Industrielle Automatisierung in der Fertigung: Wo CAD/PLM-Lösungen einen echten Mehrwert bieten

Was ist industrielle Automatisierung in der Fertigung?

Industrielle Automatisierung ist der Ersatz manueller und sich wiederholender Arbeitsschritte durch programmierbare Systeme: von CNC-Werkzeugmaschinen und Roboterarbeitsplätzen bis hin zu vollautomatisierten Fertigungslinien. Sie arbeitet nicht nur mit Anlagen, sondern auch mit Daten: Modellen, Zeichnungen, Spezifikationen, technischen Prozessen und Freigabewegen. Ihre Wirkung wird in der Regel anhand von drei Kennzahlen bewertet: Zykluszeit, Ausschussquote und Rüstzeit. Im Gegensatz zur klassischen Mechanisierung umfasst die Produktionsautomatisierung eine softwaregesteuerte Steuerung, Versionskontrolle und den Informationsaustausch zwischen den einzelnen Phasen.

CAD/PLM-Lösungen sind Teil dieses Prozesses in der Vorbereitungsphase, noch bevor das Bauteil in die Fertigung geht. CAD hilft dabei, ein präzises 3D-Modell zu erstellen, die Geometrie zu überprüfen und Zeichnungen sowie Daten für CAM/CNC vorzubereiten. PLM verwaltet den Produktlebenszyklus: Versionen, Änderungen, Stücklisten, Freigaben und Zugriffsrechte für verschiedene Abteilungen. Dadurch kann das Unternehmen erkennen, welche Dokumentation aktuell ist, wer eine Änderung vorgenommen hat und wann diese an die Produktion weitergeleitet werden kann.

Wodurch unterscheidet sich die Automatisierung mit CAD/PLM von der Automatisierung ausschließlich auf Maschinenebene?

Die Automatisierung von Fertigungsprozessen ausschließlich auf Maschinenebene beschleunigt zwar die physische Herstellung eines Bauteils, löst jedoch nicht die Probleme bei der Datenaufbereitung. CNC-Maschinen, Roboter und automatisierte Fertigungslinien arbeiten schneller, wenn sie ein präzises Modell, eine aktuelle Zeichnung und ein korrekt aufbereitetes Bearbeitungsprogramm erhalten. Wenn Konstruktionsunterlagen, Berechnungen, Stücklisten und technische Prozesse nach wie vor manuell abgestimmt werden, kommt es bereits zu Verzögerungen, bevor das Bauteil überhaupt in die Fertigung gelangt. CAD/PLM deckt genau diese Vorbereitungsphase ab: Entwurf, Modellprüfung, Abstimmung von Änderungen und Datenübertragung an die CNC-Maschine. Ohne CAD/PLM kann beispielsweise eine Konstruktionsänderung an einem Bauteil wochenlang per Post zwischen Konstrukteur, Technologen und Fertigung hin- und hergeschickt werden, während der Abstimmungsprozess mit PLM innerhalb weniger Tage abgeschlossen ist. Der Unterschied wird bei einem einfachen Vergleich deutlich.

In welchen Produktionsphasen erzielen CAD/PLM messbare Effekte?

CAD/PLM erzielen messbare Effekte in den Phasen, in denen die Konstruktionsdaten vom Konstrukteur an den Technologen, die Fertigung und die Qualitätskontrolle weitergeleitet werden. Genau hier hört die industrielle Automatisierung auf, nur noch eine Geschichte über Maschinen zu sein, und beginnt, mit Modellen, Spezifikationen, Versionen und Genehmigungswegen zu arbeiten. Wenn ein Unternehmen beispielsweise von manuellen Zeichnungen auf parametrische 3D-Modellierung umstellt, führt die Änderung eines Maßes automatisch zur Aktualisierung der damit verbundenen Modellelemente. Für solche Aufgaben hilft GEO-MENTOR bei der Auswahl von SOLIDWORKS-Lösungen für den Maschinenbau, wenn es darum geht, die Entwicklungszeit für Bauteile zu verkürzen, manuelle Arbeitsschritte zu reduzieren und Daten für die Fertigung ohne unnötige Dateiumstellungen vorzubereiten. Am deutlichsten zeigt sich der Effekt in den einzelnen Phasen:

1. Bauteilkonstruktion. Ohne Automatisierung verbringt der Konstrukteur nach jeder Änderung Zeit mit der manuellen Aktualisierung der Zeichnungen. CAD beseitigt diese Verzögerung dank parametrischer Modellierung und der Verknüpfung zwischen 3D-Modell und Dokumentation.
2. Technische Berechnungen. Ohne vorherige Festigkeitsprüfung kann sich ein Fehler bereits nach der Herstellung des Prototyps zeigen. CAD/CAE ermöglicht es, Belastungen, Masse, Spielräume und Risiken bereits am digitalen Modell zu bewerten.
3. Erstellung der Dokumentation für die Fertigung. Ohne automatische Erstellung der Stückliste (BOM) werden Spezifikationen oft separat vom Modell in Tabellen geführt. CAD/PLM verknüpft Bauteile, Materialien, Positionen und Zeichnungen in einem einzigen System.
4. Abstimmung von Änderungen. Ohne PLM werden Änderungen oft per Post zwischen Konstrukteur, Technologen und Projektleiter hin- und hergeschickt. PLM-Workflows zeigen den Status der Freigabe, die Verantwortlichen und die aktuelle Version des Dokuments an.
5. Datenübertragung an die CNC. Ohne CAD/CAM muss der Fertigungstechniker Maße und Geometrie manuell übertragen. Die CAD/CAM-Anbindung hilft dabei, Bearbeitungspfade auf Basis des aktuellen Modells zu erstellen.

