Untersuchungen über die Einsatzmöglichkeiten von Datenverarbeitungsanlagen für die Einführung der Teilefamilienfertigung

59 Pages·1970·2.53 MB·German

by  Professor Dr.-Ing. Dres. h. c. Herwart Opitz, Dr.-Ing. Klaus Brankamp, Dipl.-Ing. Wilfried Olbrich (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.2093
Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Heinz Kühn
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
Professor Dr.-Ing. Dres. h. c. Herwart OpitZ
Dr.-Ing. Klaus ßrankamp
Dipl.-Ing. Wilfried Olbrich
Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betrie~slehre
der Rhein.-WestJ. Techn. Hochschule Aachen
Untersuchungen über die Einsatzmöglichkeiten von
Datenverarbeitungsanlagen
für die Einführung der Teilefamilienfertigung
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-322-98286-5 ISBN 978-3-322-98989-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-98989-5
Verlags-Nr.012093
© 1970 by Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag GmbH, Köln und Opladen 1970.
Inhalt
1. Einführung, Problemstellung und Zielsetzung .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Werkstückerfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1 Umfang der Untersuchung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Datenerfassung und Aufbau der Erfassungsunterlagen . . . . . . . . . . . . . . . 9
3. Praktische Einführung von Teilefamilien in den Produktionsbereichen Kon-
struktion, Arbeitsvorbereitung und Fertigung ............................ 12
3.1 Teilewiederverwendung und Standardisierung in Konstruktion und Nor-
mung .......................................................... 12
3.1.1 Wiederholteilekatalog ............................................ 14
3.1.2 Sortenzeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1.3 Konstruktionsrichtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22
3.2 Vereinheitlichung und Vereinfachung der Planungs aufgaben in der
Arbeitsvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26
3.2.1 Standardarbeitspläne ............................................. 26
3.2.2 Matrixprogramm für Planungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
3.2.3 Zeitrichtwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41
3.3 Planung und Steuerung von Teilefamilien .......................... 43
3.4 Einsatz von Maschinenstraßen in der Einzel- und Kleinserienfertigung .. 49
4. Zusammenfassung .................................................... 55
5. Literaturverzeichnis .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56
3
1. Einführung, Problemstellung und Zielsetzung
Der Begriff Rationalisierung steht heute in allen Unternehmen im Mittelpunkt der Über
legungen.
Während im Fertigungsbereich durch erfolgreiche Rationalisierungen ein hoher tech
nischer Entwicklungsstand erreicht wurde, der durch den Einsatz höher automatisierter
Maschinen wie Bearbeitungszentren, Ne-Maschinen, Transferstraßen u. a. zum Aus
druck kommt, ist in den Bereichen Konstruktion und Arbeitsvorbereitung der Einsatz
vergleichbarer neuer Konstruktions-und Organisationsmittel kaum zu verzeichnen [1].
Wirkungsvolle Rationalisierungsmaßnahmen müssen sich aber über die gesamte Pro
duktion erstrecken. Diese Tatsache bekommt eine besondere Bedeutung, wenn man die
Aufschlüsselung der Produktionskosten (Abb. 1) betrachtet. Der dargestellte qualitative
Kostenverlauf über die Produktionsbereiche ist vorwiegend für die Einzel- und Klein
serienfertigung gültig. Der direkt in der Konstruktion anfallende Kostenanteil ist be
trächtlich.
t
Ge.amlkoslen bei
Neutoslrutllon
Ges. mt'osten bei
AAnlichke ts
verwendung
Ge.amtkosten beI
Wledemrwendung
KonstruktIon Archiv Sleuerung Fertigung Zell_
Abb. 1 Aufschlüsselung der Produktions kosten
Die Produktionskosten verringern sich erheblich, wenn bereits in der Konstruktion
die Wiederverwendung bzw. Ahnlichkeitsverwendung systematisch betrieben wird.
Bei Wiederverwendung eines Teiles fallen neben einem Suchaufwand keine Kosten
für Konstruktion, Arbeitsvorbereitung und Archivierung mehr an.
Ein weiterer Grund für die Einbeziehung besonders der Konstruktion in Rationalisie
rungsüberlegungen ist die Kostenverantwortung (Abb. 2). Die Kosten, die von Kon
struktion und Entwicklung festgelegt werden, betragen bis zu 75% der Gesamt
kosten [2]. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Neukonstruktionen bis zu 48% der
Bauteile des Produktionsprogrammes betragen [3]. Zusätzlich entfällt in der Einzel
fertigung auf die Bereiche Konstruktion, Arbeitsvorbereitung und Beschaffung der
größte Teil der Gesamtdurchlaufzeit eines Auftrages [4].
