Fallstudie zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung bei der Verwaltung der Aus- und Rückgabe hochwertiger Schneidwerkzeuge im Dreischichtbetrieb einer Fertigungshalle mithilfe eines intelligenten Werkzeugschranks

In der zerspanenden Industrie, im Werkzeugbau und in der Automobilzulieferindustrie wird in CNC-Bearbeitungswerkstätten üblicherweise im Dreischichtbetrieb gearbeitet. Hochwertige Schneidwerkzeuge wie Hartmetallfräser, Bohrer, Reibahlen und Formwerkzeuge zeichnen sich durch hohe Stückpreise, eine große Vielfalt und eine hohe Nutzungshäufigkeit aus. Im Rahmen der herkömmlichen manuellen Buchführung müssen die Mitarbeiter bei den häufigen Schichtwechseln Werkzeuge ausleihen und zurückgeben, was leicht zu Problemen wie Werkzeugverlust, Verwechslungen, ungenutzten Beständen, übermäßiger Abnutzung und Schwierigkeiten bei der Bestandsaufnahme führt. Dies führt zu anhaltend hohen Beschaffungskosten für Werkzeuge, gleichzeitig nimmt die Überprüfung bei Schichtwechseln viel Produktionsnebenzeit in Anspruch und führt sogar zu Stillständen von CNC-Maschinen aufgrund fehlender Werkzeuge.Intelligenter WerkzeugschrankAuf der Grundlage von RFID-Erkennung, Zugriffskontrolle, automatischer Protokollierung und Bestandswarnfunktionen sowie durch die Anbindung an MES-/ERP-Systeme werden die selbstständige Ausleihe und Rückgabe hochwertiger Schneidwerkzeuge, die automatische Buchführung und die Rückverfolgung des Lebenszyklus realisiert, wodurch eine Anpassung an den ununterbrochenen 24-Stunden-Dreischichtbetrieb in der Fertigung ermöglicht wird. In diesem Artikel werden drei Fallbeispiele von Zerspanungsunternehmen mit Dreischichtbetrieb herangezogen. Dabei werden quantitative Kennzahlen wie die Effizienz der Werkzeugausgabe, die Werkzeugverschleißrate, die Verlustrate, der Zeitaufwand für die Bestandsaufnahme sowie die Leerlaufzeiten der Werkzeugmaschinen vor und nach der Umstellung verglichen und analysiert.Intelligenter WerkzeugschrankDie Verwaltungslogik und Mechanismen zur Kostensenkung im Rahmen der Mehrschichtproduktion sowie die wichtigsten Punkte und Anwendungsgrenzen der Projektumsetzung werden aufgezeigt, um praktische Anhaltspunkte für die digitale Verwaltung hochwertiger Schneidwerkzeuge in Werkstätten mit kontinuierlicher Mehrschichtproduktion zu liefern.

I. Einleitung

In der Fertigung von Präzisionsteilen, Formen und Automobilkomponenten kommen in CNC-Bearbeitungswerkstätten üblicherweiseDreischichtbetrieb mit 24-Stunden-Durchlaufproduktion, um die Auslastung der Werkzeugmaschinen zu maximieren. Hochwertige Schneidwerkzeuge sind als zentrale Verbrauchsmaterialien von großer Bedeutung; die Stückpreise für Hartmetallwerkzeuge und maßgefertigte Formwerkzeuge reichen von mehreren hundert bis zu mehreren tausend Yuan, wobei einige maßgefertigte Spezialwerkzeuge Preise von bis zu zehntausend Yuan erreichen können. Die Palette der Schneidwerkzeuge ist äußerst vielfältig und umfasst Fräser, Bohrer, Gewindebohrer, Reibahlen, Schneideinsätze und Schaftbaugruppen; in einer einzigen Werkstatt kann die Anzahl der SKUs mehrere Hundert oder sogar mehrere Tausend betragen.

Das herkömmliche Modell der Werkzeugverwaltung stützt sich darauf, dass der Werkzeugverwalter die Aus- und Rückgabe manuell in Papierregistern oder Excel-Tabellen erfasst. Der Dreischichtbetrieb führt zu häufigen Übergaben: Die Tagschicht entnimmt die Werkzeuge, die Nachtschicht gibt sie zurück und die Mittschicht entnimmt sie erneut. Aufgrund des häufigen Personalwechsels kann der Verwalter nicht rund um die Uhr vor Ort sein. Daraus ergeben sich eine Reihe von Verwaltungsproblemen:

1. Die Abholung erfolgt gebündelt während der Schichtwechselzeiten, die manuelle Registrierung erfolgt in Warteschlangen, und die CNC-Bediener warten auf Werkzeuge, was zu Leerlaufzeiten der Maschinen führt;
2. Bei der manuellen Erfassung kann es leicht zu Auslassungen oder Fehlern kommen, sodass der Verbleib der Werkzeuge unklar ist, diese verloren gehen und die Verantwortlichen nicht ermittelt werden können;
3. Es werden neue und alte Werkzeuge gemischt verwendet; es gibt keine verbindlichen Vorschriften für die Ausgabe, sodass die Bediener nach Belieben neue Werkzeuge entnehmen, während alte, nachschleifbare Werkzeuge ungenutzt bleiben, was zu anhaltend hohen Kosten für den Werkzeugverbrauch führt;
4. Bei der Bestandsaufnahme muss die Produktion unterbrochen werden, um eine zentrale Zählung durchzuführen, was zeitaufwendig und mühsam ist, und Abweichungen lassen sich nur schwer zurückverfolgen;
5. Da die Überwachung der Einsatzhäufigkeit der Schneidwerkzeuge fehlt und diese über ihre Lebensdauer hinaus verwendet werden, kann dies leicht zu Qualitätsmängeln wie der Verschrottung von Werkstücken oder Kollisionen der Schneidwerkzeuge mit der Werkzeugmaschine führen;
6. Bei der Schichtübergabe zwischen der dritten Schicht kommt es zu Informationslücken: Die Mitarbeiter der Nachtschicht haben keinen Echtzeit-Zugriff auf die Informationen zum Werkzeugbestand, über die die Administratoren der Tagschicht verfügen, was leicht zu doppelten Bestellungen und damit zu einem Überbestand an Werkzeugen führen kann.

