Kooperatives Tool Management -
Effiziente Aufgabenverteilung zwischen Werkzeuglieferanten und –anwendern auf Basis standardisierter Werkzeugdaten

Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Götz Marczinski
Dr.-Ing. Matthias Müller

1. Einleitung

Das Tool Management umfaßt alle Funktionen zur Steuerung der Ver- und Entsorgung von Werkzeugmaschinen mit Werkzeugen, also den gesamten Werkzeugkreislauf von der Werkzeugauswahl bis zur Entsorgung nach möglicherweise mehreren Aufbereitungsschritten (Bild 1). Der Begriff Betriebsmittelverwaltung beschreibt in diesem Zusammenhang die Funktionen zum Erfassen, Einlagern, Wiederfinden und Herausgeben von Werkzeugen aus systematisch organisierten Lagerstätten. Tool Management als Unternehmensfunktion auszuführen heißt, für den Werkzeugkreislauf Betriebmittelinformationen zu erfassen, zu analysieren und daraufhin Entscheidungen entsprechend betrieblicher Zielsetzungen zu treffen.

Bild 1: Werkzeugkreislauf

Kooperatives Tool Management findet dann statt, wenn innerbetrieblich getrennte Funktionsbereiche oder externe Partner zum beiderseitigen Nutzen im Werkzeugkreislauf zusammenarbeiten. Die Intensität der möglichen Zusammenarbeit wird dabei wesentlich von den Möglichkeiten zum wechselseitigen Informationsaustausch bestimmt.

Innerbetrieblich ist es dazu erforderlich, die Datenhaltung von der Datenverarbeitung zu trennen. Dazu bieten heutige Tool Management- bzw. Betriebsmittelverwaltungssysteme entsprechende Schnittstellen zu anderen Paketen (NC, PPS,..) an. Für die überbetriebliche Zusammenarbeit ist die Trennung des Informationsflusses vom physischen Materialfluß erforderlich, wobei der externe Informationsfluß in den innerbetrieblichen Kreislauf zu integrieren ist. Wesentlich dabei ist, daß die dazu notwendigen informationstechnischen Aufwände nicht den betriebswirtschaftlich notwendigen beiderseitigen Nutzen gefährden. Deswegen sind standardisierte Beschreibungsmethoden für Werkzeuge und darauf basierende kompatible Datenbestände wesentlich für die effiziente Zusammenarbeit zwischen Werkzeugherstellern bzw. –lieferanten und den -anwendern.

2. Einfluß des Tool Managements auf die Effizienz des Produktionssystems

Verschiedene Untersuchungen zeigen, daß Werkzeuge je nach Produkt maximal zwischen 3%-5% der Kosten in der spanenden Fertigung ausmachen /1,2,3/. Eine Größenordnung, die die Zerspanwerkzeuge kaum ins Blickfeld des Topmanagements rücken. Daran ändert auch der vielfach als ”theoretisch” verharmloste Tatbestand nichts, daß durch die Prozeßkosten für Beschaffung (Auswahl, Bestellung, Rechnungsprüfung, Warenannahme,..) der Warenwert der Werkzeugbestellung meist übertroffen wird /4/. Interessanter ist dann schon die Erkenntnis aus konkreten Projekten der CIM GmbH, daß ca. 100 TDM pro CNC-Maschine in Werkzeugen gebunden sind, und trotzdem die Verfügbarkeit der Werkzeuge zu wünschen läßt. Diese mangelnde Verfügbarkeit drückt die Gesamteffizienz des Produktionssystems und rückt damit die Bewirtschaftung der Werkzeuge in den Fokus des Managements.

Vor diesem Hintergrund ist das Tool Management eine Methode, um das Potential neuer Zerspantechnologien betriebswirtschaftlich ergebniswirksam zu machen. Denn Hauptzeitverkürzungen oder maschinenseitige Reduzierungen der Span-zu-Span-Zeit sind nutzlos, wenn durch mangelnde Werkzeugverfügbarkeit die Maschine steht oder die Produktionslogistik die gefertigten Teile nicht aufnimmt. Zum erfolgreichen Tool Management gehört außerdem, die Werkzeugkosten ganzheitlich zu betrachten. Denn betriebswirtschaftlich relevant sind die Einstandskosten am Verwendungsort. Diese enthalten neben dem Kaufpreis für das Werkzeug insbesondere die Prozeßkosten zur Werkzeugauswahl und zur Beschaffung, Bereitstellung und Entsorgung.

Tool Management ist demnach die Querschnittsfunktion im Produktionsbetrieb, mit der folgende Zielsetzungen verfolgt werden:

  • Die Steigerung der Werkzeugverfügbarkeit bei gleichzeitiger Reduzierung des Werkzeugbestands nach Vielfalt und Menge,
  • die Minimierung des Verwaltungsaufwands im Werkzeugkreislauf (Suchen, Beschaffen, Ein-/Auslagern,..),
  • die Reduzierung der Einstandspreise am Verwendungsort durch die optimierte Aufgabenteilung zwischen Lieferant und Anwender.

Da die Gesamteffizienz (Maschinenverfügbarkeit x Hauptzeitanteil x Qualitätsfaktor) des Produktionssystems zwar entscheidend, aber nicht ausschließlich durch die Verfügbarkeit und Einsatzbereitschaft der Werkzeuge bestimmt ist, muß das Tool Management in die Fertigungsstrategie insgesamt eingebettet sein. Bausteine wie TPM (Total Productive Maintenance), Commodity Supply und die Versorgung mit Hilfs- und Betriebsstoffen sind aufeinander abgestimmt zu beherrschen, um insgesamt wirtschaftlich zu zerspanen.

