Prozessoptimierung durch Retrofit und durchgängiger Datenintegration

Relevante Prozessdaten und Kennzahlen sowie wesentliche Auftragsdaten werden entlang der gesamten Automatisierungspyramide den relevanten Systemen bereitgestellt. Dies sorgt für ein durchgängig konsistentes Zustandsbild in Echtzeit von der Sensor- beziehungsweise Edge-Ebene der Fertigung bis in das ERP-System mit folgenden Vorteilen:

• Präzise Kapazitätsplanungen und eine verbindliche Kundenkommunikation;
• Steigerung der Qualität der gefertigten Produkte und Reduzierung fehlerhafter Teile;
• Vorausschauende Wartung, noch bevor Maschinen- bzw. Anlagenteile ausfallen;
• Energie-Monitoring und -optimierung

MES-System mit Null-Fehlertoleranz

Drei Firmen haben ihre Kernkompetenzen gebündelt und präsentieren einen gemeinsamen Retrofit-Use-Case, in dem eine Bestandsmaschine mit zusätzlicher Sensorik nachgerüstet wurde, um mittels Körperschallanalyse und entsprechender Datenvorverarbeitung in der Edge-Ebene (SYS TEC electronic AG) Anomalien frühzeitig zu erkennen. Ein MES-System mit Fokus auf Null-Fehlertoleranz (Pickert & Partner GmbH) deckt Optimierungspotenziale auf. Der Schnittstellen-Server TRANSCONNECT (SQL Projekt AG) übernimmt die übergreifende Datenintegration, aggregiert alle relevanten Daten und stellt sie den relevanten Systemen zur richtigen Zeit im richtigen Format zur Verfügung. Ein rundum gelungenes Gemeinschaftsprojekt im Marktplatz Industrie 4.0 e.V.

Prozessoptimierung durch übergreifende Datenintegration

Für ein durchgängig konsistentes Zustandsbild der Fertigung bis in das ERP-System in Echtzeit,  präzisiere Kapazitätsplanungen, aber auch für eine verbindliche  Kundenkommunikation werden nicht nur die Schnittstellen zwischen Auftragsverwaltung und Produktion digitalisiert, sondern auch durch zusätzliche Sensorik und ein MES-System aufgrund der Erkennung abweichender Prozesswerte (Anomalien) die Qualität der gefertigten Produkte gesteigert und die Produktion fehlerhafter Teile drastisch reduziert sowie Ausfälle von Maschinen- und Anlagenteile verhindert.

Auf einem maschinennah eingesetzten Tablet werden in der Produktion papierlos der nächste Arbeitsauftrag sowie aktuelle Prozess- und Umgebungsdaten angezeigt. Der nächste Auftrag wird stets errechnet aus dem vorhandenen Auftragsvorrat, den jeweiligen Lieferfristen, den aktuell verwendeten Werkzeugen zur Minimierung der Rüstzeiten sowie der in den Materialpuffern vorhandenen Materialien.

Auftragsdaten, aber auch relevante Prozessdaten und Kennzahlen, werden allen Systemen entlang der gesamten Automatisierungspyramide bereitgestellt. Somit kann zum Beispiel auf ERP-Ebene eine optimale Auftragsreihenfolge berechnet oder bereits in der Edge und während der Fertigung Validierungen vorgenommen werden, die die Qualität erhöhen und Fehlproduktionen reduzieren.

Qualitätssicherung und -optimierung

Barcode-Scanner an der Maschine helfen den Werkern, die richtigen Materialien für einen Auftrag zu kommissionieren. Diese Informationen fließen im MES-System zusammen, das auf dieser Datengrundlage die Auftragsdaten validiert und Qualitäts- beziehungsweise Güteparameter ableitet.

Durch die Einbeziehung von Auftragsdaten bis in die Edge-Ebene und nachgelagerten Auswertungen kann bspw. die Angebotslegung mit dem tatsächlichen Aufwand abgeglichen und auf dieser Basis weitere Optimierungen vorgenommen werden.

Smart Maintenance durch Retrofit

Die Maschinen wurden mit verschiedenen Sensoren nachgerüstet. Diese überwachen ständig beispielsweise die Temperaturen der Antriebe und Motoren beziehungsweise deren Energieaufnahme sowie deren Schwingungen. Durch langfristige Aufzeichnung dieser Messwerte können Anomalien ermittelt werden, die auf Verschleiß hindeuten und entsprechende Wartungsprozesse auslösen müssen — auch ohne KI.

Die Maschinen werden mittels einfacher Sensorik sowie den Methoden der Körperschallanalyse auf Anomalien überwacht. Dazu werden die Messdaten über einen relevanten Zeitraum betrachtet. Treten Ausreißer aus einem definierten Spektrum auf, ist dies eine Indikation für eine nötige Wartungsmaßnahme. Mitunter werden gleich automatisch entsprechende Wartungs- oder Lageraufträge ausgelöst und mittels Push-Notification direkt an die Smart Devices relevanter Mitarbeiter zugestellt.

Umgebungswerte für eine noch genauere Datengrundlage

Umweltsensoren werden in der Fertigungshalle nicht-invasiv auf Basis von Mesh-Netzen angebracht, um die Lufttemperaturen zu überwachen. Diese Messdaten werden unter anderem herangezogen für die Parametrierung der Maschinen, insbesondere aber zur Überwachung während der Fertigung. Gibt es eine zu große Temperaturschwankung, dann können aufgrund von Materialausdehnung vorgegebene Toleranzen möglicherweise nicht mehr sichergestellt werden. Ein entsprechendes Ereignis wird in diesem Fall als Alarmmeldung ausgelöst.

Insbesondere bei der Fertigung von Präzisionsteilen haben Temperaturschwankungen einen signifikanten Einfluss auf die Qualität. Insofern sollen entsprechende Umweltsensoren an den relevanten Stellen ausgebracht werden. Die Daten fließen direkt in die Prozesssteuerung ein.

Energie-Monitoring und -optimierung als positiver Nebeneffekt

Als positiven Nebeneffekt dieser Digitalisierungsinitiative können auf Grundlage der jetzt verfügbaren Datenlage einige weitere Nutzeneffekte erzielt werden, zum Beispiel Energie-Monitoring und -optimierung. Denn ein bedeutender Hebel für die Kostenoptimierung ist der Energieverbrauch. Mit der intelligenten Verteilung von Lastspitzen bspw. beim Anfahren von Maschinen können Tarife optimiert und somit Kosten gespart werden.

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