Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer optimalen Fertigungsalternative zur Fertigung eines Produkts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer optimalen Fertigungsalternative zur Fertigung eines Produkts und insbesondere die Optimierung einer CAD/CAM-Schnittstelle durch Integration eines wissensbasier- ten Systems.
Computer Integrated Manufacturing CIM umfasst verschiedenste Tätigkeiten, die in einem Unternehmen computerunterstützt werden und umfasst insbesondere CAD, Computer Aided Design, d.h. rechnergestützte Konstruktion von Gegenständen sowie
CAM, Computer Aided Manufacturing, d.h. die rechnergestützte Fertigung von Produkten. Computer Aided Manufacturing CAM bezeichnet die Verwendung einer von einer CMT-Maschine unabhängigen Steuerungssoftware zur Erstellung eines Steuerungs- codes. Herkömmliche CAD-Systeme besitzen die Möglichkeit, SD- CAD-Datenmodelle von Bauteilen zu erstellen, welche die Basis zur Fertigung dieser Bauteile bilden. Zur Erweiterung der Funktionalität besitzen derartige Programme üblicherweise ein Interface, mit dessen Hilfe weitere Funktionalitäten, soge- nannte Plug-ins, integriert werden können. Um Produkte, insbesondere Bauteile, möglichst automatisiert fertigen zu können, kann bereits während der Erstellung der CAD-Zeichnungen durch das CAD-System entschieden werden, auf Basis welchen Materials und welcher Fertigungstechnologie das in Form einer 3D-Zeichnung betroffene Produkt bzw. Bauteil gefertigt werden soll .
Bei herkömmlichen Systemen besteht allerdings ein Flexibilitätsproblem dahingehend, dass zu einem derart frühen Zeit- punkt, d.h. bei der Erstellung der CAD-Zeichnungen, jedoch meist noch nicht alle Informationen hinsichtlich des zu fertigenden Produkts bzw. Bauteils vorliegen. Weiterhin liegen fertigungsrelevante Informationen, wie beispielsweise eine
Maschinenauslastung der Fertigungsmaschinen, ein Auslieferungsort des gefertigten Produkts bzw. Bauteils, eine momentane Auftragslage für die Fertigung des Produkts bzw. Bauteils sowie Informationen hinsichtlich des Maschinen- und Werkzeugzustandes, zu diesem frühen Zeitpunkt noch nicht vor und werden erst später, insbesondere im Laufe der Fertigung, verfügbar. Da für eine optimale Fertigung eines Produkts bzw. Bauteils jedoch die optimale Festlegung des verwendeten Materials und der verwendeten Fertigungstechnologie erforderlich ist, arbeiten herkömmliche CIM-Systeme nur suboptimal. Zudem ist ein situationsbedingtes Umsteigen während der Fertigung auf andere Materialien oder Maschinen bzw. Fertigungstechnologien bei herkömmlichen CIM-Systemen nur durch ein Redesign der von dem CAM-System gelieferten CAD-Zeichnungen möglich.
Neben dem oben genannten Flexibilitätsproblem weisen herkömmliche CIM-Systeme zudem ein Qualitätsproblem auf, da zu fällende Entscheidungen anhand des Entwurfs und der Fertigung des Produkts bzw. Bauteils von einer Vielzahl komplexer, von- einander abhängiger Einflussfaktoren abhängen. Über das zugehörige Wissen bzw. die entsprechenden Informationen verfügen bei herkömmlichen CIM-Systemen jedoch nur hierin geschulte Experten, die in vielen Fällen vor Ort nicht verfügbar sind. Daher werden viele Designentscheidungen hinsichtlich des zu fertigenden Produkts bzw. zu fertigenden Bauteils nur suboptimal getroffen, wobei insbesondere eine optimale Fertigungsvariante bzw. Fertigungsalternative zur Fertigung des Produkts bzw. Bauteils weitestgehend unberücksichtigt bleibt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die oben genannten Nachteile herkömmlicher Systeme überwinden und insbesondere eine flexible Fertigung eines Produkts oder Bauteils mit hoher Qualität sicherstellen.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst .
Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zur Ermittlung einer optimalen Fertigungsvariante zur Fertigung eines Produkts aus aktuell verfügbaren Fertigungsalternativen einer oder mehrerer Fertigungsanlagen und zur Erzeugung der zugehörigen Fertigungsunterlagen auf Basis folgender Schritte:
Erzeugen einer produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhän- gigen CAD-Fertigungsvorgabe des zu fertigenden Produkts;
Ermitteln verschiedener möglicher Fertigungsalternativen zur Fertigung des Produkts auf Basis der erzeugten produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungsvorgabe und den verfügbaren Fertigungsmaschinen;
Generieren für jede ermittelte Fertigungsalternative einer Anreicherung eines CAD-Modells, wobei für jede generierte An- reicherung des CAD-Modells durch eine zugehörige CAM-Engine ein Feedback-Report erzeugt wird;
Auswerten der erzeugten Feedback-Reports der verschiedenen Fertigungsalternativen zur Ermittlung von für die Fertigung des Produkts geeigneter Fertigungsalternativen, und Auswer- tung, ob vorgegebene Fertigungstoleranzen und Fertigungsvorgaben bei der jeweiligen Fertigungsalternative eingehalten werden; und
Selektieren der optimalen Fertigungsalternative aus den ermittelten geeigneten Fertigungsalternativen in Abhängigkeit von einer aktuellen Fertigungssituation.
