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Das FMS von Fastems beschreitet neue Wege

Das FMS von Fastems setzt neue Maßstäbe und steigert die Produktivität in einer Ultra-High-Tech-Anwendung aus dem Luftfahrtbereich, in der Präzisionsteile mithilfe einer speziell entwickelten Technologie bearbeitet werden.

Am 21. Mai 2007 wurde bei BAE Systems Samlesbury in der Nähe von Preston, England, das wahrscheinlich erste flexible Fertigungssystem (FMS) für die automatische Bearbeitung von Teilen aus Carbonfaserplatten in Betrieb genommen. Es dient zur Fertigung von ca. 120 unterschiedlichen Verkleidungen für das Heck und das Seiten- und Höhenleitwerk von drei Varianten der F-35 Lightning II. Die Anlage basiert auf einem fünfachsigen Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum von DST (Dorries Scharmann Technologie GmbH), das Fräs- und Bohrvorgänge an den Verbundpressteilen ausführt, sowie einer Metris LK Schienen-Koordinatenmessanlage (CMM) zur Prüfung der Teile. Die Verbindung der DST- mit der Metris-Maschine und das Management des gesamten FMS obliegen einem computergesteuerten System von Fastems, das mehr als 20 Maschinen- und Werkstückpaletten durch die Fertigungszelle bewegt, bei Nichtverwendung lagert und die Fertigung gemäß dem Produktionsplan steuert.

Mit Paletten, die 3,3 x 2,3 m messen und im beladenen Zustand bis zu 8,2 Tonnen wiegen, handelt es sich hier um eine außergewöhnliche Fertigungsanlage. Was sie jedoch besonders bemerkenswert – wenn nicht einmalig – macht, ist die Vakuumeinrichtung, die nicht nur in sämtliche Paletten, sondern auch in jede Station des FMS, welche die Paletten durchlaufen, eingebaut ist.

Dank dieser Einrichtung lässt sich eine biegsame Carbonfaserverkleidung auf das passende 3D-Profil der maßgeschneiderten palettenmontierten Vorrichtung aufspannen und während des gesamten Fertigungsprozesses durch Vakuum festhalten. Damit werden unerwünschte Prozessvariablen eliminiert.

Die Grenzen der Technologie überschreiten

Derek Holden, Projektmanager bei BAE Systems, bemerkt: „Das Verhältnis zu den Anbietern der Ausrüstungen, einschließlich des Herstellers der temperaturgeregelten Kabine, in der das FMS untergebracht ist, war äußerst wichtig für den Erfolg des Projekts. Alle haben als Team mit unseren Konstruktions- und Fertigungsingenieuren zusammengearbeitet, wobei jeder Einzelne für seine Aufgaben und das Erreichen der Ziele verantwortlich war.“

„Das finnische Unternehmen Fastems ist weltweit führend auf dem Gebiet der FMS-Logistik, aber mit dieser Anlage musste sich selbst diese Firma in die Grenzbereiche der Technologie vorwagen“, führt Holden aus..

Die äußerst hohe Genauigkeit der auf dieser Anlage hergestellten Teile gewährleistet, dass die Heck- und Leitwerksbaugruppen den hohen Anforderungen der Konstruktion entsprechen – insbesondere hinsichtlich der Austauschbarkeit. Dies sorgt für einwandfreie Übergänge zwischen den aneinandergefügten Teilen bei der Endmontage des Flugzeugs. Darüber hinaus passen vor Ort ausgetauschte Verkleidungen damit auf Anhieb, was Nacharbeiten vermeidet und die Ausfallzeit für die Instandhaltung minimiert.

Bewährte Zuverlässigkeit

In Samlesbury sind zwei weitere FMS von Fastems in Betrieb, in die Mitsui Seiki- und Makino-Bearbeitungszentren eingebunden sind; das Erstere stammt aus dem Jahr 1997. Beide Systeme arbeiten äußerst zuverlässig. Sie produzieren strukturelle Aluminium- und Titanteile für das F35 Lightning II Programm sowie für den Eurofighter Typhoon und den Airbus.

Die Phase 1 des Projekts, die im Mai 2005 abgeschlossen wurde, umfasste die Errichtung eines Raums in der Größe von 45 x 18 x 9 m mit einer auf 20 ± 1 ºC geregelten Temperatur sowie die Installation der DST- und der Metris-Maschine.

