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Steuerungstechnik

Werkzeugbau: Mit PLM zu Profilen

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nternehmen, die ihre Konstruktionsdaten, Simulationsdaten, NC-Programme und alle sonstigen Projektdaten für die Werkzeugherstellung mit PLM verwalten, muss man in der Extrusionsbranche immer noch mit der Lupe suchen. In Pirmasens, in der schönen Pfalz, wird man fündig: Das Werkzeug-Kompetenzcenter des Kunststoffprofil-Herstellers profine GmbH wurde mit Unterstützung der BCT Technology AG komplett in die PLM-Strategie der Firmengruppe integriert.

Mit weltweit rund 3.000 Mitarbeitern, 700 Millionen Euro Umsatz und einer Produktionskapazität von 450.000 Tonnen pro Jahr gehört die Firmengruppe profine (www.profine-group.com) zu den weltweit führenden Herstellern von Kunststoffprofilen für Fenster-, Tür- und Sichtschutzsysteme sowie von Kunststoffplatten. Produziert werden sie unter den Markennamen KBE, Kömmerling und Trocal an 29 Standorten in 22 Ländern der Erde. In Pirmasens ist nicht nur die größte Produktionsstätte angesiedelt, sondern auch das Werkzeug-Kompetenzcenter der Gruppe, das Hochleistungswerkzeuge für die Extrusionsanlagen aller Produktionsstandorte und Marken entwickelt und teilweise selber fertigt. Hier werden außerdem innovative Verfahren entwickelt und getestet. Die Zahl der Profilvarianten, die profine weltweit anbietet, hat in den letzten Jahren aufgrund der unterschiedlichen Markt- und Kundenanforderungen sowie der von Land zu Land unterschiedlichen Bauvorschriften zugenommen. Gleichzeitig wächst der Zeitdruck, denn die Kunden wollen nicht lange auf „ihr“ Profilsystem warten. Die Verkürzung der Lieferfristen war deshalb eines der wesentlichen Motive, warum sich profine für den Aufbau einer unternehmensweiten PLM-Lösung auf Basis der Teamcenter Unified Architecture von Siemens PLM Software entschieden hat.

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Vorreiterrolle des Werkzeugbaus

Der Werkzeug

bau spielt bei der Verkürzung des „Time to Market“ eine entscheidende Rolle, da es mehrere Monate in Anspruch nehmen kann alle notwendigen Hochleistungswerkzeuge inklusive Zubehör zu konstruieren, zu bauen und einzufahren. Die Werkzeuge bestehen aus mehreren Komponenten, angefangen vom formgebenden Teil, der Düse, welche die Kontur des Profils und des Innenlebens vorgibt, über die Kalibrierung, welche die Profilform über die Außenflächen abkühlt, bis zum Abzug und Zuschnitt. Dazwischen sitzt noch eine separate Einheit für die Postcoextrusion, die die Dichtungen aus weichem PVC an die Profile anspritzt.

Die Werkzeugbauer waren Vorreiter bei der Einführung der PLM-Technologie in der Firmengruppe - eine erste Testversion von Teamcenter wurde in Pirmasens bereits 2007 installiert. Zu diesem Zeitpunkt wurde sie aber noch nicht produktiv genutzt, wie CAx/PLM-Engineer Frank Helbing erläutert. Es gab dringlichere Aufgaben wie beispielsweise die Konsolidierung der heterogenen CAD/CAM-System

landschaft. Die fehlende Integration zwischen CAD und CAM machte die Anpassung der NC-Programme bei Werkzeugänderungen sehr aufwendig.

Integrierte CAD/CAM-Prozesskette

Um Werkzeugkonstruktion und CAM-Programmierung zu beschleunigen entschieden sich die Werkzeugbauer 2007 nach einem ausführlichen Benchmark für die schrittweise Einführung der integrierten CAD/CAM-Lösung NX von Siemens PLM Software. In 2010 wurde dann im Rahmen eines unternehmensweiten Projekts die strategische Entscheidung getroffen, als Master-CAD-System ebenfalls NX mit der PLM-Lösung Teamcenter als zentralem Datenmanagement einzuführen. Dieser Schritt wurde in 2012 erfolgreich abgeschlossen, so dass die Produktdaten prozessdurchgängig für die Werkzeugkonstruktion und CAM-Programmierung verwendet werden können. „Dank dieser Durchgängigkeit haben wir die Programmierzeiten bei den Werkzeugen und Komponenten, die wir intern fertigen, um circa 30 Prozent reduzieren können“, schätzt Matthias Peifer, Leiter des Werkzeugbaus in Pirmasens, der seit Anfang des Jahres auch für die Wartung und Instandhaltung der Werkzeuge am Standort verantwortlich ist.

