Ersatzinvestition eines Bearbeitungszentrums : Untersuchung in technologischer und wirtschaftlicher Hinsicht mit Optimierung der Spannvorrichtungen

Abstract

Im Laufe der Jahre haben sich die Anforderungen an die Fertigungs- und Produktionsprozesse stetig weiterentwickelt. Um diesen Trends gerecht zu werden, sind Optimierungen der eigenen Produktion nötig, was auch Ersatzinvestition bestehender Anlagen beinhaltet. Diese Arbeit beschäftigt sich unter diesen Aspekten mit der Ersatzinvestition eines Bearbeitungszentrums zur Bearbeitung von Großbauteilen in einer bestehenden Produktion eines Unternehmens für Sondermaschinenbau. Ziel ist eine maximale Reduktion der Herstellkosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Ausbringungsmenge. Zunächst wird der Stand der Technik bei der Fertigung von Großbauteilen untersucht, um eine Ausgangsbasis für die späteren Analysen zu schaffen. Danach werden das gegebene Teilespektrum der zu untersuchenden Maschine und der dazugehörige Fertigungsprozess eingehend betrachtet. Ausgehend von den Teilen erfolgt zunächst eine Optimierung der Spannvorrichtungen, um die Rüstabläufe zu verbessern und die Flexibilität der Vorrichtungen zu steigern. Dabei werden verschiedene Vorrichtungskonzepte untersucht, wobei die Auswahl der Spannmittel und der Positionierelemente eine wesentliche Rolle spielt. Dazu soll ein Vergleich der Rüstzeiten erfolgen und in weiterer Folge eine wirtschaftliche Untersuchung dieser Konstruktionen. Aufbauend auf den Ergebnissen der vorherigen Punkte, werden nun Maschinenkonzepte ermittelt und für die bestehende Aufgabe miteinander verglichen. Die vielversprechendsten Varianten werden anschließend eingehend in technologischer und wirtschaftlicher Hinsicht untersucht. Dabei erfolgt neben dem Vergleich der Maschinenkomponenten und der Eingliederung in die bestehende Peripherie auch eine Untersuchung der statischen Steifigkeiten. In diesem Zusammenhang wird mit der -relativen Kraftflusslänge- die Definition einer neuen Kennzahl durchgeführt, um einen schnellen qualitativen Vergleich von unterschiedlichen Maschinengrößen und -bauformen hinsichtlich der statischen Steifigkeit zu erhalten. Anhand von repräsentativen Bauteilen wird die Zeitreduktion gegenüber den bestehenden Bearbeitungszeiten ermittelt. Abschließend erfolgt die wirtschaftliche Untersuchung anhand einer Return-on-Investment-Rechnung und die Ermittlung des Tarifsatzes. Mit den Resultaten dieser Analysen wird abschließend eine Empfehlung für eine Maschinenvariante gegeben, welche die Grundlage für das Investitionsvorhaben darstellen soll.

The requirements for production processes have changed a lot over the last few years. There-fore, it has become necessary to optimize production, including reinvestments of existing ma-chines and equipment. Following this trend, this thesis deals with the replacement of a machining centre, which is part of a flexible manufacturing centre. It is responsible for the fabrication of large-scale products in a company for special purpose engineering. The replacement's intention is the maximum reduction of the machine's manufacturing costs and the simultaneous increase of its output. In order to create a base of operations for this thesis, the first step is to analyse the state of technology with regard to the production of large-scale products. The next step is to observe the range of parts and the corresponding production process of the investigated machine. The ob-servation of these parts leads to the proposed improvement of the clamping system, which in turn causes an improvement of the sequence of the adjustment and an increase of the equip-ment's flexibility. The selection of the proper components for the construction represents a big and important part in this step. For this purpose, a comparison of the set-up times is undertaken, and after that follows an economical examination of the constructions. Based on the results of the previous points, a selection of different machine concepts is made, followed by a comparison of the solutions to the given tasks. The most auspicious machines are being analysed in great detail in technological and economic terms. Aside from the comparison of the components of the machines and the incorporation in the existing circumference, their static stiffness is also analysed. In order to allow for a rapid, qualitative comparison of different machine sizes and different machine designs based on their static stiffness, it is necessary to define a new classification number. Based on an evaluation of the representative components, it is possible to examine the reduction of the machining time compared to the starting product. In the end, an economic analysis based on a return on investment calculation and a determination of the tariff rate are executed. With the results of these analyses, a recommendation for one machine version in particular is given. This specific version then forms the basis for the investment plan.