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Digitalisierung Webbasierter Maschinenbau senkt Kosten und Durchlaufzeiten

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Youniq Machining, Hersteller kleiner Spannvorrichtungen, hat dank End-to-End-Digitalisierung sein Geschäftsmodell umgekrempelt: Das Ergebnis ist ein Prozess, der den Kunden transparente Preise, direktes Feedback zur Herstellbarkeit, Veredelungsalternativen und Designänderungen bietet und die Lieferzeiten von acht bis zwölf Wochen auf bis zu zwei Tage reduziert.

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Youniq Machining hat seine Prozesse digitalisiert und so eine anwenderfreundliche Webplattform und einen berührungslosen Produktionsansatz geschaffen, der die Lieferung kleiner Spannteile am nächsten Tag ermöglicht.
Youniq Machining hat seine Prozesse digitalisiert und so eine anwenderfreundliche Webplattform und einen berührungslosen Produktionsansatz geschaffen, der die Lieferung kleiner Spannteile am nächsten Tag ermöglicht.
(Bild: Siemens )

Präzision im Fokus: Das Kerngeschäft von Youniq Machining ist die Fertigung von kleinen Spannvorrichtungen und Teilen, die hauptsächlich zum Prüfen und Messen verwendet werden. Bei deren Herstellung sind strenge Bestimmungen zu berücksichtigen, weshalb die Produktion in der Regel vom Hersteller ausgelagert wird.

Allerdings sind die meisten Fertigungsanlagen für die Umsetzung entsprechender Aufträge nicht ausreichend ausgerüstet. Bei einem konventionellen Bearbeitungsverfahren dauert die Produktion von Einzelteilen in der Regel acht bis zwölf Wochen.

Im Gegensatz dazu können viele Teile im 3D-Druckverfahren mit einer Durchlaufzeit von nur zwei Arbeitstagen hergestellt werden. Vor diesem Hintergrund hat Youniq Machining überprüft, ob eine ähnliche Durchlaufzeitverkürzung für die maschinelle Fertigung möglich ist.

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Das Ziel: Herstellungszeit deutlich reduzieren

Additive Fertigungs-/3D-Drucktechnologien sind entstanden, als das Arbeiten mit Online-Plattformen bereits allgemein anerkannt war. Die Geschäftsmodelle der meisten Anbieter von 3D-Druckdienstleistungen waren von Anfang an stark auf webbasierte Plattformen ausgerichtet. Allerdings sind die Anforderungen an die industrielle Fertigung deutlich restriktiver. Nachdem bereits verschiedene Möglichkeiten geprüft waren, stand für Youniq Machining immer noch die Antwort aus, warum die Zeitspanne bis zur Markteinführung nicht signifikant reduziert werden konnte.

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Limitierende Faktoren

Die einzigen limitierenden Faktoren, die das Unternehmen identifizieren konnte, waren die Maßtoleranzen. Diese sind bei der Verarbeitung typischerweise deutlich geringer. Nach einigen Recherchen wurde deutlich, dass diese Toleranzen fast nie ein Hindernis bei der Produktion darstellen: Die meisten Maschinenhersteller legen Toleranzen auf der Grundlage von 2D-Zeichnungen fest. Diese beruhen auf generischen und zu engen Toleranzgraden aus dem ISO-Grenzwertsystem und Passungen, die zu einer engen Passform führen.

Weitere Gründe für lange Bearbeitungszeiten sind:

  • überlastete Produktionsanlagen,
  • der Mangel an geschultem Personal,
  • unnötig umständliche Prozesse sowie
  • mangelnde Materialverfügbarkeit.

Problemlösung durch Digitalisierung

Die primäre Herausforderung für Youniq Machining bestand darin, ein völlig neues Geschäftsmodell zu schaffen. Das Unternehmen überarbeitete den gesamten Prozess von Grund auf – vom Auftragseingang über die Auftragsbewertung und Produktion bis hin zur Auslieferung. Der einzige Weg, den neuen Ansatz zu realisieren, war die Digitalisierung aller Elemente des Prozesses.

Youniq Machining stellte sich einen digitalen Workflow vor, der den Order-to-Production-Zyklus rationalisieren und beschleunigen sollte – eine webbasierte Herstellung, die die Effizienz und Geschwindigkeit von 3D-Druckdienstleistungen in Bearbeitungsprozesse umsetzen kann.

So funktioniert die webbasierte Abwicklung

  • Der digitale Prozess beginnt damit, dass der Kunde ein 3D-Modell der gewünschten Komponente in einem CAD-Programm erstellt und die CAD-Datei dann in ein Webportal hochlädt.
  • Anschließend wendet Youniq automatisierte Verfahren an, die das Modell auf seine Fertigungsfähigkeit analysieren und ein Angebot auf Grundlage der simulierten Bearbeitungszeit und des Materials erstellen. Das Unternehmen kann dem Kunden ein downloadfähiges 3D-Modell des Teils mit dem zu erwartenden Resultat zur Verfügung stellen.
  • Mit diesem überprüft der Kunde beispielsweise die Passgenauigkeit in einer Baugruppe.
  • Die Kunden können das Angebot im Hinblick auf Material, Menge, Lieferung und Nachbearbeitungsanforderungen anpassen und dann den Auftrag erteilen.
  • Mithilfe von computergenerierten Programmen ist es den Mitarbeitern von Youniq und den modernen Werkstätten des Unternehmens möglich, die Teile herzustellen und die Lieferung zum vom Kunden angegebenen Zeitpunkt und an den gewünschten Ort anzuordnen.