Wenn ein Unternehmen mit komplexen Baugruppen, mehreren Fertigungsbereichen oder einem langen Produktlebenszyklus arbeitet, reicht ein eigenständiges CAD-System oft nicht mehr aus. Es wird ein System benötigt, das nicht nur das Modell, sondern auch Änderungen, Zugriffsrechte, Stücklisten, Genehmigungswege und die Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen unter Kontrolle hält. In solchen Fällen lohnt es sich, die PLM- und CAD-Lösungen von Dassault Systèmes in Betracht zu ziehen, damit die Produktionsvorbereitung nicht von E-Mail-Korrespondenz, lokalen Kopien und der manuellen Suche nach der richtigen Dokumentversion abhängig ist.

Beispiele für Situationen, in denen der Nutzen von CAD/PLM besonders deutlich wird

Der Nutzen von CAD/PLM zeigt sich am deutlichsten dort, wo ein Unternehmen nicht nur mit einem einzelnen Bauteil arbeitet, sondern mit einem ganzen System aus Änderungen, Versionen, Zeichnungen und Freigaben. Im Maschinenbau wirkt sich dies schnell auf die Produktionseffizienz aus: Der Konstrukteur ändert das Modell, der Technologe sieht die aktuellen Daten, die Fertigung erhält die richtige Dokumentation und nicht eine Datei mit dem Namen „final_neu_2“. Am häufigsten liefern CAD/PLM in folgenden Situationen spürbare Ergebnisse:

1. Serienfertigung mit häufigen Änderungen an Bauteilen. Wenn ein Bauteil in mehreren Ausführungen vorliegt, ist es wichtig, die Versionen, Revisionen und die Verknüpfungen zwischen Zeichnung, Stückliste und Fertigungsauftrag zu kontrollieren.
2. Entwicklung komplexer Baugruppen. Wenn ein Produkt aus Dutzenden oder Hunderten von Komponenten besteht, erspart die Assoziativität von 3D-Modellen und Zeichnungen die manuelle Aktualisierung jedes einzelnen Dokuments.
3. Mehrere Produktionsstandorte. Wenn Konstruktionsabteilung, Technologen und Fertigungsabteilungen an verschiedenen Standorten arbeiten, ist ein einheitlicher Zugriff auf die aktuelle Dokumentation erforderlich.
4. Projekte mit langem Lebenszyklus. Bei Anlagen, die über Jahre hinweg modernisiert werden, ist es wichtig, die Änderungshistorie, die Gründe für die Änderungen und die für die Freigabe Verantwortlichen im Blick zu behalten.
5. Umfangreiches Teilesortiment. Wenn die Anzahl der Positionen wächst, hilft PLM dabei, den Überblick über die Zusammenhänge zwischen Modellen, Spezifikationen, Materialien und Beschaffungen zu behalten.

Wenn ein Unternehmen im Kleinserienbau tätig ist, wo es nur wenige sich wiederholende Aufgaben und kaum komplexe Freigabeprozesse gibt, ist der Effekt möglicherweise weniger spürbar. In einem solchen Fall beginnt die Produktionsoptimierung oft nicht mit einem vollwertigen PLM-System, sondern mit der Strukturierung von CAD-Modellen, Zeichnungsvorlagen und grundlegenden Regeln für die Dateispeicherung. Das Wichtigste ist, das Tool nicht „auf Vorrat“ einzuführen, sondern es an ein konkretes Problem zu knüpfen: Verzögerungen, Fehler, Doppelarbeit oder den Verlust der aktuellen Dokumentversion.

Wie kann ein Unternehmen einschätzen, ob sich die Einführung von CAD/PLM lohnt?

Der Bedarf an CAD/PLM sollte anhand eines Prozessaudits ermittelt werden. Schauen Sie sich an, wie viel Zeit das Team für Zeichnungen, die Abstimmung von Änderungen, die Suche nach der aktuellen Version und die Datenübermittlung an die Fertigung aufwendet. Wenn die Automatisierung der Produktion auf der Ebene der Anlagen bereits vorhanden ist, die Dokumentation aber immer noch per E-Mail und in Tabellen weitergegeben wird, liegt der Engpass weiterhin in der Vorbereitung. Für eine erste Bewertung und Prozessoptimierung können Sie den technischen Service und die Einführung von CAD/PLM bei GEO-MENTOR in Auftrag geben. Beginnen Sie mit folgenden Fragen:

1. Wie viel Zeit nimmt die Erstellung der Dokumentation in Anspruch? Berücksichtigen Sie dabei Zeichnungen, Änderungen, Überprüfungen und Freigaben.
2. Wie viele Fehler gelangen bis in die Fertigung? Erfassen Sie veraltete Versionen, ungenaue Stücklisten und manuelle Datenübertragungen.
3. Hält die Konstruktionsabteilung Schritt? Wenn die Anzahl der Teile und Projekte zunimmt, ist eine Prozesskontrolle erforderlich.
4. Wo wird die aktuelle Version gespeichert? Befindet sie sich im E-Mail-Postfach, in einem lokalen Ordner oder „bei einer bestimmten Person“, besteht bereits ein Fehlerrisiko.

