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EMO Hannover 2017

Prozessautomatisierung im "Wolkenschloss"

| Autor/ Redakteur: Walter Frick / Jürgen Schreier

Cloud-Lösungen sind voll angesagt: Digitalisierte Daten in App-basierten "Wolkenschlössern" sollen Prozesse automatisieren, während Analysetools das Betriebsverhalten von Anlagen echtzeitnah herausarbeiten. Auf der EMO Hannover 2017 kann man erleben, wie die datengetriebene Produktionsoptimierung funktioniert.

Mit der „Smarten Systemoptimierung“ erfolgt eine technisch detaillierte und zugleich automatisierte Auswertung von Stillstandsursachen und Fehlerzusammenhängen in einer Produktionslinie.
Mit der „Smarten Systemoptimierung“ erfolgt eine technisch detaillierte und zugleich automatisierte Auswertung von Stillstandsursachen und Fehlerzusammenhängen in einer Produktionslinie.
( Bild: Fraunhofer IPA/Rainer Bez )

Eine smarte Systemoptimierung, die Fehler in verketteten Produktionsprozessen erkennt und ihre Ursachen sowie die Fortpflanzung automatisiert aufzeigt, präsentiert das Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) auf der EMO Hannover 2017. Wie das in der Praxis funktioniert, erläutert Felix Georg Müller, Fachthemenleiter Autonome Fertigungssystemoptimierung: „Mit der smarten Systemoptimierung erfolgt eine technisch detaillierte und zugleich automatisierte Auswertung von Stillstandsursachen und Fehlerzusammenhängen in einer Produktionslinie. Sobald die Produktion läuft, werden aus allen Prozessschritten zeitsynchron Daten an ein Analysetool übermittelt.“ Dieses kann nun mit den am Fraunhofer IPA entwickelten Algorithmen Rückschlüsse ziehen und die Informationen in gewünschter Form aufbereiten.

Maschinendaten-Logger macht Steuerungen Big-Data-fähig

Als Datenbasis dienen Zustands- und Prozessinformationen aus allen technischen Teilschritten der gesamten Prozesskette. Hieraus kann das Analysetool kontinuierlich und echtzeitnah herausarbeiten, wo Fehler oder Stillstände auftreten oder erst durch das Zusammenspiel mehrerer abweichender Faktoren in verschiedenen Prozessschritten entstehen. Im Gegensatz zur klassischen OEE (OEE=Overall Equipment Effectiveness) erhält der Anwender sofort eine Ursachenzuordnung.

Der Anwender sieht beispielsweise, welcher Prozess den anderen blockiert und erkennt, wo der Auslöser sitzt. Weiterhin ist es möglich, die Fehlerbehebung zu priorisieren, da der reale Engpass der Produktionslinie zu jeder Zeit berechnet wird. Dies basiert auf allen aktuell detektierten Fehlerbildern, Kurzstopps und Ausschussraten und spiegelt somit den Echtzeitblick auf eine Anlage wider.

Datenquellen sind entweder zusätzlich installierte Sensoren - zum Beispiel smarte Kameras. Liegen keine Prozessinformationen vor, kommt der am IPA entwickelte Maschinendaten-Logger zum Einsatz. Das System ist in der Lage, Massendaten aus den Industriesteuerungen der Typen Siemens S7-1500, Beckhoff CX1020 und Mitsubishi Q Series an das Analysewerkzeug zu liefern. Da somit alle relevanten Variablen im Millisekundentakt verfügbar sind, kann das Betriebsverhalten erlernt werden.

„Damit machen wir gängige Maschinensteuerungen Big-Data-fähig und können bereits vorhandene Maschinendaten in das Analysemodell integrieren“, meint IPA-Experte Müller. „Mit unserem Tool konnten wir bei bereits hoch standardisierten Maschinen von Automobilzulieferern zwischen sechs und zehn Prozent Zykluszeitreduktion erzielen und die dauerhafte Einhaltung des Optimums überwachen.“

Basis dieser datengetriebenen Produktionsoptimierung ist die permanente und extrem detaillierte Analyse des Anlagenverhaltens und aller beteiligten Einzelprozesse einer Produktionslinie. Dies kann nicht manuell, sondern aufgrund des extrem hohen Datenverarbeitungsvolumens nur automatisiert erfolgen. So werden die Fehlerursachen nicht mehr ausschließlich im dynamischen Linienverhalten gesucht, sondern auch etwa per Anomaliendetektion in den Prozessdaten aller Einzelprozesse. Damit können Fehler noch präziser ermittelt und eliminiert werden. Mit konventionellen Ansätzen wäre ein Prozessoptimierer allein mit der Sichtung eines Datensatzes und dessen Analyse stunden- oder sogar tagelang beschäftigt und könnte doch immer nur einen Zeitausschnitt untersuchen – nämlich den, den der Datensatz repräsentiert.