Während die internen Prozesse zur Werkzeugherstellung von der Entwicklung und Konstruktion über das Einfahren und der Nacharbeit bis hin zur Werkzeuginstandhaltung durchgängig sind, müssen die Werkzeugbauer bei der Verwendung extern gefertigter Komponenten erst die CAM-Programme erzeugen, um sie beim Einfahren ändern zu können. Das Einfahren der Werkzeuge ist ein iterativer Prozess, in dem es vor allem darum geht, einen gleichmäßigen Materialfluss im Düsenteil zu erreichen. Die Optimierung erfordert eine enge Abstimmung zwischen dem Einfahrtechniker, der aus langjähriger Erfahrung weiß, was geändert werden muss, und dem Konstrukteur, der die Änderungen im Werkzeug umsetzen muss. Mit Hilfe von Moldflow-Analysen lässt sich die Extrusion noch nicht so zuverlässig simulieren wie das Spritzgießen, aber die Werkzeugbauer bei profine haben diesbezüglich ein hohes Entwicklungsniveau erreicht und arbeiten intensiv an weiteren Verbesserungen ihrer CAE-Anwendung.

Konsolidierung des Datenmanagements

Nach der Konsolidierung der heterogenen CAD/CAM-Systemlandschaft nahmen die Werkzeugbauer die Konsolidierung ihrer Datenmanagement-Umgebung in Angriff, die aus mehreren dezentralen Dateiablagen und TDM-Systemen (Team Data Management) mit unterschiedlichen Nummernsystemen bestand. Sie wurden im Zuge der PLM-Einführung vereinheitlicht. „Wir wollten mehr Ordnung in den wachsenden Datenbestand bringen und ihn unternehmensweit zugänglich machen“, erläutert Helbing die Gründe für den PLM-Einsatz im Werkzeugbau. Implementiert und angepasst wurde die Siemens PLM-Software von der BCT Technology AG, mit deren Unterstützung die Key User und die Anwender auch im laufenden Betrieb sehr zufrieden sind.

Seit etwa zwei Jahren verwalten die Werkzeugbauer ihre 3D-Modelle, 2D-Zeichnungen, NC-Programme, Standards, Richtlinien und andere projekt- und fertigungsrelevante Unterlagen mit Teamcenter, und zwar in einer eigenen Projektstruktur. In den digitalen Projekt- und Einfahrmappen liegen außerdem die Pflichtenhefte, Kalkulationen, Qualitätsreports, Messberichte und Änderungsdokumente, so dass alle Teammitglieder durchgängig auf alle relevanten Informationen der Werkzeughistorie zugreifen können. Das integrierte Projektmanagement bietet die Möglichkeit, Aufgaben mit Meilensteinen zu definieren und sie bestimmten Mitarbeitern zuzuweisen, was die Kontrolle der Projektfortschritte erleichtert. „Das ist wichtig, weil wir viele Werkzeug-Projekte gleichzeitig realisieren“, sagt Peifer. Bislang hat man 50 aktuelle Projekte in Teamcenter angelegt, wie Helbing ergänzt. „Was die Nutzung des Projektmanagements anbelangt, stehen wir im Werkzeugbau noch am Anfang, aber wir haben eine sehr gute Basis für die Zukunft geschaffen.“

Im Zuge der PLM-Einführung haben die Werkzeugbauer ihren CAD-Altbestand an Ideas-Daten, die noch sehr lebendig sind, aus den verschiedenen TDM-Systemen in Teamcenter migriert. Das ist gerade mit Blick auf die Wartung und Instandhaltung der Werkzeuge ein großer Vorteil, wie Helbing erläutert. Diese Altdaten können über den Content Migration Manager des PLM-Systems direkt in NX-Daten umgewandelt werden, ohne dafür eine separate CAD-Lizenz zu benötigen und ohne auf die wertvolle Modellhistorie verzichten zu müssen Die konvertierten Altdaten werden allerdings im Normalfall nicht für Neukonstruktionen genutzt, da die Konstrukteure hier die parametrische Modelliertechnik von NX bevorzugen; wohl aber für kleinere Korrekturen an Bestandswerkzeugen, die wegen Verschleiß oder geänderter Anforderungen im Laufe des Produkt- beziehungsweise Profillebenszyklus immer wieder überholt werden müssen.

Ein zentraler Datenbankserver

Teamcenter ist im Werkzeugbau in Pirmasens nicht als Multi-Site-Installation implementiert, sondern als Serverinstallation mit einem zentralen Datenbankserver für die Anwendungs- und die Metadaten. Anwender an anderen Standorten mit entsprechender Berechtigung können über Datenleitung auf den Server zugreifen, wobei intelligente Caching-Mechanismen das auszutauschende Datenvolumen durch Abgleich mit den lokal vorhandenen Daten reduzieren und den Austausch beschleunigen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Anwender dort für ihre Arbeit normalerweise nicht die nativen CAD-Modelle benötigen, sondern mit leichtgewichtigen JT-Daten auskommen. Sie werden bei Fertigungsfreigabe automatisch von den NX-Modellen abgeleitet und zusammen mit den 2D-Zeichnungen im CGM - oder DXF-Format in der Produktstruktur der PLM-Lösung hinterlegt, so dass die Mitarbeiter der verschiedenen Gewerke mit Viewern darauf zugreifen können. „Keine papierlose, aber eine papierarme Fertigung“, sagt Helbing.

