Sensorik Am Puls der Prozesse: Sensoren in der Kabelsatzproduktion

Autor / Redakteur: Christoph Plüss / Jürgen Schreier

Sensoren werden immer kleiner und billiger werden. Folglich lassen sie sich an sehr vielen Stellen der Fertigung einsetzen, um die Produktionsabläufe zu optimieren. Dies zeigt ein Use Case aus der Kabelsatzherstellung.

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Die Elektrik/Elektronik im Automobil hat mittlerweile eine hohe Komplexitiät erreicht. Mithilfe von Sensorik in der Herstellung lassen sich Einbußen bei Leistung, Qualität oder Verfügbarkeit vermeiden.
Die Elektrik/Elektronik im Automobil hat mittlerweile eine hohe Komplexitiät erreicht. Mithilfe von Sensorik in der Herstellung lassen sich Einbußen bei Leistung, Qualität oder Verfügbarkeit vermeiden.
(Bild: DiIT)

In der rasant fortschreitenden Digitalisierung der Industrieproduktion nimmt die Sensorik eine zentrale Rolle ein. Sie bildet eines der Kernelemente des Internets der Dinge (IoT), wo sie die Messung und Kontrolle von Veränderungen der jeweiligen Objekte übernimmt, so zum Beispiel Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration, Bewegung, Beschleunigung, aber auch chemische Zustände wie den CO2- oder Sauerstoffgehalt einer Entität.

Kompaktheit und "Preisverfall": Sensoreinsatz wird immer attraktiver

Über Kommunikationseinrichtungen können die Sensoren mit IoT-Plattformen kommunizieren, sodass die Daten in Echtzeit verarbeitet werden können. Mittlerweile sind zahlreiche solcher Plattformen für Aufnahme, Verarbeitung und Kommunikation der entsprechenden Daten für den industriellen Einsatz verfügbar.

Vor allem zwei Entwicklungen haben die Einsatzmöglichkeiten der Sensorik in den letzten Jahren enorm erweitert: Zum einen die fortschreitende Miniaturisierung der Sensoren, die nun den Einsatz auf oder in nahezu allen Objekten ermöglicht. Auch sehr kleine Bauteile lassen sich so mit Sensoren versehen. Zum anderen sind die Sensoren und die entsprechenden Kommunikationssysteme im letzten Jahrzehnt massiv billiger geworden, sodass der Einsatz auf allen möglichen Objekten auch betriebswirtschaftlich darstellbar ist. Sogar die Verwendung von "Wegwerfsensoren" ist heute kein Thema mehr.

Die erfassten Daten lassen sich in der Industrieproduktion auf vielfältige Weise nutzen, etwa für die unmittelbare Steuerung der Prozesse, aber auch für die Ermittlung von betrieblichen Kennzahlen und deren Übernahme in das MES (Manufacturing Execution System) sowie für die Vorhersagen von Prozessverläufen – etwa hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit von Störungen und von Verschleißerscheinungen in Maschinen. Insgesamt können Unternehmen mit den aus den diversen Sensoren gewonnenen Informationen ihre Produktionsprozesse optimieren.

Für die Produktion von Kabelsätzen, die beispielsweise in der Bordelektronik von Fahrzeugen Verwendung finden, ergeben sich auf vier Ebenen Ansatzpunkte für die Implementierung solcher Sensoren.

