Industrie 4.0 im Mittelstand

In 10 Schritten zur digitalen Automatisierung

Kaum ein Schlagwort verfolgt mittelständische Fertigungsunternehmen so beharrlich, wie Industrie 4.0. Diese Merkmale braucht eine vollautomatische und vernetzte Produktion, um dem Begriff tatsächlich auch gerecht zu werden.

  • Fachkraft scannt QR-Codes mit Tablet

    Ein Industrie-4.0-Prozess wurde mit dem automatisierten Buchungsvorgang einer kompletten Palette per Foto und Tablet installiert. Dabei erkennt eine von Gewatec entwickelte App sämtliche zu den Auftragskörben gehörenden QR-Codes. Ersparnis im Jahr: 800 Arbeitsstunden.

  • MDE-Terminal

    Ein Paradebeispiel für die Verknüpfung von Produktionsabläufen ist das Zusammenspiel von Qualitätsmanagement und Produktionssteuerung. Das MDE-Terminal stoppt die Maschine, wenn eine Qualitätskennzahl außerhalb vorgegebener Grenzen liegt.

Für die intelligente Fabrik ist die Verschmelzung aller IT-Module von der Datenerfassung von Prozess- und Qualitätsdaten an der Maschine bis zur Online-Anbindung der Kunden unabdingbar. Durch ein Höchstmaß an Integration von ERP- und Manufacturing-Execution-System-Software-Modulen wie Maschinendaten-, Betriebsdaten- und Personalzeiterfassung, Computer-Aided-Quality-Management sowie Produktionsplanungs- und Steuerungssystem und die Verschmelzung von Prozess- und Qualitätsdaten wird Industrie 4.0 auch für mittelständische Präzisionsteilehersteller realisierbar.

Puristen unterscheiden vielleicht gerne zwischen herkömmlicher Automatisierung und Industrie-4.0-Prozessen. Das ergibt insofern keinen Sinn, als dass die Übergänge fließend sind. Man kann immer nur mit dem bereits erreichten Digitalisierungsstand eines Unternehmens beginnen, um dann in Richtung des Idealbildes, nämlich einer vollautomatischen, sich selbst steuernden und vernetzten Produktion, zu gehen.

Begleitende Kalkulation in Echtzeit

Zu Industrie 4.0 gehört vor allem das Wissen um den geografischen Ort und den aktuellen Fertigungszustand des Produktes. Das Containermanagement verknüpft die gefertigten Losgrößen eines Fertigungsauftrages mit dem Behälter. Fertigung, Montage und Logistik sind dabei eng miteinander verbunden. Liefereinteilungen und -abrufe werden täglich online vom Kunden direkt in das Netzwerk übertragen und an den Fertigungsprozess weitergeleitet.

Während der Produktion werden sämtliche betriebswirtschaftlichen Parameter wie Prozesslaufzeit sowie Werkzeug- und Materialverbrauch nach jedem Teil berechnet und mit den Sollwertvorgaben aus der Kalkulation abgeglichen. Bei Abweichungen werden entsprechende Maßnahmen ausgelöst, die in einem Workflow festgelegt sind. So kann beispielsweise automatisch eine E-Mail oder eine SMS an den Abteilungsleiter versandt werden.

Prozesssteuerung durch Prozessampel

Auf einen Blick zu wissen, was in der Produktion gerade vor sich geht oder was gerade nicht wie geplant läuft, ermöglicht der Industrie-PC IC901 in Verbindung mit einer Prozessampel und entsprechender Software. Die Prozessampel signalisiert auf Basis relevanter Kennzahlen den aktuellen Zustand von Werkzeugmaschinen.

Die Maschinendatenerfassung (MDE) misst indes Prozessparameter wie Druck und Temperatur (Prozessdatensammler). Werden bei einem Merkmal die Eingriffsgrenzen verletzt, so sind sofort (je nach Prozess innerhalb von Sekunden oder Minuten) entsprechende Maßnahmen einzuleiten, um den Prozess wieder unter Kontrolle zu bekommen. Die Prozessparameter werden durch einen Leitstandrechner nach oben beschriebenem Verfahren vollautomatisch über die standardisierte Schnittstelle EUROMAP 63 oder OPC korrigiert.

Zwangshalt, Wartung und vorbeugende Instandhaltung

Ein Paradebeispiel für die Verknüpfung von Produktionsabläufen ist das Zusammenspiel von Qualitätsmanagement und Produktionssteuerung. Das MDE-Terminal stoppt die Maschine, wenn eine Qualitätskennzahl außerhalb vorgegebener Grenzen liegt.

Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit komplexer Anlagen und Fertigungsressourcen und damit deren Verfügbarkeit können mit einem konsequenten vorbeugenden Instandhaltungskonzept auf einem gleichmäßig hohen Produktivitätsniveau gehalten werden. In Verbindung mit der BDE/MDE-Software werden auf die Werkzeuge die Stückzahlen (Schüsse) gebucht. Bei Erreichen der max. Stückzahl (Schusszahl) zeigt die Prozessampel am MDE-Terminal an, dass das Werkzeug gewartet bzw. ausgetauscht werden muss.

Vom Auftragswechsel bis zur Werkezugausgabe

Bei Fertigmeldung des letzten Arbeitsganges eines Fertigungsauftrages wird automatisch der neue Auftrag angestempelt, der vom Planer mit der grafisch interaktiven Kapazitätsplanung auf die Maschine gelegt wurde. Wenn der Materialvorrat an der Maschine erschöpft ist, kann der Werker zudem über einen Tastendruck eine Materialanforderung an den Lageristen versenden. Über einen frei definierbaren Workflow lassen sich beliebige Maßnahmen definieren, die eine automatische Materialbereitstellung einleiten.

Über die Fertigungsauftragsnummer werden dem Werker automatisch die richtigen Werkzeuge angeboten. Für die Erfassung des Werkzeugverbrauches werden die Werkzeuge automatisch auf den zugehörigen Fertigungsauftrag gebucht.

Umbuchung mehrerer Aufträge via Tablet

Durch die automatisierte Buchung mehrerer Aufträge ohne einzelne Ummeldung per Hand können derweil hunderte Arbeitsstunden im Jahr eingespart werden. Eingesetzt wird dazu in der Praxis etwa ein Android-Tablet, das per App alle QR-Codes der Laufkarten auf einem Foto identifizieren kann und den Buchungsvorgang automatisch vornimmt. Die App wurde in diesem Fall vom Software-Anbieter Gewatec selbst entwickelt, da es auf dem Markt keine gab, die in der Lage gewesen wäre, mehrere QR-Codes auf einem Foto zu identifizieren. Der Foto-Ansatz mit dem Tablet wird auch in anderen Bereichen eingesetzt, unter anderem bei der Lieferscheinerstellung für die Fertigungsprozesse bei Subunternehmen.

Zu guter Letzt spielt das Energiemanagement eine wesentliche Rolle. Das BDE/MDE-System kennt über einen Sensor den genauen Zustand (Stückzahl, steht/läuft) sämtlicher Maschinen in der Produktion. Viele Maschinen produzieren in die Nachtschicht hinein, bis kein Material mehr zur Verfügung steht. Mit einem Actor des BDE/MDE-Energiemanagements ist es möglich, Kompressoren, Beleuchtungen, Klimaanlagen und sonstige Verbraucher ein- und auszuschalten, sobald diverse Maschinen- bzw. Maschinengruppen nicht mehr produzieren. Neben dem Schalten von Verbrauchern können auch beliebige und frei programmierbare Nachrichten über E-Mail oder SMS versendet werden.

Bildquellen: August Weckermann, Gewatec

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