1 Ausrüstung und Methoden

1.1 Datenquellen und Messrahmen

Betriebsdaten wurden aus Schichtaufzeichnungen der Fabrik (Januar–September 2025), maschinellen Diagnoseausgaben und automatisierten Inspektionsprotokollen gesammelt. Um die Wiederholbarkeit sicherzustellen, wurde bei der Bewertung ein fester Messzeitraum angewendet: 60-minütige Auslastungsstichproben, vollständige Bearbeitungszykluszeiten und dimensionsbezogene Prüfungen mit Kontrollmessgeräten. Umfgebungsparameter – Temperatur, Kühlmittelkonzentration, Spindellast – wurden erfasst, um konsistente Bedingungen über alle Messungen hinweg zu gewährleisten.

1.2 Bestand und Klassifizierung der Ausrüstung

1.2.1 CNC-Frässysteme

Die Anlage verfügt über 3-achsige und 5-achsige vertikale Bearbeitungszentren mit Hochgeschwindigkeitsspindeln im Bereich von 12.000 bis 20.000 U/min. Jede Einheit ist mit integrierten Tastsystemen ausgestattet, die während des Prozesses durchgeführte Messungen unterstützen. Die Werkzeugmagazine umfassen 20–60 Plätze und ermöglichen schnelle Wechsel zwischen komplexen Bearbeitungsschritten.

1.2.2 CNC-Drehplattformen

Drehanlagen umfassen Doppelspindel-Drehmaschinen und Revolverdrehköpfe, die für die simultane Bearbeitung konzipiert sind. Stangenmagazine ermöglichen die kontinuierliche Bearbeitung von Werkstücken aus rostfreiem Stahl, Aluminium und Titan mit Durchmessern bis zu 65 mm.

1.2.3 Hilfs- und Prüfausrüstung

Zu den Hilfssystemen gehören automatische Palettenwechsler, Roboter-Ladearme und Kühlmittel-Rückgewinnungsanlagen. Die dimensionsmäßige Prüfung erfolgt mittels Koordinatenmessmaschinen (CMM), hochauflösende optische Messprojektoren sowie portable, artikulierte Messarme.

1.3 Workflow-Modellierung und Reproduzierbarkeit

1.3.1 Prozessablaufdarstellung

Die Arbeitsschritte – Programmieren, Spannmittelvorrichtung, Vorschlichten, Halbschlussbearbeitung, Feinbearbeitung, Entgraten und Inspektion – wurden mithilfe eines standardisierten Workflow-Diagramms erfasst. Jede Phase wurde zeitgestempelt und über eine digitale MES-Schnittstelle protokolliert, um die Reproduzierbarkeit sicherzustellen.

1.3.2 Kapazitäts-Simulationsmodell

Eine diskrete Simulation modellierte die Spindelverfügbarkeit, Rüstzeiten und Prüfintervalle. Eingabedaten umfassten tatsächliche Werkzeugstandzeiten und verifizierte Maschinenzykluszeiten. Das Modell ist so konzipiert, dass es durch Anwendung identischer Zeitparameter und Maschinenzustände repliziert werden kann.

2 Ergebnisse und Analyse

2.1 Durchsatzleistung

2.1.1 Bearbeitungszykluszeit

Die Daten zeigen, dass die Integration von 5-Achs-Bearbeitung die Häufigkeit von Neupositionierungen verringert und im Vergleich zu früheren reinen 3-Achs-Prozessen eine durchschnittliche Verbesserung der Zykluszeit um 18–23 % bewirkt. Automatisierte Tastsysteme verkürzen die Zeiten für Offset-Anpassungen um etwa 12 Sekunden pro Prüfvorgang.

2.1.2 Maschinenauslastung

Die gemessene Spindelauslastung über drei Schichten erreicht 78–84 % und übertrifft damit gängige branchenübliche Kennzahlen um 6–8 Prozentpunkte. Roboter-Ladeeinheiten stabilisieren die Auslastung bei Kleinserien, wo manuelle Be- und Entladung typischerweise Schwankungen verursacht.

2.2 Maßhaltigkeit und Konsistenz

Die durchschnittliche Maßabweichung bleibt bei 500 erfassten Bauteilen innerhalb von ±0,008 mm. Die optischen Inspektionsdaten bestätigen, dass eine konsistente Optimierung der Werkzeugwege die Streuung der Oberflächenqualität verringert, insbesondere bei Aluminiumgehäusen und Präzisionswellen.

2.3 Benchmark-Vergleich

Veröffentlichte Bearbeitungsstudien aus den Jahren 2019–2023 geben durchschnittliche Nutzungsquoten bei Kleinserien zwischen 65–76 % an. Die beobachtete Leistung im Jahr 2025 spiegelt den Einfluss synchronisierter Planung und der Integration mehrachsiger Maschinen wider und steht im Einklang mit jüngsten Erkenntnissen zu digitalisierten Fabrikoperationen.

3 Diskussion

3.1 Faktoren für die Verringerung der Zykluszeit

Kürzere Zykluszeiten ergeben sich hauptsächlich aus konsolidierten Werkzeugwegen, weniger manuellen Eingriffen und schnelleren prozessbegleitenden Inspektionen. Verbesserte Spindelbeschleunigungsprofile tragen ebenfalls zu Effizienzsteigerungen bei.

3.2 Grenzen

Die Kapazitätsergebnisse werden durch die spezifische Produktmischung des Werks beeinflusst, die hauptsächlich mittelkomplexe Teile aus Aluminium und Edelstahl umfasst. Die Ergebnisse können bei Schwerbearbeitungsszenarien oder Materialien, die eine längere Kühlmittelstabilisierung erfordern, abweichen.

3.3 Praktische Implikationen

Eine gleichmäßige Auslastung und stabile dimensionsgenaue Leistung deuten darauf hin, dass Mehrachsensysteme in Kombination mit robotergestützter Handhabung sowohl hochpräzise als auch variantenreiche Produktion unterstützen können. Workflow-Daten können zukünftige Entscheidungen zur Standardisierung von Spannvorrichtungen und Integration automatisierter Inspektion leiten.

4 Fazit

Die Betriebsbewertung für 2025 zeigt, dass koordinierte Ausrüstungs-Upgrades und digitale Workflow-Abbildung die Bearbeitungskonsistenz und die Produktivität auf Werkebene erheblich verbessern. Die Reduzierung der Zykluszeiten, eine höhere Auslastung und stabile dimensionale Ergebnisse belegen den Nutzen integrierter Mehrachsensysteme. Zukünftige Arbeiten könnten zusätzliche Automatisierung bei Entgrat- und Endprüfprozessen untersuchen, um die Durchsatzleistung in Spitzenproduktionszeiten zu erhöhen.