Fertigungstechnik: Einführung

Aus Wikibooks

Inhaltsverzeichnis 1 Grundbegriffe und Definitionen 2 Gliederung der Fertigungsprozesse 3 Einteilung der Fertigungsverfahren 4 Wahl des Fertigungsverfahren

[Bearbeiten] Grundbegriffe und Definitionen

Fertigungstechnik

Begriff der Produktionstechnik / des Maschinenbaus. Fertigungstechnik :ist die Lehre von der wirtschaftlichen Herstellung geformter Werkstücke aus gegebenen Ausgangsmaterialien nach vorgegebenen geometrischen Bestimmungsgrößen (unter Einhaltung bestimmter Toleranzen) und deren Zusammenbau zu funktionsfähigen Erzeugnissen. Ein Erzeugnis kann ein Endprodukt sein, oder ein Halbfabrikat, z.B. in Form einer Baugruppe. Die Grundbegriffe der Fertigungsverfahren sind in DIN 8580 zusammengefasst.

Arbeitsfeld der Fertigungstechnik ist das Entwickeln, Weiterentwickeln und Anwenden der Fertigungsverfahren.

Grundbegriffe der Fertigungstechnik sind laut DIN 8580

• Fertigungsverfahren: Verfahren zur Herstellung geometrisch bestimmter fester Körper.
• Werkstück: Einzelteil eines technischen Gebildes in der Fertigung.
• Wirkmedium: Formloser fester, flüssiger oder gasförmiger Stoff, der durch :verschiedene Energieformen sowie durch chemische Reaktionen Veränderungen am Werkstück hervorruft.
• Wirkpaar: Gebildet aus Werkstücken einerseits und Werkzeug bzw. Wirkmedium/-medien :andererseits.

Produktion

Zur Produktion gehören alle mittelbar an der Leistungserstellung beteiligten Bereiche wie die Entwicklung, die Arbeitsvorbereitung und die Lagerhaltung. Nicht dazu zählen kann man den Verkauf und die Bereiche der Unternehmensfinanzierung.

Fertigung

Die Fertigung ist das Teilsystem der Produktion, das mittelbar den gesamten Prozess der Leistungserstellung umfasst. Unter der Leistungserstellung versteht man folgende Punkte:

• Gewinnung von Rohstoffen in Gewinnungsbetrieben
• Herstellung von Erzeugnissen in Fertigungsbetrieben
• Bearbeitung von Rohstoffen und Fabrikaten in Veredelungsbetrieben
• Ausführung von Dienstleistungen in Dienstleistungsbetrieben

Die Fertigung kann hinsichtlich der Häufigkeit mit der ein und diesselbe Tätigkeit eines Fertigungsprozesses wiederholt wird unterschieden werden.

Massenfertigung

Ständige Herstellung großer Mengen gleicher Produkte mit gleichen Betriebsmitteln in gleicher Aufeinanderfolge. Typische Beispiele sind Massenkonsumartikel wie Getränke, Streichhölzer oder Mehl

Serienfertigung

Bei Groß- bzw. Kleinserien werden konstruktionsgleiche Angebotsprodukte gleichzeitig oder unmittelbar aufeinanderfolgend in begrenzter Stückzahl hergestellt. Die einzelnen Serien unterscheiden sich oft nur durch geringfügige Veränderung der Zusammensetzung der eingehenden Materialien. Typische Beispiele sind hierbei: Automobile, Personal Computer oder auch Tageszeitungen.

Einzelfertigung

Herstellung und Produktion von Einzelstücken, wie z.B. Flugzeuge, Häuser oder Spezialmaschinen

Tendenzen in der Entwicklung der Fertigung

Wirtschaftlichkeits- und Produktivitätsverbesserungen in den Fertigungsprozessen wurden in der Vergangenheit weitgehend ausgeschöpft und optimiert. Weitere notwendige Wettbewerbsvorteile können durch organisatorische Maßnahmen erreicht werden.

Make or Buy

Hintergrund dieser Entscheidung ist die optimale Auslegung der Produktionsprozesse. Die Tendenz geht hin zu einem verstärktem Fremdbezug von materiellen bzw. immateriellen Produkten. Der Einkauf von möglichst einbaufertigen Komponenten wird dabei angestrebt. Damit einhergehend ist eine Reduzierung der eigenen Fertigungstiefe und dadurch gleichzeitig vermindertes Entwicklungsrisiko sowie geringere Produktionskosten.

Just in Time

Zeitpunktgenaue Fertigung und Anlieferung der benötigten Teile an die Fertigungs-Montageeinrichtung, bei Fließfertigung direkt an das Montageband des Kunden. Die Ziele sind dabei eine wirtschaftliche Optimierung der Produktionsprozesse, Abbau der Lagerkapazitäten, Verringerung der Kapitalbindung und Flexibilisierung der Produktionsabläufe.