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt die CAM-Engine für die generierte spezifische Anreicherung des CAD-Modells der jeweiligen Ferti- gungsalternative die zur Fertigung des Produkts notwendigen
Fertigungsschritte und erzeugt ein entsprechendes Steuerprogramm für diese Fertigungsalternative .
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens werden die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage durch das erzeugte Steuerprogramm der selektierten optimalen Fertigungsalternative gesteuert.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Selektieren der optimalen Fertigungsalternative unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien, insbesondere von Fähigkeiten der jeweils involvierten Fertigungsmaschinen, die aus einer CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden können,
von zu erwartenden Produkteigenschaften, insbesondere Inhaltstoffe, Entsorgbarkeit oder Verschleiß etc. und/oder Oberflächeneigenschaften, Ausprägung der Geometrie, insbesondere an Wirk- und Funktionsflächen und des resultierenden Aufwandes, insbesondere des Aufwandes zur Herstellung, Materialbesorgung und Transport etc . ,
und des aktuellen Anlagenstatus der Fertigungsanlage. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens gibt der Anlagenstatus der Fertigungsanlage insbesondere an:
eine Auslastung und/oder Durchsatz der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und der zugehörigen Fertigungsmitarbei - ter,
eine Verfügbarkeit der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage, insbesondere ein Instandhaltungsplan zur Instandhaltung und Wartung der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage, einen Fertigungsaufwand zur Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und/oder
eine Verfügbarkeit von Ressourcen, Rohstoffen und Rohteilen zur Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und/oder sonstige Freiheitsgrade der Fertigung des Produkts durch die Fertigungsanlage.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die bauteilspezifische CAD-Fertigungsvorgabe des zu fertigenden Produkts durch ein CAD-System erzeugt und enthält ein 3D-CAD-Modell des zu fertigenden Pro- dukts.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die bauteilspezifische CAD-Ferti-
gungsvorgabe weitere Fertigungsanforderungen auf, insbesondere zu erfüllende physikalische und/oder chemische Eigenschaften des zu fertigenden Produkts, sowie Fertigungstoleranzen. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erzeugten Feedback-Reports der verschiedenen Fertigungsalternativen gesammelt und auf deren Grundlage sowie auf Basis der bisherigen produktspezifischen CAD-Fertigungsvorgabe des Produkts und auf Basis von Daten und/oder Regeln, die aus einer CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden, ein Gesamt-Feedback-Report erzeugt, den das CAD- System zur Anpassung der produktspezifischen CAD-Fertigungs- vorgabe auswertet . Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein spezifisches CAD-Modell für jede identifizierte Fertigungsalternative durch einen CAD-Modell- Generator auf Basis von Daten und/oder Regeln generiert, die aus einer CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf Basis des durch den CAD-Modell - Generator generierten spezifischen CAD-Modells und auf Basis von Daten und/oder Regeln, insbesondere im Hinblick auf ver- fügbare Tests und Messverfahren der verschiedenen Fertigungsalternativen, die aus der CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden, ein Mess- und Prüfplan zur Überwachung einer Produktqualität des gefertigten Produkts generiert, der zu Mess- und Prüfeinrichtungen der Fertigungsanlage übertragen wird.
Die Erfindung schafft ferner gemäß einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer optimalen Fertigungsalternative zur Fertigung eines Produkts, insbesondere eines Bauteils, mit den in Patentanspruch 10 angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer optimalen Fertigungsalternative zur Fertigung eines Produkts, insbesondere eines Bauteils, mit:
einem CAD-System zur Erzeugung einer produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungsvorgabe des zu fertigenden Produkts,
einem CAD-Modell-Generator, welcher verschiedene mögliche Fertigungsalternativen zur Fertigung des Produkts auf Basis der durch das CAD-System erzeugten produktspezifischen, fer- tigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungsvorgabe ermittelt, wobei für jede ermittelte Fertigungsalternative eine spezifische Anreicherung des CAD-Modells generiert wird, die durch eine zugehörige CAM-Engine zur Erzeugung eines Feedback- Reports getestet wird, und mit
einer Auswerteeinheit, die die erzeugten Feedback-Reports der verschiedenen Fertigungsalternativen zur Ermittlung von für die Fertigung des Produkts geeigneter Fertigungsalternativen auswertet und die optimale Fertigungsalternative aus den ermittelten geeigneten Fertigungsalternativen in Abhängigkeit aller verfügbaren Vorgaben und Einflussgrößen selektiert.