Einige Unternehmen versuchen, die Zahl der Werkzeugverwalter zu erhöhen, doch der Dreischichtbetrieb erfordert den Einsatz mehrerer Verwalter, was zu steigenden Personalkosten führt und die Probleme der Datenverzögerungen in den manuellen Bestandslisten sowie der schwierigen Rückverfolgbarkeit nicht grundlegend löst. Groß angelegte Automatisierungslösungen wie AGV-Werkzeuglager erfordern hohe Investitionen und viel Platz, was für viele kleine und mittlere Bearbeitungsbetriebe aufgrund begrenzter Räumlichkeiten und Budgets nicht realisierbar ist.

Intelligenter WerkzeugschrankAls Teil einer Lösung für die schlanke, digitale Verwaltung in der Fertigung sind in den Schränken RFID-Erkennungsmodule, elektronische Schlösser und Touchscreen-Terminals integriert, die mit den MES- und ERP-Systemen der Fertigung verbunden sind. Die Bediener können mithilfe ihrer Mitarbeiterkarte und per Gesichtserkennung selbstständig Werkzeuge ausleihen und zurückgeben, wobei das System automatisch den Entleiher, den Zeitpunkt, die Werkzeugnummer sowie die Lebensdauer des Werkzeugs erfasst. Das System ist rund um die Uhr verfügbar und eignet sich perfekt für Werkstätten mit ununterbrochener Dreischichtproduktion. Es ermöglicht die unbeaufsichtigte Ausleihe und Rückgabe hochwertiger Schneidwerkzeuge sowie die Nachverfolgung ihrer Lebensdauer und die Frühwarnung bei Bestandsengpässen.

In der Praxis haben jedoch einige Unternehmen die Lösung eingeführtIntelligenter WerkzeugschrankDass die Kosteneinsparungen hinter den Erwartungen zurückblieben, liegt daran, dass sich das Projekt ausschließlich auf die Beschaffung von Hardware konzentrierte, ohne die Abläufe bei der Schichtübergabe im Dreischichtbetrieb, den Umlauf der zu schleifenden Werkzeuge und die Lebensdauerüberwachung in die Prozessumgestaltung einzubeziehen. In diesem Artikel wird anhand von Fallbeispielen dreier Unternehmen, die im Dreischichtbetrieb kontinuierlich zerspanen, eine quantitative Analyse durchgeführt.Intelligenter WerkzeugschrankKostensenkungs- und Effizienzsteigerungsmaßnahmen im Management hochwertiger Schneidwerkzeuge – Zusammenfassung der Methodik zur Umsetzung in Werkstätten mit Mehrschichtbetrieb.

II. Funktionsweise des intelligenten Werkzeugschranks und seine zentrale Bedeutung für den Dreischichtbetrieb

(1) Grundlegende Funktionsweise eines intelligenten Werkzeugschranks

Intelligenter WerkzeugschrankIntegriertes RFID-Lese-/Schreibmodul, eigenständiges elektronisch gesteuertes Fach, industrieller Touchscreen, Kommunikationsmodul. Jedes hochwertige Schneidwerkzeug ist mit einem eindeutigen RFID-Tag verknüpft und in der Werkzeugdatei erfasst, die Informationen wie Werkzeugmodell, Anschaffungspreis, Lebensdauer, geeignete Werkzeugmaschinen, Anzahl der Nachschleifvorgänge und Lagerbestand enthält. Die Daten werden mit dem hinterlegten Werkzeugmanagementsystem synchronisiert und können mit MES- und ERP-Systemen verknüpft werden.

Der Mitarbeiter in der Werkstatt meldet sich über die Karte oder per Gesichtserkennung im System an, wählt das gewünschte Werkzeug aus, woraufhin das System die Berechtigungen, den Lagerbestand und den Lebensdauerstatus überprüft; das entsprechende Fach wird automatisch entriegelt. Nach Entnahme des Werkzeugs wird die Schranktür geschlossen, und das System erstellt automatisch einen Entnahmeeintrag. Nach Beendigung der Nutzung wird das Werkzeug an den entsprechenden Platz zurückgelegt und die Schranktür geschlossen. Das RFID-System erkennt die Rückgabe automatisch, erstellt automatisch einen Rückgabebeleg, erfasst die Nutzungsdauer und aktualisiert gleichzeitig die verbleibende Lebensdauer des Werkzeugs.

Alle Ausleih- und Rückgabedaten werden dauerhaft gespeichert und können nachträglich abgerufen werden; sobald der Lagerbestand unter den Sicherheitsschwellenwert fällt, sendet das System automatisch eine Benachrichtigung zur Nachbestellung; wenn ein Werkzeug seine voreingestellte Lebensdauer erreicht hat, sperrt das System die weitere Entnahme und erzwingt die Einsendung zur Reparatur oder die Verschrottung.