3. Standardisiertes Sachmerkmalsystem als Voraussetzung für das
kooperative Tool Management

Wesentlich für einen funktionierenden Werkzeugkreislauf ist der jeweils aktuelle Überblick über den Bestand, den Lagerort und den Zustand der einzelnen Werkzeuge. Für diese Aufgabe der Betriebsmittelverwaltung und -disposition stehen leistungsfähige Softwaresysteme zur Verfügung, die alle relevanten Funktionsbereiche mit Informationen versorgen können, vorausgesetzt, die zugrundeliegenden Stammdaten sind entsprechend gepflegt. Es ist wichtig zu erkennen, daß die Stammdatenpflege auch die einheitliche Werkzeugklassifizierung umfaßt und damit ein wesentlicher Schlüssel zur Bereinigung der Werkzeugbestände und zur Kanalisierung der Beschaffungsvorgänge ist. Der schnelle wirtschaftliche Erfolg der Einführung einer systematischen Stammdatenverwaltung ist in der Praxis meistens durch diese Komplexitätsreduzierung im Werkzeugkreislauf begründet.

Die Stammdatenverwaltung kann als BMV- (Betriebsmittelverwaltung) Modul eines Tool Managementsystems, als ”Stand-alone”-Datenbank oder auch als Bestandteil eines PPS- (Produktionsplanungs- und Steuerungs-) Systems angelegt sein. Entscheidend für den praktischen Nutzen sind:

  • Der Aufbau der zugrundeliegenden Datenstruktur und
  • die effiziente Bewirtschaftung, insbesondere in bezug auf das erstmalige Datenbefüllen und die kontinuierliche Aktualisierung des Datenbestands.

Bewährt haben sich für die Strukturierung des Werkzeugdatenbestands Sachmerkmalsysteme, die die werkzeugbeschreibenden Daten herstellerneutral strukturieren und somit die eindeutige Klassifizierung erlauben. Der Aufwand dafür rechnet sich in der Praxis durch die Bereinigung des Werkzeugbestands.

Für die effiziente Datenbereitstellung bieten die Werkzeughersteller vermehrt Hilfe an, indem Werkzeugdaten in elektronischer Form bereitgestellt werden. Da die Anforderungen an die Datenbereitstellung seitens der Anwender jedoch genauso vielfältig sind wie die individuellen Softwarelösungen zur Werkzeugverwaltung, entstehen den Werkzeuglieferanten hohe Aufwände für diesen Service. Deswegen werden vielfach elektronische Kataloge angeboten, um die Datenbereitstellung zu automatisieren. Gleichzeitig werden die elektronischen Kataloge als Marketinghilfsmittel genutzt, um die mit der Katalogerstellung verbundenen Aufwände zu rechtfertigen. Denn das vornehmliche Ziel der Werkzeughersteller ist es, Werkzeuge zu verkaufen und nicht Software zu erstellen. Deswegen sind die Kataloge so aufgebaut, daß die Vorzüge des eigenen Spektrums deutlich werden /5/.

Resultat dieser herstellerspezifischen Zielsetzung ist, daß die Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Lieferant mit Hilfe elektronischer Kataloge das Kriterium der Trennung von Datenverarbeitung und Datenhaltung nicht erfüllt. Denn der Zugriff auf die Daten erfolgt über die herstellerspezifische Anwendung. Die Daten der selektierten Werkzeuge sind dann im wesentlichen für eine elektronische Bestellung zu gebrauchen. Die Übernahme in die anwenderseitige Betriebsmittelverwaltung ist nur selektiv durch speziell zu gestaltende Schnittstellen möglich. Es entsteht also ein zur Vielfalt der jeweiligen Kunden-/Lieferantenbeziehungen proportionales Datenkonvertierungsproblem. Den Aufwand für die Datenkonvertierung hat jeweils eine der beiden kooperierenden Seiten zu leisten, was die jeweiligen Kostenstrukturen belastet.
Einige innovative Werkzeughersteller haben erkannt, daß

  • der selektive Datenzugriff und
  • die jeweils bilaterale Datenkonvertierung

dem angestrebten gegenseitigen Nutzen der kooperativen Zusammenarbeit entgegenwirken. Deswegen wurde die Idee einer überbetrieblichen Werkzeugdatenbank, die am WZL der RWTH Aachen als Prototyp entwickelt worden war /6,7/, aufgegriffen und unter Federführung der Aachener CIM GmbH zur Marktreife gebracht.

Der erste Arbeitsschritt dieser Zusammenarbeit hatte zum Ziel, ein einheitliches Datenformat zum elektronischen Austausch von Werkzeugdaten zwischen Werkzeugherstellern und -anwendern zu schaffen. Basis dazu war die Erarbeitung einer Klassifikation von Zerspanwerkzeugen in Sachmerkmalleisten nach DIN 4000, die seit April 1998 offiziell erschienen ist /8/. Parallel zu den Normungsarbeiten wurden in enger Zusammenarbeit mit der Anwenderindustrie das ”STANDARD OpenBase” (StOB) genannte Datenformat konzipiert, um die auf der DIN 4000 aufbauenden Sachmerkmalleistenstruktur um Felder zur technologischen Beschreibung von Werkzeugen zu erweitern /9/. Damit liegt eine standardisierte Beschreibungsmethode vor, mit der das komplette Produktspektrum für die Bearbeitungsverfahren Drehen, Bohren und Fräsen abbildbar ist (Bild 2).

Um die effiziente Unterstützung ihrer Kunden hinsichtlich der ”Datenversorgung” sicherzustellen, hat o.g. Kreis der Werkzeughersteller die Aufgabe der Datenversorgung an die Aachener CIM GmbH delegiert. Unter dem Produktnamen ”CIMSOURCE” werden seit 1995 die Produktinformationen der beteiligten Hersteller auf einer CD-ROM zusammengeführt und den Anwenden angeboten.

