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Automatisierungslücken ohne Ausfälle schließen

Durchgängig integrierte Fettproduktion

Automatisierungslücken ohne Ausfälle schließen

Industrie 4.0 und 'Smart Factory' sind in aller Munde. In der Prozessindustrie sind die Voraussetzungen für solche Szenarien meist noch nicht erfüllt, da eine wirklich durchgängige horizontale und vertikale Vernetzung noch eher die Ausnahme als die Regel ist. Genau diese strebte der Schmierstoffhersteller Rhenus Lub bei einem weitreichenden IT- und Automatisierungsprojekt an.

Bild: Rhenus Lub

Manuelle Arbeitsabläufe sind in der Prozessindustrie gängige Praxis. Der Umgang mit Arbeitsaufträgen in Papierform, bei dem der Ablauf manuell abgearbeitet wird und bei dem die Ergebnisse wie dosierte Mengen dann per Hand in andere Systeme eingegeben werden müssen, ist vielerorts üblich. Das ist umständlich, fehleranfällig, ineffizient und erschwert die Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit. Vor diesem Hintergrund hat der Schmierstoffhersteller Rhenus Lub einiges getan, um seine Produktion einer Smart Factory anzunähern und die Effizienz in seinen Abläufe zu verbessern: mit Automatisierungstechnik und einer durchgängigen digitalen Vernetzung der Produktion vom Enterprise Resource Planning-System (ERP) bis zur Produktionsanlage und von der Kommissionierung bis hin zur Abfüllung.

Produktionstechnik: Automation und IT

Die Schmierstoffe des Fertigers sorgen dafür, dass hoch beanspruchte Lager in Schienen- und Kraftfahrzeugen, Walzwerken und im Maschinenbau über Jahre und Jahrzehnte zuverlässig funktionieren. Allerdings steigen in diesen Anwendungsbereichen die Anforderungen ständig; die Fertigungsprozesse für die Schmierstoffe werden aufwendiger, verlangen aber gleichzeitig ein Höchstmaß an Flexibilität, zum Beispiel um das Verhältnis zwischen Nachfrage und Herstellung möglichst effizient in Einklang zu bringen. Nach der Eröffnung der Produktionsstätte im Jahr 2006 am Firmensitz in Mönchengladbach, wurden die Fertigungsprozesse mit neuer Prozessleittechnik (PLS) inklusive Batchsystem zur Chargensteuerung und einem Manufacturing Execution-System (MES) automatisiert, sowie mit dem ERP-System vernetzt. Das besondere an der Lösung ist nicht nur die vertikale Vernetzung des ERP-Systems über das MES bis hin zum PLS, sondern auch die horizontale Vernetzung.

Vertikale und horizontale Vernetzung

Die Vernetzung beginnt bei der Kommissionierung, bei dem die Mitarbeiter alle notwendigen Handzugaben vor Beginn des eigentlichen Produktionsvorgangs abwiegen und mit Barcodeausdrucken versehen muss. Der nächste Schritt ist die batchgeführte Produktion mit den entsprechenden Verfahrensschritten, wie automatischen Dosagen und Handzugaben, die mit den Handscannern verifiziert werden. Abschließend folgt ein Homogenisierungsschritt. Das Abfüllen des Produktes geschieht wiederum mit extra Abfüllaufträgen in vielfältige Gebindeformen. Die unterschiedlichen Rezepturen und vielen Gebindearten ermöglichen bis zu 1.000 verschiedene Fertigungsvarianten, die im System abgebildet werden müssen. Da bei den Abfüll- und Homogenisierungsvorgängen die Anlagenteile neben den festen Rohrleitungsverbindungen auch mittels Schlauchleitungen verbunden sind, müssen diese Wege auch mit dem MES-System und Handscannern verifiziert werden.

