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Für Monitoringzwecke überwacht die Software die internen Prozesse vollständig und alarmiert bei einem Fehler. Bild: Voith Industrial Services
Automatisierungsgrad

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Modulmontagen flexibel steuern

Text: Nico Kümmling, Voith Industrial Services
Reproduzierbare Produkteigenschaften und deren Dokumentation erfordern bei OEMs, Zulieferern oder Maschinenbauunternehmen oft komplexe und intelligente Betriebsmittel. Hierfür sind Lösungen gefordert, die wenig zusätzlichen Aufwand erzeugen.

Ein hoher Automatisierungsgrad mit fest implementierten Abläufen führt bei einer hohen Anzahl von Produktvarianten zu einer komplexen Steuerungslösung, die gewöhnlich mit einer zentralen SPS realisiert wird. Die Parametrierbarkeit solcher Systeme ist aus diesem Grund beschränkt. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Dokumentation der Prozesse zum Zwecke der Nachverfolgung. Produkt- und Prozessänderungen führen daher zu hohen Aufwänden für Softwareänderungen und Tests – ein Zeit- und Kostenfaktor, den es zu vermeiden gilt. Unter dem Aspekt der Einsparung von Steuerungshardware werden Funktionen der Fördertechnik, der Sicherheit und der technologischen Abläufe in einem Steuerungsgerät programmiert. Die Komplexität und die Anforderungen an sicherheitsrelevante Funktionen führen zu einer starren Programmierung. Das Einsparen von Hardware wird erkauft durch erhöhte Aufwände bei späteren Änderungen der Prozesse. Dies erhöht die Betriebskosten und erfordert produktionsfreie Zeiten. Daher sind neue Wege gefragt.

Technologische Änderungen auf Knopfdruck

Das Engineering Team von Voith Industrial Services entwickelte die Idee, mit der Software jitCats, technologische Änderungen auf Knopfdruck möglich zu machen. Änderungen der Austaktung erfordern nur noch einen mechanischen und elektrischen Umbau, Programmier- und Testaufwände werden auf eine simple Parametrierung reduziert. Dabei muss der Bediener nicht einmal das Tracking und Tracing ändern, dies erledigt der Konfigurator automatisch auf Basis der vordefinierten Betriebsmittel-Bibliothek. Ausgetestete Bibliotheken lassen sich mehrfach verwenden, was mögliche Fehler minimiert. Ein durchgängiger Informationsfluss bleibt somit auch bei Änderungen gewährleistet, zugleich muss der Anwender sich nicht mehr um das Schnittstellenmanagement kümmern. Prozessänderungen wie auch Verbesserungsvorschläge sind somit leicht umsetzbar. Ein Konfigurator unterstützt den Anwender bei der Anlage von Linien und Takten und leitet ihn bei der dynamischen Konfiguration jedes Betriebsmittels an.

Dokumentation und Betriebsmitteleinsatz

Der gesamte Fertigungsprozess wird in Form einer Technologiematrix dokumentiert. Hier ist festgelegt, mit welchem Einzelteil, in welcher Station und mit welchem Betriebsmittel welcher konkrete Arbeitsschritt ausgeführt wird. Eine Mehrfachnutzung von Betriebsmitteln ist möglich. Zudem lässt sich die Reihenfolge bestimmter Arbeitsschritte innerhalb eines Taktes fest vorgeben. Unwesentlich ist dabei die Losgröße. Selbst bei einer Losgröße von 1 gelangen die notwendigen Informationen automatisch zu den Mitarbeitern und Maschinen – je nach Bedarf: mittels einfachen Pick-to-Lights mit und ohne Überwachung bis hin zu universellen Industriecomputern. Parallel zur Prozesssteuerung wird jeder einzelne Prozessschritt dokumentiert und der Produktstatus überwacht. Der Versand, ein Qualitätscheck oder auch eine Nacharbeit lässt sich mit diesen Echtzeit-Informationen gezielt steuern. Die Parametrierung konfiguriert das MES und die Kopfsteuerungen gleichzeitig. Früher dauerte das Umsetzen eines Betriebsmittels einschließlichen Programmieren und Testen ein ganzes Wochenende. Heute lässt sich dies in weniger als 30 Minuten realisieren.

