CNH Industrial Belgium optimiert zwanzig Jahre alte Maschine mit ToolScope

CNH Industrial in Antwerpen, Hersteller von Traktorenteile (hauptsächlich Hinterachsen und Antriebssysteme), hat mit Hilfe von ToolScope eine zwanzig Jahre alte Werkzeugmaschine modernisiert. Dank dieses Überwachungs- und Steuerungssystems von CERATIZIT erhält CNH Industrial mehr Einblick in den Bearbeitungsprozess und kann das Unternehmen mithilfe der Maschinendaten die Zykluszeiten verkürzen, die Werkzeugstandzeiten erhöhen und einen zuverlässigen Fertigungsprozess erreichen.

CNH ist einer der ersten Anwender von ToolScope in den Niederlanden und Belgien. Der Hersteller von Teilen für Traktoren von New Holland, Case IH und Steyr suchte nach einer Lösung, um mit dem bestehenden Maschinenpark einen höheren Nutzungsgrad zu erreichen und damit die wachsende Nachfrage zu befriedigen. Laut Baptiste Muller, Verfahrensingenieur bei CNH, ist das Alter des Maschinenparks die größte Herausforderung im Optimierungsprozess. „Um die Zykluszeiten zu verkürzen, kann man im Wesentlichen zwei Dinge tun. Entweder investieren Sie in neue Maschinen oder Sie optimieren die bestehenden Prozesse. Wir haben uns für Letzteres entschieden, denn obwohl einige Maschinen schon zwanzig Jahre alt sind, sind sie immer noch qualitativ hochwertig. Aber die Optimierung dieser Maschinen mit veralteten Steuerungen und begrenzter Rechenleistung ist nicht so einfach, und schon gar nicht mit einem begrenzten Budget“, so Muller.

Muller machte sich auf die Suche und fand schließlich ToolScope von Ceratizit: „Unsere Fabrik in Indien setzt ToolScope bereits seit einiger Zeit ein und hat vielversprechende Ergebnisse bei der Verhinderung von Werkzeugbrüchen und der Erhöhung der Werkzeugstandzeiten erzielt. Natürlich haben wir uns auch andere Lösungen angesehen, aber diese waren alle nicht mit unseren älteren Maschinen kompatibel. Um ToolScope in unserer Fabrik auszuprobieren, haben wir mit der Optimierung einer einzelnen Maschine begonnen.“

Baptiste Muller (l) und Stefaan Grimonprez vor der zwanzig Jahre alten Werkzeugmaschine, die mit Hilfe von ToolScope modernisiert wurde.

Industrie 4.0 im Handumdrehen installiert

Das Überwachungs- und Assistenzsystem ToolScope erfasst permanent Signale aus der Maschine, die im Fertigungsprozess entstehen. Diese Daten werden visualisiert und zur Überwachung und Regelung der Maschinensteuerung verwendet. Der Zustand des Werkzeugs und der Maschine wird mit einem patentierten Verfahren zur statistischen Prozesskontrolle visualisiert. „Mit ToolScope ist es möglich, Industrie 4.0 in einen bestehenden Maschinenpark zu integrieren. Wie wir bei CNH Industrial zeigen, funktioniert dies selbst bei einer zwanzig Jahre alten SPS“, sagt Stefaan Grimonprez, technischer Berater bei Ceratizit.

Obwohl ToolScope auf externer Hardware „läuft“ kommuniziert das System ganze 100 Mal pro Sekunde mit der Maschinensteuerung. Es stellte sich die Frage, ob die zwei Jahrzehnte alte Steuerung diese Kommunikation bewältigen kann. „Die Rechenleistung der Maschinensoftware ist im Normalbetrieb bereits zu 80 % ausgelastet und daher ist zur Vermeidung von Überlastung eine externe Erfassung und Verarbeitung der Prozessdaten notwendig. Hier liegt der Vorteil von ToolScope: Es arbeitet unabhängig von der Maschinensteuerung, wodurch das System mit älteren Maschinen sehr gut funktionieren kann.“ Ein weiterer Vorteil der externen Hardware ist die neue Schnittstelle, die es CNH Industrial ermöglicht, Daten einfacher zu exportieren. 

Prozessoptimierung mit verständlichen Daten

Mit ToolScope Prozessüberwachung, Verschleißerkennung für Werkzeuge und adaptive Vorschubregelung hat CNH Industrial die Zykluszeiten um 3 % verkürzt.

ToolScope besteht aus einer Vielzahl von Anwendungen mit einzigartigen Möglichkeiten. Dies ermöglicht es den Benutzern, ToolScope an ihre Bedürfnisse anzupassen und es im Bedarfsfall im Laufe der Zeit um neue Funktionen zu erweitern. CNH nutzt drei Anwendungen, nämlich Prozessüberwachung, Verschleißerkennung für Werkzeuge und adaptive Vorschubregelung. 

Mit der Prozessüberwachung erhält CNH Industrial einen umfassenden Einblick in den Fertigungsprozess. „Wir produzieren auf dieser Maschine rund um die Uhr Getriebe und Getriebegehäuse. Mit ToolScope können wir alle Prozessdaten auf verständliche Weise in einer Grafik sichtbar machen, woraufhin wir sehr genau sehen können, wo der Prozess von einem optimalen Prozess abweicht. Wenn zum Beispiel zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Lastspitze im Drehmoment der Spindel auftritt, dann wissen wir, dass wir das Programm an diesem Punkt optimieren können. Auf diese Weise können wir den Prozess kontinuierlich optimieren“, sagt Muller. CNH verwendet die mit ToolScope ausgestattete Maschine zur Bearbeitung von Gussteilen mit einem Gewicht von 300 kg bis 450 kg, von denen etwa 10 % als Späne anfallen. Mit kleinen Verbesserungen kann das Unternehmen also im Laufe der Zeit große Fortschritte erzielen. 