Die Anreicherung des CAD-Modells für eine Fertigungsalterna- tive entspricht der jeweiligen Fertigungstechnologie und/oder der jeweiligen Fertigungsanlage und/oder dem jeweiligen Fertigungsverfahren der Fertigungsalternative.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt jede CAM-Engine für die jeweils zugehörige Anreicherung des CAD-Modells, die durch den CAD-Modell - Generator für die entsprechende Fertigungsalternative generiert wird, ein Steuerprogramm, das Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage zur Fertigung des Produkts ansteuert.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat die Auswerteeinheit Zugriff auf eine Datenbank, welche Wissen und Regeln zu Materialeigenschaften sowie CAD- und CAM-Daten, hinsichtlich Fertigungsprozessen und/oder Fertigungsschritten und/oder Fertigungsregeln speichert .
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung führt die Auswerteeinheit die Selektion der optimalen Fertigungsalternative in Abhängigkeit von Produktkenngrößen sowie einer aktuellen Fertigungssituation der Fertigungsanlage aus.
Dabei wird vorzugsweise ein aktueller Anlagenstatus der Fertigungsanlage berücksichtigt, welcher insbesondere aufweist: eine Auslastung und/oder Durchsatz der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und der zugehörigen Fertigungsmitarbeiter,
eine Verfügbarkeit der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage, insbesondere einen Instandhaltungsplan zur Instandhaltung und Wartung der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanla- ge,
einen Fertigungsaufwand zur Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und
eine Verfügbarkeit von Ressourcen, Rohstoffen und Rohteilen zur Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und/oder sonstige Freiheitsgrade der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die erzeugten Feedback-Reports der verschiedenen Fertigungsalternativen gesammelt und auf deren Grundlage sowie auf Basis der bisherigen produktspezifischen CAD-Fertigungsvorgabe des Produkts und auf Basis von Daten und Regeln, die aus einer CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden, ein Gesamt-Feedback-Report erzeugt, den das CAD-System zur Anpassung der produktspezifischen CAD-Fertigungsvorgabe auswertet .
Die Erfindung schafft ferner gemäß einem dritten Aspekt eine Fertigungsanlage mit Fertigungsmaschinen zur Fertigung min- destens eines Produkts, insbesondere eines Bauteils, mit den in Patentanspruch 15 angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung schafft demnach eine Fertigungsanlage mit Fertigungsmaschinen zur Fertigung mindestens eines Produkts, insbesondere eines Bauteils, mit einer Vorrichtung zur Bereitstellung einer optimalen Fertigungsvariante zur Fertigung eines Produkts aus aktuell verfügbaren Fertigungsalternativen mit
einem CAD-System zur Erzeugung einer produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungsvorgabe des zu fertigenden Produkts,
einem CAD-Modell-Generator, welcher verschiedene mögliche
Fertigungsalternativen zur Fertigung des Produkts auf Basis der durch das CAD-System erzeugten produktspezifischen, fer- tigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungsvorgabe ermittelt, wobei für jede ermittelte Fertigungsalternative eine Anrei- cherung eines CAD-Modells generiert wird, das durch eine zugehörige CAM-Engine zur Erzeugung eines Feedback-Reports getestet wird, und mit
einer Auswerteeinheit, die die erzeugten Feedback-Reports der verschiedenen Fertigungsalternativen zur Ermittlung von für die Fertigung des Produkts geeigneter Fertigungsalternativen auswertet und die optimale Fertigungsalternative aus den ermittelten geeigneten Fertigungsalternativen in Abhängigkeit aller verfügbaren Vorgaben und Einflussgrößen selektiert. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage generiert eine CAM-Engine für die jeweils zugehörige Anreicherung des CAD-Modells, das durch den CAD- Modell -Generator der Vorrichtung für die entsprechende Fertigungsalternative generiert wird, ein Steuerprogramm, das Fer- tigungsmaschinen der Fertigungsanlage zur Fertigung des Produkts ansteuert.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage hat die Auswerteeinheit der Vorrichtung Zu- griff auf eine Datenbank, welche Wissen und Regeln zu Materialeigenschaften sowie CAD- und CAM-Daten, hinsichtlich Fertigungsprozessen und/oder Fertigungsschritten und/oder Fertigungsregeln speichert.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage führt die Auswerteeinheit der Vorrichtung die Selektion der optimalen Fertigungsalternative in Abhängigkeit von Produktkenngrößen sowie einer aktuellen Fertigungssituation der Fertigungsanlage aus, wobei vorzugsweise ein aktueller Anlagenstatus der Fertigungsanlage berücksichtigt wird, welcher insbesondere aufweist:
eine Auslastung und/oder Durchsatz der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und der zugehörigen Fertigungsmitarbeiter,
eine Verfügbarkeit der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage, insbesondere ein Instandhaltungsplan zur Instandhaltung und Wartung der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage, einen Fertigungsaufwand zur Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage,
eine Verfügbarkeit von Ressourcen, Rohstoffen und Rohteilen zur Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und/oder sonstige Freiheitsgrade der Ferti- gungsmaschinen der Fertigungsanlage.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage werden die erzeugten Feedback- Reports der verschiedenen Fertigungsalternativen gesammelt und auf deren Grundlage sowie auf Basis der bisherigen produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungsvorgabe des Produkts und auf Basis von Daten und Regeln, die aus einer CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden, ein Gesamt-Feedback-Report erzeugt, den das CAD-System zur Anpas- sung der produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungsvorgabe auswertet.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der verschiedenen erfindungsgemäßen Aspekte unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung; Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Bereitstellung einer optimalen Fertigungsalternative gemäß einem zweiten Aspekt; Fig. 3 eine detaillierte Skizze zur Erläuterung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer optimalen Fertigungsvariante zur Fertigung eines Produkts.