DST lieferte ein Maschinenbettsystem für den Transport der aufgespannten Teile in die Werkzeugmaschine unter konstantem Vakuum und ein identisches System für den Transport in die CMM mit einer sehr hohen Wiederholgenauigkeit. Gleichzeitig wurden die Fundamente zur Aufnahme des Fastems-Systems in Phase 2 vorbereitet, die im Folgejahr begann und nach 12 Monaten abgeschlossen wurde.

Fastems steigert die Performance

Mit der Erhöhung der Stückzahlen der Verkleidungen wurden für BAE Systems die Beschränkungen des Maschinenladeverfahrens der Phase 1 und deren Auswirkungen auf die effiziente Maschinenauslastung offensichtlich. Um den Nachteilen des Aufspann-/Palettensystems entgegenzuwirken, entschied man sich für die vorzeitige Einführung der Phase 2 des Fastems-Systems.

Damit wurde erreicht, dass sich die Maschinenauslastung von 60 bis auf etwa 90 Prozent erhöhte, woraus sich im Vergleich zum manuellen Palettentransport ein um 50 Prozent höherer Ausstoß der Maschine ergab.

Im Rahmen der Erweiterung des Projekts von der geringen Anfangs- bis zur vollen Produktion werden weitere Bearbeitungszentren und Messanlagen in das FFS eingebunden, das schon von Beginn an für künftige Erweiterungen ausgelegt war. Weitere Maschinen und Ladestationen lassen sich an beide Enden der Anlage anfügen, woraus dank der größeren Länge der Anlage auch eine größere Anzahl von Palettenstationen resultiert.

Des Weiteren ließe sich die Kapazität auch ohne eine Verlängerung des Systems durch ein zweites Drei-Ebenen-Regal mit Palettenstationen, das hinter das vorhandene Regal gesetzt wird, um bis zu 100 % steigern. Das schienengeführte, dreiachsige CNC-Regalbediengerät, das die gesamte Länge der Anlage durchläuft, ist in der Lage, Paletten beidseitig zu handhaben.

Das Fastems-System verfügt derzeit über 30 Palettenpositionen – zwei mit 700 mm Höhe, zwölf mit 1100 mm Höhe und sechzehn mit 1500 mm Höhe, um mit unterschiedlich hohen Beladungen arbeiten zu können. Neben den beiden Ladestationen gibt es eine dritte Schnittstelle zum System. Diese ermöglicht, ein bearbeitetes Teil kurz auszuwerfen, sodass es vor der Weitergabe an die Prüfung von einem Bediener gesäubert und von Carbonfaserspänen befreit werden kann.

Volle Kontrolle mit dem FMS

Zur Steuerung der effizienten Produktion mit geringen Losgrößen innerhalb des FMS dient die auf Windows basierende MMS-Software (Manufacturing Management System) von Fastems. Deren Hauptfunktion ist die Steuerung des Regalbediengeräts und der automatischen Palettentransfers zwischen den Lagerpositionen, den Ladestationen, der Reinigungsstation und den Maschinen.

Die Arbeitsplanung beruht auf dem FIFO-Prinzip, das jedoch vom Bediener übersteuert werden kann. Wird eine Palette von einer Ladestation in das System geschickt, wird ihr ein Fertigungsablauf zugeordnet, und das System steuert automatisch die festgelegte Abfolge der Schritte und gewährleistet, dass das entsprechende NC-Programm heruntergeladen wird, wenn die Palette die DST- bzw. die Metris-Maschine erreicht.

Das Hauptfenster der Steuerung zeigt ein Schema des Systems, auf dem durch Farben und Symbole der Echtzeitstatus aller FMS-Komponenten dargestellt wird. Der Status jeder Palette innerhalb des Systems lässt sich jederzeit überprüfen. Das MMS-Protokoll verzeichnet alle Ereignisse, Warnungen und Alarmmeldungen. Über eine Modemverbindung und einen sicheren Switch ist eine Ferndiagnose von Finnland aus möglich.

Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich der Steifheit und der Festigkeit sowie ihres geringen Gewichts wird Carbonfaser schon seit vielen Jahren im Flugzeugbau eingesetzt. Dank seiner Erfahrungen und führenden Rolle auf dem Gebiet der Fertigung und der Integration der entsprechenden FMS-Systeme liegt auch Fastems weltweit an der Spitze.