Neben der Einsicht in die Prozessdaten reagiert die Prozessüberwachung auch automatisch auf mögliche Abweichungen in der Bearbeitung. So erkennt das System beispielsweise Werkzeugbrüche, fehlende Werkstücke oder Werkzeuge und andere fehlerhafte Prozesse und stoppt in solchen Fällen sofort die Maschine. Dies ermöglicht eine zuverlässige, unbemannte Fertigung, die das Risiko von Schäden an Werkzeugen, Werkstücken und Maschinen verhindert.

Die Standzeit optimal ausnutzen

Mit der Verschleißerkennung für Werkzeuge hat CNH Industrial eine Lösung gefunden, um das Maximum aus einem Werkzeug herauszuholen. Die Funktion bestimmt, wann ein Werkzeug das Ende seiner Lebensdauer erreicht, und zwar anhand der Prozesskraft, der das Werkzeug ausgesetzt ist, anstatt feste Standzeiten zu verwenden. Eine feste Standzeit berücksichtigt keine Schwankungen der Bearbeitungsbedingungen, wie z. B. schwankende Materialqualität oder eingegossener Sand, der bei Gussteilen häufig vorkommt. Die verfügbare Standzeit der Werkzeuge kann dadurch viel besser genutzt werden. Das Ergebnis sind niedrigere Werkzeugkosten und eine höhere Maschinenverfügbarkeit.

ToolScope ist ein externes System mit separater Hardware. Dadurch beeinflusst das System kaum noch die Rechenleistung der bestehenden Maschinensteuerung.

Automatischer Vorschub

Für Muller ist die adaptive Vorschubregelung die interessanteste Funktion. „Wir verarbeiten Gussteile, und die haben viele Varianten. Im Winter sind die Gussteile beispielsweise viel härter als im Sommer, was die Standzeit einiger Werkzeuge bei gleichen Prozessparametern um 25 % verringert. Obendrein sind Gussteile nicht maßhaltig, was dazu führt, dass in manchen Fällen mehr Material zerspant werden muss als in anderen. Trotz dieser Herausforderungen können wir mit der adaptiven Vorschubregelung kürzere Zykluszeiten erreichen.“ Die adaptive Vorschubregelung misst die Prozesskräfte und passt den Vorschub entsprechend automatisch an. Dies führt zu einem schnelleren und stabileren Fertigungsprozess und schützt gleichzeitig das Werkzeug vor kritischen Prozesskräften.

3%ige Verkürzung der Zykluszeit

CNH Industrial setzt ToolScope seit sechs Monaten ein und hat eine Verkürzung der Zykluszeit um 3 % erreicht. Ziel ist es, 4 % zu erreichen. Muller: „ToolScope ist ein fantastisches Werkzeug für einen Verfahrensingenieur. Es ist ein komplexes System mit sehr viel Möglichkeiten. Natürlich funktioniert das System ab dem Zeitpunkt, zu dem Sie es installieren, und es ist für den Bediener von diesem Moment an leicht zu bedienen. Aber wenn man das Maximum aus dem System herausholen will, muss man viele Parameter abstimmen, und das ist ein zeitaufwändiger und laufender Prozess. Unternehmen, die eine Digitalisierung in Erwägung ziehen, müssen bereit sein, Zeit in die Analyse von Daten und das Spielen mit Parametern zu investieren. Digitalisierung und Optimierung ist mehr als nur das Anschließen eines Systems. Es ist ein kontinuierlicher Lernprozess.

Muller hat mit Hilfe von ToolScope den Bearbeitungsprozess der zwanzig wichtigsten und am häufigsten genutzten Werkzeuge optimiert. Bei einigen Fräswerkzeugen konnte die Bearbeitungszeit um 10 % bis 15 % verkürzt werden. Beim Bohren konnte die Bearbeitungszeit um 8 % verkürzt werden. Eine beachtliche Verbesserung. Dass die durchschnittliche Zykluszeitverkürzung derzeit bei 3 % liegt, ist der Tatsache geschuldet, dass bei der Bearbeitung von großen Getrieben und Getriebegehäusen bis zu 100 bis 130 Werkzeuge zum Einsatz kommen. Außerdem setzt CNH auf „Sicherheit“, da die Fertigung nicht zum Erliegen kommen darf. „Es stellt eine Herausforderung dar, die letzten paar Prozent herauszuholen, aber am Ende des Tages lohnt es sich. Und besonders praktisch ist, dass man die Parameter, die man beim ersten Versuch sammelt, auf andere Geräte übertragen kann. Dann wird die Kapitalrendite plötzlich sehr interessant“, so Muller. Aufgrund der guten ersten Ergebnisse rechnet CNH Industrial Belgium damit, in Zukunft weitere Maschinen mit ToolScope auszustatten. 

Die Werkstücke müssen Toleranzen von einem Hundertstel einhalten.

Beispiel für ein zusammengebautes Antriebssystem.

CNH Industrial Belgium produziert Getriebe und Getriebegehäuse für Traktoren von New Holland, Case IH und Steyr