Auf der EMO Hannover 2017, so Müller abschließend, „können die Besucher live erleben, wie die datengetriebene Produktionsoptimierung funktioniert. Die Gäste an unserem Stand erleben mit unserer Minifabrik, wie dynamische Engpässe, Abhängigkeiten in Produktionslinien und Anomalien erkannt und ausgewertet werden. Eine vollständige Transparenz über komplexe Produktionslinien in Echtzeit ist so jederzeit möglich.“

"Fühlende" Maschine kompensiert autonom Abweichungen

Das Thema Prozessautomatisierung stand auch im Mittelpunkt der Tagung „Prozesskette im Automobilbau“ (PiA) am 3. und 4. Juli 2017 in Bielefeld. Dort wurde unter anderem das Projekt HL-Pro-Ket vorgestellt. Was genau an dem „integrierten Ansatz“ neu ist, erläutert Patrick Kuhlemann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover: „Zunächst ist das neuartige Drehwalzverfahren zu erwähnen. Dazu wurde ein hybrides Drehwalzwerkzeug entwickelt, das das konventionelle Drehen und Festwalzen in einem Werkzeug vereint. Ein weiteres wichtiges Ergebnis stellen die Fräswerkzeuge dar, die die Prozessoperationen Schlichten, Schruppen und Fasen vereinen und somit die Effizienz steigern. Die genannten Prozesse ersetzen die konventionellen, umformenden Prozesse und machen die nach dem Härten bislang notwendige Hartfeinbearbeitung unnötig.“

Das Drehwalzen ermöglicht eine Vorkompensation des Härteverzugs, wodurch sich die Prozesskette nahezu halbiert. Zudem wird die Flexibilität massiv gesteigert, da bei einem Variantenwechsel lediglich der NC-Code angepasst und keine Umformmaschinen umgerüstet werden müssen.

Die „ganzheitliche Prozesskettenregelung“, sagt der IFW-Wissenschaftler, „ist maschinenübergreifend. Dies bedeutet, dass das Dreh-Fräszentrum sowie die Induktivhärtemaschine miteinander verknüpft sind und sich durch prozessintegrierte Geometriemessungen aufeinander abstimmen.“ Nähert sich ein Bauteil nach dem Härteprozess einer Toleranzgrenze, wird beim nachfolgenden Bauteil während der Weichbearbeitung die Vorkompensation direkt angepasst. Auf diese Weise wird maschinenübergreifend die Fertigungsqualität autonom sichergestellt.

Getrieben durch die steigende Anzahl individueller Produkte, so Patrick Kuhlemann, „erwarten wir auf der EMO Hannover 2017 einen klaren Trend zur Optimierung von Fertigungsprozessen durch integrierte und innovative Prozessregelung. Die Optimierungskosten pro Bauteilvariante sollen somit den Kosten der effizienten Massenproduktion angeglichen werden.“ Das IFW wird auf der EMO in Hannover eine „fühlende“ Werkzeugmaschine vorstellen. Durch die geschickte Integration der Prozessregelung und die Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Vielzahl an Sensorsignalen ist die Maschine in der Lage, Geometrie- oder Formabweichungen zu detektieren, vorwegzunehmen und somit autonom zu kompensieren.

Automatisierung nach dem Baukastenprinzip

Wie die Salacher Emag-Gruppe die „Digitalisierung ihrer Produktionstechnologie für die Etablierung von intelligenten Fabriken massiv vorantreiben will“, erläutert Marketingleiter Oliver Hagenlocher: „Die Digitalisierung ist für uns bereits Realität. Die Welt ist heute schon digital, daher brauchen wir auch heute schon Lösungen.“ Zum einen gehe es also darum, wie bisherige Anwendungen für die digitale Welt optimiert und zugänglich gemacht werden können. Zum anderen müsse geklärt werden, welche Anforderungen dies für die Produktion von morgen mit sich bringt.

Neben der Entwicklung von Softwarelösungen will Emag auch die entsprechende Hardware – in Form von Werkzeugmaschinen und Automationslösungen – für die Smart Factory fit machen. Ein Beispiel dafür sind die modularen Maschinen und das dazu passende modulare Automationskonzept Trackmotion. Die Kombination erlaubt den Aufbau von Fertigungslinien nach dem Baukastenprinzip. Bearbeitungsprozesse werden in einfach zu handhabende Teilprozesse zerlegt und auf den entsprechenden modularen Maschinen eingerichtet. Dabei werden mit dem Automationssystem Trackmotion die modularen Maschinen sehr einfach und effizient verkettet.

Mit einer einheitlichen Usability der Software will Emag die Steuerung, Überwachung und Analyse der Produktion vereinfachen. In der Praxis, so Hagenlocher, funktioniere das so: „Die Usability oder Userexperience (UX) sind Entwicklungen innerhalb der Digitalisierung und beschreiben die Erfahrungen, die ein Endanwender mit einer Software macht. Gerade im Bereich der Mobile-Apps ist eine positive UX maßgeblich am Erfolg einer Software beteiligt.“ Der Anwender erwarte heutzutage nicht nur eine inhaltlich gute Software, sondern auch eine intuitive Bedienung, die einen schnellen Start ohne aufwändige Schulung ermöglicht.