Bild 2: Standards zur Beschreibung von Werkzeugdaten

Durch die Zwischenschaltung der CIM GmbH werden die ineffizienten ”Punkt-zu-Punkt”-Beziehungen von Herstellern zu Lieferanten entkoppelt und auf jeweils nur den einen Kontaktpunkt gebündelt. Herstellerseitig ist nur die einmalige Datenkonvertierung in das ”StOB-Format” notwendig, wobei ein spezieller Prüfprozessor die Konformität mit dem Standard und die Plausibilität der bereitgestellten Daten prüft. Die CIM GmbH übernimmt die Herstellung des Datenträgers und dessen Versand an die Anwenderfirmen (Bild 3).

Diese Form der Zusammenarbeit ermöglicht den Werkzeugherstellern, sich auf ihre Kernaufgaben zu konzentrieren und gleichzeitig die Bedürfnisse der Anwenderfirmen nach bearbeitbaren Produktdaten zu befriedigen. Den Anwendern ist beim effizienten Werkzeugeinsatz geholfen, weil von der Betriebsmittelverwaltung über NC-Programmierung bis hin zur Programmsimulation alle relevanten Systeme mit Daten versorgt werden. Der Einsatz der auf CIMSOURCE abgebildeten Werkzeuge ist aus Sicht der planenden und administrativen Bereiche erheblich effizienter möglich. Darüber hinaus bildet die zugrundeliegende Datenstruktur eine gute Basis für den Aufbau einer firmeninternen Werkzeugdatenbank.

Im Bereich der Datenpflege bietet CIMSOURCE ein hohes Maß an Unterstützung für den Anwender. In einem Abstand von jeweils 4 Monaten erscheint eine neue Auflage der CD-ROM mit vollständig aktualisierten Daten der beteiligten Hersteller. Die Datenaktualität wird somit sichergestellt und die Pflege kann weitgehend automatisiert werden /10/. Als besondere Zugabe ist eine Liste aller neuen Komponenten auf der CD enthalten, zusätzlich aber auch eine Liste der aus dem Produktprogramm der Hersteller genommenen Werkzeuge. Dem Anwender wird so die Verfolgung von aktuellen Markttrends im Werkzeugbereich erheblich erleichtert.

Bild 3: Aufgabenteilung bei der Datenbereitstellung

Mit der aktuellen 11. Auflage stehen die Produktdaten von z.Z. 14 führenden Werkzeugherstellern mit nahezu 100.000 Komponenten zur Verfügung. Darin enthalten sind insbesondere Dreh,- Bohr- und Fräswerkzeuge, Werkzeughalter und Aufnahmen sowie die dazugehörigen Ersatzteile. Der Zugriff auf die Daten kann selektiv oder in der Gesamtheit durch anwenderspezifische Suchwege erfolgen.

Das gemeinsame Datenformat und die auf einem Datenträger zusammengeführten Produktdaten zeigen einen Weg zum kooperativen Tool Management, der den betriebswirtschaftlichen Nutzen beider Seiten berücksichtigt. Die Werkzeuganwender brauchen die Produktdaten zur effizienten Gestaltung des Werkzeugkreislaufs unter Ausnutzung der eingesetzten Softwaresysteme. Die Werkzeughersteller erzeugen die Produktdaten nur einmalig im standardisierten Format. Auf diese Weise wird auf beiden Seiten der Aufwand reduziert und gleichzeitig der Nutzen erhöht.

Wesentlich wichtiger ist es jedoch zu erkennen, welche Möglichkeiten zur Neugestaltung der Beschaffungsprozesse sich durch die Trennung des Informationsflusses (auf welchem Weg bzw. durch wen gelangt die Produktinformation zum Kunden) vom Materialfluß (wie gelangt ein bestelltes Werkzeug zum Kunden) ergeben.

4. Aufgabenteilung in der Werkzeuglogistik

Die Verfügbarkeit einsatzbereiter Werkzeuge wird entscheidend vom Beschaffungsprozeß und hier insbesondere von der Leistungsfähigkeit der Lieferanten bestimmt. Die Schwierigkeit in der Ausgestaltung der erforderlichen Abläufe zwischen Lieferant(en) und Abnehmer liegt darin begründet, daß Zerspanwerkzeuge im Zeitverlauf des Lebenszyklus des Fertigproduktes vom ”produktionstechnischen Problemlöser” zum Verbrauchsmaterial werden. Damit werden im Zeitverlauf unterschiedliche ”Standardabläufe” für die Beschaffung relevant (Bild 4).

Bild 4: Produktlebenskurven

Im Prinzip werden für die Beschaffung im Fertigungsbetrieb entsprechend der Einteilung der Materialien in drei Kategorien auch drei unterschiedliche Beschaffungsmechanismen angewendet:

  1. Produktionsmaterialien, die direkt in das Produkt einfließen. Diese Materialien sind Bestandteil der Stücklisten und werden professionell bewirtschaftet.
  2. Geringwertige Verbrauchsgüter zur Aufrechterhaltung des Geschäftsbetriebs, aber ohne wettbewerbsbestimmenden Einfluß auf das Produkt. Fortschrittliche Versorgungsmechanismen zielen hier auf die Reduzierung der Prozeßkosten unter Umgehung der ”normalen” Materialwirtschaft (keine Stücklistenauflösung, keine Zugangs-/Abgangsbuchung).
  3. Produktionsmittel für den Fertigungsbetrieb, also im wesentlichen die Werkzeugmaschinen und die dazugehörigen Werkzeuge.