Wie man in Fig. 1 erkennen kann, weist das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer optimalen Fertigungsvariante zur Fertigung eines Produktes aus aktuell verfügbaren Fertigungsalternativen einer oder mehrerer Fertigungsanlagen zur Bereitstellung der zugehörigen Fertigungsunterlagen mehrere Schritte auf.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird zunächst in einem Schritt Sl eine produktspezifische, fertigungsanlagen- unabhängige CAD-Fertigungsvorgabe des zu fertigenden Produkts bzw. Bauteils erzeugt. Diese CAD-Fertigungsvorgabe bzw. CAD- Rezept wird vorzugsweise mittels eines CAD-Systems generiert. Bei einer möglichen Ausführungsform weist die produktspezifische, fertigungsanlagenunabhängige CAD-Fertigungsvorgabe ein CAD-Datenmodell des zu fertigenden Produkts auf. Das CAD- Datenmodell gibt wesentliche relevante Kerneigenschaften des zu fertigenden Produkts an, gegen die die verwendete Fertigungstechnologie nicht verstoßen darf. Bei dem CAD-Datenmodell handelt es sich vorzugsweise um ein SD-CAD-Daten- modell. Das CAD-Datenmodell weist dabei vorzugsweise nicht wie bei herkömmlichen Systemen bereits spezifische Fertigungsanweisungen auf, sondern beinhaltet stattdessen Hinweise darauf, welche Fertigungsalternativen zur Fertigung des Pro-
dukts in Frage kommen bzw. bereitstehen und welche Fertigungsvorgaben und Fertigungstoleranzen dabei einzuhalten sind . In einem weiteren Schritt S2 werden verschiedene mögliche Fertigungsalternativen zur Fertigung des Produkts auf Basis der erzeugten produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhän- gigen CAD-Fertigungsvorgabe und den verfügbaren Fertigungsmaschinen für die jeweilige Fertigungsanlage ermittelt. Die da- bei verwendete bauteilspezifische bzw. produktspezifische, fertigungsanlagenunabhängige CAD-Fertigungsvorgabe kann weitere Fertigungsanforderungen aufweisen, insbesondere zu erfüllende physikalische und/oder chemische Eigenschaften des zu fertigenden Produkts, sowie zulässige Fertigungstoleran- zen.
In einem weiteren Schritt S3 wird eine Anreicherung des CAD- Modells für jede ermittelte Fertigungsalternative generiert. Es wird für jede generierte Anreicherung des CAD-Modells durch eine zugehörige CAM-Engine ein Feedback-Report erzeugt. Je nach Format der CAD-Datenmodelle und je nach Typ und Fabrikat der in der Fertigungsanlage jeweils eingesetzten Fertigungsmaschine wird zur Erzeugung von Steuerungsprogrammen, die der Fertigung des bestimmten Bauteils bzw. Produkts die- nen, spezifische, dafür geeignete CAM-Engines eingesetzt. Diese CAM-Engines ermöglichen auch die Durchführung eines Plausibilitätschecks bzw. einer Plausibilitätsüberprüfung und liefern dabei einen entsprechenden Feedback-Report. In einer Feedbackschleife können Kerneigenschaften angepasst werden, so dass aus dem ursprünglichen CAD-Modell ein finales CAD- Modell mit einem aus der CAM-Engine gewonnenem Feedback entsteht .
In einem weiteren Schritt S4 werden die erzeugten Feedback- Reports der verschiedenen Fertigungsalternativen zur Ermittlung von für die Fertigung des Produkts geeigneter Fertigungsalternativen ausgewertet, wobei berücksichtigt wird, ob
vorgegebene Fertigungstoleranzen und Fertigungsvorgaben bei der jeweiligen Fertigungsalternative eingehalten werden.
