, Stromübertragungssysteme sowie Produkte aus dem Bereich der Sintermetalltechnik, Ingenieurkeramik und Ultraschallschweißgeräte aus der Fertigung der Schunk Gruppe an. Am Standort in Wien erfolgt im speziellen die Fertigung von Bürsten wie sie in den folgenden Abbildungen dargestellt sind. Die Kombinationsmöglichkeiten zwischen Bürstenform, Abmessungen und Anschlussformen erreichen bereits bei den abgebildeten Formen Variationsmöglichkeiten in enormem Ausmaß. Nicht zu vergessen, dass die Bürsten aus verschiedensten Kohlewerkstoffen gefertigt werden können, wodurch sich für die Bearbeitung u.U. stark unterschiedliche Fertigungsparameter ergeben. Die Bürstenformen sind allerdings als ein Überblick zu den häufigsten Varianten zu verstehen. Tatsächlich erfolgt eine Fertigung auch auf speziellem Kundenwunsch hin, wodurch die Variantenzahl noch einmal deutlich ansteigt. Für die gängigsten Formen wurden bereits in der Vergangenheit Rundtaktautomaten im Haus entwickelt und installiert. Diese Rundtaktautomaten gestatten auf mechanischem Wege die Beeinflussung von einzelnen Parametern, jedoch nur in geringem Umfang. Die Rundtaktautomaten sind daher eher als starre Fertigungsautomaten einzustufen. Der Aufwand für die Umstellung auf verschieden Bürstentypen ist verhältnismäßig hoch. Falsche Einstellungen können nur von sehr erfahrenem Personal erkannt und verhindert werden. Während der Einstellarbeiten ist natürlich ein produktiver Betrieb nicht möglich.Im Zuge einer höheren Flexibilisierung ist nun eine neue Produktionslinie angedacht worden. Diese soll eine Beeinflussung einer wesentlich größeren Anzahl an Parametern auf steuerungstechnischer Basis gestatten. Als Beispiel seien hier Achspositionen von Werkzeugen, Positionen von Bohrungen und Geometrieparameter wie Länge, Breite und Höhe als auch technologische Parameter wie Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten genannt. Diese Fertigungslinie ist bereits fertig konzipiert und befindet sich momentan in der Herstellungsphase.
Um Einstellarbeiten an der Linie durchführen zu können wird nun eine entsprechende Mensch-Maschinen-Schnittstelle (HMI) benötigt, die im Zuge dieses Projektes entwickelt und die im Folgenden dargestellten Möglichkeiten bieten soll.
Wie im Text weiter oben beschrieben reduzieren die Einstellarbeiten an der Maschine die Zeit für den produktiven Prozess enorm, bei entsprechend geringen Stückzahlen wird unter Umständen die Rüstzeit größer als die Ausführungszeit. Um diesen Effekt zu reduzieren ist der Einsatz einer Simulationsumgebung geplant. In der Simulationsumgebung soll die Fertigungslinie mit allen einstellbaren Parametern virtuell abgebildet werden. Der Maschinenbediener stellt die notwendigen Parameter an der virtuellen Fertigungslinie ein und fährt auch den Prozess an der virtuellen Maschine ein. In der Simulationsumgebung werden falsche Eingaben sofort erkannt und verhindert. Beim Einfahren unter dynamischen Gesichtspunkten, als mit bewegten Werkzeugen etc., werden eventuell auftretende Kollisionen erkannt und angezeigt. Parametersätze von erfolgreich eingefahrenen Bürsten werden freigegeben und können in einer Datenbank archiviert werden. Alternativ kann der Parametersatz direkt aus der Anwendung heraus an die Steuerung der neuen Fertigungslinie übergeben werden und sofort mit der Fertigung der Bürsten begonnen werden.
Sollten Kunden eine weitere Charge an bereits produzierten Bürsten nachbestellen, kann der entsprechend Datensatz aus der Datenbank ausgelesen werden und neuerlich an die Steuerung übermittelt werden.
Neben der deutlichen Reduktion der unproduktiven Rüstzeit gestattet die Simulation eine exakte Bestimmung der eigentlichen Auftragszeiten und kann daher unterstützend bei der Kalkulation eingesetzt werden.
Die Simulationsumgebung gestattet weiter, bei entsprechend aufgenommenen Zeiten (z.B. Ausfallszeiten), Ausfallswahrscheinlichkeiten zu berücksichtigen. Diese Zeiten werden, je länger die Anlage im Einsatz ist, den tatsächlichen Gegebenheiten immer besser entsprechen. Daraus können eventuelle Wartungspläne bzw. -intervalle für vorbeugende Instandhaltung entwickelt werden.
Aus Gründen einer besseren Vorstellbarkeit für den Maschinenbediener soll die virtuelle Fertigungslinie in einer nur leicht abstrahierten dreidimensionalen Darstellung erfolgen. Die einzelnen Stationen an der virtuellen Fertigungslinie können dadurch an der realen Linie leichter identifiziert werden.

Simulation, Produktion, Kohlebürste