Single Sourcing

Darunter fallen oftmals nur Produkte mit geringer Integrationsfähigkeit (z. B. spezifisches :Autoscheinwerfermodell). Der Kunde bindet sich in großem Maße an seine Beschaffungsquelle. Der Lieferant wiederrum richtet sein Leistungsangebot vollständig auf einen Abnehmer aus (Systemlieferanten).

Global Sourcing

Produkte mit hoher Integrationsfähigkeit (z.B. Autoreifen, Batterien, Leuchtmittel). Weltweit kann jeder Lieferant als Anbieter herangezogen werden. Ein Kennzeichen ist auch das die Beschaffungsobjekte in einem hohem Maße standardisiert sind. Die Beschaffung muss weltweit möglich sein.

Benchmarking

Dies beschreibt die Suche nach den besten Prozessen (best processes) in der Praxis und ihre Umsetzung im eigenen Unternehmen. Benchmarking umfasst den Vergleich der eigenen Leistung und Kennzahlen mit der entsprechenden Leistung von führenden (weltbesten) Unternehmen anhand von deren Kennzahlen (benchmark). Benchmarking bedeutet, im führenden Unternehmen die besten Prozesse und Verfahren kennen zu lernen, um sie dann im eigenen Unternehmen anzupassen und umzusetzen.

Outsourcing

Welche Bestandteile der Produktion sollen nach außen verlagert werden? Mit Zulieferer und Dienstleister gemeinsame Werte, Ziele und Visionen vereinbaren und mit ihnen eine intensive Zusammenarbeit vereinbaren.

Wichtig für eine reibungslos ablaufende Fertigung ist die Verteilung von Kompetenzen für die einzelnen Betriebe. Dabei gilt zu unterscheiden in

• Kernkompetenz (Bearbeitung von Edelstahl V4A, Pumpenfertigung, Rohrleitungsfertigung, Fertigung von Isolatoren, Oberflächenbearbeitung mit Verchromen)
• Schlüsselkompetenz (Kunststoffteile, Plattenbearbeitung, Edelstahlbearbeitung) und
• Standardkompetenz (Spanende Fertigung von Edelstahlteilen, Schweißen von Hebeln und Gestellen).

Eine Produktion kann als Wertschöpfungsprozess verstanden werden. Dabei werden die Ausgangsmaterialien, also die Rohstoffe, durch eine bestimmte Durchlaufzeit (beispielsweise Einschmelzen zu Platten) in ihrem Wert gesteigert. Die dabei resultierenden Erzeugnisse sind durch Konstruktionsunterlagen (z. B. Zeichnungen, Rechnerdarstellungen, Prototypen) und durch Produktionspläne vorgegeben. Ein wichtiges Glied in einer Produktion sind die Konstruktionsunterlagen. Sie liefern Informationen über die geometrische Form, Abmessungen und zulässige Abweichungen, Oberflächengüte, Werkstoff und Werkstoffzustand. Ebenfalls für eine Produktion nicht zu verachten sind Produktionspläne. Diese liefern wichtige Eckdaten wie Stückzahlen und Termine.

Bei einem Fertigungsprozess wird ein gewählter Anfangs- oder Rohzustand durch schrittweise Veränderungen der Form bzw. Stoffeigenschaften durch Anwendung bestimmter Fertigungsverfahren (mit Hilfe von Fertigungsmitteln nach vorgegebenen Informationen wie Fertigungspläne und Programme) in einen gewünschten End- oder Fertigzustand überführt.

[Bearbeiten] Gliederung der Fertigungsprozesse

Der Fertigungsprozess kann in mehrere Stufen gegliedert werden.

1. Vom formlosen Stoff zum fertigen Erzeugnis: aus der urgeformten Vorform (vorwiegend Strangguß) wird durch mehrmaliges Warmumformen (Walzen, Strangpressen) ein Halbzeug (Stab- und Profilstab, Rohr, Blech, Band) hergestellt, welches als Anfangsmaterial für nachfolgende Teilefertigungen dient. Das ursprüngliche Gussgefüge wird in ein Knetgefüge umgewandelt.
2. Vom formlosen Stoff direkt zur Grundform (Hauptgeometrie): Hierbei wird anders als bei 1. nicht erst ein Halbzeug hergestellt sondern direkt die Hauptgeometrie hergestellt. Dies kann durch Gießen, was zu einem relativ sprödem Gußgefüge führt, oder durch Sintern, vorwiegend poröses Gefüge, erfolgen.