Die Software wurde 2003 ursprünglich für die Steuerung und Überwachung von komplexen Modulmontagen in der Automobilindustrie entwickelt. Mittlerweile liegen auch Erfahrungen in Losfertigungen vor. Einsetzbar ist das Produkt in allen diskreten Fertigungen, in denen Einzelteilinformationen rückverfolgbar sein müssen und Varianz von Produkt und Prozess vorherrscht. In der aktuellen Version 4 wird besonderer Wert auf die einfache Integration von verschiedenen Vormontagen (Vorsequenzierung, Losvormontagen, paarweise Bearbeitung) und auf eine moderne Werkerführung gelegt. Die Software reduziert operative Kosten, insbesondere bei Produkt- und Prozessänderungen. In einem konkreten Fall musste beispielsweise ein Zulieferer rund 20 technologische Änderungen pro Jahr durchführen. Dies führte aufgrund der fehlenden produktionsfreien Zeit zu hohen Kosten und Verzögerungen. Mittlerweile ist das Unternehmen in der Lage, diese in Eigenleistung und ohne Programmierung in kurzen Pausen zu realisieren und systemisch vollständig zu integrieren. Aktuell werden Montagen mit mehreren hundert Einzelteilen je Modul und mit Taktzeiten von 12 s bis 5 min gesteuert.

Integrationsmöglichkeiten und Monitoring

Um die Software wirksam einzuführen, werden interne Verkettungen in der Fertigung aufgetrennt. Hierbei kommuniziert die Software mit der Fördertechnik und jedem einzelnen Betriebsmittel separat. Die Schnittstellen zu den einzelnen Betriebsmitteln werden vereinfacht und standardisiert. Ebenso lassen sich ganze Fertigungsabschnitte als Blackbox einbinden. Die dem Produkt zugeordneten Informationen, mindestens eine eineindeutige Kennzeichnung, steuern alle weiteren Prozesse der Bearbeitung und Qualitätssicherung.

Für Monitoring-Zwecke überwacht die Software die internen Prozesse vollständig und alarmiert bei einem Fehler. Die standardmäßige Betreuung eines IT-Systems, zum Beispiel Hardwaremonitoring und Backup, muss eingeplant werden, wobei für die Wartung und den Support der Software weniger als ein Mitarbeiter benötigt wird, der idealerweise auch mit Aufgaben aus der Instandhaltung oder der IT befasst ist. Innerhalb eines Taktes lassen sich, abhängig vom Qualitätsstatus, bestimmte Arbeitsgänge wiederholen. Alle Aktivitäten werden gesondert freigegeben und überwacht. Auch ein QS-Check ist möglich. Je nach Produkt können mehrere hundert Qualitätsmerkmale je Baugruppe erfasst und überwacht werden. Als Bericht erstellt jitCats eine Baugruppenakte, die Einzeldaten einschließlich Zeitstempel enthält. Darüber hinaus sind Auswertungen über die häufigsten Fehler(-ursachen) möglich.

Das System beinhaltet die Funktionen für eine Just-in-Time oder Just-in-Sequence-Fertigung. Automatische Auftragseinsteuerung über ein vorgelagertes EDI/ERP-System ist hier der Standard. Bedarfszeiten und Sequenzinformationen werden dementsprechend mit bearbeitet und auf dem Leitstand visualisiert. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, für die bedarfsorientierte Materialbereitstellung die Software logiCats anzudocken. Damit werden, resultierend aus dem Fertigungsfortschritt, konkrete Lagerabrufe abgeleitet und diese automatisch an das Warehouse-System gesendet. Referenzanwendungen für den automatischen Materialabruf von bis zu zwei Millionen Teilen pro Tag liegen vor.

Betriebsmittel lassen sich dynamisch verketten

Mit den Einsatzerfahrungen wurde der Nachweis erbracht, dass es möglich ist, in komplexen Montageprozessen die Betriebsmittel dynamisch zu verketten und bei hoher Flexibilität und Betriebssicherheit die operativen Kosten signifikant zu senken. Zusätzlich reduziert die optimierte Inbetriebnahme auch zeitliche Risiken. Aktuell werden weitere Bibliothekselemente sowie Funktionen für mobile Clients entwickelt.

Weitere Informationen zu Voith Industrial Services finden Sie im Business-Profil auf Seite 58.

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