Use-Case Maschinen: Automatisierung statt Überwartung

Von Matthias Marx & Stefan Gessler*

Bei der Instandhaltung von Maschinen vertrauen viele Unternehmen auf Standardintervalle. Wie ein deutscher Hersteller auf Shop-Floor-Integration setzt und so eine zustandsbasierte Wartung möglich macht, die Kosten einsparen und Laufzeiten verlängern soll.

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Bestückungsmaschinen wie diese von Fuji müssen regelmäßig gewartet werden. Mithilfe von Shop-Floor-Integration wurden diese Abläufe nun automatisiert und können jetzt mit weniger Aufwand und günstiger durchgeführt werden.
Bestückungsmaschinen wie diese von Fuji müssen regelmäßig gewartet werden. Mithilfe von Shop-Floor-Integration wurden diese Abläufe nun automatisiert und können jetzt mit weniger Aufwand und günstiger durchgeführt werden.
(Bild: Fuji)

Die Digitalisierung hat in Produktionsbetrieben zu einer Optimierung der Prozesse geführt. Dennoch gibt es Bereiche, in denen noch viel manuell erfasst werden muss. Dazu gehört zum Beispiel die Instandhaltung von Maschinen, die häufig in Intervallen durch-geführt wird, die der Hersteller empfiehlt. Ein Sensor-Hersteller aus dem Ruhrgebiet setzt nun für die Produktion einer der wichtigsten Komponenten auf zustandsbasierte Wartung mittels Shop-Floor-Integration, die auf realen Daten basiert und die individuelle Abnutzung von Werkzeugen erfasst. Die Automatisierung verhindert Überwartung und vorzeitigen Werkzeugaustausch, sodass Kosten eingespart und die Maschinenlaufzeiten verlängert werden.

Sensoren werden mittels SMD-Bestückungsmaschinen gefertigt

Die Ifm Electronic GmbH mit Sitz in Essen entwickelt und produziert an Standorten in Deutschland, den USA, Singapur, Polen, Rumänien und Indien Sensoren für die Industrie. 7.300 Beschäftigte arbeiten weltweit für das Unternehmen, das Kunden aus den Branchen Verpackungs-, Automobil- und Lebensmittelindustrie sowie Werkzeugmaschinenhersteller beliefert. Vor allem durch die Einführung von Industrie 4.0 nehmen IO-Link-Sensoren an Wichtigkeit kontinuierlich zu, da sie durch ihre einfache Inbetriebnahme und die so entstehende Transparenz hinsichtlich Maschinendaten einen Zuwachs an Effizienz und Kosteneinsparung versprechen.

Ifm produziert IO-Link-Sensoren in ihrem Werk am Bodensee. Die Sensoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie nicht nur messen, sondern die Informationen auch aggregieren und weiterleiten können. Daher sind sie in Produktionsbetrieben vielseitig einsetzbar. Wichtigstes Element der intelligenten Sensoren ist eine Platine, die die Kommunikationsfähigkeit ermöglicht. Die Leiterplatte wird mittels Surface-Mounted-Devices-(SMD)-Bestückungsmaschinen von Fuji gefertigt. Eine regelmäßige Wartung der Bestückköpfe garantiert dabei eine gleich-bleibend hohe Qualität.

Zustandsbasierte Wartung statt Wartungsempfehlungen des Maschinenherstellers

Bislang wurden im Werk die Wartungsempfehlungen des Maschinenherstellers stets eingehalten. Mit der Zeit stellte sich jedoch heraus, dass die maximale Leistung (Pick-Zahl pro Bestückkopf) so nicht ausgeschöpft wird und unnötig hohe Kosten sowie ein hoher Wartungsaufwand entstehen. Aus diesem Grund wurde auf zustandsbasierte Wartung und Instandhaltung umgestellt. Der Nettoeffekt war jedoch sehr gering, weil die Leistungsgrenze der Bestückköpfe nur durch aufwändiges und regelmäßiges Kontrollieren des Zählerstands an der Maschine festgestellt werden konnte. Um die manuelle Erfassung der Daten ins ERP-System zu vermeiden, die einen hohen personellen Aufwand bedeutet und zudem fehleranfällig ist, sollte der Wechsel zu einer automatisierten Lösung stattfinden.