In einem weiteren Schritt S5 wird die optimale Fertigungsal - ternative aus den ermittelten geeigneten Fertigungsalternativen in Abhängigkeit einer aktuellen Fertigungssituation selektiert. Die Selektion betrifft die Anpassung des Designs, wobei möglichst viele unterschiedliche Fertigungsanlagen und/oder Fertigungstechnologien, über die der Hersteller ver- fügt, genutzt werden können. Die Selektion der optimalen Fertigungsalternative erfolgt dabei vorzugsweise unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien, insbesondere von Fähigkeiten der jeweiligen involvierten Fertigungsmaschinen, die beispielsweise aus einer CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden, von zu erwartenden Produkteigenschaften des Produkts, insbesondere Inhaltstoffe, Entsorgbarkeit sowie Verschleiß, des resultierenden Fertigungsaufwandes, insbesondere des Aufwandes zur Herstellung, Materialbesorgung und Transportaufwand sowie eines aktuellen Anlagenstatus der betroffenen Ferti- gungsanlage. Dieser Anlagenstatus weist insbesondere folgende Angaben auf, nämlich eine Auslastung und/oder Durchsatz der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage und der zugehörigen Fertigungsmitarbeiter, eine Verfügbarkeit der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage, insbesondere ein Instandhai - tungsplan zur Instandhaltung und Wartung der Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage, einen Fertigungsaufwand zur Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage, und eine Verfügbarkeit von Ressourcen, Rohstoffen und Rohteilen zur Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der betroffenen Fertigungsanlage und/oder sonstige Freiheitsgrade der Fertigung des Produkts durch die Fertigungsanlage. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dabei geeignete Schnittstellen, um relevante Daten, d.h. den aktuellen Status der aktuell betroffenen Fertigungsanlagen und korrelierte Planungen, abzugreifen und bei der Selektion zu berücksichtigen .
Die im Schritt Sl erzeugte bauteilspezifische, fertigungsan- lagenunabhängige CAD-Fertigungsvorgabe des zu fertigenden Produkts wird vorzugsweise durch ein CAD-System erzeugt und enthält ein 3D-CAD-Modell des zu fertigenden Produkts. Dabei weist die bauteilspezifische, fertigungsanlagenunabhängige
CAD-Fertigungsvorgabe vorzugsweise weitere Fertigungsanforderungen auf, insbesondere zu erfüllende physikalische und/oder chemische Eigenschaften des zu fertigenden Produkts, sowie einzuhaltende Fertigungstoleranzen .
Nach Ermitteln der verschiedenen möglichen Fertigungsalternativen zur Fertigung des Produkts auf Grundlage der CAD- Fertigungsvorgabe im Schritt S2 wird im Schritt S3 eine spezifische Anreicherung des CAD-Modells für jede ermittelte Fertigungsalternative generiert, wobei dies vorzugsweise von einem CAD-Modell -Generator auf Basis von Daten und/oder Regeln generiert wird, die aus einer CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden. Auf Basis des durch den CAD-Modell -Generator generierten spezifischen Anreicherung des CAD-Modells oder auf Basis von Daten und/oder Regeln, insbesondere im Hinblick auf verfügbare Tests und Messverfahren der verschiedenen Fertigungsalternativen, die aus der CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden, wird vorzugsweise ein Mess- und Prüfplan zur Überwachung einer Produktqualität des gefertigten Produkts gene- riert, der zu Mess- und Prüfeinrichtungen der Fertigungsanlage übertragen wird.
Für jede generierte spezifische Anreicherung des CAD-Modells wird durch eine zugehörige CAM-Engine ein Feedback-Report im Schritt S3 erzeugt. Die erzeugten Feedback-Reports der verschiedenen Fertigungsalternativen werden vorzugsweise gesammelt und auf deren Grundlage sowie auf Basis der bisherigen produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhängigen CAD- Fertigungsvorgabe des Produkts und auf Basis von Daten und/oder Regeln, die aus einer CAD/CAM-Datenbank ausgelesen werden, wird ein Gesamt-Feedback-Report erzeugt, den das CAD- System zur Anpassung der produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungsvorgabe auswertet.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung einer optimalen Fertigungsvariante und zur Fertigung eines Produkts gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung .
Wie man in Fig. 2 erkennen kann, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein CAD-System 2 auf, welches eine produktspezifische, ferti- gungsanlagenunabhängige CAD-Fertigungsvorgabe des zu fertigenden Produkts erzeugt bzw. generiert.
Die Vorrichtung 1 enthält ferner einen CAD-Modell -Generator 3, welcher verschiedene mögliche Fertigungsalternativen zur Fertigung des Produkts auf Basis der durch das CAD-System 2 erzeugten produktspezifischen CAD-Fertigungsvorgabe ermittelt. Dabei wird für jede ermittelte Fertigungsalternative eine spezifische Anreicherung des CAD-Modells generiert, die durch eine zugehörige CAM-Engine zur Erzeugung eines Feedback-Reports getestet wird.