Nach einem solchen Audit lässt sich leichter erkennen, was das Unternehmen benötigt: 3D-CAD, PDM oder ein vollwertiges PLM-System. Für Industrieunternehmen lohnt es sich, branchenspezifische Lösungen für die industrielle Automatisierung gesondert zu prüfen, um die Einführung an reale Verzögerungen, Fehler und Zeitverluste zu knüpfen.

Fazit

Die industrielle Automatisierung entfaltet ihre größte Wirkung, wenn sie nicht nur die Fertigung, sondern auch die Vorbereitungsphase umfasst: Planung, Berechnungen, Erstellung von Zeichnungen und Abstimmung der Dokumentation. Gerade CAD/PLM-Lösungen tragen dazu bei, die Entwicklungszeit zu verkürzen, die Anzahl der Datenfehler zu verringern und Verzögerungen zwischen Konstruktionsabteilung, Technologen und Fertigung zu beseitigen.

FAQ

1. Ersetzt CAD/PLM die Automatisierung von Werkzeugmaschinen?

Nein, CAD/PLM ersetzt keine CNC-Maschinen, Roboter oder Fertigungslinien. Diese Systeme arbeiten auf einer anderen Ebene. CAD erstellt präzise Modelle und Dokumentationen, während PLM Versionen, Änderungen und Freigaben verwaltet. Gemeinsam stellen sie die richtigen Daten für die Fertigung bereit. Dadurch wird die industrielle Automatisierung umfassender: Die Maschinen führen die Arbeitsschritte aus, und die Konstruktionsdaten gehen nicht zwischen den Abteilungen verloren.

2. Was sollte zuerst eingeführt werden: CAD, PDM oder PLM?

Zunächst sollte man den Schritt optimieren, bei dem das Unternehmen am meisten Zeit verliert. Liegt das Problem bei 2D-Zeichnungen und manueller Modellierung, beginnt man mit 3D-CAD. Gehen Dateien zwischen den Versionen verloren, wird PDM benötigt. Entstehen Verzögerungen bei Freigabeprozessen, Änderungen, Rollen und Zugriffsrechten, sollte man PLM einplanen. Die Automatisierung der Produktion muss nicht unbedingt mit einem großen System beginnen. Oft ist ein Prozessaudit der richtige erste Schritt.

3. Woran erkennt man, dass ein Unternehmen bereits ein PLM-System benötigt?

Das wichtigste Anzeichen ist, dass die Datenmenge so groß wird, dass das Team sie nicht mehr sicher selbst verwalten kann. Beispielsweise gibt es für ein Bauteil mehrere Revisionsstände, Zeichnungen werden per E-Mail freigegeben, Technologen klären die Version telefonisch ab und die Stückliste wird in separaten Tabellen geführt. In einer solchen Situation verringert die Automatisierung der Produktionsprozesse durch PLM das Fehlerrisiko dank eines einheitlichen Datenflusses und beschleunigt die Abstimmung zwischen den Abteilungen.

4. Eignet sich CAD/PLM für Projekte im Bergbau, in der Öl- und Gasindustrie sowie im Infrastrukturbereich?

Ja, CAD/PLM eignet sich nicht nur für den klassischen Maschinenbau. Auch bei Bergbau-, Öl- und Gas-, gewerblichen und Infrastrukturprojekten gibt es 3D-Modelle, Spezifikationen, Änderungen, Abstimmungen und einen langen Lebenszyklus des Objekts. Dort ist es wichtig, die aktuelle Dokumentation einzusehen, Änderungen zu kontrollieren und die Verbindung zwischen technischen Lösungen, Beschaffung und Ausführung der Arbeiten aufrechtzuerhalten. Dies hilft dem Team, die benötigten Daten schneller und ohne unnötige Rückfragen zu finden.

5. Lässt sich der Nutzen von CAD/PLM bereits vor der Einführung beziffern?

Ja, der voraussichtliche Effekt lässt sich durch eine Bestandsaufnahme der aktuellen Verluste einschätzen. Erfassen Sie fünf Kennzahlen: Zeitaufwand für die Erstellung der Dokumentation, Anzahl der Rückgaben von Zeichnungen, Zeitaufwand für die Abstimmung von Änderungen, Anzahl der manuellen Datenübertragungen und Fälle, in denen mit veralteten Dateien gearbeitet wurde. Danach wird deutlich, wo CAD/PLM Verzögerungen reduzieren kann. Dieser Ansatz stützt sich auf die Fakten des jeweiligen Unternehmens und hilft, unnötige Kosten zu vermeiden.