(2) Wesentliche Vorteile für den dreischichtigen Dauerbetrieb

1. 24-Stunden-Selbstbedienung beim Ausleihen und Zurückgeben – Beseitigung von Engpässen beim Schichtwechsel Es ist kein Werkzeugverwalter vor Ort erforderlich; die Bediener der Früh-, Spät- und Nachtschicht können Werkzeuge jederzeit selbstständig ausleihen und zurückgeben. Dadurch werden Probleme wie das Fehlen eines Verwalters in der Nachtschicht und Warteschlangen bei der Werkzeugausgabe während des Schichtwechsels gelöst und die Wartezeiten der Werkzeugmaschinen auf Werkzeuge verkürzt.
2. Klare Zuständigkeiten, lückenlose Rückverfolgbarkeit des gesamten Prozesses Jeder Ausleih- und Rückgabevorgang ist an die Personalnummer des Mitarbeiters gebunden. Während des Schichtwechsels der Mitarbeiter in drei Schichten lässt sich der Weg der Werkzeuge lückenlos zurückverfolgen, wodurch die Probleme des traditionellen Modells – wie der Verlust von Werkzeugen bei der Schichtübergabe und die Unmöglichkeit, die Verantwortung zuzuweisen – gelöst werden.
3. Kontrolle der Standzeit von Schneidwerkzeugen, Verhinderung übermäßiger Entnahme Das System erfasst die Anzahl der Einsätze der Werkzeuge, verhindert die Auslieferung von Werkzeugen, deren Lebensdauer überschritten ist, und empfiehlt vorrangig die Entnahme von Werkzeugen, die geschliffen und wiederverwendet werden können, um den unnötigen Verbrauch neuer Werkzeuge zu reduzieren und die Ausgaben für den Werkzeugeinkauf zu senken.
4. Automatische Buchführung, Echtzeit-Datenaustausch über Schichten hinweg Mitarbeiter der Früh-, Spät- und Nachtschicht können auf dieselben Echtzeit-Bestandsdaten zugreifen, wodurch Informationslücken zwischen den Schichten, die bei der Verwendung von Excel-Tabellen entstehen, beseitigt werden und doppelte Beschaffungen sowie Lagerüberhänge vermieden werden.
5. Einfache Installation, geringer Platzbedarf in der Werkstatt Der intelligente Werkzeugschrank kann direkt in der Nähe der CNC-Werkstatt und in unmittelbarer Nähe der Bearbeitungsmaschinen aufgestellt werden, wodurch sich die Wegezeiten der Bediener zum und vom Werkzeuglager verkürzen; umfangreiche bauliche Umbauten sind nicht erforderlich, und die Implementierungsdauer ist kurz.
6. Anbindung an das MES, Verknüpfung von Produktions- und Werkzeugdaten In MES werden Werkzeuge mit Arbeitsaufträgen verknüpft. Bei der Freigabe eines Produktionsauftrags werden die benötigten Werkzeuge automatisch vorgeschlagen, und der Bediener entnimmt sie gemäß dem Arbeitsauftrag. Auf diese Weise wird eine Rückverfolgbarkeit zwischen Arbeitsauftrag, Werkstück und Werkzeug gewährleistet, was die Analyse von Qualitätsproblemen erleichtert.

III. Anwendungsbeispiele für intelligente Werkzeugschränke in der dreischichtigen Fertigungshalle und die damit verbundenen Kosteneinsparungen und Effizienzsteigerungen

Fallbeispiel 1: CNC-Bearbeitungsunternehmen für Automobilteile – Umstrukturierung der Verwaltung hochwertiger Hartmetallwerkzeuge in einer Werkhalle mit Dreischichtbetrieb

Hintergrund des Projekts

Das Unternehmen stellt Präzisionsbauteile für Fahrzeugfahrwerke her. In der Fertigungshalle sind 18 CNC-Werkzeugmaschinen im Einsatz, die im Dreischichtbetrieb rund um die Uhr in Dauerbetrieb laufen. In der Fertigung werden etwa 420 verschiedene SKUs hochwertiger Schneidwerkzeuge verwendet, darunter vor allem Formfräser, Bohrer und Werkzeugaufnahmen aus Hartmetall; die jährlichen Beschaffungskosten für Schneidwerkzeuge belaufen sich auf durchschnittlich etwa 1,9 Millionen Yuan. Vor der Umstrukturierung waren zwei Werkzeugverwalter beschäftigt, die jedoch nur während der Tagschicht im Dienst waren; für die Spät- und Nachtschicht gab es keine festangestellten Verwalter. Bisherige Probleme:

1. Die Bediener der Mittags- und Nachtschicht sind darauf angewiesen, dass der Verantwortliche der Tagschicht die Werkzeuge im Voraus bereitstellt. Bei Schichtwechseln bilden sich lange Warteschlangen bei der Ausgabe, und im Durchschnitt entstehen monatlich insgesamt etwa 42 Stunden Stillstandzeit der Werkzeugmaschinen aufgrund fehlender Werkzeuge;
2. In den manuell geführten Bestandslisten kommen häufig Eintragungslücken vor, und es kommt zu Übergaben zwischen Schichten. Jährlich entstehen durch den Verlust von Werkzeugen und deren unbekannten Verbleib direkte Verluste in Höhe von etwa 110.000 Yuan;
3. Die Bediener neigen dazu, direkt neue Werkzeuge zu entnehmen, während alte Werkzeuge, die nachgeschliffen werden könnten, ungenutzt bleiben, was zu einer überdurchschnittlich hohen tatsächlichen Verschleißrate der Werkzeuge führt;
4. Für die monatliche Bestandsaufnahme der Schneidwerkzeuge müssen die Mitarbeiter der Tagschicht die Produktion unterbrechen und Überstunden leisten. Die Bestandsaufnahme dauert zwei Tage, der Abgleich der Schneidwerkzeuge über verschiedene Schichten hinweg ist schwierig, und die Rückverfolgung von Abweichungen ist mit einem enormen Arbeitsaufwand verbunden.