Die Vorrichtung 1 enthält ferner eine Auswerteeinheit 4, die die erzeugten Feedback-Reports der verschiedenen Fertigungs- alternativen zur Ermittlung von für die Fertigung des Produkts geeigneter Fertigungsalternativen auswertet und anschließend die optimale Fertigungsalternative aus den ermittelten geeigneten Fertigungsalternativen in Abhängigkeit verfügbarer Vorgaben und Einflussgrößen selektiert.
Jede CAM-Engine generiert vorzugsweise für die jeweils zugehörige spezifische Anreicherung des CAD-Modells, die durch den CAD-Modell -Generator 3 für die entsprechende Fertigungsalternative generiert wird, ein Steuerprogramm, das Ferti- gungsmaschinen der Fertigungsanlage zur Fertigung des Produkts ansteuert.
Die Auswerteeinheit 4 der Vorrichtung 1 hat vorzugsweise Zugriff auf eine Datenbank, welche Wissen und Regeln zu Materialeigenschaften sowie CAD- und CAM-Daten, hinsichtlich Fertigungsprozessen und/oder Fertigungsschritten und/oder Ferti- gungsregeln speichert. Die Auswerteeinheit 4 nimmt die Selektion der optimalen Fertigungsalternative vorzugsweise in Abhängigkeit von Produktkenngrößen des Produkts sowie einer aktuellen Fertigungssituation der Fertigungsanlage vor, wobei ein aktueller Anlagenstatus der Fertigungsanlage berücksich- tigt wird.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung 1 zur Bereitstellung einer optimalen Fertigungsvariante ist bei einer möglichen Ausführungsform in einer Steuervorrichtung einer Fertigungs- anläge integriert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 stellt dabei vorzugsweise ein entsprechendes Steuerprogramm für die selektierte Fertigungsalternative bereit, wobei die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage durch das bereitgestellte Steuerprogramm der selektierten optimalen Fertigungsalternative angesteuert werden.
Die Erfindung schafft gemäß einem weiteren Aspekt eine Fertigungsanlage mit mehreren Fertigungsmaschinen zur Fertigung eines Produkts, wobei die Fertigungsmaschinen der Fertigungs- anläge durch Steuerprogramme angesteuert werden, die durch eine oder mehrere Steuervorrichtungen angesteuert werden, welche jeweils eine Vorrichtung zur Ermittlung einer optimalen Fertigungsvariante zur Fertigung eines Produkts enthält, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Fertigungsmaschinen können verschiedene Fertigungsschritte eines Fertigungsprozesses ausführen. Für jeden Fertigungsschritt können auch mehrere Fertigungsmaschinen desselben oder unterschiedlichen Typs oder Bauart vorhanden sein. Fig. 3 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wie man in Fig. 3 erkennen kann, weist das dort dargestellte System eine Vorrichtung 1 zur Ermittlung einer
optimalen Fertigungsvariante zur Fertigung eines Produkts auf, die u.a. ein CAD-System 2, einen CAD-Modell -Generator 3 und eine Auswerteeinheit 4 enthält. Das CAD-System 2 liefert eine produktspezifische, fertigungsanlagenunabhängige CAD- Fertigungsvorgabe FF bzw. ein sogenanntes Fertigungsrezept des zu fertigenden Produkts. Auf Basis der erzeugten produktspezifischen, fertigungsanlagenunabhängigen CAD-Fertigungs- vorgabe FF und den in der Fertigungsanlage verfügbaren Fertigungsmaschinen werden verschiedene mögliche Fertigungsalter- nativen ermittelt. Der CAD-Modell -Generator 3 der Vorrichtung 1 generiert anschließend eine spezifische Anreicherung des CAD-Modells für jede ermittelte Fertigungsalternative. Wie in Fig. 3 dargestellt, generiert der CAD-Modell -Generator 3 eine spezifische Anreicherung des CAD-Modells sCAD-M, das einer spezifischen CAM-Engine 5 zugeführt wird. Für jede generierte spezifische Anreicherung des CAD-Modells wird durch die zugehörige CAM-Engine 5 ein Einzel-Feedback-Report EFR generiert. Nachdem jede einzelne spezifische Anreicherung des CAD- Modells an die spezifische CAM-Engine 5 übergeben worden ist, führt die CAM-Engine 5 vorzugsweise ein Plausibilitätstest durch, wobei das Ergebnis des Plausibilitätstests in dem Einzel-Feedback-Report EFR abgelegt wird. Sofern in dem Plausibilitätstest der CAM-Engine 5 keine unüberwindbaren technischen Hindernisse identifiziert worden sind, ermittelt die spezifische CAM-Engine 5 auf