Rückverfolgbarkeit nutzen

Chargen und Bauteile genau im Blick

Mit ihren Funktionen ist eine Traceability-Software ein Hilfsmittel auf dem Weg zur automatisierten und sich selbst organisierenden Produktion. Sie vernetzt Produktionsschritte, um die Wertschöpfungskette im Sinn der Industrie 4.0 zu optimieren. Ist das Werkzeug in ein Manufacturing Execution-System integriert, ergeben sich neben der Qualitätssicherung oft weitere Vorteile.

Industrie 4.0 Ansätze zielen darauf ab, durch die Digitalisierung und Automation die Flexibilität der Produktionsunternehmen zu vergrößern und den Verbrauchern so stetig wachsenden Einfluss auf die Produktgestaltung zu eröffnen. Hier muss die gleichbleibend hohe Produktqualität als Maßstab für produzierende Unternehmen betrachtet werden, gerade weil unzufriedene Kunden mit dem Internet eine weltweite Öffentlichkeit adressieren können. Dort, wo Verbraucher durch defekte Produkte besonders schnell zu Schaden kommen können – etwa in der Automobil-, Pharma- und Lebensmittelindustrie – hilft eine lückenlose Prozessrückverfolgbarkeit dabei, die Qualität auf dem geforderten Niveau zu halten. Das ist schließlich der beste Schutz für das Firmen- und Produktimage und gleichzeitig oft gesetzlich oder versicherungstechnisch gefordert. Erleichtert wird dies durch Traceability-Software, die meist als Komponente eines MES realisiert wird. Dabei stehen folgende Anforderungen im Vordergrund:

• Vollständiger Überblick über die gesamte Wertschöpfungskette
• Eingrenzung fehlerhafter Produkte im Schadensfall zur Minimierung von Rückrufkosten
• Umfassende Auswertung der erfassten und dauerhaft protokollierten Daten

Ein Modul mit drei Aufgaben

Um diese Aufgabe zu unterstützen, muss die Traceability-Software folgendes leisten:

• Das Erfassen, also Tracken, aller relevanten Daten. Diese Funktion ist Grundlage für eine Material- und Prozessrückverfolgbarkeit, da hier die Produktionsschritte- und anfallenden Prozessparameter in Echtzeit (automatisiert) und meist im Hintergrund ermittelt und gespeichert werden.
• Transparenz schaffen, denn um entscheiden zu können, ob ein Produkt den vorgegebenen Qualitätsanforderungen entspricht, müssen alle Prozessschritte online überwacht und die Einhaltung der Vorgaben kontrolliert werden. Damit die Produktionsprozesse nachvollzogen werden können, werden diese Daten erfasst und mit weiteren Informationen verknüpft, etwa welche Fertigungsprozesse das Produkt dabei durchlaufen hat: Wo und wann wurde es von wem bearbeitet, gelagert und getestet? Welches Material ist darin eingeflossen? Die Nutzung und Auswertung der Daten wird oftmals auch als Tracing bezeichnet.
• Kontrollfunktionen bereitstellen, um abschätzen zu können, ob eine bestimmte Komponente weiter verbaut werden darf oder durch etwaige Mängel für die Weiterverarbeitung gesperrt werden muss.

Im Beitrag werden diese Aufgaben näher beleuchtet:

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Tracken relevanter Daten

Grundlage für eine Traceability-Software sind aktuelle Daten aus den Produktionsprozessen. Dazu zählen serien- und chargennummernbasierte Informationen, erfasste Prozessdaten, eingestellte Parameter oder Beginn und Ende eines Arbeitsganges sowie die durchlaufenen Prozessstationen und Arbeitsplätze. Auch Ressourcen, wie Werkzeuge und Betriebsmittel, gehören dazu. Ein Teil dieser Daten ist auch für die operative Fertigungssteuerung interessant, etwa die Dauer einzelner Prozessschritte oder die Gesamt-Durchlaufzeit. Hier ist es nützlich, die Traceability-Software als Komponente eines MES zu betreiben, da relevante Daten nach einmaligem Speichern zentral verfügbar sind. Das ermöglicht zum Beispiel Auswertungen, in denen Daten nach gewünschten Kriterien gefiltert und visualisiert werden.

