Q-DAS IMC zur automatischen Berechnung und Übergabe vor Werkzeugkorrekturwerten an die Steuerung der Werkzeugmaschine

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Q-DAS IMC for automatic calculation

Die BOOSTER Precision Components (Schwanewede) GmbH steht für Innovation und höchste Qualität bei der Herstellung von Verdichterrädern für Abgasturboladern und anderen Hochpräzisionsteilen

Mit seiner Expertise in Zerspan- und Automationstechnologie sowie Prozessentwicklung handelt es sich bei dem Werk in Schwanewede um das Leitwerk der international aufgestellten Booster Gruppe. Nicht nur in Schwanewede, auch in Mexiko und China produziert BOOSTER Verdichterräder und bedient auf diese Weise die lokalen Märkte. Das Verdichterrad ist eine der Kernkomponenten im Turbolader und komprimiert die Zuluft für den Verbrennungsprozess. Dadurch wird die Leistung gesteigert und die Emissionswerte verbessert.

Ziele identifizieren

BOOSTER stellt höchste Qualitätsanforderungen an die Herstellung der Verdichterräder. Zur Überwachung der geforderten Produktqualität werden Stichproben in definierten Abständen genommen und in der Produktion an Handmessplätzen als auch im Messraum mit automatisierter Messtechnik vermessen. Eine direkte Rückmeldung in die Produktion geschieht mittels der Visualisierung der Messergebnisse an den Produktionsmaschinen, um hier einen entsprechenden kleinen Regelkreis zu ermöglichen und Werkzeugkorrekturen vornehmen zu können.

Im großen Regelkreis werden definierte Kennzahlen automatisiert reportet, Ursache-Wirkungszusammenhänge analysiert, automatisiert Produktionsauffälligkeiten identifiziert und kommuniziert sowie im Web-Leitstand visualisiert. Selbstverständlich bilden hierfür vorherigen Qualifizierungen von Equipment und Prozessen die Grundlage eines automatisierten Überwachungssystems.

BOOSTER hat dieses System mit den Q-DAS Statistical Softwareprodukten kontinuierlich aufgebaut und über die Zeit hinweg optimiert.

Einer der wesentlichen Punkte und identifizierten mögliche Schwachstelle im Prozess, insbesondere in dem kleinen Regelkreis vor Ort (Shopfloor), war die individuelle Werkzeugkorrektureinstellung auf Basis der Q-DAS Statistik. Diese geschah mittels persönlicher und somit individueller Entscheidungen des jeweiligen Mitarbeiters. Dadurch waren unterschiedliche Vorgehen und somit auch über die Schichten hinweg unterschiedliche Prozessverhalten und Werkzeugstandzeiten die Konsequenz.

Ziel des Projektes war die Einführung des Q-DAS IMC | Intelligent Machine Control, um auf Basis der Berechnung von statistischen Kennzahlen, bei Werkzeugkorrektureinstellung einen verlässlichen, standardisierten und automatisierten Prozess zu haben, um die Produktqualität nachhaltig zu erhöhen und die Prozessstabilität weiter zu optimieren. Des Weiteren kann durch Q-DAS IMC die Korrektur der Werkzeuge zurückverfolgt werden.

Herausforderungen

Das bereits implementierte Q-DAS System zur kontinuierlichen Qualifikation und Überwachung der laufenden Produktion hat bereits den wichtigen Grundstein für die Anwendung von Q-DAS IMC gelegt: Eine saubere Datenstruktur zur Übertragung der Messergebnisse mit relevanten Trace-Informationen (Linie, Maschine, Werkzeug, Spindel, Messsystem, ...), um eine direkte Zuordnung relevanten Rückmeldeinformationen für Q-DAS IMC gewährleisten zu können. Eine die bereits seit Jahren durchgeführte direkte Online-Visualisierung der Messergebnisse an über 40 Werkzeugmaschinen schaffte Vertrauen und ist somit die Grundlage für die Weiterentwicklung.

Auf Basis dieser Visualisierung wurden die Werkzeugkorrekturen vorher manuell durch den Operator durchgeführt, durch Q-DAS IMC erfolgt dies nun automatisiert, um Prozessschwankungen und Einstellungsprozesse klaren Regeln folgen zu lassen.