Basis der erhaltenen spezifischen Anreicherung des CAD-Modells die zur Fertigung des Bauteils bzw. Produkts erforderlichen Bearbeitungsschritte und generiert die dazu nötigen Steuerprogramme SP für die jeweiligen spezifischen Fertigungsmaschinen 6 der Fertigungsanla- ge . Für die Fertigung eines Produkts oder eines Bauteils, insbesondere eines mechanischen Bauteils, sind in der Regel verschiedene Fertigungsmaschinenarten, beispielsweise Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Biegemaschinen oder dergleichen, und auch verschiedene Fertigungsmaschinenausführungen vorhanden. Je nach erforderlicher Fertigungsgenauigkeit oder des zu verarbeitenden Materials und der zu fertigenden Stückzahl sind die verschiedenen Fertigungsmaschinenarten und -ausführungen dieser Fertigungsmaschinen unterschiedlich geeignet, die je-
weiligen Fertigungsschritte vorzunehmen. Die Fertigungsmaschinen 6 der Fertigungsanlage werden durch das Steuerprogramm SP der selektierten optimalen Fertigungsalternative angesteuert. Die Selektion der optimalen Fertigungsalternative erfolgt, wie in Fig. 3 dargestellt, durch eine Auswerteeinheit 4 der Vorrichtung 1, die einen situationsspezifischen Entscheider enthalten kann. Auf Basis aller zuvor bereits erzeugten Fertigungsalternativen und eines aktuellen Anlagenstatus der Fertigungsanlage identifiziert dieses Teilsystem für die einzelnen Fertigungsschritte die jeweils optimale spezifische Fertigungsmaschine 6 der Fertigungsanlage. Entsprechend dieser Entscheidung wird das jeweils zugehörige Steuerprogramm SP an die entsprechende Fertigungsmaschine der Fertigungsanlage übergeben und dort ausgeführt.
Der in Fig. 3 dargestellte Einzel-Feedback-Report EFR gelangt bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer Prüfeinrichtung 7, die in der Vorrichtung 1 integriert sein kann. Die Prüfeinrichtung 7 sammelt die Einzel-Feedback- Reports EFR der spezifischen CAM-Engine 5 und erstellt daraus auf Basis der Vorgaben und der CAD-Fertigungsvorgabe FF und des abgelegten Wissens von einer CAD/CAM-Wissensdatenbank 8 sowie ausgelesener Regeln einen Gesamt-Feedback-Report GFR. Der Gesamt-Feedback-Report GFR setzt sich bei einer möglichen Ausführungsform im Wesentlichen aus dem Einzel-Feedback- Reports EFR und allen spezifischen CAD-Modellen sCAD-M zusammen. Bei einer möglichen Ausführungsform werden diese Informationen durch Erkenntnisse auf Basis von Auswertungen der CAD-Fertigungsvorgabe FF und unter Berücksichtigung des in der CAD/CAM-Datenbank 8 gespeicherten Wissens und Regeln ergänzt. Der Gesamt-Feedback-Report wird dem CAD-System 2 der Vorrichtung 1 zur Anpassung bzw. Korrektur zugeführt. Das CAD-System 2 wertet den erhaltenen Gesamt-Feedback-Report GFR zur Anpassung der produktspezifischen, fertigungsanlagenunab- hängigen CAD-Fertigungsvorgabe FF aus.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung 1 ferner einen Mess- und Prüfplangenerator 9.
Dieses Teilsystem erzeugt aus der jeweiligen spezifischen Anreicherung des CAD-Modells sCAD-M unter Zuhilfenahme von Wissen, welches aus der CAD/CAM-Datenbank 8 ausgelesen wird, einen zugehörigen Mess- und Prüfplan MP . Dieser Mess- und
Prüfplan MP wird bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Messausrüstung 10 zugeführt. Die Messausrüstung 10 überwacht die Produktqualität des gefertigten Bauteils bzw. Produkts insbesondere dahingehend, ob die in den CAD-Modellen geforderten Fertigungsvorgaben und Fertigungsto- leranzen bei der Fertigung des Produkts durch die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage eingehalten werden.
Wie in Fig. 3 dargestellt, kann das CAD-System 2 bei einer möglichen Ausführungsform ein situationsspezifisches Assis- tenzsystem verwenden, das als Plug-in P in dem CAD-System 2 integriert sein kann. Das Plug-in P implementiert ein situationsspezifisches Assistenzsystem, das auf Basis der aktuellen Modellierungsschritte und auf Basis der in der Datenbank 8 abgelegten Informationen situationsspezifische Hinweise und Anregungen geben kann und so die Modellierungsarbeiten bzw. Modellierungsschritte unterstützt und Fehler vermeidet bzw. Schwächen im Design erkennbar macht.
