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Mechanical Engineering

University, School

Heilbronn

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Studiengang Produktion und Logistik

Dokumentation der Fertigungsmöglichkeiten für das Hochschul-Rennteam KüHN Racing e.V.


Inhaltsverzeichnis

1     Einleitung  3

1.1      Projektstrukturplan   3

1.2      Zielanforderungen   4

2     Fertigungsmöglichkeiten  5

2.1      Externe Fertigungsmöglichkeiten   6

2.2      Interne Fertigungsmöglichkeiten   7

2.3      Ergebnisübersicht Maschinenpark  10

3     Datenbank  10

3.1      Datenbankstruktur und Tabellen erstellen   11

3.2      Formulare  15

3.3      Berichte  19

3.4      Darstellung  20

3.5      Prüfung  20

4     Fertigungsplanungsprozess  21

4.1      Theoretische Vorgehensweise  21

4.1.1  Materialplanung  22

4.1.2  Prozessfolgeermittlung  22

4.1.3  Fertigungsmittelauswahl 22

4.1.4  Vorgabezeitermittlung  23

4.2      Fallbeispiel 23

5     Zusammenfassung  25

6     Quellen  26

7     Abbildungsverzeichnis  27

8     Anhang  28


1      Einleitung

Vor einigen Jahren hat sich an der Hochschule Heilbronn der Verein „KüHN Racing e.V.“ gegründet. Dieser hat es sich zum Ziel gesetzt, im Jahr 2010 an einem Formula Student GP teilzunehmen und den Titel des Best Newcomer für sich zu gewinnen. Hierzu wird ein Formel-Auto benötigt, das von den Studenten in Eigenregie konstruiert und gebaut wird.

Ein Großteil der Teile wird von Firmen bzw. Sponsoren gefertigt. Hieraus entsteht der Bedarf einer übersichtlichen Darstellung.  Das aktuell gebaute Fahrzeug soll der Anfang von einer langen Ära werden. Somit ergibt sich der Bedarf einer Dokumentation, die den zukünftigen Mitgliedern und Konstrukteuren eine Hilfestellung bei der Findung von geeigneten Firmen für die Fertigung der benötigten Teile und Komponenten geben soll.

Aus diesem Grund hat das Team diese Angewandte Studie ausgeschrieben.

1.1     Projektstrukturplan

Zu Beginn der AS1 wurde ein Projektstrukturplan angefertigt, der in der Abbildung 1 dargestellt ist. Aus diesem Grund wurde mit Hilfe von der Software „Microsoft Project“ ein Projektplan entwickelt. Diesen finden Sie im Anhang unter Projektplan. Dieser zeigte den zeitlichen Rahmen der Angewandten Studie1 (AS1) und deren genauen Inhalte. Die Dokumentation der Fertigungsmöglichkeiten wird in vier Bereiche untergliedert.

Diese sind die Vorbereitung, Fertigungsmöglichkeiten, Datenbank und Dokumentation. Jeder Bereich wird zusätzlich noch weiter unterteilt. Die Grundlage der AS1 bildete die Vorbereitungsphase mit Einarbeitung in das Thema. Hierzu wurde der Ist-Zustand ermittelt. Mit dem Team wurden die genauen Anforderungen analysiert und Aufgaben definiert. Diese ergaben die Zielanforderungen für diese Arbeit.

In der nächsten Phase „Fertigungsmöglichkeiten“ wurden zum einen externe Fertigungsmöglichkeiten, sowie interne Fertigungsmöglichkeiten für das KüHN Racing Team ermittelt und analysiert. Die einzelnen Bereiche werden im Nachfolgenden näher erläutert. Die Anforderung vom Team ergab, dass alle externen Fertigungsmöglichkeiten in einer Datenbank gespeichert werden sollen.

Zusätzlich wird eine bedienerfreundliche Oberfläche gefordert. Dieses wird im Kapitel Datenbank tiefer beleuchtet.


Abbildung 1: Projektstrukturplan auf Basis des Projektplans[1]

Die letzte Phase „Dokumentation“ der Arbeit, gestaltet sich in diesem Dokument.


