Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 09/2017, 15.09.2017

Massenproduktion mit kleinen Stückzahlen

Nicht nur Europa gibt Gas in Richtung digitale Transformation, auch die japanischen Werkzeugmaschinenhersteller haben den Wert von vernetzten Fertigungsstrukturen erkannt. So hat Okuma vor Kurzem mit der «Dream Site 2» in Oguchi eine smarte Produktion für seine kleinen und mittleren Dreh- und Schleifmaschinen in Betrieb genommen. Bereits innerhalb kurzer Zeit konnten die Durchlaufzeit halbiert und die Produktivität um 30 Prozent nach oben geschraubt werden.

Im Mai 2017 hat der CNC-Werkzeugmaschinenhersteller Okuma seine neueste Smartfactory Dream Site 2 (DS2) im japanischen Hauptquartier in Oguchi eröffnet. Die Anlage dient dem Komplettanbieter als Produktionsstätte für Komponenten seiner kleinen und mittleren Dreh- und Schleifmaschinen. 61 Werkzeugmaschinen aus dem umfangreichen Portfolio sind in die Internet-of-Things (IoT)-gestützte Fertigungsanlage integriert. «Ein neues Produktionsplanungssystem, fortschrittliche Visualisierungsmethoden, Echtzeit-Datenauswertung und Automation mit hochmoderner Robotik ermöglichen Produktivität auf dem Niveau von Massenproduktion – selbst in Fertigungslinien mit hohen Produktmixen und geringen Stückzahlen», erläutert Kazunori Miyake, General Manager Production Engineering Department der Okuma Corporation, die Strategie dahinter.

Aufbauend auf den Erkenntnissen, die Okuma durch die Konzeption und Umsetzung von «Dream Site 1» gewonnen hat, die 2013 an den Start ging, hat das Unternehmen umgerechnet acht Millionen Euro in die neue Fertigungsanlage investiert. Die Investition hat sich, so General Manager Miyake, gelohnt: «Dream Site 2 hat einen noch höheren Automatisierungsgrad als DS1 erreicht.» Für den nahtlosen Materialfluss sind sämtliche Komponenten mit Werkstück-ID versehen, sodass Position und Bestimmungsort zu jedem Zeitpunkt lokalisiert werden können. Das erlaubt Bedienern und Logistikpersonal ein schnelles Reagieren. Die neue Anlage setzt fahrerlose Transportfahrzeuge ein. Dadurch entfällt das manuelle Handling des Materials und die Zeit zwischen verschiedenen Aufspannungen wird auf ein Minimum reduziert.

Derzeit kann DS2 für 72 Stunden komplett mannlos betrieben werden. Während in der Vergangenheit der Einsatz von Robotern in Fertigungslinien mit einem grossen Produktmix und geringeren Stückzahlen problematisch war, löst DS2 diese Herausforderung durch die Verschmelzung verschiedener Prozesse. Unter anderem sind mechanische Automatisierungslösungen in die vollständig unbemannte Komponentenfertigung integriert. Ein weiterer Erfolgsbaustein ist das Produktionsplanungssystem (PPS), eine verbesserten Version des Systems, das in DS1 implementiert wurde. «Es hat die Lieferzeiten deutlich verringert und ermöglicht Okuma, flexibel auf veränderte Produktionsanforderungen und Kundenwünsche zu reagieren» sagt Kazunori Miyake.

Für den reibungslosen Ablauf in DS2 setzt Okuma auf die frühe Integration von Simulation und Analyse im Produktentwickungsprozess («Frontloading»), um möglichst viele Arbeitsschritte bereits vor der eigentlichen Produktion zu komplettieren. Ein essenzielles Werkzeug hierzu ist laut Kazunori Miyake der 3D-Virtual-Monitor: «Die Applikation erstellt hochakkurate dreidimensionale Maschinensimulationen, die Anhand der exakten Vorgaben der Werkzeugmaschine erstellt werden, die für die Anwendung bestimmt ist. Anwender wissen so bereits im Vorfeld, ob das Werkstück präzise, fehler- und kollisionsfrei und innerhalb des Zeitplans produziert werden kann. Kostenintensive Reparaturen und Stillstandszeiten werden so bereits vermieden, bevor die Fertigung überhaupt beginnt.»

Die vier Areale von DS2 erstrecken sich über eine Fläche von 11 000 m2. In der Kleinteilefertigung wird eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstücke mit bis zu 30 mm Durchmesser auf einem vertikalen 5-Achsbearbeitungszentrum «MU-4000V» von Okuma gefertigt. Die Werkzeugmaschinen sind in eine mannlose, Roboter-gestützte Fertigungszelle (FMS) integriert, um eine kontinuierliche Zerspanung mit automatischem Futter- und Werkzeugwechsel zu ermöglichen. Auch der Wechsel des Werkstücks wird durch den Roboter vorgenommen. «Auf manuell gesteuerte Stapler verzichtet DS2 komplett», erläutert Kazunori Miyake den Materialfluss.

Die Präzisionsteilefertigung ist unter anderem für die Produktion von Hauptspindeln oder Reitstockspitzen zuständig. Die Temperatur in diesem Bereich wird konstant bei 21 °C gehalten, ± 1 °C.