  • Sensoren an Maschinen: Die meisten Maschinen, insbesondere in der Schneiderei, verfügen über online-Schnittstellen, über die sie mit übergeordneten MES-Systemen kommunizieren können. Eine zusätzliche Sensorik benötigen sie nicht. Es gibt allerdings auch ältere Maschinen, die diese Fähigkeit nicht haben. Hier können einfache Sensoren zum Einsatz kommen, beispielsweise als Stückzähler, die die produzierten Teile zählen, was dann in Verbindung mit anderen Informationen Rückschlüsse auf den Prozess erlaubt: ein Absinken der Stückzahl pro Zeit kann auf eine Störung verweisen; da die Sensorik die Kontrolle in Echtzeit ermöglicht, kann sofort reagiert werden.
  • Sensoren an Rohmaterial: Damit lässt sich beispielsweise die Füllmenge oder die aktuelle Position bestimmen und feststellen, ob ein Rohmaterial zur richtigen Zeit am richtigen Ort ist; dadurch können die Auffüllzeiten des verbrauchten Rohmaterials verkürzt werden; indem der Sensor die Daten an das MES sendet, lässt sich kontrollieren, ob für einen Auftrag die richtigen Rohmaterialien an der richtigen Maschine bearbeitet werden.
  • Sensoren an Werkzeugen: In der Kabelsatzproduktion sind Werkzeuge – beispielsweise für das Zuschneiden oder das Crimpen – teuer, nicht zuletzt, weil sie ständigem Verschleiß unterliegen; sie sind daher oft in begrenzter Stückzahl vorhanden und werden auch unter den Maschinen ausgetauscht. Auch hier ermöglichen es Sensoren Werkzeuge schneller aufzufinden, beispielsweise per Smartphone-App; durch Auslesen des Werkzeugsensors können Wartungsprotokoll, Verwendungszweck oder Ersatzteilnummern der Verschleißteile erfasst werden; Verbindung mit den Informationen aus dem MES zum Beispiel festzustellen, ob Werkzeuge an den richtigen Maschinen für den richtige Auftrag eingesetzt werden, wann sie verfügbar sind oder auch, ob eine Wartung durchgeführt werden muss.
  • Zusätzliche Sensoren an Maschinen: Über die "Basis-Sensoren" an der Maschine (z.B. Stückzähler) hinaus ermöglicht die technische Weiterentwicklung der Sensoren mittlerweile auch die Erfassung komplexer Informationen sowie von der Maschinen-Umgebung. Zustände wie Vibration, Noise, Lux oder CO2 erlauben das frühzeitige Erkennen beziehungsweise Antizipieren von Störszenarien: "Wenn bei einer bestimmten Umgebungstemperatur ein definiertes Vibrationsmuster auftritt, ist in der nächsten Stunde mit einer Störung des Typus X zu rechnen." Auf diese Weise lassen sich Einbußen bei Leistung, Qualität oder Verfügbarkeit vermeiden, beispielsweise indem man eine Wartung von Maschine oder Werkzeug vorzieht oder auch herauszögert, beziehungsweise für Tuning-Maßnahmen um Maschinen ohne Qualitätseinbußen schneller laufen zu lassen.

Integration ins MES ist von entscheidender Bedeutung

Neben der unmittelbaren Implementierung von Sensorik und Kommunikationssystemen im Produktionsprozess ist immer die Integration in das jeweilige MES von entscheidender Bedeutung. Erst damit werden aus den erfassten Daten tatsächlich Kennzahlen, die für die Benutzer visualisiert werden, und damit – wie etwa DiIT mit seiner Software-Suite "4Wire Solutions" – zur Grundlage fundierter Entscheidungen. Die Analyse der Daten zeigt zum Beispiel auf, wie Kennzahlen verbessert werden können und wie sich der Prozess der Kabelsatzproduktion insgesamt weiter optimieren lässt.

Kabelsatzproduktion: Was ist das?

Unter Kabelkonfektionierung (auch Kabelkonfektion oder Kabelsatzherstellung genannt) versteht man die Produktion von anschlussfertigen Kabeln, Kabelbündeln und gesamten Kabelbäumen mit Steckern, Kontakten oder auch Aderendhülsen. In der Verarbeitung können verschiedene Steckverbinderlösungen zum Einsatz kommen. Sowohl die Crimptechnik, als auch die Löttechnik ist hierbei sehr weit verbreitet. Viele Anforderungen ergeben sich in dem Einsatzgebiet entsprechender Kabelbäume oder Anschlusskabel. In der Massenfertigung werden Kabelbäume und Anschlusskabel in der Regel mit Unterstützung von Maschinen erstellt.

Einer der führenden Anbieter von Maschinen und IT-Lösungen für die sie Kabelverarbeitung ist die Schleuniger-Gruppe. Der Firmenverbund, zu dem auch das Softwarehaus DiIT gehört, bietet vom Ablängen und Abisolieren über das Vertüllen und Crimpen bis zur Prüfung und Qualitätskontrolle umfassende halb- und vollautomatische Lösungen. Darüber hinaus hat Schleuniger ein breites Spektrum an Softwarelösungen für die Planungs- und Shopfloor-Ebene im Portfolio.

Christoph Plüss ist Leiter Markt Management bei DiIT in Krailling bei München.
Christoph Plüss ist Leiter Markt Management bei DiIT in Krailling bei München.
(Bild: DiIT)

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