Optimierung der Werkszeugwechselstrategie in der spanenden Fertigung unter Berücksichtigung der Linienverfügbarkeit, Werkzeug-, Rüstkosten.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kürzere Produktlebenszyklen und eine erhöhte Variantenvielfalt der Produkte stellen steigende Anforderungen an die Flexibilität verwendeter Produktionssysteme in der spanenden Großserienfertigung. Dies führt zu einem Wandel sowohl bei den eingesetzten Maschinen als auch bei den vorherrschenden Organisationsformen. So kommen bspw. neue Maschinenkonzepte, wie das Reihenkonzept, zum Einsatz, um den Zielkonflikt zwischen hohen Flexibilitäts- und gleichzeitig hohen Produktivitätsanforderungen besser zu lösen, als bisher existierende Maschinenkonzepte. Verschleißbedingte Wechsel der Zerspanungswerkzeuge (z. B. Fräser oder Bohrer) erfordern hier allerdings den Stillstand der Maschine und reduzieren somit die Produktivität des Maschinenkonzepts. Bestehende Lösungen zur Reduktion des Produktivitätsverlusts hervorgerufen durch Werkzeugwechsel in den drei Bereichen Werkzeugwesen, Instandhaltung und Produktionsplanung bieten Ansätze, aber keinen ganzheitlichen Lösungsansatz für das Problem der Werkzeugwechselstrategien. Bisher standen zwei Basisstrategien für die Planung der verschleißbedingten Werkzeugwechsel zur Verfügung. Bei der standmengenbezogenen Wechselstrategie wird ein Zerspanungswerkzeug erst nach dem Erreichen seiner Standmenge gewechselt. Als Standmenge wird beim Werkzeug der zur Verfügung stehende spezifische Nutzungsvorrat verstanden, bevor das Werkzeug aufgrund seines Verschleißes unbrauchbar wird. Bei der intervallbezogenen Wechselstrategie wird hingegen der Wechsel mehrerer Zerspanungswerkzeuge auf definierte Intervalle gebündelt ohne Berücksichtigung dadurch eventuell nicht ausgeschöpfter Standmengen. Vorteil der standmengenbezogenen Wechselstrategie ist, dass die Werkzeugkosten pro gefertigter Einheit (p. g. E.) minimiert werden, da der Nutzungsvorrat des Werkzeugs erschöpft wurde. Allerdings entstehen höhere Opportunitätskosten p. g. E. für die Maschinenstillstände sowie höhere Personalkosten p. g. E. für die Werkzeugwechsel als bei der intervallbezogenen Wechselstrategie, da mehr Werkzeugwechsel durchzuführen sind. Dafür entstehen bei der Intervallstrategie höhere Werkzeugkosten p. g. E., da bei einigen Werkzeugen nicht die zur Verfügung stehende Standmenge ausgenutzt wird. Fraglich ist also, wie die Basisstrategien kombiniert werden köimen, um eine kostenminimale Werkzeugwechselstrategie zu realisieren. Hierzu wurde im Forschungsprojekt ein ganzheitlicher Lösungsansatz zur Optimierung der Werkzeugwechselstrategie entwickelt, der bereits bewährte Methoden, z. B. eine Heuristik aus der Belegungsplanung, und neue Entwicklungen, z. B. die Modellierung der Zielfunktion, verbindet. Das Optimierungsmodell ermittelt die kostenminimale Werkzeugwechselstrategie durch Bündelung und Parallelisierung (bei Maschinensystemen) von Werkzeugwechseln unter der Erfüllung der Nebenbedingungen auf Basis der Inputgrößen. Als Ergebnis des Modells erhält der Anwender die kostenminimale Werkzeugwechselstrategie, die durch die Reihenfolge und den Zeitpunkt der Wechsel an den Maschinen gekennzeichnet ist sowie die Aufteilung der erforderlichen Wechsel auf die zur Verfügung stehenden Mitarbeiter.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2010): Optimierte Werkzeugwechselstrategien in der Großserienfertigung. In: wt Werkstattstechnik online 100 (7/8), S. 572-577
Abele, Eberhard; Hueske, Benjamin; Kuske, Philipp
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(2010): Raise of availability by improvement of tool life implicated tool changes in mass production. In: CIRP (Hg.): Proceedings of 4th CIRP International Conference on High Performance Cutting. Nagaragawa, Japan, 24-26 Oktober 2010. CIRP: Elsevier
Abele, Eberhard; Hueske, Benjamin; Beck, Martin
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(2011): Clevere Werkzeugwechselstrategie beeinflusst Verfügbarkeit. In: MM MaschinenMarkt 36, S. 100-103
Abele, Eberhard; Hueske, Benjamin; Schröder, Laura