Zukunft des Tool Lifecycle Management liegt in der Cloud

Zu den Werkzeugen für die Prozessoptimierung gehört auch die Tool Lifecycle Management Strategie (TLM) der Tübinger TDM Systems GmbH. Geschäftsführer Peter Schneck erklärt, welche Bedeutung diese Strategie im Hinblick auf die Fabrik der Zukunft hat: „Vor zwei Jahren haben wir mit dem Aufsetzen dieser Strategie die klassische Werkzeugdatenverwaltung auf eine höhere Stufe gehoben. So ist das Alleinstellungsmerkmal unserer Software, dass das System nicht nur einmal eingespeiste Informationen verwaltet und zur Verfügung stellt, sondern vor allem, dass sie die während der Produktion eines Werkstücks an der Maschine anfallenden Daten sammelt. Durch die Datenrückführung ergibt sich ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess quasi in the loop.“

Digitalisierung und Vernetzung seien schon immer die Kernkompetenz von TDM gewesen, meint Schneck, "lange vor den Zeiten von Industrie 4.0." Allerdings würdeb sich mit der neuen Ära die Möglichkeiten von Tool Lifecycle Management vervielfältigen. Die Vernetzung – und damit das TLM – höre nicht mehr am Tor der Werkshalle auf. Modernes TLM bedeute Transparenz und Zusammenarbeit über Werks-, Standort- und Ländergrenzen hinweg, mit kurzen Antwortzeiten und mobiler Nutzung. Schneck: „Wir folgen natürlich auch dem vorherrschenden Trend, Daten und Lösungen über und in der Cloud verwalten zu können und verfügbar zu machen. So liegt auch die Zukunft des TLM in der Cloud.“

Interview: „Wendepunkt auf dem Weg zu Digital Factory“

Dr. Holger Rudzio, Geschäftsführer DMG Mori Software Solutions GmbH, Pronten, im Gespräch mit Walter Frick

Sie wollen auf der EMO Hannover 2017 mit einem „Digitalisierungspfad“ den Weg in die Zukunft der digitalen Fabrik ebnen – wie soll das in der Praxis funktionieren?

Rudzio: Unserem Path of Digitization von der Celos-Machine in Richtung Celos-Manufacturing folgend, präsentieren wir zur EMO Hannover 2017 durchgängige Softwarelösungen für die Digitalisierung von Workflows im Fertigungsumfeld – beispielsweise im Umfeld der Fertigungsplanung oder für das durchgängige Werkzeugmanagement in Arbeitsvorbereitung und Werkstatt. Ein weiteres zentrales EMO-Thema ist die Connectivity. Unser Ziel ist es, „Celos“ dem gesamten Produktionsbereich verfügbar zu machen, um Kunden mittelfristig ein vollständiges Lösungsportfolio für die digital factory anbieten und eine durchgängige Transparenz vom ERP-System bis hinunter auf die Sensorebene gewährleisten zu können.

Dr. Holger Rudzio, Geschäftsführer DMG Mori Software Solutions GmbH: "Unser Ziel ist es, Celos dem gesamten Produktionsbereich verfügbar zu machen, um eine durchgängige Transparenz vom ERP-System bis hinunter auf die Sensorebene gewährleisten zu können."
Dr. Holger Rudzio, Geschäftsführer DMG Mori Software Solutions GmbH: "Unser Ziel ist es, Celos dem gesamten Produktionsbereich verfügbar zu machen, um eine durchgängige Transparenz vom ERP-System bis hinunter auf die Sensorebene gewährleisten zu können."
( Bild: DMG Mori )

Was verstehen Sie unter „kundenindividuellen Softwarelösungen“ und „umfassenden digitalisierten Prozessketten“ – gemeinsame Prozessentwicklung mit dem Kunden?

Rudzio: Unsere Software- und App-Lösungen sind durchgängig kompatibel und lassen sich mit Blick auf individuelle Geschäftsprozesse maßgeschneidert für die Anforderungen des Kunden kombinieren. Bei Auswahl und Implementierung unterstützen wir unsere Kunden – sofern notwendig, auch mit individuellen Softwareanpassungen.

Was erwarten Sie vor diesem Hintergrund von der EMO Hannover 2017 – was werden Sie dort präsentieren?

Rudzio: Die EMO Hannover 2017 markiert für uns einen Wendepunkt auf dem Weg zur digital factory. Im Zentrum steht zum einen das Thema der durchgängigen Integration der Produktionswelt unserer Kunden in digitale Lieferketten. Zum anderen steht die Konnektivität unseres App-basierten Steuerungs- und Bediensystems Celos im Fokus. Ein Highlight ist das neue Celos-Tab, ein maßgeschneidertes Tablet als mobiles Bedieninterface für Celos. Zweite Top-Innovation ist die intelligente Celos-Netbox als offenes Gateway für den Werkzeugmaschinenbau. Sie lässt sich an alle führenden CNC-Steuerungssysteme andocken und öffnet einerseits die „Celos-Welt“ erstmals auch für Fremdmaschinen. Andererseits fungiert sie als IoT-Schnittstelle zur Adaption an beliebige Cloud-Infrastrukturen sowie zur Interaktion in unternehmensübergreifenden Produktionsnetzwerken der Zukunft.

Walter Frick ist Fachjournalist in Weikersheim.

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