Digital planen und fertigen ist (k)eine Kunst
Hofmann - Ihr Impulsgeber | Lichtenfels, Deutschland
Im Werkzeug- und Maschinenbau öffnet die kluge MES- und CAM-gestützte Fertigung Türen zu höchster Effizienz
Der Werkzeug- und Maschinenbauer Hofmann – Ihr Impulsgeber ist in vielen Branchen aktiv, seine Fertigung nutzt verschiedenste Technologien und Software. Genau für solch komplexe Szenarien wurde das agile Hummingbird Manufacturing Execution System (MES) entwickelt: Es digitalisiert, visualisiert, plant und steuert alle Prozesse in Echtzeit und kommuniziert bei Hofmann mit über 60 Maschinen samt vielfältigen angebundenen Systemen. Seit 2022 auch mit der CAD/CAM-Software hyperMILL von OPEN MIND, die handfeste Einsatzvorteile für die GROB-Fertigungslinien mitbringt.
Siegfried Hofmann gründete 1958 das Familienunternehmen in Lichtenfels. Im selben Jahr nahm er in einem Gartenhaus, dem damaligen Firmengebäude, seine erste Drehmaschine in Betrieb. Heute ist daraus ein international tätiges Unternehmen mit zwei großen Werken für Fertigung und Montage geworden, das mittlerweile in dritter Generation Kunden in 25 Ländern beliefert. Der Firmenname spricht für sich: Hofmann – Ihr Impulsgeber. Stark forschungsgetrieben, entwickeln und produzieren die Lichtenfelser mit über 300 Mitarbeitenden ausgeklügelte Werkzeuge für alle Spritzgießverfahren, innovative Technologien für den Maschinenbau wie etwa zur ressourcensparenden Partikelschaumverarbeitung mit dem Eigenprodukt BEAD.MACHINE dank neuartiger Lösungen im 3D-Metalldruck. Nicht zuletzt entstehen in der Lohnfertigung Einzelbauteile, Baugruppen und Maschinen in Serie.
„Hummingbird visualisierte erstmals unser gesamtes Fertigungsgeschehen und schuf sofort Transparenz. Die richtigen Informationen standen zur richtigen Zeit zur Verfügung. Dies senkte das Fehlerrisiko deutlich und optimierte Produktivität und Liefertreue.“
Markus Striegel, Prozessingenieur bei Hofmann
Dieses außergewöhnliche Portfolio bedient nicht nur vielfältige Branchen wie etwa Automotive oder Medizin und Verpackung. Es fordert auch eine höchst effiziente sowie intelligente Planung und Steuerung von Fertigung und Automation. Schon früh wandte sich Hofmann deshalb der umfassenden Digitalisierung zu, anfangs mit einer Datenverarbeitungs-Software zum Betrieb der unterschiedlichen Automationsanlagen. Diese monolithische Lösung ermöglichte eine durchgängige Datenkommunikation, schränkte aber durch ihr einheitliches Zellenmanagementsystem die Anlagennutzung ein. Sie half zudem weder bei der Fertigungsplanung noch -steuerung: Und auch dafür wurde eine Lösung gesucht, denn bisher befand sich das kostbare Know-how dazu einzig in den Köpfen der Fertigungsleitung.
Das Hummingbird MES, sollte Antworten liefern auf genau solche Fragen, die viele Betriebe im Werkzeug- und Maschinenbau sowie in der Einzelteil- und Kleinserienfertigung beschäftigen. Eine erste MES-Version wurde 2017 im Zuge der Anschaffung einer neuen Fräslinie aus vier Hermle C42 Bearbeitungszentren bei Hofmann implementiert.
Seit 2022 nutzt Hofmann die CAD/CAM-Lösung hyperMILL® für seine Schrupp- und Bohranwendungen. Carsten Walther, CAM-Programmierer betont die Flexibilität beim 5-Achs-Simultanfräsen: „hyperMILL® berechnet alle Anstellungen automatisch und man kann sehr flexibel damit arbeiten. Unterm Strich bringt das mehr Genauigkeit, weniger Fehlerrisiko und spart enorm viel Zeit“
Carsten Walther beim Programmieren einem Formeinsatz mit Rippenkontur und das fertig gefräste Bauteil
Hummingbird MES: Planen und steuern auf hohem Niveau
Sogleich zeigten sich überzeugende Vorteile: „Hummingbird visualisierte erstmals unser gesamtes Fertigungsgeschehen und schuf sofort Transparenz. Wir konnten darüber Termine getaktet planen, Zuständigkeiten und Aufgaben an Mitarbeiter und Gewerke zuweisen. Die komplette Feinplanung war nun papierlos und digital abgebildet, Prozesse ließen sich ressourcenbezogen planen und in Echtzeit steuern. Die richtigen Informationen standen zur richtigen Zeit zur Verfügung. Dies senkte das Fehlerrisiko deutlich und optimierte Produktivität und Liefertreue“, fasst Markus Striegel, Prozessingenieur bei Hofmann – Ihr Impulsgeber, zuständig für die Prozessoptimierung bei der MES-Einführung, die ersten Erfolge zusammen. Bald bündelte Hofmann mit Hilfe von Hummingbird die zuvor getrennten Kapazitäten von Werkzeug- und Maschinenbau samt Ressourcen im MES. Seither können beide Bereiche Personal und Material übergreifend und damit effizienter nutzen.