Beschaffungsseitig sind deswegen die Werkzeuge hauptsächlich im Rahmen der Investitionsplanung als Erstausrüstung im Fokus des Managements, denn in dieser Phase der Produktentstehung sind die Werkzeuge als Freiheitsgrad bei der Produktgestaltung und in bezug auf die Festlegung der Herstellkosten von entscheidender Bedeutung. In der laufenden Produktion sind Präzisionswerkzeuge seitens des Einkaufs wegen der geringen durchschnittlichen Bestellwerte zwischen 60,- DM und 1200,- DM tendenziell als ”Kleinmaterial” eingestuft, allerdings mit dem Problem, daß durch die Wiederverwendbarkeit ein Kreislauf organisiert werden muß, der eine Bestandsführung erfordert. Durch die dementsprechend (meistens unausgesprochen) auf die Werkstattebene ”delegierte” Beschaffungsverantwortung steigt die Anzahl der Lieferanten und/oder Optimierungspotentiale bleiben ungenutzt. Der störungsfreie Produktionsbetrieb wird durch Hortung der Werkzeuge an den Maschinen gesichert, die wertmäßig häufig in Gemeinkostenstellen ”getarnt” sind.

Vor dem Hintergrund der geschilderten Besonderheiten bestehen für die Versorgung mit Zerspanwerkzeugen grundsätzlich drei Alternativen für fortschrittliche Dienstleistungskonzepte:

  • die Entwicklungspartnerschaft (Technologielieferant),
  • die Servicepartnerschaft (Commodity Supply) und
  • das Supply-Management.

Der Technologielieferant begleitet den Kunden bereits in den frühen Phasen des Innovationszyklus. Wettbewerbsentscheidend ist die hauptzeitorientierte Lösung der Zerspanaufgabe. Die Erstausrüstung der Anlage impliziert im Normalfall auch die ent-sprechenden Nachrüstaufträge. Diese werden im Produktions-/Lieferzyklus kundenseitig koordiniert, der Werkzeuglieferant steht beratend zur Seite. Bezogen auf den Werkzeugmarkt insgesamt werden auf diese Weise ca. 40% des Volumens im direkten Kundenkontakt abgewickelt, davon ca. 5 Prozentpunkte im Erstausrüstergeschäft mit den Werkzeugmaschinenherstellern (Bild 5). Die verbleibenden 60% sind im wesentlichen Folgeaufträge bzw. Katalogbestellungen aufgrund der vorab geklärten Technologiekompetenz.

Bild 5: Einteilung des Werkzeugmarktes nach Anwendungen

Als Technologielieferant profilieren sich insbesondere die Werkzeughersteller selbst. Auf der Basis vorhandener Erfahrungswerte oder spezieller Zerspanversuche werden in der Zusammenarbeit mit dem Kunden Lösungen für konkrete Zerspanaufgaben mit dem Ziel erarbeitet, als Lieferant ausgewählt zu werden und somit über die verkauften Werkzeuge den geleisteten Aufwand zu rechtfertigen. Dieser Ansatz fördert die Entwicklung individueller Lösungen. Kennzeichen dieser Art der Zusammenarbeit ist, daß die Information über das Werkzeug auf dem gleichen Weg zum Kunden gelangt wie das Werkzeug selbst.

Durch den herstellerspezifischen Informationskanal werden auch Hilfsmittel wie Anwendungsempfehlungen, elektronische Kataloge und ”Technologieassistenten” angeboten. Der dafür zu treibende Zusatzaufwand wird durch die Vorteile einer gegebenenfalls höheren Kundenbindung gerechtfertigt. Zielgruppe aus der Sicht der Werkzeughersteller sind insbesondere Großserienhersteller und Werkzeugmaschinenhersteller, die aufgrund ihrer Abnahmemenge die intensive persönliche Betreuung rechtfertigen.

Der Servicepartner differenziert sich demgegenüber durch sein logistisches Know-how. Im Produktions-/Lieferzyklus entlastet er den Kunden von dem Abwicklungsaufwand, der durch die Vielzahl der Werkzeuglieferanten entsteht. Der Servicepartner hat den Marktüberblick und verfügt aufgrund breiter Rahmenverträge für unterschiedliche Kunden über günstige Einstandspreise auch bei ”Spezialitäten”. Der Servicepartner trägt das Bestandsrisiko. Ein Teil des technischen Handels wird auf diese Weise abgewickelt, beispielsweise durch den Betrieb sog. ”Werkzeugautomaten” (Bild 6).

Bild 6: Werkzeugautomat für Verschleißwerkzeuge (Daimler Benz, Werk Untertürkheim)

Schließlich ist der Supply-Manager der Lebenszykluspartner für seinen Kunden. Er verbindet die technologische Kompetenz im Innovationszyklus mit der logistischen Leistungsfähigkeit im Produktions-/Lieferzyklus. Hierzu werden nach Möglichkeit Unterlieferanten mit komplementären Potentialen koordiniert. Beispiel hierfür ist die Versorgung eines Motorenwerks eines Automobilherstellers in Ungarn durch ein Joint Venture zweier Werkzeuglieferanten/5/. Durch den engen Fokus der benötigten Technologien (die beteiligten Firmen lieferten bereits vorher über 95% der benötigten Werkzeuge) ist die zentrale Frage der überbetrieblichen Zusammenarbeit konkurrierender Unternehmen beim Supply-Management geklärt worden, die vor dem Hintergrund des stark fragmentierten Werkzeugmarktes in anderen Fällen schwerer zu lösen ist.