Von den modernen Methoden und Verfahren, die die Verbesserung des gesamten
Produktionsablaufes zum Ziele haben, hat die Werkstückklassifizierung zunehmend an
5
Konstruktion u
'Entwicklung
75"1.
Arbeitsvorbereit 13</<
6</.
Abb. 2 Aufschlüsselung der Kostenverantwortung
Bedeutung erlangt [5, 6, 7]. Sie stellt ein organisatorisches Hilfsmittel dar, das einen
Überblick über das betriebliche Teilespektrum gibt und die produktunabhängige Zu
sammenführung gleicher und ähnlicher Teile ermöglicht. Damit ist die Voraussetzung
für eine systematische Teilefamilienfertigung geschaffen.
Eine wirtschaftliche Anwendung der Klassifizierung ist einerseits durch die leichte
Zugriffsmöglichkeit bei ständig benutzten Karteien, andererseits durch eine Vielzahl
verschiedener Auswertungen über ein möglichst großes Teilespektrum gegeben. Daraus
läßt sich das Einsatzgebiet der Einzelteilklassifizierung ableiten. Die Analyse eines re
präsentativen Teilespektrums zeigt, daß die Einzelteilklassifizierung nicht für alle Teile
arten die gleiche Bedeutung hat. Die Werkstückgruppen mit dem höchsten Wert - be
zeichnet als A-Teile - sind häufig für das betreffende Produkt charakteristisch und wer
den deshalb auch als produktspezifische Teile bezeichnet. Hierzu gehören z. B. Betten,
Schlitten, Ständer und Hauptspindeln. Sie treten in relativ geringer Stückzahl auf.
B-Teile wie Lagerböcke, Zahnräder, Deckel, Wellen oder Hebel, können auf Grund
ihrer Funktion in den verschiedensten Produkten vorkommen. C-Teile - Schrauben,
Stifte, Paßfedern, Scheiben usw. - sind von geringem Wert. Durch die Normung ist
bei dieser Teilegruppe die Vielfalt bereits häufig eingeschränkt. Die B- und C-Teile
stellen den stückzahlmäßigen Hauptanteil eines Produktes [8, 9, 10, 11].
Weil darüber hinaus mit zunehmender Kompliziertheit der Werkstücke die Wieder
verwendbarkeit stark abnimmt, ergibt sich das Einsatzgebiet der Einzelteilklassifizierung
im Bereich der einfacheren und billigeren B- und C-Teile vornehmlich in Unternehmen
der Einzel- und Kleinserienfertigung.
In welchem Maße gleiche und formähnliche Teile mit unterschiedlichen Zeichnungs
nummern in verschiedenen Erzeugnissen vorkommen, geht aus dem in Abb. 3 gezeigten
Ergebnis einer Untersuchung hervor. Es wurden Zeichnungen von 339 Maschinenbau
einzelteilen aus fünf verschiedenen Erzeugnissen untersucht. Aus dieser vergleichsweise
geringen Anzahl von Teilen wurden ermittelt:
20 identische oder bis auf funktionsunabhängige Abweichungen, z. B. Abrundungs
radien, Fasen usw. gleiche Teile; das sind 5,9% der untersuchten Teile und
150 formähnliche Teile, das sind 44,2%.
Welche Bedeutung die Wiederverwendung von Teilen allein für die Konstruktions
abteilung durch Einsparen an Zeichenarbeit hat, ist aus einer Kostenbetrachtung zu
6
Grundgesamtheit : 339 Maschinenbau -Einzelteile
aus 5 Erzeugnissen
Auftragshäufigkeit ca. 100 I Monat
und Erzeugnis
Gleiche Teile: 20· 5,9%
Formähnl. Teile: 150 • 44,2%
L 91. u. formähnl. Teile: 170 • 50,1%
L gleicher und
formähnlicher
50,1 % Teile
50 formähnliche ---~
44,2% Teile
44
40
~30
.2-
'S
~ 20
10
6
Teileart
Abb. 3 Gleiche und formähnliche Teile in verschiedenen Erzeugnissen
ersehen. Unter der Annahme von durchschnittlich 200 DM für die Erstellung, Bearbei
tung und Verwaltung je Zeichnung und Arbeitsplan, ergibt sich bei einer Einsparung
von nur 50 Zeichnungen bereits eine Verringerung der Konstruktionskosten um
10 000 DM.