Auch das Problem der Systemintegration hat sich erledigt. Hummingbird bietet nicht wie ein monolithisches System eigene Anwendungs-Software für viele Systeme. Stattdessen integriert das MES beliebige Maschinen- und Automationssysteme sowie alle gängigen Betriebssysteme bis hin zu Systemen wie ERP, PPS, CAD/CAM oder PDM/PLM. Bei Hofmann ist Hummingbird heute mit dem übergreifenden ERP-System verbunden und steuert über 60 Maschinen, darunter Fertigungszentren zum Fräsen, Drehen, Erodieren, Drahtschneiden, Schleifen, Bohren sowie Messmaschinen. Über eine offene API-Schnittstelle lassen sich selbst Eigenentwicklungen von Firmen anbinden – eine Philosophie ganz im Sinne der Vernetzungsidee von Industrie 4.0.
CAD/CAM-Lösung hyperMILL® und Hummingbird MES bei Hofmann – Ihr Impulsgeber im Einsatz.
Markus Striegel nennt weitere Vorzüge in der Prozessabwicklung durch Hummingbird: „Die Digitalisierung ermöglicht exakt wiederholbare Prozesse, sodass ein Teil beim zweiten Mal auf genau dieselbe Weise gefertigt wird wie beim ersten Mal. Das sorgt für Nachverfolgbarkeit und sichert die Qualität ebenso wie die Ablaufreihenfolge. Bevor ein Arbeitsgang nicht korrekt abgeschlossen ist, lässt sich der nächste nicht beginnen. Zum Beispiel lassen sich Maschinen erst nach vollendeter CAM-Simulation starten. Kommt es trotz Simulation zu prozessbezogenen Problemen, ist es jederzeit möglich, Rückmeldungen an den CAM-Programmierer zu geben.“
Feine Sache für GROB-Maschinen: hyperMILL®
Ein wichtiges Thema ist natürlich die CAM-Integration. 2022 ging bei Hofmann die CAD/CAM-Software hyperMILL® von OPEN MIND für Schrupp- und Bohr-Anwendungen an den Start. „Manager“ des Programmeinsatzes ist das Hummingbird MES, das als Schnittstelle zwischen CAM-Programmierung und Werkstatt NC-Daten und Zeichnungen übernimmt, visualisiert und im geplanten Ablauf an den Maschinen bereitstellt. Bediener müssen in der Regel nur noch nachprüfen und per Knopfdruck starten.
hyperMILL® bedient eine komplette, neu angeschaffte Fertigungslinie mit sechs Fräsbearbeitungszentren von GROB. „Diese Maschinen haben eine ganz andere Kinematik, als die anderen Bearbeitungszentren, die wir sonst einsetzen. Mit unserem vorhandenen Postprozessor zur Übersetzung der CAM-Daten in CNC-Code hatten wir da keinen Erfolg, etwa wenn wir auf der Maschine messen bzw. Teile antasten wollten. Auch beim Einsatz neuer Technologien wie etwa für den Einsatz von Tonnenfräsern gab es Probleme. Wir kamen dann auf hyperMILL®. Diese Software-Lösung haben wir bei Veranstaltungen der unterschiedlichsten Werkzeugmaschinenhersteller im Einsatz gesehen. Die Flexibilität, die leistungsstarken Strategien und innovativen Technologien haben uns überzeugt. Damit wollten wir neue Wege gehen und die Vorzüge des kompletten CAD/CAM-Pakets nutzen“, beschreibt der Fertigungsleiter von Hofmann, Martin Wegner, die Ausgangslage.
GROB Fräsbearbeitungszentren bei der Siegfried Hofmann GmbH. Auf der gesamten Fertigungslinie laufen die mit hyperMILL® erstellten Fräsprogramme.