Als Partner für die Umsetzung der Shop-Floor-Integration (SFI) überzeugte schließlich die Lösung für vertikale Digitalisierung des Siegener Softwareherstellers Gib mbH. Eine in der Maschine vorhandene Sensorik misst dabei die Hebe- und Senkzahl des jeweiligen Bestückkopfes und leitet die Daten automatisch an das ERP-System weiter. Ist die maximale Pick-Zahl erreicht, wird selbstständig ein Wartungsauftrag erstellt sowie die Ersatzteilreservierung aus-gelöst. Für Gib bestand der große Vorteil von SFI darin, dass sie bestehende Hard- und Software nutzen konnten. So mussten weder zusätzliche Sensorik verbaut noch Änderungen in der Middleware vorgenommen oder das ERP-System angepasst werden. Normale Customizing-Funktionen gewährleisten die Verbindung vom Shop Floor zur Geschäftsprozessebene.

Informationen in Echtzeit abrufen und Alerts auslösen

SFI ist eine Softwarelösung, die Sensordaten aus der Middleware aufnimmt und die Informationen in die entsprechenden Bereiche im ERP-System weiterleitet. Dort werden die Informationen für spätere Auswertungen gespeichert und dienen als Basis von Handlungsempfehlungen. Dazu gehören beispielsweise Alerts für automatische Bestellanforderungen. Für die Produktion der Leiterplatte bedeutet das, dass jeder Bestückkopf per Barcode im SAP-System erfasst ist. In Echtzeit kann dadurch die exakte Pick-Zahl jedes Kopfes abgerufen werden. Je nach individuellem Abnutzungsgrad schlägt das ERP-System automatisch den Austausch der Bestückköpfe vor, den der Instandhalter dann unmittelbar vornehmen kann. Dadurch vermeidet Ifm Überwartung und einen vorzeitigen Austausch von Bauteilen, die sonst unnötige Kosten und Ressourcenverbrauch verursachen. So sind Wartung und Instandhaltung planbarer geworden. Stillstände und Rüstzeiten konnten bei gleichzeitiger Sicherstellung einer hochwertigen Produktion minimiert werden. Zudem trägt die erzielte Ressourceneinsparung die Ifm einen weiteren Schritt in Richtung Green Production.

SFI hat zu zahlreichen Verbesserungen und zu einer effizienteren Maschinenauslastung geführt. Anstatt einmal wöchentlich den Zählerstand für getätigte Picks manuell in SAP einzugeben, werden die Bewegungen des Bestückkopfes automatisch erfasst und zweimal täglich übermittelt. Durch Tracking wissen die Produktionsverantwortlichen außerdem genau, wo welches Werkzeug im Einsatz ist. Besonders positiv für die Abläufe in der Herstellung: Die gesamte Implementierung inklusive Prozessanalyse und Schulung nahm lediglich zwei Wochen in Anspruch. Der Produktionsausfall selbst war minimal. Zudem ist die Lösung nicht kostenintensiv, sodass sich die Investition innerhalb von sechs Monaten amortisiert hat.

Fazit: Automatisierung auch ohne große Investitionen möglich

Unternehmen nehmen oft an, dass große Investitionen nötig sind, um Automatisierungs- und Digitalisierungssysteme für Industrie 4.0 zu implementieren. Dabei können bereits kleine Lösungen in Teilbereichen eine große Wirkung erzielen, ohne den laufenden Betrieb langfristig zu beeinträchtigen. Die Implementierung von SFI bei Ifm zeigt, dass mit vergleichsweise geringem Aufwand eine wesentliche Optimierung von Arbeitsabläufen erzielt werden kann. Ein zusätzlicher Vorteil von Teillösungen wie dieser besteht darin, dass der Schulungsaufwand für Mitarbeiter äußerst gering ist und die Lösung auf breite Akzeptanz stößt.

* Matthias Marx arbeitet IIoT Consultant bei der Gib mbH. Stefan Gessler ist Abteilungsleiter Instandhaltung bei Ifm Electronic GmbH tätig.

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