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Business Trends

Fit für Industrie 4.0?

Produktdokumentation für additive Fertigung

 

Additive Fertigung (additive manufacturing, AM) birgt großes Potential für Produktionsszenarien im Sinne von Industrie 4.0. Das betrifft nicht nur ökonomische Größen, sondern auch konstruktive Faktoren, da durch den Schichtaufbau in x-, y– und z-Richtung die Produktion von Geometrien ermöglicht wird, die mit herkömmlichen Verfahren unmöglich zu fertigen sind.

Der anhaltende Trend der Automobil OEMs einen immer höheren Grad der Individualisierung zuzulassen, was allgemeinhin als mass customization bezeichnet wird, spiegelt den Bedarf der Kunden im Bereich einer individuellen Produktgestaltung wider. Die Tatsache, dass additive Verfahren sowohl ohne Werkzeuge als auch ohne Rüstzeiten auskommen, ermöglicht prinzipiell einen sehr hohen Individualisierungsgrad bei gleichzeitiger ökonomischer Fertigung – bis hin zur Losgröße 1[1] – was OEMs neue Geschäftsfelder eröffnet.

Bereits heute werden bei namenhaften Automobil OEMs über 10.000 Teile additiv gefertigt[2], wobei Kostengründe genauso eine Rolle spielen wie die konstruktiven Vorteile, die durch diese Fertigungsmethode entstehen. Daneben beeinflussen auch die individuellen Kundenwünsche die Entscheidung des OEMs bestimmte Bauteilfertigung mit AM-Anlagen umzusetzen, was letztendlich auch ein Aspekt der Marktpositionierung im Hinblick auf den angebotenen Individualisierungsgrad ist.

In diesem Zusammenhang hat SAP formuliert, dass die Art und Weise wie gefertigt wird unmittelbaren Einfluss auf die Art der Produktdokumentation hat[3], was im Kontext einer Anwendungsfallbetrachtung evaluiert wurde.

Die These, dass es prinzipiell möglich ist CAD-Geometrien über den gesamten Produktdokumentationsprozess bis zur Fertigungsanlage zu leiten und dort direkt der Fertigung zuzuführen kann grundsätzlich bestätigt werden. Die Prozesse des PEP (Produktentstehungsprozess) sind i.A. abgedeckt.

Was den Aspekt der Individualisierung anbelangt wurde ein Customer Co-Design[4] Prozess zu Grunde gelegt, i.R. dessen Kunden im Zuge der Fahrzeugkonfiguration und Bestellung, für ausgewählte Bauteile, eigene CAD-Geometrien erstellen können. In diesem Zusammenhang musste festgestellt werden, dass der Kundenauftragsprozess (KAP) noch keine vollumfängliche Unterstützung der Kundenindividualisierung im Sinne eines Customer Co-Design bietet. Insbesondere die Schnittstelle zwischen KAP und PEP schränkt die Durchgängigkeit des Co-Designs letztlich ein.

Eine Variante „externe“ CAD-Geometrien in den Entwicklungsprozess des OEMs einfließen zu lassen ist mit den verfügbaren Kollaborationsszenarien gegeben. Diese setzen allerdings schon in der Entwicklung auf und sind somit eher für Entwicklungspartner und/oder Lieferanten als weniger für Endkunden im herkömmlichen Sinne geeignet.

Der i.R. der Validierung betrachtete Prozess ist in Abbildung 1 schematisch abgebildet.

Abbildung 1: Gesamtprozess des Anwendungsfalls

Demnach wird nach PEP und KAP differenziert, wobei der PEP dem Vorgehen folgt, welches u.a. auch in dem Buch von Canuto, Daum und Rödel (SAP Product Lifecycle Management: Prozesse, Funktionen, Customizing, 1. Auflage 2016) beschrieben ist.

Der KAP ist nach den Erkenntnissen von Herlyn aufgebaut, wie sie in seinem Buch PPS im Automobilbau: Produktionsprogrammplanung und -steuerung von Fahrzeugen und Aggregaten, Fahrzeugtechnik (2012) erläutert sind.

Bezgl. des systemtechnischen Aufbaus im S/4HANA wurde die Produktstrukturierung mittels PSM (Product Structure Management) in Kombination mit dem Engineering Control Center (ECTR) als CAD-Integration umgesetzt. Dieser Aufbau bietet grundsätzlich den Funktionsumfang um die konstruktiven Baugruppen und Zusammenbauten der CAD-Modelle, samt benötigter geometrischer Informationen, den produktionstechnischen Folgeprozessen bereitzustellen.

Die Konvertierung nativer CAD-Formate (SolidWorks) in AM-konforme Neutralformate (STL) wird über den SAP 3D visual Enterprise Author realisiert. Das technische Vehikel die generierten AM-Dateien (STL) durch den Prozess zu transportieren bildet ein DIS (Dokumentinfosatz).

Die Dokumentenverwaltung bietet im Grunde alle Funktionalitäten, um die Konsistenz der Dokumentation zu gewährleisten. Das betrifft insbesondere das Status- und Freigabemanagement. Die Verbindung des DIS mit den Stammobjekten, also dem Materialstamm und/oder einer Position der Produktstruktur, gewährleistet den durchgängigen Transport der Bauinformationen unter Anwendung des Produktdokumentations- und Freigabewesens. Eine Möglichkeit die am DIS anhängige Originaldatei mit den enthaltenen Bauinformationen (STL-Datei) der AM-Anlage zugänglich zu machen fehlt indes. An der Stelle muss nachgebessert werden.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die verfügbaren Funktionalitäten grundsätzlich denen der i.S. des PEP benötigten entsprechen. Der KAP konnte in dem Zusammenhang nicht vollumfänglich i.S. eines Customer Co-Designprozesses validiert werden. Als Alternative sind die Kollaborationsszenarien zu benennen.

Eine automatisierte Versorgung der AM-Anlage mit Bauinformationen aus dem CAD kann grundsätzlich umgesetzt werden. Für die Durchgängigkeit i.S. einer Industrie 4.0 Lösung ist mit den Standardmitteln eine systemtechnische Basis gegeben.

[1] Gembarski, P.C., Lachmayer, R., 2017. Designing Customer Co-Creation: Business Models and Co- Design Activities 10.

[2] Ertel, J., 2016. Under the Hood: BMW Talks In-House 3D Printing
https://www.engineering.com/3DPrinting/3DPrintingArticles/ArticleID/12856/Under-the-Hood-BMW-Talks-In-House-3D-Print- ing.aspx (accessed 9.6.19)

[3] Canuto, E., Daum, B., Rödel, M., 2016. SAP Product Lifecycle Management: Prozesse, Funktionen, Customizing, 1. Auflage. ed, SAP PRESS Logistik. Rheinwerk Verlag, Bonn.

[4] Gembarski, P.C., Lachmayer, R., 2017. Designing Customer Co-Creation: Business Models and Co- Design Activities 10.

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