1.2     Zielanforderungen


Die Aufgabenstellung bestand in dem Sammeln von relevanten Daten, dem Sortieren und der Erstellung einer ausführlichen Dokumentation. Ein wichtiger Punkt ist zudem die Bestimmung der internen Fertigungsmöglichkeiten, die die Hochschule Heilbronn bietet.

Aus diesen Aufgabenstellungen wurden die folgenden Zielanforderungen abgeleitet.

Die Hauptaufgabe bestand darin dieFertigungsmöglichkeiten“ der Hochschule Heilbronn in den Fakultäten, die einen mechanischen Maschinenpark besitzen, zu analysieren. Dazu gehören die Logistikhalle, PL-Halle, Maschinenbau-Halle und Mechatronik-Halle.

Des Weiteren soll für das KüHN Racing Team eine Übersicht der Firmen erstellt werden, die Teile für das Auto „Raptor 2010“ gefertigt haben. Zusätzlich sollen auch die Firmen aufgelistet werden, die für den „Raptor 2010“ keine Teile und Komponenten gefertigt haben bzw. die Firmen, die herausgesucht und nicht weiter verfolgt wurden. Der Grund für diese Vorgehensweise liegt in der Zukunft, denn schließlich kann nicht davon ausgegangen werden, dass jede Firma sich wieder bereiterklären .....[read full text]

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Abbildung 4: Grunddaten Fräsbearbeitungszentrum


Der Kernbereich der Maschinenkarten bildet die technischen Daten. Hierzu werden für jede Maschine, alle notwendigen individuellen Daten erhoben. Als Datenquelle dienen Informationen aus Handbüchern, Herstellerangaben und auch Informationen der zuständigen Mitarbeiter. Der Bereich der technischen Daten ist aufgrund der unterschiedlichen Angaben zu den Drehmaschinen und Fräsmaschinen individuell aufgesetzt.

Für die spätere Maschinenauswahl ist es daher wichtig, die Maschinenkarten mit den wichtigsten Daten, wie z.B. der Bewegungsbereich der Achsen, zu versehen. In der Abbildung 5 ist der Bereich der technischen Daten für das FBZ zu sehen.

Abbildung 5: Maschinenkarte mit technische Daten


Der Bereich technische Daten ist beim FBZ in zwei Kategorien unterteilt. Die Kategorie Arbeitsbereich stellt die wichtigsten Funktionen für die Bearbeitung dar. Für die Auswahl einer Maschine sind Faktoren wie der Arbeitsbereich der Achse, Drehzahl, Vorschub, Eilgang und auch die Platzanzahl im Werkzeugmagazin von großer Bedeutung. Hier ist auf einen Blick erkennbar, ob die Maschine für die Bearbeitung eines Werkstückes ausgelegt ist.

Das Spannsystem zeigt u.a. die verschiedenen vorhandenen Spannpaletten auf, die auf das Werkstück gespannt werden. Im Feld Besonderheiten/Sondereinrichtungen werden alle anderen Eigenschaften der Maschine festgehalten, wie z.B. die Steuerung der Maschine - hier Heidenhain MillPlus IT - wie auch das Einstell- und Messsystem Zoller venturion 400. In der Abbildung 6 ist die vollständig ausgefüllte Maschinenkarte des FBZ aus der Logistikhalle zu sehen.

Abbildung 6: Maschinenkarte komplett ausgefüllt


2.3     Ergebnisübersicht Maschinenpark


Nach dem Abschluss der Auflistung der internen Fertigungsmöglichkeiten, umfasst der Maschinenpark die im Folgenden dargestellten Maschinen.

·         Logistikhalle: Fräsbearbeitungszentrum und Drehzelle

·         PL-Halle: Exzenterpresse und Tiefziehpresse

·         Maschinenbau-Halle: Fräsmaschine, Drehmaschine und Flachschleifmaschine

·         Mechatronik-Halle: Mechatronik-Zentrum

Die vorhandenen Maschinenkarten sind im Anhang 2 zu finden.

3      Datenbank


Nachdem die externen Fertigungsmöglichkeiten ermittelt wurden, konnte mit dem Aufbau der Datenbank begonnen werden. Dazu war es zunächst erforderlich, alle Felder zu benennen. Des Weiteren erfolgte die Benennung der Primärschlüssel in den einzelnen Tabellen. Im nächsten Schritt wurden die Beziehungen der Tabellen untereinander analysiert.

