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Datenmanagement

Erfolg für alle sichtbar machen

Ein mittelständischer Metallverarbeiter aus Rheinland-Pfalz hat mit wenig Aufwand enorme Effektivitätssteigerungen seiner Fertigungsanlagen erreicht. Wichtige Kennzahlen werden nun direkt an der Fertigungslinie dargestellt.

Bild: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

Bild: Wachendorff Prozesstechnik GmbH & Co. KG

Dass sich die Produktivität einer beliebigen Produktionslinie steigern lässt, indem man wesentliche Leistungskennzahlen (KPI) der Linie auf Großanzeigen darstellt, ist nichts Neues. Hierfür gibt es verschiedene Faktoren, die zusammengenommen nicht selten Effektivitätssteigerungen im zweistelligen Prozentsatz herbeiführen, und auch die Stillstandzeiten einer Linie signifikant herabsenken. In nahezu jedem großen Industriebetrieb begegnen einem verschiedene Arten von LED Schriftbändern, Großanzeigen und vermehrt auch Flachbildschirme. Echtzeit-Informationen über den gesamten Produktionsprozess, sowie eine gezielte und möglichst genaue Alarmierung über sogenannte ‚Andon-Boards‘ bringen den entscheidenden Wettbewerbsvorteil in einer globalen Wirtschaft, in welcher der effiziente Einsatz aller Ressourcen und die Vermeidung von Abfall immer wichtiger wird. In immer mehr Branchen wird eine lückenlose Kontrolle und Dokumentation der Prozessdaten sogar von Kunden verlangt und von Behörden vorgeschrieben. Im Großteil der kleineren und mittleren Produktionsbetriebe ist das sogenannte ‚visuelle Datenmanagement‘ dagegen eher selten verbreitet, was daran liegt, dass die Implementierung einer solchen Lösung sehr aufwendig und kostspielig sein kann. In der Regel sind auch Eingriffe in die Steuerungstechnik notwendig. Zum einen scheuen viele Betriebe dieses Risiko, zum anderen fehlen die internen Spezialisten, die sich sowohl mit dem Produktionsprozess, als auch mit der Software auskennen müssen.

Am Anfang stand die Idee

So hat man sich auch in dem rheinland-pfälzischen Betrieb zunächst lange mit dem Thema beschäftigt, und sich dann zunächst entschlossen, die wichtigsten Kennzahlen aller zwölf in der Halle befindlicher Maschinen, auf großen 7-Segmentanzeigen darzustellen. Somit sollte für den Schichtleiter von seinem Büro aus erkennbar sein, welche Anlage läuft, und wie weit diese noch von der Abarbeitung des laufenden Auftrages entfernt ist. Als Lieferant für die Großanzeigen hatte man sich die Firma Red Lion Controls aus den USA ausgesucht, die in Deutschland unter anderem durch die Firma Wachendorff Prozesstechnik vertreten wird. Von dort wurde dann alternativ zu den Großanzeigen die ‚Productvity Station‘ vorgeschlagen, die aus einem beliebigen HD-fähigen Fernseher oder Monitor, eine universelle KPI-Anzeige und/oder ein Andon-Board macht. Die Investitionskosten für Hardware und Montage waren vergleichbar, und bei näherer Betrachtung war der Aufwand für die Implementierung, bei extrem gestiegener Funktionalität, nicht viel größer. So wurde innerhalb weniger Tage aus der Idee die Stückzähler der Maschinen weithin sichtbar zu machen, eine umfassende Strategie für ‚Lean Production‘ und ‚Continuous Improvement‘.

Produktion behält die Kontrolle

Die Einfachheit der Projektierung sowie die Offenheit des Systems ermöglichen eine schnelle Implementierung sowie eine fortwährende Verbesserung, ohne externe Fachleute oder speziell geschultes Personal. Die Umsetzung der Lösung bleibt fest in den Händen der Leute, die tagtäglich im Betrieb arbeiten und wissen, an welchen Stellen es ‚klemmt‘. Die Productvity Station wird über beliebige Kommunikationswege (seriell, Ethernet, I/O) einfach in das bestehende Umfeld eingebunden. Sie bringt sämtliche notwendige Schnittstellen und Treiber von Hause aus mit. Über 200 Protokolle für SPSen, Antriebe, Feldbussysteme, Barcodelesern et cetera sind vorhanden. Im konkreten Fall stehen aber keine Steuerungen zur Verfügung, aus denen man Daten abgreifen könnte. So sind verschiedene digitale Signale wie Zähler oder Störmeldekontakte über modulare Ein- und Ausgänge direkt angekoppelt worden. Auch die Anbindung analoger Signale (Strom, Spannung, Widerstand, Thermoelemente) wäre zu einem späteren Zeitpunkt denkbar. Die Productvity Station könnte insgesamt 15 verschiedene Protokolle (fünf mal seriell plus zehn mal Ethernet) sowie bis zu 224 E/A’s verarbeiten. Sämtliche Daten der Produktionslinie stehen nun an einem einzigen Punkt zur Verfügung. Durch das Anlegen von Tags für relevante Datenpunkte, schafft die Productvity Station eine übersichtliche, gemeinsame Datenbank für den gesamten Prozess. Sie schafft damit die Voraussetzung für eine einfache und umfassende Weiterverarbeitung und Anzeige.