Insgesamt betrachtet ist es fraglich, ob mit einem der drei geschilderten Konzepte in Reinform die gewünschten Effekte der Eingrenzung der Vielfalt der Werkzeuge bei gleichzeitiger Erhöhung der Verfügbarkeit zu erreichen sind. Denn einerseits birgt die Bestandsbereinigung seitens des Supply-Managers die latente Gefahr der technologischen Abhängigkeit. Insbesondere die Werkzeughersteller werden geneigt sein, zunächst einmal eine Sortimentsbereinigung zu Lasten des Wettbewerbs durchzuführen. Andernfalls sind die Schnittwerte von Konkurrenzwerkzeugen zu garantieren, wozu wiederum Zerspanversuche doppelt durchzuführen sind. Dadurch können Kostenvorteile der Bündelung wieder aufgezehrt werden.

Wird andererseits auf unabhängige Servicepartner gesetzt, besteht die Gefahr der Sortimentsoptimierung aufgrund vordergründig günstiger Einstandspreise. Möglicherweise bleibt die technologische Effektivität auf der Strecke. Deswegen ist der direkte Kontakt zu den Lieferanten aufrechtzuerhalten, wodurch die Zusatzfunktion des Servicepartners betriebswirtschaftlich in Frage zu stellen ist. Außerdem muß die Logistik des Servicepartners tief in das innerbetriebliche Tool Management integriert sein.

Für den Werkzeuganwender bleiben im wesentlichen zwei Möglichkeiten (Bild 7):

  • Entweder wird auf kompetente Werkzeughersteller gesetzt, die jedoch schwer in ein gestaffeltes Unterlieferantenverhältnis zu bringen sind. Daraus resultiert die Strategie der Kernlieferanten, die jeweils auf ihr Werkzeugspektrum bezogen die entsprechenden Teilaufgaben des Tool Managements übernehmen. Die Integration der einzelnen Prozeßketten bleibt beim Anwender.
  • Oder das Tool Management wird auf der Ebene der Werkzeuglogistik durch einen ”neutralen” Servicepartner gebündelt; die technologischen Fragestellungen werden jeweils im bilateralen Kontakt zwischen Anwender und Hersteller geklärt. Damit werden die Herstellerkontakte in jedem Fall auf den Innovationszyklus zusammengedrängt, der technologische Fortschritt in der laufenden Produktion könnte verlorengehen. Außerdem wird der Servicepartner das Bestandsrisiko minimieren müssen, wozu er reaktionsschnelle Lieferanten braucht und ein verläßliches Planungssystem. Dieses Planungssystem muß ständig mit Daten gefüttert werden.

Bild 7: Das Integrationsproblem beim kooperativen Tool Management

Um die gezeigten Wege praktisch zu beschreiten, ist der Informationsfluß von der physischen Werkzeugversorgung zu trennen. Damit kann gleichzeitig die technologieorientierte Problemlösung (Werkzeugauswahl etc.) und die Werkzeuglogistik optimiert werden. Denn betrachtet man die Ebenen der Zusammenarbeit von der Verfahrensentwicklung über die Prozeßgestaltung bis zur Werkzeuglogistik, so kristallisiert sich neben vielen praktischen Problemen heraus, daß eine zweidimensionale Integrationsaufgabe zu lösen ist /11/. Die Informationsbreite, definiert durch die am Markt verfügbare Produktvielfalt ist zu überwinden, um bei gleichzeitig hoher Informationstiefe den Anforderungen der unterschiedlichen Anwender gerecht zu werden. Dafür bietet CIMSOURCE die optimalen Voraussetzungen. Die umfangreiche Sachmerkmalsystematik bildet die geforderte Informationstiefe, durch die auf dem erfolgreichen Standardisierungsprozeß beruhende breite Unterstützung seitens der Hersteller ist zudem die Informationsbreite sichergestellt.

5. Das Werkzeuginformationssystem CIMSOURCE als Brücke zwischen
Werkzeugherstellern und -anwendern

Um den der Produktion vorgelagerten Informationsfluß vom eigentlichen Werkzeugeinsatz zu entkoppeln, sind vor allem die Prozesse bei der Auslegung neuer Fertigungsfolgen informationstechnisch zu unterstützen, ohne den direkten Kontakt zum Hersteller zu haben. Dazu ist über die Bereitstellung von Stammdaten hinaus eine interaktive Benutzerschnittstelle notwendig, die entsprechend der Denkweise der Anwender den selektiven Zugriff auf die Daten erlaubt. Folgende Forderungen sind zu erfüllen:

  • Technische Planung, Arbeitsvorbereitung: schnelle Werkzeugsuche nach Geometrie, Technologie und Bearbeitungsfall, unterstützt durch anwendungsbezogene Suchstrategien.
  • NC-Programmierung: Übernahme von Geometriemerkmalen, CAD-Graphiken und Einsatzparametern.
  • Produktion: Betriebsmittelzuordnung, Lagerverwaltung und Ersatzteilsuche.
  • Einkauf/Beschaffung: Lieferantenzuordnung und Bestellinformationen.
  • EDV: einfache Stammdatenübernahme in BMV-Systeme, NC-Programmiersysteme, Voreinstellsysteme und moderne PPS.

CIMSOURCE bietet die Möglichkeit, herstellerübergreifend geeignete Werkzeuge für spezifische Bearbeitungsaufgaben zu finden (Bild 8). Die Auswahl startet in der Regel mit der geometrischen Beschreibung des benötigten Werkzeuges. So werden beispielsweise die Klemmhalter mit der Normbezeichnung oder einem einheitlichen Satz von Parametern beschrieben, zunächst vollkommen unabhängig vom Werkzeuganbieter.

Bild 8: Werkzeugbeschaffung (Werkzeugauswahl und automatische Bereitstellung)

Zubehörteile wie Befestigungsschrauben oder Spezialschlüssel sind den so ausgewählten Komponenten zugeordnet, der Anwender erkennt sofort, welche Zusatzteile er für den Einsatz eines Werkzeuges benötigt. Neben der reinen Suchfunktionalität hat der Anwender die Möglichkeit, Grafiken der Werkzeuge für die Erstellung von Einrichteblättern, Stammkarten oder ähnlichen Dokumenten zu übernehmen. Die in DXF- oder IGES-Format abgelegten CAD-Modelle der Werkzeuge können auch direkt in CAD-Systeme oder NC-Programmiersysteme exportiert werden.