Das Pyramidenmodell zeigt die vernetzte Produktion bei Rhenus Lub nach dem Ausbau. Durch die Kopplung der Systeme und Automatisierungstechnik ließen sich die Kommissionierung und Produktions- und Abfüllprozesse weitreichend automatisieren. Bild: Process Automation Solutions GmbH

Analysieren, Planen und Realisieren

Dafür war es jedoch zunächst notwendig, die Arbeitsabläufe zu analysieren und die im ERP-System hinterlegten Herstellungsanweisungen als normkonforme Rezeptur zu formulieren. Neben definierten Mengen an Rohstoffen und Additiven zählen dazu insbesondere auch Prozessparameter wie Temperatur, Rührwerkseinstellungen, Reaktionszeiten oder präzise Zeitpunkte für die Zugabe von Einsatzstoffen. Für diese Aufgabe kam die Process Automation Solution GmbH, vormals M+W Process Automation GmbH, als Partner ins Spiel. Als Grundlage für diese Aufgabe analysierten sie erst die Arbeitsprozesse, erstellten ein Umsetzungskonzept und entwickelten auf Basis der vorhandenen Hardware in der Produktionsanlage die neue Automatisierungsstruktur. Im nächsten Schritt wurden Spezifikationen für das Prozessleitsystem, inklusive flexibler Chargensteuerung, und für das MES erstellt, nach denen das System umgesetzt wurde. Die MES-Funktionen umfassen Auftrags- und Materialverwaltung ebenso wie die Vorkommissionierung, die Verifizierung der manuellen Zugaben der Rohstoffe in den Rührkessel, Qualitätskontrollen im Labor, Wegeverifizierung für die Abfüllung, Protokollfunktionen und natürlich die Schnittstelle zum ERP-System und zum Prozessleitsystem.

Automatisierungslücken ausfallfrei schließen

Statt der bisherigen Automatisierungslücke zwischen der Bürowelt mit Auftragsannahme und der Produktionsanlage, sind nun das ERP-System und die Automatisierungsebene der Produktion durch Chargensteuerung und MES miteinander verbunden. Das soll die durchgängige Dokumentation und zeitgenaue Verfolgbarkeit des Fertigungsprozesses sicherstellen. Die Installation der Automatisierungslösung durfte dabei den laufenden Produktionsbetrieb so wenig wie möglich beeinträchtigen. Dafür wurde das neue System an verschiedenen Wochenenden während der üblichen Abstellphasen getestet. Auch zusätzliche Funktionstests der Applikation bei dem Automatisierungspartner trugen dazu bei, dass das System im Dezember 2014 in Betrieb genommen werden konnte.

Definierter Ablauf und Nachvollziehbarkeit

Arbeitsabläufe, die sich auch weiterhin nicht automatisieren lassen, werden heute durch die Bedienerführung am System unterstützt. Für die einzelnen Aufträge und die entsprechenden Rezepturen gibt es Aufforderungen, die der Bediener chronologisch ausführen muss. So lässt sich ein bestimmter Rohstoff erst dann zufügen, wenn der entsprechende Arbeitsschritt ansteht und per Scanner die Identifikationsnummer des entsprechenden Behälters und des Stoffes korrekt erfasst wurde. Ist dies erledigt, wird quittiert, und der nächste Ablaufschritt wird freigeschaltet. An den Bedienstationen des Prozessleitsystems und MES sind relevante Informationen verfügbar. Bei der Gestaltung der Benutzungsschnittstelle wurde darauf geachtet, dass sie ergonomisches, ermüdungsfreies Arbeiten gestattet und Fehlern vorbeugt. Durch die Bedienerführung ist zudem jederzeit dokumentiert, wer welchen Arbeitsschritt wann und wo ausgeführt hat.

Die Bedienanforderungen werden im Prozessbetrieb aus den Rezepten angestoßen und an das MES übermittelt. Der Ablauf des Prozesses ist nur einmal im System, im Rezeptursystem, hinterlegt. Das vereinfacht die Synchronisation des MES mit dem Prozessleitsystem und die Prozesse bleiben weiterhin flexibel. Für die Fettproduktion ergibt sich durch die neue Automatisierungslösung eine ganze Reihe an Verbesserungen. Die Gefahr von Fehlchargen ist geringer, der Anlagennutzungsgrad steigt, weil sich die Auftragsabwicklung besser planen lässt, und die Online-Prozessüberwachung ermöglicht eine kontinuierliche Prozessoptimierung. Letztendlich steigt durch all dies die Kundenzufriedenheit, denn Qualität, Liefertreue und kurze Lieferzeiten weiß jeder zu schätzen. Rhenus Lub ist mit der hochmodernen und intelligenten Fettproduktion in Mönchengladbach somit im Industriezeitalter 4.0 angekommen.