Aufzeichnung und Auswertung

Die angelegten Datenpunkte werden von der Productvity Station mittels einer integrierten Logik und Arithmetik direkt in aussagekräftige Leistungskennzahlen umgesetzt und für statistische oder andere Berechnungen genutzt. So kann man sich zum Beispiel nicht nur die aktuell produzierte Stückzahl anzeigen lassen, sondern diese mit anderen Linien oder mit einer Zielvorgabe vergleichen und bei starken Abweichungen einzelner Linien eine Analyse vornehmen und die weniger effektiven Linien optimieren. Dabei hilft der integrierte Datenlogger, der nun eine Langzeitanalyse der Produktionsdaten ermöglicht. Die Daten werden hierfür in IT-lesbaren CSV Dateien abgelegt, und nach verschiedenen Chargen oder Schichten sortiert. Eine automatisierte Weitergabe an übergeordnete IT-Lösungen ist später über die integrierten Synchronisierungswerkzeuge (SQL oder FTP) geplant. Die Visualisierung der Daten erfolgt mit Hilfe eines HMI-Editors. Fertige Bausteine und Grafiken werden mit den errechneten Kennzahlen kombiniert und auf vielfältige Weise dargestellt. Die Umschaltung zwischen verschiedenen Bildern erfolgt entweder automatisiert oder durch die Bedienung eines Supervisors hin, welcher sich über ein browserfähiges Gerät mit dem Webserver der Productvity Station verbindet und dort das gleiche Bild sieht, zusätzlich aber Bedientasten vorfindet.

Ununterbrochene Kontrolle

Über den Webserver hat der Supervisor nicht nur die gleiche Ansicht wie die Mitarbeiter an der Linie, er hat auch die Möglichkeit die angezeigten Bilder umzuschalten oder Meldungen einzublenden. Er hat auch Zugriff auf die gespeicherten Logdateien und sämtliche Datenpunkte und kann Sollwerte/Zielvorgaben verändern. Die Sicherheit geht hierbei natürlich vor: Authentifizierung, IP-Beschränkung, Benutzerrechte und das Aufzeichnen von Benutzeraktivitäten gehören zu den Sicherheitsfeatures. Fehler an der Linie werden aber nicht nur unmittelbar auf dem Großbildschirm und auf eventuellen weiteren Displays und Teilnehmern zur Anzeige gebracht, die Productvity Station ist in der Lage, bei Auftreten eines spezifischen Ereignisses eine SMS oder E-Mail zu versenden, wenn nötig auch automatisch mit dem Logfile der aktuellen Charge als Anhang. Diese Funktion ist nicht nur zur Alarmierung sinnvoll, sondern kann auch für die voreilende Wartung und für die Überwachung von Verbrauchsmitteln eingesetzt werden. Liegt die Durchschnittstemperatur eines Antriebs dauerhaft über einem kritischen Wert, geht eine E-Mail an das Wartungsteam. Neigt sich der Füllstand des Rohmaterials dem Ende zu, schickt das Gerät eine E-Mail an die Einkaufsabteilung, mit Angabe der benötigten Menge und des spätmöglichsten Liefertermins bevor die Linie leerläuft.

Keine Softwarekosten

Was die Productvity Station von Red Lion für den Kunden aber erst richtig interessant machte, ist die dazugehörige Software ‚Crimson 3.0‘. Sämtliche Funktionen der Productvity Station werden mit dieser einen Software programmiert. Die wesentlichen Bestandteile (Kommunikation, Visualisierung, Webserver, Datenlogger), sind mit nur wenigen Mausklicks konfiguriert, so dass man innerhalb von kürzester Zeit erste Ergebnisse hat, und diese dann Schritt für Schritt optimieren und verfeinern kann. So wurde letztendlich aus der ursprünglichen Idee einfach nur die aktuell produzierte Stückzahl der insgesamt zwölf Fertigungszellen anzuzeigen, bei vergleichbarem Aufwand eine komfortable Anzeige von Stückzahl, Taktrate, Status, Stillstandzeit und Laufzeit. Wobei das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht ist. Durch eine geplante Verknüpfung mit dem ERP-System sollen auftragsbezogene Daten (Kunde, Auftragsnummer, Zielmenge) mit angezeigt werden, und weitere KPI’s wie die Zielerreichung in Prozent, sowie die Zeit bis zur Fertigstellung des Auftrages mit einfließen. Dadurch können Produktwechsel besser vorbereitet und Rüstzeiten verkürzt werden. Außerdem werden die Leistungskennzahlen, insbesondere die Stillstandzeiten, in Logdateien mitgeschrieben und ausgewertet, um Schwachstellen frühzeitig aufzuspüren und Prozesse zu optimieren.


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