Ausgehend von einem Suchergebnis wird durch die interne Trennstellenkodierung der Werkzeugschnittstellen das Zusammenstellen von Komplettwerkzeugen aus einzelnen Komponenten unterstützt (Bild 9). Die Trennstellenkodierung ersetzt dazu die ”klassische” Stückliste, um herstellerübergreifende Werkzeugkonfigurationen möglich zu machen. Indem der Anwender, beispielsweise ausgehend von einem Fräskopf, den Suchweg ”Richtung Schneide” einschlägt , werden automatisch passende Schneidplatten vorgeschlagen. Dem Anwender wird somit die Suche passender Anschlußkomponenten anhand von geometrischen Anschlußmaßen abgenommen.

Bild 9: Herstellerübergreifende Werkzeugkonfiguration

Die Auswahl von Zerspanwerkzeugen nach technologischen, anwendungsbezogenen Gesichtspunkten beginnt mit der Beschreibung des zu zerspanenden Werkstoffes. Dem Anwender steht in einer Werkstoffdatenbank eine Auswahl von mehr als 750 Werkstoffen zur Verfügung, die neben einer Beschreibung des Behandlungszustandes und der mechanischen Eigenschaften auch in weitere internationale Normen (SAE, AFNOR, EN, JIS, BS, ...etc.) übersetzt sind (Bild 10). International tätige Unternehmen nutzen diese Funktionalität auch als reine Übersetzungsfunktion.

Die Datenstruktur basiert im Bereich der Werkstoffklassifikation auf der Einteilung der VDI-Richtlinie 3323 /12/. Sollte ein Werkstoff nicht enthalten sein, so besteht die Möglichkeit, anhand der Klassifikationsbeschreibung die relevante Werkstoffklasse auszuwählen. Durch eine interne Verknüpfung der Werkstoffeigenschaften werden diese Informationen programmintern auf die spezifischen Technologiedaten der Hersteller bezogen. Für den Anwender bietet sich somit eine einheitliche Suchmaske, um seine Zerspanaufgabe zu definieren.

Bild 10: Internationale Werkstoffdatenbank

Weitere Kriterien zur Beschreibung des Werkzeugeinsatzes bieten neben der Benennung des Bearbeitungsverfahrens

  • das Einsatzziel, wie z.B. Feinbearbeitung oder Schruppen, und
  • die Schnittbedingungen, z.B. unterbrochener Schnitt und die Stabilität des Maschinen-Werkstück-Systems.

Mit diesen Prozeßmerkmalen werden die Anforderungen an das Werkzeug exakter beschrieben als lediglich mit der Vorgabe des Schneidstoffes durch die ISO-Bezeichnung. Vielmehr wird erst durch die Beschreibung des Prozesses die Möglichkeit eröffnet, die Empfehlungen der Hersteller mit einzubeziehen. So wäre bei der Vorgabe Schneidstoff HC-P15 die Empfehlung Keramik oder Cermet bereits ausgeschlossen. Der Anwender bekommt, basierend auf den Anwendungsempfehlungen der Hersteller, geeignete Werkzeuge vorgeschlagen mit entsprechenden Werten zu empfohlenem Vorschub, Schnittiefe und Standzeit. Weitere Unterstützung bei der Werkzeugauswahl wird durch sogenannte Expertenfunktionen geboten, die die Beschreibung der Bearbeitungsaufgabe graphisch interaktiv unterstützt (Bild 11).

Bild 11: Expertenfunktion zur technologieorientierten Suche

Das elektronische Werkzeuginformationssystem bildet keine ”Insellösung”, vielmehr ist eine Integration in eine durchgängige Gesamtlösung durch die angebotenen Schnittstellen sichergestellt. So kann CIMSOURCE als Modul zur Auswahl von Neuwerkzeugen in ein Tool Management System integriert werden und per Knopfdruck die Daten ausgewählter Werkzeuge zur weiteren Verarbeitung in das Gesamtsystem übergeben. Die Möglichkeit, eigene Zusatzinformationen innerhalb von CIMSOURCE in fünf Freitextfeldern zu Komplettwerkzeugen und einzelnen Komponenten abzuspeichern, erschließt die durchgängige Funktionalität bis hin zur Lagerverwaltung. So kann das jeweilige Nummerierungssystem der Anwenderfirma mit eigener Identifikations-, Arbeitsplan-, Arbeitsplatz- und Lagerbezeichnung einfach abgespeichert und dann auch als Suchkriterium verwendet werden. Damit werden die Querschnittsfunktionen, angefangen von der Arbeitsvorbereitung über NC-Programmierung und Lagerverwaltung bis hin zur Bestellauslösung, ohne zusätzliche Schnittstellen integriert.

Ein weiterer Vorteil liegt für die Anwender darin, daß sie ihren Softwarelieferanten klare Vorgaben für die Schnittstellengestaltung geben können. Die Schnittstellengestaltung ist dann nicht firmenindividuell als Anpassungsprogrammierung zu bezahlen, sondern wegen möglicher Mehrfachanwendung als ”umlagefinanzierte” Standardschnittstelle. Ein Beispiel für eine solche Schnittstelle ist von der Fa. EDS realisiert worden. Über eine Programmschnittstelle werden die Geometrieparameter der in CIMSOURCE beschriebenen Werkzeuge extrahiert. Ein parametrisches CAD-System (Unigraphics) generiert daraus voll funktionsfähige CAD-Modelle, um mit dem Tool Management System (Genius 4000) Kollisionskontrolle durchführen zu können (Bild 12) /13/. Außerdem kann ”Unigraphics” auf diesem Weg CAD-Modelle von Komplettwerkzeugen erstellen.