Nachdem diese Punkte geklärt waren, begann die Erstellung der Datenbank mit Microsoft Access 2007. Dort wurden die Tabellen erstellt und die Beziehungen zwischen den einzelnen Tabellen gesetzt. Hierbei erfolgte die Erstellung der Formulare, Berichte und Abfragen, die bei der Erstellung bereits auf Bedienerfreundlichkeit ausgelegt wurden.


3.1     Datenbankstruktur und Tabellen .....


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Dazu gehören:

·         Firmenname

·         Land

·         PLZ

·         Ort

·         Straße und Hausnummer

·         Ansprechpartner (Anrede)

·         Nachname des Ansprechpartners

·         Vorname des Ansprechpartners

·         Telefonnummer

·         Handynummer

·         E-Mail Adresse

·         Hat die Firma schon für das Team etwas gefertigt?

Mit diesen Information lässt sich eine Überblick gewinnen, sodass zu einem späteren Zeitpunkt noch ersichtlich ist, wer der Ansprechpartner war und ob diese Firmen schon mit dem Team zusammengearbeitet haben.

Bei der Auflistung fällt auf, dass gegen die zweite Normalform verstoßen wird. Diese Redundanz wird jedoch in Kauf genommen, zum Wohl der Vereinfachung und besseren Visualisierung der Daten.

In der Tabelle der „Fertigungsbereiche“ wird wieder zur Identifizierung des Datensatzes die ID als Primärschlüssel verwendet. Als weitere Information wird nur die Benennung des Fertigungsbereichs benötigt (bspw. Drehen, Fräsen, etc.).

In der letzten Tabelle „Teile“ ist der Primärschlüssel erneut eine ID. Die benötigte Information ist die Benennung des gefertigten Teils.

Durch diese Datenbanken ist die Grobplanung der Tabellen abgeschlossen. Als nächstes müssen die Beziehungen (engl.: Relations) unter den Ta.....

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Abbildung 7: Beziehungen innerhalb der Datenbank[5]


Die in der Abbildung 7 gezeigten Benennungen sind abweichend zu den zuvor genannten. Da bei der Zuweisung der ID ebenfalls eine Eindeutigkeit bestehen muss, wurde eine Namenskonvention zu Grunde gelegt.[6] In dieser werden alle Tabellen zuerst mit einem tbl gekennzeichnet. Danach erfolgt der Name der Tabelle (bspw. Firmen, Teile, etc.). So erhalten alle Tabellen eine direkte Zuweisung.

Der Name der Zusatztabellen wird anders zusammengesetzt. Zuerst steht das tbl und dann folgen die ersten 3-4 Buchstaben der ersten Tabelle. Im Anschluss daran folgt eine 2 und danach kommen die ersten 3-4 Buchstaben der zweiten Tabelle (z.B. tblFir2Fert = Tabelle Firmen und Fertigungsbereiche).


Jedoch besteht ein Problem mit den vielen ID Zuweisungen. Dieses wird behoben, indem vor jeder Benennung die ersten 2-3 Buchstaben des Tabellennamens geschrieben werden.

Das bedeutet:

Die Firmentabelle hat den Namen tblFirmen. Die Spaltenbezeichnungen lauten z. B. firID oder firName.


Bei den Zusatztabellen gestaltet sich dies etwas abweichend. Hier wird nur noch der erste Buchstabe der Tabellen benutzt. Diese sind durch eine 2 in der Mitte getrennt.

Das bedeutet:

f2ffertIDRef = Firmen und Fertigungsbereiche, Fertigungsbereich ID als Referenz.

Zudem werden die Referenzen ebenfalls deutlich gekennzeichnet, indem an das Ende einer Benennung noch das Kürzel Ref angefügt wird.

Durch die genannten Regelungen kommt es zu keiner Verwechslung.


3.2     .....


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1.    Teile – Firma:
Hier können bereits vorhandene Datensätze in Form von Teilen und Firmen über Pull-Down-Menüs ausgewählt werden. Zusätzlich sollte hierbei das Feld „Datum“ ausgefüllt werden. Dies dient zur besseren Rückverfolgung, welche Firmen in welchen Zeitabständen die Fertigung für KüHN Racing übernommen haben.