Umrüstungskonzept für intelligente Werkzeugschränke

Einrichtung mehrerer AnschlüsseIntelligenter Werkzeugschrank, im mittleren Bereich der CNC-Werkstatt aufgestellt und an das MES-System der Werkstatt angebunden. Alle hochwertigen Schneidwerkzeuge sind mit RFID-Etiketten versehen, wodurch ein Lebenszyklusprofil für jedes Werkzeug erstellt wird, in dem die einmalige Lebensdauer und die maximale Anzahl der Nachschliffe erfasst werden. Die Bediener melden sich mit ihrer Mitarbeiterkarte an, um Werkzeuge selbstständig auszuleihen und zurückzugeben; das System legt Ausgaberichtlinien fest und empfiehlt vorrangig alte, nachschleifbare Werkzeuge; sobald ein Werkzeug die Lebensdauerschwelle erreicht, sperrt das System die Ausgabe. Die Administratoren der Tagschicht sind nur noch für die Einlagerung, die Rücknahme geschliffener Werkzeuge und die Bestandsauffüllung zuständig; die tägliche Registrierung von Aus- und Rückgaben erfolgt nicht mehr durch sie; in der Spät- und Nachtschicht erfolgt der gesamte Vorgang selbstständig. Das Projekt wurde schrittweise eingeführt, ohne den Dreischichtbetrieb zu unterbrechen; die gesamte Umsetzungsdauer betrug 26 Tage.

Vergleich der Kennzahlen vor und nach der Umgestaltung

Vor der Umstellung: Jährliche Ausgaben für den Einkauf von Schneidwerkzeugen in Höhe von 1,9 Millionen Yuan; monatliche Gesamtstillstandszeit der Werkzeugmaschinen von 42 Stunden; jährliche Verluste durch den Verlust von Schneidwerkzeugen in Höhe von etwa 110.000 Yuan; monatliche Bestandsaufnahme durch 2 Mitarbeiter × 2 Tage; manuelle Erfassung, keine automatische Überwachung der Lebensdauer der Schneidwerkzeuge. Intelligenter WerkzeugschrankNach der Inbetriebnahme:

1. Die Beschaffungskosten für Schneidwerkzeuge sanken um 18%, was zu jährlichen Einsparungen bei den Beschaffungskosten von etwa 342.000 Yuan führt;
2. Die durch Werkzeugprobleme verursachten monatlichen Stillstandzeiten der Werkzeugmaschinen wurden auf 6 Stunden gesenkt, wodurch sich die Anlagenauslastung deutlich verbessert hat;
3. Das Problem des Werkzeugverlusts wurde weitgehend beseitigt, und die jährlichen Verluste durch Werkzeugverlust wurden auf unter 0,4 万元 gesenkt;
4. Die monatliche Bestandsaufnahme wird automatisch vom System erfasst, wodurch sich der Zeitaufwand für die Bestandsaufnahme um 901 TP3T verringert hat; es sind nur noch wenige Stichproben vor Ort erforderlich;
5. Der Schwerpunkt der Arbeit der Administratoren verlagert sich von der Erfassung von Aus- und Rückgaben hin zur Einlagerung von Schneidwerkzeugen, der Verwaltung von Schleifarbeiten und der Analyse von Abweichungen, wodurch sich wiederholende Buchhaltungsaufgaben reduziert werden.

Zusammenfassung des Projekts: Intelligenter WerkzeugschrankDas Problem der unbeaufsichtigten Nachtbetriebe in der Dreischichtproduktion wird gelöst, indem durch Lebensdauerüberwachung die Wiederverwendung von nachschleifbaren Werkzeugen erzwungen und so der Verbrauch neuer Werkzeuge gesenkt wird; da die Verantwortung für die Ausleihe und Rückgabe an bestimmte Personen gebunden ist, wird der Verlust von Werkzeugen erheblich reduziert. Die Administratoren müssen nicht mehr rund um die Uhr vor Ort sein, sondern sind lediglich für die Nachbestellung und das Nachschleifen der Werkzeuge zuständig. Dadurch sinken die Personalkosten, und gleichzeitig werden Produktionsausfälle aufgrund von Maschinenstillstand reduziert.