Bild 12: Erzeugung parametrischer CAD-Modelle auf Basis standardisierter Sachmerkmalleisten

Das kooperative Tool Management mit Hilfe des Werkzeuginformationssystems CIMSOURCE wird in unterschiedlichen Industrien angewendet. Typische Anwendungfälle sind:

  • Unterstützung der technischen Planung und des Einkaufs in der Serienfertigung,
  • Fokussierung der dezentralen Beschaffung und vereinfachte Ersatzteilbeschaffung,
  • Anfragebearbeitung (Kalkulationsparameter) im Werkzeugmaschinenbau,
  • Unterstützung der werkzeuggerechten Konstruktion.

Der offensichtliche Nutzen der gemeinsamen Informationsbasis liegt allgemein zunächst in der effizienten Nutzung vorhandener EDV-Systeme, die mit Hilfe von CIMSOURCE automatisch mit Stammdaten versorgt werden können. Eine besondere Rolle spielt dabei der Import von Technologiedaten in NC-Systeme und Steuerungen. Eine Besonderheit sind hierbei die Werkzeugmaschinenhersteller, von denen einige CIMSOURCE als wertvolles Hilfsmittel bei der Anfragebearbeitung erkannt haben. Mit den verfügbaren Technologieinformationen erhalten die Anwendungstechniker wertvolle Unterstützung bei der auf das Anwendungsproblem bezogenen Erstausrüstung mit Werkzeugen. Mit den aufkommenden offenen, PC-basierten Maschinensteuerungen sind darüber hinaus weitere Integrationsschritte denkbar /14/.

Einkauf und die dezentralisierte Beschaffung nutzen die standardisierte Datenbasis in zwei Richtungen. Einerseits wird die Ersatzteil- und Zubehörbeschaffung mit den angebotenen Suchwegen wesentlich vereinfacht. Andererseits läßt sich die Werkzeugvielfalt wirkungsvoll eindämmen. Die mit CIMSOURCE gebotenen Möglichkeiten, einzelne Werkzeuge als ”im Unternehmen vorhanden” zu kennzeichnen, kanalisieren dezentrale Beschaffungsvorgänge auf Vorzugslieferanten. Verschlissene Komplettwerkzeuge werden beispielsweise nicht einfach ersetzt, sondern aus neu zu beschaffenden Schneiden und wiederverwendbaren Haltern kombiniert. In einigen Fällen wird CIMSOURCE bereits in der Konstruktionsphase genutzt, um ”werkzeuggerecht” (d. h. in den konkreten Fällen mit marktgängigen Fertigungslösungen statt mit Sonderwerkzeugen) zu konstruieren. Zusammengefaßt liegen die Vorteile aus Anwendersicht in der gleichzeitigen Reduzierung von Prozeßkosten und Einstandspreisen (Bild 13).

Bild 13: Einsparungspotentiale bei der Werkzeugbeschaffung

Kleinere Zulieferfirmen und Fertigungsbetriebe nutzen CIMSOURCE als Low-Cost BMV-System und wie oben beschrieben zur Unterstützung des Einkaufs und der Beschaffung. Im Rahmen der Anfragebearbeitung wird die Werkstoffdatenbank als ”Mapping”-Tabelle unterschiedlicher Normbezeichnungen genutzt. Exportanfragen sind so einfacher zu bearbeiten. Gleichzeitig wird der Mechanismus zur Kennzeichnung der im Betrieb tatsächlich eingesetzten Werkzeuge zum Nachweis der Prozeßsicherheit im Rahmen der ISO 9000 angewendet.

Einen Schwachpunkt hat die gezeigte Form der Zusammenarbeit aber doch noch: die elektronischen Daten (CD-ROM) werden mit der Post verschickt /15/. Deswegen wird derzeit intensiv über eine Internetanwendung der geschilderten Verfahren nachgedacht.

6. Ausblick Internet – digitale Daten mit der Post versenden?

Um die gezeigten Anwendungen durch das Internet zu unterstützen, bieten sich grundsätzlich drei Möglichkeiten.

  1. Einstellen von CIMSOURCE ins Internet, um die Datenverteilung weiter zu automatisieren. Die Anwender erhielten dann die Möglichkeit, den kompletten Datenumfang im ”Download” in ihre Systeme zu laden. Damit wäre eine noch höhere Aktualität als heute zu erreichen. Allerdings ist wegen des großen Datenumfangs insgesamt der Zeitaufwand (und damit die Kosten) für dieses Verfahren relativ hoch.
  2. Die Recherchefunktionen von CIMSOURCE werden zusätzlich interaktiv verfügbar gemacht. Die einzelnen Anwender könnten dann online recherchieren und nur die Suchergebnisse exportieren. Dieser Weg wird heute von der CIM GmbH und den Partnerunternehmen des elektronischen Werkzeugdatenaustauschs favorisiert, allerdings sind die Fragen der Abrechnung (bezahlt der Anwender, der Hersteller oder beide für diesen Service?) ungeklärt.
  3. Die Internetversion von CIMSOURCE wird als virtueller Werkzeughandel ausgestaltet. Vor dem Hintergrund der mit dem kooperativen Tool Management beabsichtigten Reduzierung der Prozeßkosten ist dies der konsequente Schritt in Richtung des automatisierten Kataloggeschäfts. Der große praktische Vorteil dieser Lösung wäre, daß die Finanzierung dieses Service über die Handelsmarge der tatsächlich verkauften Werkzeuge darzustellen ist. Für die reine Information, also das Recherchieren ohne ein Werkzeug zu bestellen, zahlt der Kunde nichts.