2.    Teile bearbeiten.
Hier können neue Datensätze in Form von Teilen angelegt werden. Beim Anlegen von neuen Datensätzen
muss besonders darauf geachtet werden, dass ein bereits bestehendes Teil nicht überschrieben wird. Aus diesem Grund sollte der Anwender immer vor dem Anlegen eines neuen Datensatzes den Button „Neuer (leerer) Datensatz“ drücken.

Jetzt kann problemlos mit der Eingabe begonnen werden. Dieser beschriebene Ablauf ist in der folgenden Abbildung zu sehen.

Abbildung 10: Teile bearbeiten[9]


Nach der Eintragung des neuen Datensatzes oder der Datensätze, sollte die Datenbank aktualisiert werden. Dies erfolgt durch das Betätigen der Taste F9. Nur so werden die Pull-Down-Menüs des ersten Reiters „Teile -Firma“ und die Tabelle im oberen Bereich des Formulars aktualisiert.

Das letzte Formular zur Herstellung der Firmen und ihrer Fertigungsbereiche ist ähnlich vom Aufbau, wie das Formular „Teile - Firmen“. Hier können die Fertigungsbereiche hinzugefügt werden. Bezüglich der Aktualität verhält es sich wie zuvor beschrieben.


3.3     Berichte


Über die Erstellung von Berichten wird dem Anwender die Möglichkeit gegeben, die Daten der Datenbank in einer übersichtlichen Form und nach dem aktuellen Informationsbedarf darzustellen.

Diese aktuell zur Verfügung stehenden Berichte sind Anwendungsorientiert gestaltet und können bei Bedarf jederzeit ausgedruckt werden. Die Berichte sind bereits optimal an die Seitengröße angepasst, sodass der Anwender ohne großen Aufwand den jeweils benötigten Bericht drucken kann. Nachstehend wird der Bericht „Firmen und Teile“ dargestellt.

In der Abbildung 11 ist die Zuordnung der Firmen und den gefertigten Teilen zu sehen. Im Dateiname steht  „rpt“ davor. Dies ist das Kürzel für de.....

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Zur Überprüfung der gesetzten Kriterien, hat die Logistikleiterin des Teams die Datenbank getestet. Bei der Bedienung sind keine Probleme aufgetreten. Jedoch ist aufgefallen, dass es bei den Formularen der „Firmen und Fertigungsbereichen“ und „Firmen und Teile“ eine überflüssige Funktion vorhanden war. Es konnte zusätzlich zu der Bearbeitung in der Registerkarte „bearbeiten“, auch in dem Pull-Down Menü bearbeitet werden.

Um Bedienungsfehler auszuschließen, wurde die letztere Funktion beseitigt. Somit kann es nicht passieren, dass ausversehen ein Datensatz verändert wird.

Jedoch sollte bei der Bedienung der Datenbank immer sensibel mit Änderungen umgegangen werden.

4      Fertigungsplanungsprozess


An der Hochschule Heilbronn ist es notwendig die internen Fertigungsmöglichkeiten auf die Machbarkeit zu untersuchen, hier sind die Bausteine aus der Arbeitsvorbereitung hilfreich, um die Möglichkeit der Umsetzung zu bestätigen oder auszuschließen. Die theoretischen Bausteine der Arbeitsvorbereitung werden in Kapitel 4.1 dargestellt. Im Folgekapitel 4.2 wird die Umsetzung anhand eines Fallbeispiels geprüft.


4.1     Theoretische Vorgehensweise


„Im Rahmen der Arbeitsvorbereitung stellt die Prozessplanerstellung den ersten Schritt zur Umsetzung der von der Konstruktion übergebenen Gestalts- und Technologieanforderungen des Werkstücks für eine zeit- und kostengünstige Fertigung dar.“[12]

Die Bearbeitungsschritte, die ein Werkstück zu durchlaufen hat, werden hierbei festgelegt. Die einzelnen Arbeitsprozesse werden den Maschinen zugeordnet. Aus der Konstruktionszeichnung heraus, wird der Arbeitsplan erstellt. Hier werden die Arbeitsschritte dokumentiert, um so den Fertigungsablauf lenken zu können.

Die Prozessplanung setzt sich aus den Bereichen Materialplanung, Prozessfolgeermittlung, Fertigungsmittelauswahl und Vorgab.....

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