Transparenz schaffen

Um bestmögliche Transparenz zu schaffen und eine hohe Qualität der Daten sicherzustellen, sollten die prozessrelevanten Arbeitsplätze und Prüfstationen in das MES integriert werden. Hierzu bieten sich unterschiedliche Möglichkeiten an. Ob automatische Linie, ein halbautomatischer oder manueller Arbeitsplatz – für jeden Anlagen- beziehungsweise Arbeitsplatztyp gibt es meist unterschiedliche Lösungen für die Anbindung. Zur Erfassung von Daten kommen unter anderem folgende Möglichkeiten in Betracht:

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• Das Einlesen von Serien- und Chargennummern in Form optischer Codes (zum Beispiel Datamatrix- oder Barcode) mittels 2D/3D-Scanner. Manuelle Arbeiten lassen sich durch spezielle Kamerasysteme automatisieren.
• Funklösungen auf der Basis von RFID. Sind Werkzeuge in Reichweite eines Systems, werden sie automatisch identifiziert und dokumentiert.
• Manuelle Eingabe von Messwerten und Zuordnung zu serialisierten Produkten oder Chargen.
• Kontinuierliche Erfassung von Prozesswerten durch Einbindung von Maschinensignalen oder Sensoren mit I/O-Modulen.
• Automatisierte Übernahme detaillierter Ergebnisdatensätze zu allen Prozessschritten aus Maschinen und Liniensteuerungen über Anlagen-Schnittstellen.
• Übernahme und Konsolidierung von Daten aus Systemen für ERP, Qualitätsmanagement oder Leitrechnern über Schnittstellen.

Stehen die Daten erst einmal zentral zur Verfügung, bieten sie eine solide Basis für die Prozessverbesserung.

Stabilität, Qualität und Sicherheit

Die zentrale Aufgabe für das Traceability-Modul ist die Qualitätssicherung. Hier gilt es die Ansprüche des Unternehmens, der Kunden und des Gesetzgebers abzubilden. Das Geräte- und Produktsicherheitsgesetz beispielsweise zwingt Betriebe zu Maßnahmen, die eine Gefährdung durch das in den Verkehr gebrachte Produkt ausschließen. Hierfür sind stabile Prozesse gefordert. Für die fortlaufende Kontrolle der Fertigungsprozesse stehen Prozessregelkarten sowie Histogramme zur Verfügung. Abweichungen sind so schnell wie möglich, also am besten schon im laufenden Prozess, zu erkennen und zu korrigieren. Eine automatische Prozessdaten-Überwachung ist hier der erste Schritt. Die Backward-Traceability ermöglicht nach erfolgter Fertigung der Produkte eine gezielte Analyse der Fehlerursachen bei aufgetretenen Mängel. Durch die sogenannte Forward-Traceability können daraufhin weitere von Fehlern betroffene Produkte eingegrenzt, ihre Weiterverarbeitung gestoppt oder eine Auslieferung an den Kunden verhindert werden. Diese Absicherung spart bei Rückrufaktionen oder präventiven Qualitätssicherungsmaßnahmen Kosten gegenüber herkömmlichen Maßnahmen. Ist Traceability in einem MES integriert, werden Eingriffe in die Prozesse zum Beispiel mit einer Prozessverriegelung möglich. Hier wird während des Produktionsablaufs bei einem nicht ausgeführten Arbeitsschritt, einem überschrittenen Parameter oder einem aus der Norm fallenden Messwert operativ in den Produktionsprozess eingegriffen und die weitere Bearbeitung gestoppt. Auch Qualitätsinformationen über Rohmaterialien können sowohl bei interner als auch bei externer Fertigung durch die Material-Traceability während der Produktion für eine automatische Verriegelung nachfolgender Bearbeitungsschritte genutzt werden. Wenn beispielsweise ein Lieferant eine Charge zurückruft, kann das Traceability-Modul die weitere Bearbeitung aller damit gefertigten Teile unterbinden. Die Regeln können abhängig vom Unternehmen, dem Produkt oder den Produktionsabläufen definiert werden.

Zukunftssichere Produktion

Mit der Vernetzung von Produktionsschritten trägt Traceability-Software direkt dazu bei, die eigene Wertschöpfungskette stetig verbessern zu können. Gleichzeitig wird die Fertigung weiter automatisiert und steuert sich teilweise selbst, ganz im Sinne des Industrie 4.0-Gedankens.