Es wurde bereits darauf eingegangen, daß die Werkstückklassifizierung ein Hilfsmittel
darstellt, das die organisierte Wiederverwendung und Teilefamilienfertigung ermöglicht.
Die Vielzahl der Auswertungen und die Verarbeitung großer Datenmengen ist jedoch
sehr personal- und zeitaufwendig. Das ist der Grund dafür, daß die Teilefamilienidee
bisher nur langsam Eingang in die Praxis gefunden hat. Die elektronische Daten-
Bereich Vora ussetzu ngen
Konstruktion Finden von Wiederholteilen undÄhnlichkeitsteilen
Normung Erkennen der Hä ufigkeit von Werkstückelementen,
-gruppen und -formen
Fertigungsplanung
Arbeitsablaufplanung Rückgriff auf Werkstücke mit gleichem oder ähnlichem
Arbeitsablauf
Zeitermittlung Zugriff zu Richtwerten von ähnlichen Werkstück
bearbeitungen
Betriebsmittelauswahl Rückgriff auf gesammelte Erfahrungen mit ähnlichen
Werkstücken
Investitionsrechnung Übersicht Ober Anforderungen der Werkstücke an die
Betriebsmittel
Erkennen fertigungstechnischer Ähnlichkeiten
Abb. 4 Voraussetzungen für Rationalisierungsmaßnahmen auf technisch-organisatorischen
Gebieten
7
verarbeitung bietet nun die Möglichkeit, diese Auswertungen rationell und kurzfristig
durchzuführen und die Teilefamilienfertigung zu einem wirkungsvollen Rationalisie
rungsinstrument über alle Produktionsbereiche zu machen. Ziel dieses Forschungs
berichtes soll es deshalb sein, mit Hilfe von Abläufen, Programmen und an Hand von
Beispielen der Praxis die Einführung der Teilefamilienfertigung zu ermöglichen. Dabei
soll neben der Erarbeitung der theoretischen Grundlagen vor allem auf die Anwendun
gen und die Hilfsmittel eingegangen werden, die einen schnellen und sicheren Rationali
sierungserfolg versprechen. Abb. 4 zeigt die Bereiche, auf die sich die Arbeiten des
Forschungsberichtes in der Hauptsache beziehen. Weiterhin werden die Voraussetzungen
genannt, die für Rationalisierungsmaßnahmen auf technisch-organisotorischem Gebiet
erfüllt werden müssen.
2. Werkstückerfassung
Die Ergebnisse des vorliegenden Berichtes basieren auf umfangreichen Werkstück
untersuchungen. Diese Untersuchungen sind erforderlich, wenn praxisnahe Ergebnisse
erzielt werden sollen.
2.1 Umfang der Untersuchung
Ingesamt wurden für dieses Forschungsvorhaben 13700 Einzelteile in 5 Maschinen
bauuntemehmen erfaßt. Dabei entfielen auf die einzelnen Firmen folgende Einzelteile:
Firma 1: 3 700 Einzelteile
Firma 2: 3 000 Einzelteile
Firma 3: 1 500 Einzelteile
Firma 4: 4 000 Einzelteile
Firma 5: 1 500 Einzelteile
Summe: 13700 Einzelteile
Diese Zahlen entsprechen,.., 10 bis 20% des untersuchten Teilebestandes der jeweiligen
Firma und bilden einen genügend großen Querschnitt für die weiteren Auswertungen.
Die Aufgliederung der Einzelteile in Untergruppen ergibt folgende Verteilung. Der
Anteil an Rotationsteilen liegt bei allen fünf Firmen zwischen 67 und 72%, der Anteil
der Nichtrotationsteile zwischen 24 und 27%. Bei den spezifischen Teilen liegt der
Anteilzwischen 3 und 10%. Die größeren Unterschiede bei dieser Teileart sind durch
die verschiedenartigen Produktionsprogramme bedingt. Sie sind im Rahmen dieser
Untersuchung unbedeutend, da sich die Maßnahmen der Teilewiederverwendung im
wesentlichen auf die Werkstücke beziehen, die überall im allgemeinen Maschinenbau
zu finden sind, und die ca. 90% des gesamten Teilesortiments ausmachen. Bei produkt
spezifischen Teilen sind dagegen Standardisierungsmaßnahmen wegen der zu berück
sichtigenden Kundenwünsche in der Regel nicht möglich.