Die unter 1. schon angesprochene Fertigung von Halbzeugen lässt sich noch unterteilen und zwar in:

1. Fertigung durch Umformen: Die Grundform des Halbzeugs wird z.B. durch Gesenkschmieden, Kaltfließpressen oder Teilziehen ausgehend von Halbzeugabschnitten oder -ausschnitten durchgeführt werden. Der Vorteil dabei ist die bessere Materialökonomie und die höhere Produktivität. Die Endbearbeitung des Umformteiles erfolgt durch Drehen, Erweiterungsformgebung (z. B. Verzahnen), durch Wälzfräsen (Spanen) oder Profilwalzen (Umformen). Eine etwaige Feinbearbeitung (z. B. der Verzahnung) erfolgt durch Schleifen oder Feinwalzen.
2. Fertigung durch Spanen: Die Grundform einschließlich der Grundformbearbeitung erfolgt durch Spanen, ausgehend vom Halbzeug bzw. Halbzeugabschnitt („Spanen aus dem Vollen“). Auch hier kann eine Erweiterungsformgebung und Feinbearbeitung notwendig sein.

[Bearbeiten] Einteilung der Fertigungsverfahren

Zu einem Fertigungsprozess gehören verändernde Arbeitsschritte und die maßliche und stoffliche Kontrolle des Veränderungsgrades, des Endzustandes und der Transport- und Lagerprozesse. Bei der Fertigung zusammengesetzter Erzeugnisse steht an erster Stelle die Fertigung der Einzelteile und anschließend die Montage, also das Verbinden von Bauelementen zu Baugruppen und diese wiederum zu Erzeugnissen. Dabei finden verschiedene Fertigungsverfahren Anwendung:

• Stoffzusammenhalt
  • schaffen
  • beibehalten
  • vermindern
  • vermehren
• Form
  • schaffen
  • ändern
• Stoffeigenschaften ändern

Diese Verfahren wurde in der Norm DIN 8580 in sechs Verfahrenshauptgruppen unterteilt.

Zusammenhalt schaffen	Zusammenhalt beibehalten	Zusammenhalt vermindern	Zusammenhalt vermehren
Form Schaffen 1. Urformen	Form ändern			5. Beschichten
	2. Umformen	3. Trennen	4. Fügen
	6. Stoffeigenschaften ändern
	Umlagern von Stoffteilchen	Aussondern von Stoffteilchen	Einbringen von Stoffteilchen

[Bearbeiten] Wahl des Fertigungsverfahren

Den richtigen Fertigungsprozess für ein Produkt bzw. Halbzeug zu finden ist nie einfach. Mit bestimmten Fertigungsprozessen kann man eine hohe Maßgenauigkeit erreichen, unabhängig ob diese gefordert ist oder nicht. Andere wiederum liefern in kurzer Zeit eine hohe Anzahl von Produkten bzw. Halbzeugen. Deshalb muss man die Wahl von gewissen Anforderungen abhängig machen, dies sind im einzelnen:

• Genauigkeiten (Maßtoleranzen, Form- oder Lagetoleranzen)
• Oberflächengüten (Rauigkeit)
• Formgebung
• Materialanforderung
• Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
• vorhandener Maschinenpark
• vorhandenes Fertigungs-Know-How
• Kundenforderungen
• Design
• Fehlermöglichkeiten
• Lagerhaltige Materialien
• Zulieferer
• Tradition
• Recyclinggerechte Fertigung

Ebenso wichtig bei der Wahl ist es darauf zu achten, während der Produktion so wenig wie möglich zu verschwenden. Verschwendung kann durch folgende Punkte auftreten (in Klammern dahinter sind Beispiele angegeben):

• Überproduktion (falsche bzw. keine Stückzahlenvorgabe)
• Wartezeiten (Ein Fertigungsschritt ist nur an einer Maschine möglich, Warten auf Zulieferteile)
• Transportzeiten (Transport von einer Fertigungshalle in die nächste, ständige Umlagerung von fertigen Halbzeugen)
• Verschwendung im Fertigungsprozess selbst (unnötig hoher Materialabtrag)
• Lagerung (aufgrund von Zulieferengpässen müssen fertige Halbzeuge eingelagert werden)
• Nicht-wertschöpfende Bewegung
• Fehler- und Nacharbeit
• Suchaufwand
• Terminverfolgung (weit vor dem Liefertermin wurde die gesamte bestellte Menge produziert, dies führt zu unnötig hohen Lagerkosten und evtl. auch Leerzeiten)

Um einige dieser Faktoren zu vermeiden bzw. zu minimieren sind die Unterlagen für die Fertigung von hoher Wichtigkeit. Dazu gehören im einzelnen:

• Arbeitsauftrag mit den Terminen, der Auftragsmenge und dem Kostenträger (Auftragsnummer)
• ein korrekter und sinnvoll strukturierter Arbeitsplan mit dem Fertigungsablauf und einer Zeitvorgabe
• technische Zeichnungen und eine dazugehörige Stückliste