„Konstruiert wird im Werkzeugbau in Pirmasens, aber die anderen Standorte bedienen sich unserer Daten und unseres Know-hows, was eine enorm wichtige Serviceleistung für das Unternehmen darstellt“, betont Peifer. Über Teamcenter Web können sie weltweit über mobile Endgeräte auf die Daten zugreifen. Wenn die Mitarbeiter in den Werken aus dem Bereich Werkzeugwartung und Instandhaltung Optimierungswünsche melden, dann wird dies in einer neuen Item-Revision in Teamcenter festgehalten, freigegeben und kann somit unternehmensweit eingesehen werden. Somit fungiert Teamcenter als Wissensbasis und kann für fundierte Änderungsentscheidungen genutzt werden. „Im nächsten Schritt wird das Teamcenter Mark-up-Tool produktiv geschaltet, damit die Kollegen in der Einfahrtechnik ihre Änderungen digital auf der Zeichnung oder am 3D-Modell vermerken und elektronisch an die Konstrukteure senden. Das eliminiert Missverständnisse, die durch handschriftliche Änderungsblätter entstehen können“, führt Peifer weiter aus.

Dank des ausgefeilten Rollen- und Rechte-Managements in Teamcenter können die Werkzeugbauer ihre Daten gezielt den Mitarbeiter in der Produktion oder in der Wartung und Instandhaltung eines bestimmten Standorts zugänglich machen. Der elektronische Freigabe-Workflow sorgt in Verbindung mit der Revisionsverwaltung dafür, dass die Anwender an allen Standorten immer auf die aktuellen Daten zugreifen. „Dieser Workflow wurde

bewusst einfach gehalten, um den Prozess nicht zu bremsen und eine Überforderung der Anwender in der Anfangsphase zu entgegnen“, sagt Helbing. Er kümmert sich als Systemadministrator und Key User auch um die Ausbildung der angehenden Technischen Produktdesigner, die schon während der Lehre den Umgang mit NX und Teamcenter erlernen, und um die Anwenderschulungen für die unterschiedlichen Gewerke: Nach anfänglicher Skepsis war das Feedback der Anwender in den Schulungen sehr positiv. Sie kommen mit Teamcenter gut zurecht. „Jetzt müssen wir sie bei der täglichen Arbeit begleiten, um die Akzeptanz der PLM-Lösung dauerhaft abzusichern“ ergänzt Peifer. Derzeit arbeiten circa 240 Mitarbeiter regelmäßig mit PLM-Unterstützung. Um die PLM-Durchdringung in den Fertigungsbereichen zu verbessern, hat profine Viewer-Stationen implementiert, damit die Werker unabhängig von ihrer Schic

ht Zugang zu den aktuellen Daten und Informationen haben.

Verkürzung der Durchlaufzeiten

Die Anforderungen im Werkzeugbau haben sich in den letzten Jahren sehr stark verändert, weshalb Peifer und Helbing die Nutzeneffekte des PLM-Einsatzes nicht exakt quantifizieren können. Unbestreitbar ist, dass Teamcenter für mehr Prozesssicherheit sorgt, dadurch dass die Anwender schneller auf freigegebene Daten zugreifen können und weniger Fehler machen. Ein wichtiger Nebeneffekt der PLM-Lösung ist der Teileverwendungsnachweis, das heißt die Möglichkeit auf Knopfdruck festzustellen, in welchen Werkzeugen ein Bauteil überall verbaut ist. Davon machen vor allem die Arbeitsvorbereitung und die Konstruktion reichlich Gebrauch. Sie ist ein effizientes Instrument für die Minimierung der Teilevarianten, zumindest bei den im Hause konstruierten Werkzeugen.

Aus Kapazitätsgründen vergibt profine jedoch auch komplette Werkzeuge inklusive der Konstruktion und mechanischen Bearbeitung an externe Partner. Zwar gibt man den Lieferanten im Lastenheft die zu verwendeten Komponenten vor und definiert auch die Datenformate und Nummernschlüssel, aber in der Praxis werden diese Daten heute nur in 2D-Formaten und teilweise unvollständig zur Verfügung gestellt. Zudem müssen sie oft noch importiert, konvertiert und aufbereitet werden. „Die Fremddaten auf unsere Anforderungen anzupassen ist mit einem hohen Aufwand verbunden“, sagt Helbing. Und Peifer ergänzt: „Die Integration der Lieferantendaten ist derzeit eine unserer großen Herausforderungen, denn von der Qualität der Daten hängt letztlich ab, wie effizient wir die Folgeprozesse über den gesamten Werkzeug-Lebenszyklus unterstützen können.“ -sg-

Michael Wendenburg, Sevilla (www.wendenburg,net)


BCT AG, Willstätt, Tel. 07852/9960, http://www.bct.de

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