Zeit- und Kostenersparnisse bei der Herstellung von seismischen Instrumenten für die Ölindustrie durch Programmierung von Dreh-Fräszentren

Seit 1980 entwickelt das in Houston, Texas ansässige Unternehmen GeoSpace Technologies innovative Produkte für die Erdölindustrie, darunter Geophone, Druckköpfe sowie Kabel, Versorgungsleitungen und Datensysteme zur Tiefsee-Erkundung. Bei der Suche nach Erdöl- und Erdgaslagerstätten haben sich insbesondere verschiedene Verfahren zur Erfassung und Aufzeichnung seismischer Daten bewährt. Bei allen GeoSpace Projekten sind daher die Entwicklung und Herstellung hochmoderner wissenschaftlicher Geräte und sonstiger Ausrüstung von zentraler Bedeutung.

Mit den seismischen Geräten von GeoSpace werden Laufzeiten und Amplituden von Schallwellen gemessen, die an der Oberfläche künstlich erzeugt werden. Die so gewonnenen Daten werden in Karten umgewandelt, die Aufschluss über möglicherweise erdöl- oder erdgasführende Schichten erlauben. Für die Ölindustrie sind eine effiziente Suche nach weiteren Ölfeldern und die Exploration vorhandener Kohlenwasserstoffvorkommen von größter Wichtigkeit. Da auch in Zukunft noch weitere Öl- und Gasvorkommen erschlossen werden sollen, wird viel in die Entwicklung präziser und kostengünstiger Technologien zur seismischen Datenerfassung und Kartierung unterirdischer Öl- und Gasfelder investiert. 

Genau hier setzt GeoSpace Technologies an. Viele Geowissenschaftler verlassen sich heute auf die Instrumente und Geräte des Unternehmens, da mit diesen eine immer zuverlässigere und schnellere Datenerhebung und -übertragung möglich ist. Sowohl für das Unternehmen GeoSpace Technologies als auch für dessen Kunden - die verschiedenen Mineralölgesellschaften - ist eine effizient und zuverlässig funktionierende Technologie der Schüssel zum Erfolg. Auch kurze Lieferfristen sind ein nicht zu unterschätzender Faktor. Denn das Chartern eines großen Schiffes für eine geologische Untersuchung kann bis zu 300.000 US-Dollar pro Tag kosten. Vor diesem Hintergrund sollte die benötigte Ausrüstung unbedingt immer pünktlich geliefert werden.

Programmierer Alejandro Perez programmiert den Lagerschild mit ESPRIT

Für GeoSpace Technologies bedeutete dies, dass man nicht mehr auf Zulieferer angewiesen sein wollte. Insbesondere galt dies für Lieferanten von Übersee, da diese mitunter andere Prioritäten haben und zudem aufgrund der großen Entfernung eine pünktliche Lieferung nicht immer garantieren können. GeoSpace Technologies vermeidet etwaige Lieferengpässe konsequent dadurch, dass die gesamte Ausrüstung überwiegend im eigenen Haus produziert wird. Heute sind bei GeoSpace Technologies über 200 Mitarbeiter in der Fertigung tätig und bauen Formen, fertigen Spritzgussteile, stellen Leiterplatten sowie Metall- und Kunststoffbauteile her, etc.

GeoSpace besitzt 33 CNC-Werkzeugmaschinen sowie viele manuell zu bedienende Maschinen und Zusatzgeräte. Unlängst hat das Unternehmen in neuere, fortschrittlichere Maschinen investiert und unter anderem eine Miyano ABX-51TH3 von Citizen angeschafft. Diese verfügt über zwei oben liegende Revolver, einen linken und einen rechten, und einen unteren Revolver, der eine Komplettbearbeitung an der Vorder- und Rückseite ermöglicht. 

Zunächst programmierten die Fertigungsingenieure von GeoSpace Technologies die Maschine mit der CAM-Software, die schon seit vielen Jahren im Unternehmen zum Einsatz kam. Doch bald schon erkannten sie, dass sich mit dieser Software die Möglichkeiten der Maschine nicht voll ausschöpfen ließen. So konnten beispielsweise die drei Revolverköpfe der Maschine nicht optimal genutzt werden, da das Programm bei jeder Verlagerung von einem auf den nächsten Revolver neu gestartet werden musste. 

Justin Henry, Fertigungsleiter bei GeoSpace Technologies, wurde damit beauftragt, alle Möglichkeiten zur Verbesserung der Bearbeitungseffizienz auszuloten. Eine Aktualisierung der CAM-Software des Unternehmens hatte für ihn dabei oberste Priorität. Denn er wusste, dass sich mit Multifunktions-, Dreh-Fräs- und Langdreh-Maschinen am ehesten Effizienzsteigerungen erzielen lassen. Henry dazu: „Ich habe mir das Angebot einiger Marktführer angesehen und mich letztlich für die Software ESPRIT von DP Technology entschieden. Denn mit dieser Software erhalte ich die beste Unterstützung, die es momentan für anspruchsvolle Werkzeugmaschinen gibt.“ 