Bild: Siegfried Hofmann GmbH
Dabei war schon die „Generalprobe“ von hyperMILL® im Hause Hofmann eine Erfolgsstory. „Der hyperMILL®-Experte kam und wir haben schon beim ersten Mal relativ schnell ein laufendes Programm auf die Maschine gebracht. Ohne Schnittstelle, das konnten wir kaum glauben“, so Martin Wegner. Interessant war und ist für Hofmann, dass mit hyperMILL® eine eigene Postprozessor-Technologie Einzug hielt, die sich auf Maschinen und Steuerungen unterschiedlichster Hersteller auslegen lässt. Dadurch erübrigen sich Einzellösungen von Drittanbietern, die zu Informationsverlusten führen können. Im Falle GROB konnte hyperMILL® den Original-Maschinencode posten.
Nicht nur das: Mit dem hyperMILL® SHOP Viewer können die Maschinenbediener von Hofmann nun die fertigen CAM-Daten direkt neben der Maschine sichten und simulieren. Begeistert ist der CAM-Programmierer Carsten Walther von dem hyperMILL® VIRTUAL Machining Optimizer: “Dieser findet automatisch die technisch beste, kollisionsfreie Anstellung sowie optimale Verfahrbewegungen. Bereits während der NC-Code-Generierung analysiert er das NC-Programm und passt dieses perfekt an die Kinematik der Maschine an. Dadurch habe ich weniger Programmieraufwand und durch die optimierten Verbindungbewegungen werden die Nebenzeiten deutlich reduziert.“
Martin Wegner hebt besonders das Modul hyperMILL® Probing für das prozessinterne Messen und Prüfen an der Maschine hervor: „hyperMILL® gibt direkt sichere Messprogramme aus, die dann durch Hummingbird MES verteilt werden. All diese nützlichen Tools sorgen für höhere Sicherheit und Qualität sowie kürzere Durchlaufzeiten.“
Tempomacher: hyperMILL® MAXX Machining, 5-Achs- und Makro-Technologie
Beim 5-Achs-Simultanfräsen, eingesetzt zum Beispiel bei der Restmaterialbearbeitung, profitiert Hofmann von der langjährigen Kompetenz des hyperMILL®-Anbieters OPEN MIND auf diesem Sektor. „Alle Anstellungen berechnet die CAM-Software automatisch, man kann sehr flexibel damit arbeiten mit einer begrenzten Auswahl an Standard-Werkzeugen. Unterm Strich bringt das mehr Genauigkeit, weniger Fehlerrisiko und spart enorm viel Zeit“, äußert sich dazu CAM-Programmierer Carsten Walther.
Auch das Schrupp-Modul aus dem Performance-Paket hyperMILL® MAXX Machining kommt zum Einsatz: Damit erzeugen Hofmanns CAM-Programmierer trochoidale Werkzeugbahnen. Die Zerspanung von viel Material gelingt so in kurzer Zeit effizient und werkzeugschonend. „Das Programmieren ist sehr einfach und schnell. Wir nutzen das Modul zum Beispiel beim Schruppen mit Wendeschneidplatten, wo es für eine deutliche Standzeitverbesserung sorgt“, so Carsten Walther, der auch die Feature- und Makrotechnologie von hyperMILL® hervorhebt: „Wir können damit sich wiederholende Bearbeitungsabfolgen als Makro-Baustein abspeichern und wieder aufrufen. Das klappt tadellos und spart Programmierzeit.“
Der Programmierer lobt darüber hinaus die einfache Bedienoberfläche von hyperMILL®, das leichte Erlernen der Software sowie die Unterstützung durch den digitalen Programmassistenten bei der Arbeit, die das Fehlerrisiko senkt. „Auch mit dem Support und den Anwendungstechnikern von OPEN MIND sind wir sehr zufrieden“, bemerkt Carsten Walther.
Integration von CAD/CAM-System und MES: das agile Hummingbird MES übernimmt die Verwaltung der CAD/CAM-Daten und ist Schnittstelle zwischen CAM-Programmierung und Werkstatt.
Hohe Kompatibilität von CAD/CAM- und MES-Systemen. Dank der Hummingbird-Integration sind hyperMILL® und Hummingbird-MES perfekt aufeinander abgestimmt.
Hummingbird-Integration
Dank der Hummingbird-Integration sind hyperMILL® und Hummingbird-MES perfekt aufeinander abgestimmt. Das ist nicht nur ein weiterer Beleg für die hohe Kompatibilität beider Systeme. OPEN MIND ist mehrheitlich beteiligt am Hersteller Hummingbird Systems. Und strebt künftig eine noch tiefere Integration von MES und CAM-System an. Als langjähriger Entwicklungspartner dürfte sich Hofmann darüber freuen – und frühzeitig profitieren.