Herausforderung: Webumgebung und CAx-Anwendungen verbinden

Eine der größten Herausforderungen bei der Realisierung des webbasierten Maschinenbaus war die Verbindung der Webumgebung mit computergestützten Design- und Fertigungslösungen (CAD/CAM). Da es keine sofort einsatzbereite Lösung gab, musste Youniq alle Funktionen manuell programmieren. Eine CAD/CAM-Lösung mit einem leistungsfähigen Application Programming Interface (API) war dabei von entscheidender Bedeutung.

Youniq Machining arbeitete zunächst mit einem CAD/CAM-Anbieter zusammen, der eine gute Webintegration bot; allerdings konnte er die API-Anforderungen nicht erfüllen. Ein anderer CAM-Lösungsanbieter bot eine starke API an, scheiterte aber an der Webintegration und der CAD-Fähigkeit. Das Unternehmen beauftragte daher Siemens Digital Industries Software, deren Lösungsportfolio alle Anforderungen von Youniq Machining erfüllte.

Siemens NX: offener Ansatz erweitert Möglichkeiten

Fündig wurde Youniq Maching schließlich bei Siemens. Die Produktentwicklungssoftware NX bot Möglichkeiten für die CAD/CAM-Integration und Anwendungsprogrammierung. Mit seinem offenen Ansatz übertraf das Unternehmen die Möglichkeiten der anderen Anbieter. Zum Funktionsumfang von NX gehörten sowohl

  • die Webintegration des JT-Datenformats als auch
  • die NX Open API für die Programmierung und Anpassung.

Im Zusammenspiel erzeugten diese Kernelemente ein offenes Umfeld, weitreichende Programmiermöglichkeiten und eine leistungsfähige CAD-Anbindung, die mit der Zeit immer wichtiger wurde.

Realisierung der Vision durch Digitalisierung

Inzwischen nutzt Youniq die Siemens-Lösung, um die konventionellen Prozesse durch End-to-End-Digitalisierung neu zu gestalten. Das Ergebnis ist ein Prozess, der den Kunden transparente Preise, direktes Feedback zur Herstellbarkeit, Veredelungsalternativen und Designänderungen bietet. Außerdem lassen sich damit Kosten und Durchlaufzeiten reduzieren. Vor allem aber verkürzt der optimierte und digitalisierte Prozess die Lieferzeiten von acht bis zwölf Wochen auf bis zu zwei Tage. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, dass der Kunde umfassende technische 2D-Zeichnungen anfertigt.

Synchrone Modellierung beschleunigt Designanpassungen

Eine Schlüsselfunktion der NX-Lösung, die den neu konzipierten Prozess unterstützt, ist die synchrone Modellierung, die eine direkte Bearbeitung der Bauteilgeometrie unabhängig vom CAD-Quellsystem ermöglicht. Dadurch entfällt der Aufwand, die ursprüngliche CAD-Konstruktion manuell zu ändern. Mit NX kann Youniq Machining das Teil einfach neu konstruieren und somit sicherstellen, dass alle Spezifikationen und Toleranzen den Anforderungen entsprechen.

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Synchronous Technology verbindet alle Prozessbeteiligten im Produktlebenszyklus. Dank der Synchronous Technology in Solid Edge und NX muss der Anwender nicht mehr zwischen parametrischer und historienfreier Modellierung wählen. Er muss nicht der Konstrukteur des Modells sein, um es zu verstehen und wiederzuverwenden. Zudem können Daten aus mehreren CAD-Systemen unkompliziert eingesetzt werden.

Automatisierte NC-Programmierung mit Verarbeitung

Die Feature-basierten Bearbeitungsmöglichkeiten von NX CAM sind auch für den digitalen Datenfluss entscheidend. Sie liefern die Grundlage, um NC-Programme (numerische Steuerung) basierend auf den Features im Komponentenmodell automatisch zu erstellen. Eine Funktion namens Machine Knowledge Editor (MKE) ermöglicht es den Youniq-Ingenieuren, alle Regeln und Werkzeuge aufzuzeichnen, die bei der Bearbeitung der Eigenschaften verwendet werden. So können Informationen und Daten erfasst werden, die die automatisierte NC-Programmierung steuern.

Vorteile der webbasierten Maschinenfertigung

  • Mit der webbasierten Maschinenfertigung und dem automatisierten, praxisnahen Workflow konnte Youniq Machining die Markteinführungszeit von den typischen acht bis zwölf Wochen der Wettbewerber auf zwei Tage reduzieren. Das Unternehmen bietet auch zusätzliche kostengünstigere Liefermöglichkeiten an: Standardlieferungen mit fünf Werktagen und Budgetlieferungen mit 15 Werktagen.
  • Mit seinem vollständig digitalisierten Workflow erzielt Youniq Machining zudem höhere Margen als der Wettbewerb. Das ermöglicht Investitionen in zukünftige Innovationen.
  • Zudem hat das Unternehmen die Abhängigkeit von externen Experten verringert und den Verwaltungsaufwand derart reduziert, dass es sich auf sein Kerngeschäft konzentrieren kann.
  • Mit in NX definierten und programmierten Prozessen wurden die Entwicklungsprozesse vereinheitlicht und die Produktionshardware standardisiert.

Zukunftspläne: PMI automatisch verarbeiten

In Zukunft möchte Youniq Machining seinen Kunden mehr Interaktivität in seiner Webumgebung bieten. Dazu gehört auch die Möglichkeit, Toleranzen ohne 2D-Zeichnungen zu ergänzen und die manuelle Produktfreigabe durch den Einsatz fortschrittlicher Algorithmen zu umgehen. Außerdem strebt das Unternehmen die Automatisierung der Verarbeitung von Produkt- und Fertigungsinformationen (PMI-3D-Annotationen in Teilmodellen) an, um den modellbasierten Entwurf zu unterstützen und eine größere Vielfalt an Materialien anzubieten.

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