Von den zu Beginn erfaßten 13 700 Einzelteilen konnten ca. 3700 wegen fehlender oder
fehlerhafter Angaben nicht in die Untersuchung einbezogen werden, so daß ein Daten
bestand von ca. 10000 Einzelteilen zur Verfügung stand. Die ausgeschiedenen Teile
stellen den statistischen Querschnitt nicht in Frage und haben ebenfalls keinen Einfluß
auf die prozentuale Aufgliederung der Einzelteile.
8
2.2 Datenerfassung und Aufbau der Erfassungsunterlagen
Die von jedem Werkstück zu erfassenden Daten sind, abgesehen von den Stückzahlen,
in den Zeichnungen und Arbeitsplänen enthalten (Abb. 5).
Aus der Zeichnung werden die geometrischen und fertigungstechnischen Daten ent
nommen und mit Hilfe des werkstückbeschreibenden Klassifizierungssystems ver
schlüsselt. Die entstandene Klassifizierungsnummer und die identifizierenden Angaben
werden in ein Erfassungsformular eingetragen.
Aus den Arbeitsplänen werden neben den sachabhängigen Angaben die arbeitsablauf
abhängigen Daten je Operation, wie Operationsnummer, Arbeitsplatznummer, Zeiten
usw., in die Ablochvorlage übertragen.
Die Verschlüsselung der Zeichnungsdaten wurde im Rahmen dieses Forschungsvor
habens mit Hilfe eines Klassifizierungssystems zur Werkstückbeschreibung durchge
führt, das vom Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der Tech
nischen Hochschule Aachen in Zusammenarbeit mit dem Verein Deutscher Werkzeug
maschinenfabriken (VDW) entwickelt worden ist und im Jahre 1965 der Öffentlichkeit
vorgestellt wurde [5, 12].
Dieses Klassifizierungssystem, wie es in Abb. 6 dargestellt ist, besteht aus zwei Teilen,
einem fünfstelligen Formenschlüssel und einem vierstelligen Ergänzungsschlüssel. Die
einzelnen Stellen des Schlüssels sind vorwiegend dekadisch miteinander verknüpft, was
die Aufnahmefähigkeit für Merkmale beschränkt, aber für die maschinelle Auswertung
und die Merkbarkeit bei manueller Handhabung von großem Vorteil ist. Eine ein
gehende Beschreibung des werkstückbeschreibenden Klassifizierungssystems ist z. B.
in [9, 13] gegeben.
Zeichnungen
Arbeit spläne
Op.-Nr.
KI05S.-Nr. Erlas s\A"lgslormu I Oll
Arb.-Platz- Nr.
~
iiIiiw Zeiten
Abloch~n
lO'hkortensalz
Abb. 5 Datenerfassung
9
F or menschlüssel
Ergänzungs·
schlüsse!
I. Stelle 2. Stelle 3. Stelle 4. Stelle 5. Stelle 1. 2. 3. 4.
Teile-Klasse Hauptform Rotationsfl3chen Fl3chen Hilfsbohrungen Sl Sl Sl Sl
bearbeitung bearbeitung Verzahnung, Umformung
~ LlD-O,5 ~
~ ~ F:r:~~:;~e F~~;~~:~e _b_:_~:_:e_~:_~_~g-...,r- H~::::rnuu~:n ~
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:;; m, Abweichung
3 fl LID .2 ~ Rol Bearbeitg, I--- Flachen- Hilfsbohrungen, I
I-- oe i :: Hauptform I Formelemente I--- I Umformung,
4 m, Abweichung ~ :====: innen + außen bearbeitung Verzahnung
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5 spezifisch Hauptform
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I- ~ ........ ..;.;....;.......;....---., I--- Flachen- t-- Hilfsbohrungen,
17- .:"'g~ , ___A_ /B_'_3_ _- jt-- Hauptform r-- Hauptbohrung I I Umformung,
po bearbeitung Verzahnung
8 !i AlB" 3 '-::====~
1! A/C < 4 ""-.,....
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9 Z spezifisch Haupttorm
Abb. 6 Werkstück beschreibendes Klassifizierungssystem
Zeichnung
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Dehniti- ,
J ••
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Klassifizierungssystem
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Schlüssel nummer
Abb. 7 Verschlüsseln nach dem Klassifizierungssystem
10