Datendurchgängigkeit in der CAx-Prozesskette

Mit konsistenten Daten schneller zum richtigen Produkt

Die computerunterstützte Planung und Auslegung von Fertigungsprozessketten ist im Zeitalter von Industrie 4.0 fast nicht mehr wegzudenken. »CAx« – die komplette Palette computergestützter Planung, Entwicklung, Gestaltung, Fertigung und Qualitätssicherung – hat gerade in der jüngsten Vergangenheit enorm an Flexibilität gewonnen. Ganz im Sinne der »Mass Customization« müssen sich Fertigungsprozessketten dynamisch an Eingaben und Störgrößen anpassen, um das erwünschte Ergebnis zu erzielen. Die wichtigste Voraussetzung für eine durchgehende CAx-gestützte Fertigung in flexiblen Prozessketten ist Datenkonsistenz.

Muss sich beispielsweise eine Reparaturprozesskette individuell an den Schadensfall eines Bauteils anpassen, gelangt die traditionelle CAx-gestützte Programmierung jedoch rasch an ihre Grenzen: Eine manuelle Anpassung der oftmals aufeinander aufbauenden Reparaturprozesse an die jeweiligen Produkte, Schadensfälle und Störgrößen ist aufwändig und die Entwicklung von Spezialsoftware für bestimmte Produkte oder Produktfamilien sprengt schnell den finanziellen Rahmen.

Zur Reparatur komplexer Turbomaschinenkomponenten, die unter anderem in Flugzeugtriebwerken oder Gasturbinen zur Energieerzeugung zum Einsatz kommen, bieten sich additive Verfahren wie das Laserauftragschweißen an. Dafür werden zunächst die verschlissenen und defekten Bereiche der Turbinenschaufeln abgetragen und dann entsprechend der ursprünglichen Sollgeometrie wieder neu aufgebaut. Im Innovationscluster »Adaptive Produktion für Ressourceneffizienz in Energie und Mobilität – AdaM«, einem Projekt mit mehr als 20 Partnern, hat das Fraunhofer IPT die Voraussetzungen für eine adaptive Bearbeitung dieser hochkomplexen Bauteile geschaffen und eine durchgängige Bauteil- und Prozessdatenkette für die adaptive Bearbeitung erarbeitet.

In einem Produktdatenmodell wurde dafür zunächst ein digitales Abbild des realen Bauteils erstellt, das alle zusätzlich erforderlichen Fertigungsinformationen enthält. Anhand dieser Daten lässt sich der Fertigungsprozess in einem virtuellen Modell bereits am Arbeitsplatz simulieren, um Informationen über die Eingriffsbedingungen des Fräswerkzeugs zu gewinnen. Das verkürzt die Ramp-up-Dauer und verringert den Aufwand für kostspielige Vorversuche am realen Bauteil.

Das Fraunhofer IPT nutzt für die Planung und Simulation ein eigens im Institut entwickeltes »CAx-Framework«, das mit den entsprechenden Softwaremodulen unterschiedliche Fertigungsprozesse zu durchgängigen computerunterstützten Prozessketten verknüpft. Die workflowbasierte Programmierung bietet dem Anwender eine flexible und benutzerfreundliche Gestaltung der Prozesskette. Ausgehend von dem CAx-Framework können zum Beispiel die Prozesse »Laserauftragschweißen« und »Fräsen« zu einer durchgängigen CAx-Prozesskette verbunden und die Konsistenz der Daten während der gesamten Produktlebensdauer sichergestellt werden. Die Daten werden den verantwortlichen Mitarbeitern anhand eines Product-Lifecycle-Management-Systems (PLM) zur Verfügung gestellt.