Fallbeispiel 2: Kleine und mittlere Werkzeugbaubetriebe – Umstrukturierung der Werkzeugverwaltung in der CNC-Werkzeugfertigung im Dreischichtbetrieb

Hintergrund des Projekts

Werkzeugbauunternehmen mit 8 CNC-Maschinen, Dreischichtbetrieb, Bearbeitung von Kunststoffformkavitäten, große Mengen an maßgefertigten, hochwertigen Formwerkzeugen, ca. 260 Werkzeug-SKUs; die maßgefertigten Formwerkzeuge zeichnen sich durch hohe Stückpreise und einen hohen Spezialisierungsgrad aus, wobei der Preis für einen Formfräser mehrere tausend Yuan erreichen kann. Vor der Umstellung gab es nur einen Werkzeugverwalter (Tagschicht); die Ausgabe von Werkzeugen in der Nachtschicht erfolgte anhand von Einträgen im Übergabeprotokoll. Bisherige Probleme:

1. Die Aufgaben bei der Werkzeugbearbeitung sind sehr abwechslungsreich. Wenn in der Nachtschicht kurzfristig der Bearbeitungsplan geändert wird, können die Werkzeuge nicht schnell genug beschafft werden, was zu Produktionsstillständen führt;
2. Da nur wenige maßgefertigte Spezialwerkzeuge zur Verfügung stehen und diese zwischen den Arbeitsgruppen ausgeliehen werden, kommt es häufig zu verspäteten Rückgaben, falscher Ablage und zeitaufwändiger Suche nach den Werkzeugen;
3. In manuellen Aufzeichnungen lässt sich die Anzahl der Nachschliffe nicht nachverfolgen; bei einigen Werkzeugen verschlechtert sich die Leistung nach mehrmaligem Nachschliff, was zur Ausschussproduktion führt;
4. Bei handschriftlichen Aufzeichnungen bei Schichtwechseln gehen Informationen leicht verloren, und die Bestandsaufnahme der Schneidwerkzeuge ist schwierig.

Umrüstungskonzept für intelligente Werkzeugschränke

Auswahl eines separaten FachsIntelligenter Werkzeugschrank, Anbindung an die vereinfachte MES-Version. Maßgeschneiderte Spezialwerkzeuge werden einzelnen Lagerplätzen zugeordnet, wobei jedes Werkzeug mit einem RFID-Etikett versehen ist, um die Anzahl der Schleifvorgänge und die Bearbeitungsaufträge zu erfassen. Die Bediener können die Werkzeuge selbstständig per Kartenscan ausleihen und zurückgeben; das System verhindert die Auslagerung von Werkzeugen, deren maximale Schleifhäufigkeit überschritten wurde. Mitarbeiter der Nachtschicht können den Bestand jederzeit abfragen und Werkzeuge selbstständig entnehmen; die Ausleih- und Rückgabedaten werden automatisch gespeichert, was die Rückverfolgung über Schichtgrenzen hinweg erleichtert.

Vergleich der Kennzahlen vor und nach der Umgestaltung

Vor der Umstellung: Monatlich fielen 2 bis 3 Werkstücke aufgrund von Werkzeugproblemen als Ausschuss an; die Wartezeit für die Materialausgabe in der Nachtschicht betrug durchschnittlich 25 Minuten; die vierteljährliche Bestandsaufnahme erforderte 1,5 Tage Überstunden seitens der Verwaltungsmitarbeiter; Werkzeuge, die zwischen den Arbeitsschichten ausgeliehen wurden, wurden häufig nicht fristgerecht zurückgegeben. InbetriebnahmeIntelligenter WerkzeugschrankErgebnisse: Rückgang der Ausschussrate bei Werkstücken aufgrund überdurchschnittlicher Standzeiten der Werkzeuge um 851 TP3T; Verkürzung der Wartezeit bei der Materialentnahme in der Nachtschicht auf unter 1 Minute; Reduzierung des Arbeitsaufwands für die vierteljährliche Bestandsaufnahme um 881 TP3T; das System gibt Warnmeldungen bei verspäteter Rückgabe von Werkzeugen aus, und der gesamte Transfer zwischen den Arbeitsteams ist lückenlos nachverfolgbar.

Zusammenfassung des Projekts: Die maßgefertigten Werkzeuge in der Werkzeugbauwerkstatt sind sehr wertvoll und hochspezialisiert, was im Dreischichtbetrieb leicht zu Unklarheiten beim Durchlauf führen kann.Intelligenter WerkzeugschrankDurch die Echtzeit-Visualisierung des Werkzeugzustands lassen sich die Schleifintervalle steuern, die durch Werkzeugverschleiß verursachten Ausschussraten bei der Formbearbeitung senken und die Verluste durch Nacharbeiten an hochwertigen Formen reduzieren.

Fallbeispiel 3: Fertigungsbetrieb für Baumaschinenkomponenten – Zentralisierte Verwaltung der Schneidwerkzeuge in einer großen CNC-Werkstatt im Dreischichtbetrieb

Hintergrund des Projekts

Fertigungsbetrieb für Baumaschinenkomponenten mit 26 CNC-Maschinen im Dreischichtbetrieb. In der Fertigung werden vorwiegend hochwertige Schneidplatten, Bohrer mit großem Durchmesser und verlängerte Fräser hergestellt; das Sortiment umfasst etwa 550 Artikel (SKUs). Das ursprüngliche Werkzeuglager der Werkstatt lag weit von den Maschinen entfernt, sodass die Bediener viel Zeit mit dem Hin- und Herlaufen zum Lager verloren. Da die Mitarbeiter aller drei Schichten immer wieder zum Lager gehen mussten, um Werkzeuge zu holen, ging viel effektive Arbeitszeit verloren; die Werkzeugbestände wurden über Excel verwaltet und von der Tagschicht aktualisiert, sodass die Mitarbeiter der Spät- und Nachtschicht keinen Echtzeit-Einblick hatten und es häufig zu doppelten Bestellungen kam. Bisherige Probleme:

1. Das Werkzeuglager befindet sich weit entfernt von den Werkzeugmaschinen, sodass die Bediener hin- und herlaufen müssen, um Werkzeuge zu holen. Ein solcher Hin- und Rückweg dauert 8 bis 12 Minuten; bei drei Schichten summiert sich die Zeit für unnötige Wege täglich auf einen enormen Wert;
2. Die Excel-Bestandsliste ist über die Schichten hinweg nicht synchronisiert, es kommt zu Doppelbeschaffungen und es besteht ein hoher Bestand an ungenutzten Schneidwerkzeugen;
3. Es gibt keine Zugriffskontrolle bei der Entnahme, sodass jeder hochwertige Schneidwerkzeuge entnehmen kann, was ein hohes Verlustrisiko mit sich bringt.