Der Bereich für mittelgrosse Komponenten umfasst Teile wie Spindelstöcke, Reitstöcke und Werkzeugrevolver, die auf vier horizontalen Bearbeitungszentren «MA-600HII» und drei vertikalen BAZ «MB-8000H» von Okuma gefertigt werden. Hier kommt das Automatisierungs-Know-how des Herstellers voll zum Tragen: Die Produktion wird von einem flexiblen Produktionssystem (FPS) gesteuert, das eine Fertigungszelle mit Robotern, mehreren führerlosen Transportsystemen für das Materialhandling sowie ein automatisiertes Palettenregal für das Lagern der fertigen Teile kombiniert. «Alle Prozesse nach der Materialeingabe», sagt Kazunori Miyake, «wie Aufspannung, Zerspanung sowie Entgraten und Waschen sind vollständig automatisiert, um eine unbemannte 24/7-Produktion zu gewährleisten.»

Der letzte Bereich der Anlage umfasst grosse Teile wie Maschinenbetten. Um diese Dimensionen bewältigen zu können, setzt Okuma hier drei ihrer Portalfräsmaschinen «MCR-BIII» sowie eine Schleifmaschine für grosse Oberflächen in einer flexiblen Fertigungszelle ein. Die Zeit für das Be- und Entladen wird durch den Einsatz automatisierter Aufspannungen massgeblich verkürzt.

Der gesamte Fabrikaufbau von DS2 wird auf zentralen Monitoren sowie Tablet-Computern angezeigt. Die «Factory Monitor»-App erlaubt eine Visualisierung der gesamten Anlage und bildet den Status sämtlicher Fertigungszellen und Werkzeugmaschinen ab. «Die Maschinendaten werden in Echtzeit angesehen und analysiert, sodass Probleme oder Produktivitätseinbussen schnell identifiziert und behandelt werden können» präzisiert Kazunori Miyake. «Die Software sammelt und speichert sämtliche Informationen zu Maschinenlaufzeiten, Alarmprotokollen und Stillstandzeiten. Das Ergebnis ist eine Fabrik, die täglich dazulernt, sodass jeder Durchlauf eine Verbesserung zum vorigen ist.»

Auch der umwelt- und energietechnische Aspekt wurde bei der Planung von DS2 nicht vergessen: Die gesamte Anlage verwendet geothermische Energie für effizientes Heizen und Kühlen. Wie schon DS1 nutzt DS2 Solarzellen an den Aussenwänden sowie LED-Beleuchtung, Wechselrichtersteuerungen für Luftkompressoren und elektrische Wärmepumpen. «Mit diesen Massnahmen», ist Produktionsleiter Miyake sichtlich stolz, «konnte Okuma die Energiekosten um 30 Prozent senken.»

Übrigens gibt der Werkzeugmaschinenhersteller das Know-how, das er durch die Entwicklung von DS1 und DS2 erworben hat, auch an seine Kunden weiter, um bei der Produktionsoptimierung zu helfen. Die speziell dafür entwickelten «Smart Factory Solutions» werden ihre Europapremiere auf der diesjährigen EMO in Hannover feiern.(pi)

Okuma: Suvema AG
4562 Biberist, Tel. 032 674 41 11
info@suvema.ch
EMO Halle  27 Stand D20



Menschenleer: Die Dream Site 2 kann 72 Stunden am Stück mannlos produzieren - und zwar im vielfältigen Produktmix mit kleinen Stückzahlen.


In den Fertigungszellen übernehmen Roboter das Be- und Entladen genauso wie das Wechseln von Spannmitteln oder Werkzeugen. (Bilder: Okuma)


Der 3D-Virtual-Monitor erstellt dreidimensionale Maschinensimulationen und sorgt dadurch für eine kollisionsfreie Fertigung.


Am Rande bemerkt

Dream Site 2 – «Ein Produktionstraum wird wahr»

Der japanische Werkzeugmaschinenhersteller Okuma wird auf der EMO Hannover 16 Maschinen ausstellen, darunter befinden sich acht Europapremieren. Ein Highlight sind sicherlich die Multitasking-Maschinen der «LaserEx»-Serie, die Dreh- und Fräsoperationen, Laserhärten und additive Fertigung in einer Maschine vereinen. Vor allem für die Schweizer Kunden könnte das vertikale 5-Achsbearbeitungszentrum «MU-S600V» (Bild) interessant sein. Es ermöglicht die 5-Seitenbearbeitung auf kleinstem Raum. Bei einer Breite von 1400 mm bearbeitet die Maschine Werkstücke mit bis zu 600 mm Durchmesser. Um einen hohen Automatisierungsgrad zu realisieren, können mehrere Modelle zu einer kompakten Fertigungslinie verbunden werden.

Auf einen Blick

Okuma zur EMO

Der japanische Werkzeugmaschinenhersteller Okuma wird auf der EMO Hannover 16 Maschinen ausstellen, darunter befinden sich acht Europapremieren. Ein Highlight sind sicherlich die Multitasking-Maschinen der «LaserEx»-Serie, die Dreh- und Fräsoperationen, Laserhärten und additive Fertigung in einer Maschine vereinen. Vor allem für die Schweizer Kunden könnte das vertikale 5-Achsbearbeitungszentrum «MU-S600V» (Bild) interessant sein. Es ermöglicht die 5-Seitenbearbeitung auf kleinstem Raum. Bei einer Breite von 1400 mm bearbeitet die Maschine Werkstücke mit bis zu 600 mm Durchmesser. Um einen hohen Automatisierungsgrad zu realisieren, können mehrere Modelle zu einer kompakten Fertigungslinie verbunden werden.