Der bestehende Datenfluss (Messsystem -> bestehende Q-DAS Lösung) wurde nur geringfügig dahingehend erweitert, dass zur Berechnung der Korrekturwerte die Messdaten ebenfalls ins Q-DAS IMC einfließen. Gemäß hinterlegter Optimierungsregel berechnet Q-DAS IMC die werkzeugspezifischen Korrekturwerte und meldet diese direkt an die Steuerung der Werkzeugmaschine.

Folgende Schritte wurden implementiert:

Trennung nach Erststück-, Werkzeugwechsel- oder Serienmessungen
Separierung von Fehlmessungen
Werkzeugspezifische Berechnung der optimalen Feinkorrekturwerte über mehrere Merkmale
Automatische Übergabe der Korrekturwerte von Q-DAS IMC an die Steuerung der Werkzeugmaschine
Zustellung nur bei Überschreitung vorgegebene Grenzabweichung
Direkte „harte“ Zustellung bei Werkzeugwechsel
Abspeichern der Korrekturwerte zu Dokumentationszwecken
Anbindung von 34 Werkzeugmaschinen mit Steuerungen von FANUC

Neben den datenflusstechnischen Aspekten ist ein fundiertes Prozesswissen erforderlich, um Q-DAS IMC optimal einsetzen zu kommen. Zusammenfassend sind dies:

Wechselwirkungen unterschiedlicher Merkmale
Wirkbeziehung Werkzeug/Merkmal
Werkzeugverhalten über die Standmenge

Ergebnisse realisieren

Das Ergebnis nach der erfolgreichen Einführung von Q-DAS IMC hat sämtliche Erwartungen übertroffen. Durch die automatisierte und werkzeugspezifische Berechnung der optimalen Feinkorrekturwerte über mehrere Merkmale hinweg wurde eine weitaus höhere Prozessstabilität für die Bearbeitung der Verdichterräder erreicht. Allein bei den Q-DAS IMC gesteuerten Merkmale ist der prozentuale Anteil der Merkmale, die den geforderten Fähigkeitsindex erfüllen, angestiegen. Das hat zu einer zusätzlichen und erhöhten Prozessstabilität beigetragen.

Der Prozessverlauf weist jetzt ausschließlich die Werkzeugverschleiß und - wechseleffekte auf und

Nächste Schritte

Der erste Schritt ist mit Einführung und Anbindung von Q-DAS IMC in der Drehtechnik an 34 Werkzeugmaschinen mit FANUC – Steuerungen sehr erfolgreich implementiert worden.

Mit der neuen Version 2 von Q-DAS IMC ist auch die Anbindung der Siemens – Steuerungen möglich und somit steht ein Ausrollen für 32 weitere Werkzeugmaschinen in der Frästechnik nichts mehr im Wege. Ergebnisse des selben Artikels auf unterschiedlichen Maschinen (ohne und mit Q-DAS IMC)Definierte Werkzeugfeinkorrektur (ohne und mit Q-DAS IMC) durch den Automatismus von Q-DAS IMC werden mitarbeiterspezifische und individuelle Entscheidungen ausgeschlossen. Somit konnte die bestehende Ausschussrate um 20 % reduziert werden und ca. 15 % der verfügbaren Arbeitszeit eingespart werden, da die Korrekturwerte nun automatisiert an die Werkzeugmaschine übergeben werden. Zusätzlich werden deutlich weniger Messteile / Stillstandszeiten durch Werkzeugwechsel herbeigeführt, da die direkte Zustellung, den Prozess direkt passend zustellt. Dies Erhöht gleichmaßen die OEE und verringert den Aufwand in der Qualitätssicherung.

Case study key facts

Firma: Booster Precision Components (Schwanewede) GmbH
Webseite: www.booster-precision.com
Industrie: Automotive Supplier
Land: Germany

Verwendete Produkte:

Q-DAS Statistical Software products
Q-DAS IMC | Intelligent Machine Control

Erzielte Vorteile:

Stabilisierung des Fertigungsprozesses
Signifikante Steigerung der Fähigkeitsanforderungen Cp/Cpk
Ausschussreduzierung um 20 %• Kapazitätsgewinn bei Werkzeugmaschinenbedienern um 15% durch Wegfall von manuellen Tätigkeiten wie Werkzeugkorrektureinstellungen