Die CAD/CAM-Datenbank 8 speichert die Wissensbasis, die
CAD/CAM-Daten sowie verschiedene Fertigungsregeln. Sofern die Informationen bereits auf Basis einer bestehenden Technologie präsentiert werden, können sie ohne weiteres Umkopieren oder Umstrukturieren verwendet werden. Die Datenpflege bzw. Informationsdatenpflege kann in einem solchen Fall durch eine un- abhängige dritte Stelle bzw. Instanz erfolgen. Andernfalls werden das entsprechende Wissen bzw. die entsprechenden Informationen mithilfe eines Wissensakquisesystems 11 in den gemeinsamen Wissensbestand aufgenommen. Das Wissensakquise- system 11 kann dabei lokale Problemlösungen, insbesondere firmeninternes Wissen oder lokales Expertenwissen LEW, nutzen oder auf global verfügbares systemisches Wissen GSW zugreifen. Hierbei handelt es sich insbesondere um Wissen bzw. Informationen zu verschiedenen Datenformaten, CAD-Mode11typen,
Möglichkeiten und Begrenzungen einzelner Fertigungsmaschinen, Testverfahren sowie Werkzeuge. Weiterhin kann das Wissens- akquisesystem 11 der Vorrichtung 1 auf global verfügbares technologisches Wissen GTW zugreifen, insbesondere über eine Netzwerkschnittstelle, beispielsweise eine Internetnetzwerkschnittstelle. Das global verfügbare technologische Wissen GTW umfasst neben technischem Wissen TW auch Basisontologien BO . Hierbei kann technologisches Wissen bzw. technologische Informationen zu den Eigenschaften und Limitierungen einzel- ner Fertigungsmaterialien und Fertigungsprozesse herangezogen werden .
Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 werden verschiedene Freiheitsgrade FG der Fertigung durch die Auswerteeinheit 4 bei der Selektion der optimalen Fertigungsalternative berücksichtigt. Die Vorrichtung 1 besitzt hierzu eine Schnittstelle, um diese Daten, insbesondere den Anlagenstatus der aktuellen Fertigungsanlagen und der korrelierten Fertigungsplanungen, abzugreifen und zu berücksichtigen.
Hierzu können auch aktuelle Planungs-, Auslastungs- und Betriebsdaten PAB herangezogen werden, wie in Fig. 3 dargestellt. Diese können von bestehenden Systemen zur Projektabwicklung geliefert werden. Durch die Verwendung der aktuellen Planungs-, Auslastungs- und Betriebsdaten PAB wird sichergestellt, dass die Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage unter Berücksichtigung von gerade vorherrschenden Randbedingungen hinsichtlich der Qualität, des Durchsatzes und der benötigten Ressourcen optimal eingesetzt werden. Die Randbedin- gungen betreffen beispielsweise mögliche Limitierungen, Auslastungen, Störungen oder eine momentan bestehende Auftragslage .
Das in Fig. 3 dargestellte System erlaubt eine automatisierte Verwendung von CAD/CAM- Informationsdaten, um eine situationsspezifische Unterstützung zu den jeweils anstehenden Designentscheidungen hinsichtlich eines Bauteils bzw. Produkts zu erhalten. Auf Basis einer aktuellen Fertigungsaufgabe und dem
Anlagenstatus sowie der aktuellen Fertigungsfreiheitsgrade FG wird ein optimales Fertigungsverfahren und die dafür geeigneten Fertigungsmaschinen eingesetzt. Das erfindungsgemäße System und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine optimale Fertigung hinsichtlich einer Ressourcenauslastung, Qualität, Logistik und Kundenzufriedenheit unter Berücksichtigung möglichst aller vorhandenen aktuellen Fertigungsparameter. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung erlauben eine maximale Ausschöpfung der durch den vor- handenen Maschinenpark der Fertigungsanlage möglichen Fertigungsfreiheitsgrade FG hinsichtlich Fertigungsflexibilität durch frühzeitige Berücksichtigung im Produktdesign des zu fertigenden Produkts. Das erfindungsgemäße System erlaubt eine Entkopplung der Fertigungsdaten von den konkret vorhande- nen Fertigungsmaschinen der Fertigungsanlage. Dabei werden Schwächen im Bauteildesign durch eine automatisierte Unterstützung beim Fällen von Designentscheidungen im Kontext der Fertigungstechnologie und der Fertigungsmaterialien mithilfe eines als Plug-in P ausgebildeten situationsspezifischen As- sistenzsystems vermieden, das Hinweise und Anregungen einblenden kann. Das System kann standardisierte, herstellerunabhängige, ausgereifte und etablierte Basistechnologien einsetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren und System lassen sich in einfacher Weise in bestehende Werkzeuglandschaften und Prozesse einbinden. Das erfindungsgemäße System ist ferner flexibel generisch erweiterbar, insbesondere hinsichtlich vorhandenen Wissens, der Fertigungsregeln sowie möglicher Ausnahmen. Das erfindungsgemäße System setzt auf bestehende Kombinationen von verteilt vorliegenden Wissensbeständen auf, insbesondere Wissen hinsichtlich von Werkstoff- und Halbzeugeigenschaften, Werkzeugeigenschaften, Vorrichtungsinformationen sowie Ressourcenbeständen.