Beratend wurde auch Victor Davila vom ESPRIT-Vertriebspartner Shape Design hinzugezogen. Davila erklärt: „Wir haben GeoSpace gezeigt, was mit ESPRIT alles möglich ist. Das Unternehmen konnte wirklich mit tollen Maschinen und Mitarbeitern aufwarten. Doch was ihm fehlte, war eine effiziente CAM-Software. Diese Schwachstelle trat umso deutlicher zutage, je neuer und effizienter die Maschinen waren, die zum Einsatz kamen. Ich erklärte ihnen, wie sie einen Code erstellen, diese auf die Maschine übertragen und so auf Anhieb Teile mit erstklassiger Qualität fertigen können.“

Fertige Lagerschilde mit Elektronik

Nach seiner Software-Schulung machte sich Henry daran, das Programm so anzupassen, dass damit ein bestimmtes Teil hergestellt werden konnte. Konkret ging es um ein Lagerschild für die Untersuchungsgeräte des Unternehmens, die in den Outer Banks vor South Carolina zum Einsatz kommen sollten. Bei seismischen Untersuchungen wird dieser Lagerschild zum Schutz der elektronischen Komponenten vor dem auf dem Meeresboden herrschenden Wasserdruck mit sechs O-Ring-Dichtungen bestückt. Da die Teile sehr komplex sind, scheidet eine Herstellung per Spritzgussverfahren aus. Stattdessen werden die Lagerschilde aus Kunststoff gefertigt. Insgesamt werden so pro Jahr fast 50.000 Stück produziert.

Der Programmierer von GeoSpace Technologies übertrug das in Solidworks angelegte 3D-Modell in die ESPRIT-Software. Dabei griff er auf die automatische Feature-Erkennungsfunktion zurück, um die für die Herstellung erforderlichen Bearbeitungsschritte zu definieren. Da Henry genau wusste, welche Sonderteile für sein Unternehmen interessant sein könnten, erstellte er in einigen wenigen Fällen selbst ein Bearbeitungsprogramm. So kombinierte er beispielsweise einmal eine Loch- mit einer Senkbohrung, so dass beide Teilvorgänge von einem einzigen Werkzeug ausgeführt werden konnten.

„Wir beschlossen, das Teil während der Bearbeitung in der Maschine einmal umzudrehen, weil es einfacher ist, zwei Spindeln auf der Vorderseite des Teils einzusetzen. Außerdem sind hier ja auch die meisten Bearbeitungsschritte vorzunehmen“, führte Henry aus. Der Programmierer konzentrierte sich seinerseits darauf, die Bearbeitungsvorgänge so zu verbessern, dass die Revolver optimal ausgenutzt werden konnten. So wurden beispielsweise ursprünglich zwei Radial- und Gewindebohrungen nacheinander mit einem einzigen Revolver hergestellt. Durch das neue Softwaresystem können die Bohrungen nun an der Vorderseite der Maschine durch zwei synchron arbeitende Revolver vorgenommen werden. 

Mit der alten Software musste eine axiale Durchgangsbohrung mit vier verschiedenen Werkzeugen und in mehreren Stufen in das Werkstück eingebracht werden. Mit ESPRIT änderte der Programmierer die Bearbeitungsschritte dahingehend, dass nach der ersten Bohrung nur noch ein einziges Hartmetallwerkzeug zum Einsatz kam. Während sich das Werkstück drehte, blieb das Hartmetallwerkzeug in Position und brachte alle erforderlichen Absätze in das Werkstück ein. Durch diesen neuen Ansatz muss kaum noch ein Werkzeugwechsel vorgenommen werden, die Zykluszeit verkürzt sich spürbar.

Um die Möglichkeiten des Werkzeugs voll ausschöpfen zu können, passte der Programmierer auch die Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe an. Die neuen Vorgaben wurden auf der Maschine getestet und optimiert, bevor sie in das endgültige CNC-Programm übertragen wurden.

Insgesamt konnte die Zykluszeit für die Herstellung des gewünschten Bauteils auf einer ABX-Maschine durch den Einsatz der neuen Software von 22 Minuten auf 6,5 Minuten reduziert werden. Und Zeit ist ja bekanntlich Geld. Beflügelt durch diesen Erfolg erstellten die Programmierer auch noch für einige Zusatzteile einen neuen Code mit ESPRIT. Und es zeigte sich, dass sich hier noch größere Einsparungen erzielen ließen. 

Die Bearbeitungszeiten konnten auch deshalb so stark optimiert werden, da die neue Software auch einen genauen Überblick über den Zeitbedarf aller Bearbeitungsvorgänge liefert. Bei der alten Software wusste man erst dann, wenn das Teil auf der Maschine getestet wurde, wie viel Zeit ein Bearbeitungsvorgang in Anspruch nimmt. Bei der ESPRIT-Software hingegen erfolgt eine genaue Angabe, wie lange das Werkzeug im Schnitt ist. Und wenn man weiß, dass ein Bearbeitungsvorgang tatsächlich schon nach 2 statt nach 10 Minuten abgeschlossen ist, können alle Aufträge genauer geplant und damit die Kosten transparent gemacht werden. 

So sieht der fertige Sensor aus. Oben im Bild die Kunststoffausführung für Flachwasser, unten die Titanausführung für Tiefseeanwendungen