Der dritte Lösungsweg ist nach Einschätzung der CIM GmbH der mittelfristig tragfähige, da aufgrund unterschiedlicher Erfahrungswerte nicht davon auszugehen ist, daß ein Werkzeuganwender nur für die Information über ein Werkzeug bereit ist, Geld zu bezahlen. Ganz im Gegenteil ist davon auszugehen, daß zusätzliche Informationen als Mehrwert geboten werden müssen, um die Anwender dazu zu bewegen, neue Wege zu beschreiten und die alten Pfade zu verlassen /16/. CIMSOURCE im Internet wird dementsprechend als Kern einer zukünftigen virtuellen Gemeinschaft gesehen (Bild 14).

Als Mitglied dieser virtuellen Gemeinschaft bekommt der Werkzeuganwender Problemlösungen zu Zerspanaufgaben. Dazu werden Anwendererfahrungen, Forschungsergebnisse oder Versuchsberichte verfügbar gemacht. Zerspanprobleme können mit der Aufforderung an die Werkzeughersteller beschrieben werden, ihre Problemlösung anzubieten. Die Werkzeughersteller können Neuentwicklungen und Anwendungsbeispiele beschreiben, um die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte stärker herauszustellen. Praktisch als Nebenprodukt kann der Anwender, wenn er nun schon Online ist, die benötigten Werkzeuge direkt bestellen. Und erst dafür wird bezahlt.

Bild 14: CIMSOURCE als Kern einer virtuellen Gemeinschaft

Abwicklungstechnisch soll diese Handelsvariante dem Anwender den Vorteil bieten, mit einer Bestellung (und Abrechnung) Werkzeuge unterschiedlicher Hersteller zu bestellen, gegebenenfalls sogar ein aus Komponenten unterschiedlicher Hersteller kombiniertes Komplettwerkzeug. Ob dies mit Hilfe sog. ”Purchasing Cards” und leistungsfähiger Logistikdienstleister möglich ist, wird im Rahmen eines Pilotprojekts unter Beteiligung der CIM GmbH und je zweier Werkzeughersteller und Anwender erprobt.

Maßgeblich für den Erfolg im Internet wird einerseits die Verbreitung der Technologie sein. Andererseits wird vor allem die Integration der entsprechenden Methoden in den betrieblichen Ablauf erfolgsentscheidend sein. In der Praxis ist nicht die Frage ”was ist möglich?” , sondern ”was wird gemacht?” relevant. Obwohl mit dem Aufbau des entsprechenden Know-hows direkt begonnen wird, ist mit einer kurzfristigen Relevanz der Geschäftsabwicklung über das Internet nicht zu rechnen. Wegen der ablauforganisatorischen Erfordernisse in den Anwenderunternehmen rechnen wir dafür mit einem Zeitraum von zwei Jahren.

7. Literatur

/1/ Tönshoff, H.K.: Kosten– und Leistungscontrolling im Werkzeugwesen. VDI-Z Special Werkzeuge (!993), S. 48-53

/2/ Plute, M.: Tool Management Strategies. Hanser Gardner Publications, 1998

/3/ Mumm, A.: Gestaltung der Prozesse zur Werkzeugversorgung in der spanenden Fertigung, Maschine und Umfeld, Tagungsband Fachgespräch ”Bohren und Fräsen im modernen Produktionsprozeß”, Universität Dortmund, S. 147-164, 21./22.5.1997

/4/ Rampmaier, W.: Prozeßkostenoptimierung in der Beschaffungskette, Seminarvortrag anläßlich des Seminars ”Commodity Supply - Effizienzsteigerung in der Werkzeuglogistik”, in Stuttgart, Veranstalter CIM GmbH Aachen, 9.10.1997

/5/ Kohlberg, G. F.: Tool Management – Modeerscheinung oder notwendiges Übel?, Werkstatt und Betrieb 131, 1998 (6)

/6/ Wienand, L.: Konzeption einer überbetrieblichen Werkzeugdatenbank, Dissertation, RWTH Aachen, 1989

/7/ Martel, G. B.: Entwicklung einer Systemschnittstelle zur Grafikgenerierung und
-manipulation, Dissertation, RWTH Aachen, 1992

/8/ DIN 4000 Sachmerkmal-Leisten, Teil 72 – Teil 95

/9/ Kettner, P.: Handout for the presentation of ToolBase – the electronic tool data exchange, CIRP STC C – meeting, Paris, 27.01.1995

/10/ Große Wienker, R., Laqua, I.: Elektronischer Werkzeugkatalog: Aktuelle Betriebsmitteldaten vollständig und direkt übernehmen, VDI-Z Spezial Werkzeuge, August 1996

/11/ Müller, M.: Commodity Supply - Werkzeuge vom Dienstleister, Logistik heute, Nr.11, S. 54-58, 1997

/12/ VDI 3323, Anwendungseignung von Hartstoffen, Februar 1996

/13/ Bottler, T.: Für Spar-Freaks – Betriebsmittelverwaltung leicht gemacht, Konstruktionspraxis Nr. 5, S. 126, Mai 1997

/14/ N.N.: Futur mit Fusion – CNC mit angeschlossenen Unternehmen, Maschine und Werkzeug, S. 20, 9/98

/15/ Evans, P. B., Wurster, Th. S.: Strategy and the new economics of information, Harvard Business Review, 1997 Nr.5, Boston

/16/ Hagel, J., Armstrong, A.g.: Net Gain, Harvard Business School Press, Boston, 1997
Kernkompetenzen. Und dazu gehört sicher nicht die Datenkonvertierung.

erschienen in VDI-Berichte, 1998