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Gesamtkosten eins Blechbearbeitungswerkzeuges: Oft werden bei der Beschaffung nur die Anschaffungskosten berücksichtigt. Hier die Verteilung der Werkzeugkosten über den Lebenszyklus.
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Gesamtkosten eins Blechbearbeitungswerkzeuges: Oft werden bei der Beschaffung nur die Anschaffungskosten berücksichtigt. Hier die Verteilung der Werkzeugkosten über den Lebenszyklus.

Umformtechnik

Standzeitoptimierung bei Blechverarbeitungswerkzeugen 

Werkzeugkosten machen einen erheblichen Teil der Gesamtproduktionskosten aus. Da lohnt es sich, Potenziale für die Standzeitoptimierung zu prüfen.

Bei der Werkzeugbeschaffung werden häufig lediglich die Anschaffungskosten und nicht die Lebenszykluskosten des Werkzeugs, die auch die Kosten für den Betrieb und die Wartung des Werkzeugs sowie werkzeugbedingte Produktionsstillstandskosten beinhalten, berücksichtigt. Dies stellt insofern ein Paradoxon dar, als dass die Hälfte der mit dem Werkzeug verbundenen Kosten während der Werkzeugnutzung verursacht werden. Dabei belaufen sich die Entstehungskosten auf 45% der Gesamtkosten. Die Betriebskosten für Wartungen und werkzeugbedingte Maschinenstillstände während der Serienproduktion beim Kunden kumulieren sich hingegen auf 50% der Gesamtkosten. Verwertungskosten im Zuge des Produktionsauslaufs machen mit 5% lediglich einen marginalen Gesamtkostenanteil aus. Diese Kostenverteilung über den Werkzeuglebenszyklus lässt deutlich erkennen, dass die Transparenz über die Werkzeuglebenszykluskosten und die darauf aufbauende Optimierung der Werkzeugnutzung ein erhebliches Einsparpotenzial bietet.

Digital unterstützte Standzeitoptimierung

Entscheidend für das Ausfallverhalten von Stanz- und Umformwerkzeugen und mithin für die Reduktion der werkzeugbedingten Kosten während der Werkzeugnutzungsphase ist die Werkzeugstandzeit oder -standmenge. Die Standzeit bezeichnet die Zeitspanne, in der ein Werkzeug ohne Unterbrechung genutzt werden kann, bevor eine Wartung oder Auswechslung nötig ist. Die Standmenge gibt analog an, wie viele Teile produziert werden können, bevor ein werkzeugbedingter Eingriff erforderlich ist. Für die Optimierung der Standzeit ist die Erarbeitung einer zugrundeliegenden Systematik erforderlich. Die WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH hat gemeinsam mit zahlreichen Partnern aus der Industrie ein Vorgehen zur systematischen Umsetzung der digital unterstützten Standzeitoptimierung entwickelt und inklusive geeigneter Hard- und Softwarelösungen in der Industrie umgesetzt. Dieses Vorgehen gliedert sich in drei Schritte.

Datenaufnahme mittels digitaler Werkzeugakte

Die Datenaufnahme ist der erste Schritt innerhalb der Systematik und bildet die Voraussetzung für eine konsistente Dokumentation aller Vorgänge und Kosten entlang des gesamten Werkzeuglebenszyklus auf Bauteilebene. Dies beinhaltet Auftrags-, Werkzeug- und Instandhaltungsdaten. Für jede Werkzeugkomponente sollten zum Beispiel die gefertigten Produktstückzahlen, der Werkzeuglieferant bzw. Informationen zur internen Werkzeugerstellung wie Vermessungsprotokolle sowie durchgeführte Wartungsarbeiten dokumentiert werden. Diese häufig in unterschiedlichen Systemen vorliegenden Daten müssen durch die Erstellung einer digitalen Werkzeugakte aggregiert gesammelt werden. Dazu ist es notwendig, dass alle Aktivteile des Werkzeugs, die verschleißbehaftet und daher für die Standzeitoptimierung relevant sind, individuell identifiziert werden können. In der Praxis kann dies bspw. über das Aufbringen einer individuellen ID in Form eines DMC-Codes mittels Lasergravur erfolgen. Durch Scannen dieser ID und des Fertigungsauftrags können später die Produktionsdaten während der Nutzungsphase mit dem entsprechenden Werkzeug verknüpft werden.

Datenanalyse zur Identifizierung von Ursache-Wirkungsbeziehungen

Die verknüpfte und konsistente Datenbasis bildet die Basis für den Schritt der Datenanalyse. Mithilfe verschiedener Analysemethoden können Ursache-Wirkungsbeziehungen zwischen der Werkzeuglebensdauer sowie den beeinflussenden Faktoren, wie beispielsweise dem Werkzeuglieferanten, dem verwendeten Produktmaterial oder den Rüstparametern, identifizieren werden. Zunächst wird dazu eine Fragestellung definiert. Diese könnte beispielweise wie folgt lauten: Wie groß ist die Streuung der erreichten Standmengen für die verschiedenen Werkzeugtypen? Im nächsten Schritt werden die zur Beantwortung der Frage notwendigen Daten ausgewählt, bereinigt, transformiert, analysiert und interpretiert. Das Vorgehen orientiert sich am sogenannten Knowledge Discovery in Databases Prozess (KDD), der die Identifizierung von Zusammenhänge innerhalb großer Produktionsdatenmengen ermöglicht.

Nutzung der Analyseergebnisse zur Optimierung der Werkzeugnutzung

Das Ergebnis der Analyse wird im dritten Schritt dazu verwendet, die Lebenszykluskosten zu reduzieren bzw. den Werkzeugeinsatz zu optimieren. Beispielhafte Möglichkeiten sind die Anpassung der Instandhaltungsstrategie, die Optimierung des Werkzeugkonzepts und des Werkzeugeinsatzes in der Produktion sowie die fertigungsgerechte Optimierung der zu produzierenden Serienbauteile. Im obigen Beispiel könnte ein mögliches Ergebnis sein, dass die Werkzeugtypen hinsichtlich der Streuung der erreichten Standmengen in die drei Gruppen geringe, mittlere und hohe Streuung eingeteilt werden können. Das Ergebnis kann dazu genutzt werden, die Werkzeuginstandhaltungsstrategie basierend auf der ermittelten Streuung der Standmengen zu optimieren. Dazu werden Werkzeugtypen, die wenig streuen, präventiv in festen Intervallen gewartet, während Werkzeugtypen mit mittlerer bzw. hoher Streuung zustandsorientiert oder vorausschauend instandgehalten werden.

Fazit:

Die digital unterstützte Standzeitoptimierung stellt ein probates Mittel dar, Transparenz über die Werkzeugkosten entlang des Lebenszyklus zu erhalten, die Werkzeugkosten langfristig zu reduzieren sowie den Werkzeugeinsatz zu optimieren. Dabei hat sich das vorgestellte und von der WBA entwickelte systematische Vorgehen in der industriellen Praxis bewährt.

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Vorgehen zur systematischen Umsetzung der digital unterstützten Standzeitoptimierung
Foto: WBA
Vorgehen zur systematischen Umsetzung der digital unterstützten Standzeitoptimierung
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