Umrüstungskonzept für intelligente Werkzeugschränke

In unmittelbarer Nähe des Bearbeitungsbereichs aufstellenIntelligenter Werkzeugschrank, die häufig benötigten, hochwertigen Schneidwerkzeuge werden direkt in die Werkstatt vorverlegt. Das System ist mit dem ERP-System verbunden, sodass Bestandsdaten in Echtzeit synchronisiert werden und automatische Nachschubbenachrichtigungen für Sicherheitsbestände eingerichtet werden können. Die Zugriffsrechte werden nach Arbeitsplätzen vergeben, sodass die einzelnen Bediener nur Werkzeuge innerhalb ihres autorisierten Bereichs entnehmen dürfen. Die Bediener in den drei Schichten können die Werkzeuge in ihrer Nähe selbstständig ausleihen und zurückgeben, wodurch die Wege zum Werkzeuglager reduziert werden. Selten genutzte, geringwertige Standardklingen werden weiterhin im herkömmlichen Lager verwaltet.

Vergleich der Kennzahlen vor und nach der Umgestaltung

Vor der Umstellung: Ein Bediener benötigte für einen Hin- und Rückgang zum Holen eines Schneidwerkzeugs 8 bis 12 Minuten; es gab ungenutzte Lagerbestände an Schneidwerkzeugen, was zu einer hohen Kapitalbindung führte; für hochwertige Schneidwerkzeuge gab es keine Zugriffskontrolle. InbetriebnahmeIntelligenter WerkzeugschrankErgebnis: Die Zeit, die Bediener für die Entnahme von Schneidwerkzeugen benötigen, wurde auf unter 1 Minute verkürzt; der Lagerbestand wird schichtübergreifend in Echtzeit geteilt, wodurch der Bestand an ungenutzten Schneidwerkzeugen um 321 TP3T gesenkt wurde; durch eine stufenweise Zugriffskontrolle für hochwertige Schneidwerkzeuge wird die unbefugte Entnahme verhindert, wodurch das Risiko des Verlusts von Schneidwerkzeugen erheblich verringert wurde.

Zusammenfassung des Projekts: 把Intelligenter WerkzeugschrankDurch die Aufstellung direkt neben der Werkzeugmaschine wird der ineffiziente Zeitaufwand vermieden, der entsteht, wenn die Mitarbeiter in drei Schichten Werkzeuge aus großer Entfernung holen müssen; die Echtzeit-Bestandsübersicht beseitigt Informationslücken zwischen den Schichten, reduziert den Überhang an ungenutzten Werkzeugen und setzt Betriebskapital frei.

IV. Analyse des Mechanismus zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung durch den Einsatz intelligenter Werkzeugschränke in einer Produktionshalle mit Dreischichtbetrieb

Unter Berücksichtigung der drei Fallbeispiele,Intelligenter WerkzeugschrankDer Wert liegt nicht nur in der “selbstständigen Ausleihe und Rückgabe”, sondern in den umfassenden Vorteilen, die sich aus fünf Bereichen ergeben: Personalkosten, Kosten für die Beschaffung von Schneidwerkzeugen, Auslastungsgrad der Werkzeugmaschinen, Qualitätsverluste und Kapitalbindung durch Lagerbestände.

1. Einsparung von Personalkosten bei der Werkzeugverwaltung Bei einem Dreischichtbetrieb sind bei manueller Verwaltung mindestens 2 bis 3 Mitarbeiter im Schichtdienst erforderlich; der intelligente Werkzeugschrank ermöglicht die selbstständige Ausleihe und Rückgabe, sodass die Mitarbeiter nur während der Tagschicht für die Einlagerung, das Nachfüllen und das Nachschleifen der Werkzeuge zuständig sind. Dadurch lässt sich der Personalbedarf reduzieren und die Personalkosten senken.
2. Optimierung des Werkzeugverbrauchs und Senkung der Kosten für den Werkzeugkauf Das System erfasst die Standzeit der Werkzeuge und die Anzahl der Nachschleifvorgänge, priorisiert die Ausgabe wiederverwendbarer Werkzeuge und verhindert so den unkontrollierten Bezug neuer Werkzeuge; es verhindert den Verlust von Werkzeugen und reduziert zusätzliche Beschaffungen zur Lagerauffüllung. Dies ist der wichtigste direkte Nutzen des Projekts.
3. Steigerung der Auslastung von CNC-Werkzeugmaschinen und Verringerung von Produktionsausfällen Beseitigung der Wartezeiten bei der Werkzeugausgabe, die durch Schichtwechsel und das Fehlen von Bedienpersonal in der Nachtschicht entstehen, Reduzierung der Leerlaufzeiten der Werkzeugmaschinen, Steigerung der Anlagenleistung und Erhöhung der Produktionskapazität, ohne dass zusätzliche Werkzeugmaschinen angeschafft werden müssen.
4. Reduzierung von Ausschuss und Qualitätsrisiken bei Werkstücken Das System verhindert die Auslieferung von Werkzeugen, deren Lebensdauer überschritten ist oder die die zulässige Anzahl an Nachschliffe überschritten haben, wodurch durch Werkzeugverschleiß verursachte Ausschussware und Kollisionen mit dem Werkzeug reduziert und die Kosten für Nacharbeiten gesenkt werden.
5. Abbau von Lagerüberhängen, Freisetzung von Betriebskapital Die Früh-, Mittel- und Spätschicht tauschen Echtzeit-Bestandsdaten aus, um doppelte Bestellungen zwischen den verschiedenen Schichten zu vermeiden und den durch den Überbestand an hochwertigen Schneidwerkzeugen gebundenen Betriebskapitalbedarf zu reduzieren.

V. Analyse der Anwendungsgrenzen: In welchen Werkstätten mit Dreischichtbetrieb eignet sich der Einsatz intelligenter Werkzeugschränke?

Empfohlene Einsatzszenarien

1. In der Fertigungshalle wird im Dreischichtbetrieb rund um die Uhr CNC-Produktion betrieben; es gibt eine große Anzahl hochwertiger Schneidwerkzeuge mit hohen Stückpreisen;
2. Die Ausleihe und Rückgabe von Werkzeugen erfolgt häufig, und in der Nacht- und Mittagsschicht fehlen fest angestellte Werkzeugverwalter;
3. Es kommt häufig vor, dass Werkzeuge verloren gehen, die Übergabe zwischen den Arbeitsschichten unklar ist, die Lebensdauer der Werkzeuge nicht kontrolliert wird und Werkstücke als Ausschuss gelten;
4. Um unnötige Wege der Bediener zum Werkzeuglager zu reduzieren, sollen die Werkzeuge direkt im Bearbeitungsbereich bereitgestellt werden;
5. In der Fertigung ist bereits ein MES/ERP-System im Einsatz; es ist erforderlich, die Werkzeugdaten mit den Fertigungsaufträgen zu verknüpfen, um die Rückverfolgbarkeit der Qualität zu gewährleisten.

Nicht empfohlene Anwendungsfälle

1. Es handelt sich ausschließlich um Einwegklingen zu extrem niedrigen Preisen; der Stückpreis der Klingen ist äußerst gering, sodass das Verhältnis zwischen den Investitionen in RFID-Etiketten und Schränke und dem Ertrag nicht stimmt;
2. Es gibt nur sehr wenige Werkzeuge, die Ausleihhäufigkeit ist sehr gering, und die Anzahl der Ausleihen und Rückgaben pro Jahr ist sehr gering;
3. Die Messer sind zu groß, um in die Fächer des Schranks zu passen; daher eignet sich eine Kombination aus Messerhalter und RFID-Bestandserfassung.

Ergänzendes Lösungsportfolio: In Fällen, in denen in der Werkstatt gleichzeitig ein Bedarf an der kommissionierten Auswahl von Werkzeugen besteht, kannIntelligenter Werkzeugschrank(Selbstständige Ausleihe und Rückgabe von hochwertigen Werkzeugen) in Kombination mit PTL-Leuchtregalen (Massenvorbereitung von kostengünstigen Schneideinsätzen): Beide Systeme sind an dasselbe MES angebunden und ermöglichen so eine gestaffelte digitale Verwaltung von hochwertigen und kostengünstigen Werkzeugen.

VI. Wichtige Punkte bei der Umsetzung des Projekts „Intelligenter Werkzeugschrank“ in der Fertigungshalle der Schicht 3

Die Erfahrungen aus der praktischen Umsetzung zeigen, dass die Hardware lediglich die Grundlage bildet, während die Prozessgestaltung, die Etikettierungsverfahren und die Betriebsregeln für den Dreischichtbetrieb direkt über den Ertrag des Projekts entscheiden. Bei der Umsetzung sollte der Schwerpunkt auf den folgenden Punkten liegen.

1. Strategien für die abgestufte Verwaltung von Schneidwerkzeugen ausarbeiten und zwischen hochwertigen und minderwertigen Schneidwerkzeugen unterscheiden Lagern Sie nicht alle Schneidplatten im Schrank ein, sondern nehmen Sie vorrangig hochwertige, nachschleifbare Schneidwerkzeuge mit hohem Stückpreis in die Verwaltung des intelligenten Werkzeugschranks auf; minderwertige Einweg-Schneidplatten sollten weiterhin in gewöhnlichen Regalen gelagert werden, um die Projektkosten zu kontrollieren und die Kapitalrendite zu steigern.
2. Auswahl von RFID-Etiketten für Schneidwerkzeuge, geeignet für die Umgebungsbedingungen in der Werkstatt mit Ölverschmutzungen und Kühlschmierstoffen In der CNC-Werkstatt herrscht eine feuchte Umgebung, es gibt Schneidöl und Metallspäne, sodass gewöhnliche Papieretiketten sehr leicht beschädigt werden. Daher müssen ölbeständige RFID-Etiketten aus Metall verwendet werden, um eine langfristig stabile Erkennung unter den rauen Bedingungen in der Werkstatt zu gewährleisten.
3. Anbindung an das MES, Verknüpfung von Arbeitsaufträgen und Werkzeugen, Optimierung der Geschäftsregeln für den Dreischichtbetrieb Die Entwicklung der Schnittstelle wurde vorzeitig abgeschlossen; nach der Freigabe von Produktionsaufträgen werden die benötigten Werkzeuge automatisch vorgeschlagen; es wurden Warnmeldungen für die Rückgabe über Teamgrenzen hinweg eingerichtet, und bei verspäteter Rückgabe werden Benachrichtigungen versendet. Die SOP für den Schichtwechsel in drei Schichten wurde klar definiert: Das Werkzeugschranksystem dient als einziges Verzeichnis, sodass keine Papierunterlagen für den Schichtwechsel mehr benötigt werden.
4. Planung der Standorte der Schaltschränke: Aufstellung in unmittelbarer Nähe des Maschinenparks Intelligente Werkzeugschränke sollten vorrangig im zentralen CNC-Bereich aufgestellt werden, um die Wege der Bediener beim Entnehmen der Werkzeuge zu verkürzen und so deren Wegezeit so weit wie möglich zu reduzieren, anstatt sie in einem separaten Werkzeuglager zu konzentrieren.
5. Einstellung der Berechtigungsstufen, angepasst an die verschiedenen Positionen der Bediener Bedienern, Einstellern und Werkzeugverwaltern werden unterschiedliche Berechtigungen zugewiesen: Normale Bediener können Werkzeuge lediglich entnehmen, dürfen die Werkzeugdaten jedoch nicht ändern; Verwalter verfügen über Berechtigungen zur Erfassung von Einlagerungen, Ausmusterungen und Nachschliff, um Fehlbedienungen zu vermeiden.
6. Schulungen vor der Inbetriebnahme sowie Einrichtung von Mechanismen für Betrieb, Wartung und das Ersetzen von Etiketten Die Mitarbeiter der Früh-, Mittel- und Nachtschicht müssen eine Grundschulung für die Bedienung absolvieren; es ist ein Verfahren für den Austausch beschädigter oder verlorener Etiketten festzulegen; Schränke und Kartenlesegeräte sind regelmäßig zu überprüfen, um einen unterbrechungsfreien und stabilen Betrieb in allen drei Schichten zu gewährleisten.

VII. Schlusswort

In einer CNC-Bearbeitungshalle mit dreischichtiger Serienfertigung ist der größte Schwachpunkt des herkömmlichen manuellen Werkzeugmanagements, dassInformationslücken aufgrund von Schichtwechseln, Warteschlangen beim Ausleihen und Zurückgeben sowie unklare Zuständigkeiten… was zu vielfältigen versteckten Verlusten führt, darunter der Verlust hochwertiger Schneidwerkzeuge, übermäßiger Verschleiß, Stillstandzeiten der Werkzeugmaschinen und Ausschuss von Werkstücken.Intelligenter WerkzeugschrankAls Lösung zur Digitalisierung und Gewichtsreduzierung in der Fertigung stützt sich das System auf automatische RFID-Erkennung, selbstständige Ausleihe und Rückgabe sowie Lebenszyklusmanagement und bietet den Mitarbeitern der Früh-, Spät- und Nachtschicht einen unterbrechungsfreien 24/7-Service. Damit wird die Verwaltung von Schneidwerkzeugen von “manuellen Aufzeichnungen und persönlicher Überwachung” auf eine automatisierte Systemsteuerung umgestellt.

Wie aus zahlreichen praktischen Beispielen hervorgeht,Intelligenter WerkzeugschrankDie Vorteile beschränken sich nicht nur auf die Entlastung der Werkzeugverwalter; der Kernnutzen liegt in der Senkung der Werkzeugbeschaffungskosten, der Verringerung von Werkzeugverlusten, der Steigerung der Auslastung von CNC-Werkzeugmaschinen, der Reduzierung von Ausschuss sowie der Verringerung des Kapitalbedarfs durch Lagerüberbestände. Für Unternehmen in den Bereichen Zerspanung, Werkzeugbau und Automobilzulieferung, die im Dreischichtbetrieb produzieren, ist die Amortisationszeit in der Regel relativ kurz.

Intelligenter WerkzeugschrankDies ist keine Universallösung; es ist eine gestaffelte Verwaltung der Werkzeuge erforderlich: Hochwertige, nachschleifbare Werkzeuge sollten in Schränken aufbewahrt und verwaltet werden, während für minderwertige Verbrauchsmaterialien andere Lagerlösungen zum Einsatz kommen sollten. Unternehmen können je nach den betrieblichen Abläufen in der Werkstatt wählen,Intelligenter WerkzeugschrankKann eigenständig eingesetzt werden oder in Kombination mit dem PTL-Leuchtregal zur Kommissionierung eine digitale Verwaltungslösung für die Kombination von Hoch- und Niedrigwert-Schneidwerkzeugen bilden. Durch die Anbindung an MES-/ERP-Systeme wird eine lückenlose Rückverfolgbarkeit von Arbeitsaufträgen, Werkstücken und Schneidwerkzeugen gewährleistet.

Im Zuge der fortschreitenden Vertiefung der Lean-Produktion in der Fertigungsindustrie, in den Werkstätten mit dreischichtiger Durchlaufproduktion,Intelligenter WerkzeugschrankEs entwickelt sich zur führenden Lösung für das digitale Management hochwertiger Schneidwerkzeuge und unterstützt Fertigungsunternehmen dabei, eine präzise Kontrolle über ihren Werkzeugbestand zu erlangen, kontinuierlich Kosten zu senken und die Effizienz zu steigern sowie die allgemeine Produktionsstabilität in der Fertigung zu verbessern.