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In-time, in-budget und in-quality

Qualität in Industrie 4.0-Konzepten

Qualität produzieren – dieser Anspruch ist im Werteverständnis vieler Hersteller fest verankert und wird auch in Industrie 4.0-Sphären oberstes Ziel bleiben. Schließlich hängt der Verkaufserfolg eines Produkts in Zukunft ebenfalls davon ab, ob die Funktionstüchtigkeit den Erwartungen des Kunden entspricht. Unternehmen, die ihre IT-Investitionen schon heute an den Bedürfnissen künftiger Industrie 4.0-Fertigungslandschaften ausrichten, tun somit gut daran, den vorherrschenden Produktionsfokus zu erweitern. Denn die angestrebte Symbiose aus Mensch, Produkt, Maschine und Werkzeug ist ohne eine vollständig vernetzte, prozesssteuernde Qualitätssicht wirkungslos.



Bild: Guardus Solutions AG

Fachdiskussionen, die sich mit der Zukunftsagenda von IT-Landschaften beschäftigen, kommen um Manufacturing Execution-Systeme (MES) nicht herum. Als Schaltzentrale aller qualitäts- und produktionsrelevanter Produkt- und Prozessdaten spielen sie in der Shop Floor-IT mittlerweile die erste Geige. Selbstverständlich rechtfertigen die funktionalen und prozeduralen Qualitätsanforderungen vieler Industriebetriebe den Einsatz ausgereifter Fachanwendungen beziehungsweise -module. Damit jedoch die Shop Floor-IT ihre geplante Arbeit als Rückgrad von sich selbstorganisierenden und -optimierenden Produktionsflüssen erfüllen kann, müssen Qualitäts- und Produktionsmanagement Hand in Hand arbeiten.

Sprich: Ein produktionsintegrierter Qualitätsmotor kann der erfolgskritische Faktor in puncto Prozessführung und Produktbearbeitung sein. Je nachdem, welchen Weg ein Bauteil bei seiner Fertigung einschlägt, müssen die dazugehörenden Qualitäts- und Produktionsparameter in Echtzeit reagieren und sich gegebenenfalls automatisch anpassen. Zu den dafür notwendigen Komponenten gehört selbstverständlich die dynamische beziehungsweise ereignisgesteuerte Qualitätsplanung mit der Definition kritischer Produktmerkmale, Toleranzen und Prüfmethoden.

Dem gegenüber steht das konsequente Erfassen sowie die Echtzeit-Analyse und -Überwachung der anfallenden Maschinendaten aus Produktionsanlagen sowie Mess- und Prüfsystemen. Nur so können Qualitätsverantwortliche ganzheitliche Aussagen hinsichtlich Prozessstabilität, -sicherheit und -qualität in Echtzeit treffen und bei Abweichungen sofort regelnd in die Prozesssteuerung eingreifen. Darüber hinaus ist die Abbildung vollständiger Datenbeziehungen entlang des Materialflusses eine zentrale Voraussetzung für die wirksame Kennzahlenanalyse – das Kernelement sich selbstoptimierender Null-Fehler-Produktionssphären.

Keine Transparenz ohne Qualitätsdaten

Last but not least benötigt auch die 100-Prozent-Rückverfolgbarkeit ein lückenloses Informations-Geflecht aus Fertigungsaufträgen, Prüfaufträgen, Merkmalen und Messwerten sowie beteiligten Mitarbeitern und Maschinen, einfließenden Chargen und Serialnummern sowie Warenkennzeichnungen. Kommt es zu Störungen im Produktionsablauf, ist es dieser Datenkonsistenz zu verdanken, dass die Traceability die Ursachen beziehungsweise den Verursacher schnell und einfach identifiziert.

Ein Beispiel: Bei der Betrachtung einer zu hohen Ausschussquote prüft der MES-Anwender unter anderem, ob sich die Qualitätsprobleme auf Materialfehler im Wareneingang zurückführen lassen und ob das Material auch in anderen Produkten verbaut beziehungsweise verwendet wurde. Ist dies der Fall, kann der Anwender sofort gezielt in den Produktionsprozess eingreifen. Zudem ist er in der Lage, weitere Detailinformationen über den betreffenden Zulieferer aufzurufen und entsprechende Verbesserungs- und Abstellmaßnahmen einzuleiten. Das Ineinandergreifen der Disziplinen CAQ, Maschinendatenerfassung (MDE) und Betriebsdatenerfassung (BDE) findet in modernen Manufacturing Execution-Systemen wie Guardus MES auf einer einheitlichen Datenbasis statt: Das CAQ-Modul ist für die gesamte Prüfplanung sowie die Erfassung der Prüfergebnisse verantwortlich, wohingegen die MDE-Komponente die Echtzeit-Prozessparameter aus der laufenden Fertigung liefert. Liegen diese außerhalb ihrer Toleranz, verlangt das CAQ umgehend eine prozessabsichernde Qualitätsprüfung.

Der Fehler wird somit systemseitig automatisch erkannt und gemeldet. Durch das Zusammenspiel von CAQ und BDE wird die Prüfplanung unter anderem mit den aktuell produzierten Teilen abgeglichen. Ist die hinterlegte Menge erreicht, stößt das Qualitäts-Modul die geforderte Prüfung automatisch an. Auch im Sinne der 100-Prozent-Rückverfolgung liefert das BDE alle relevanten Daten. Bucht der Produktionsmitarbeiter eine neue Materialcharge ein, besteht das CAQ auf eine Qualitätsprüfung. Wird diese nicht durchgeführt, verriegelt das System den gesamten Produktionsprozess.



Ein produktionsintegrierter Qualitätsmotor kann der erfolgskritische Faktor in puncto Prozessführung und Produktbearbeitung sein. Bild: Guardus Solutions AG

Qualitätsprüfungen in Echtzeit feinjustieren

Im Sinne der Effizienzsteigerung lässt sich die Prüfplanung bei hoher Prozessstabiltiät zusätzlich dynamisieren. Sind die Zielwerte der Prozessfähigkeit sowie die zu betrachtenden Produktionszyklen definiert, gilt es, die sogenannten Prozess-Einflussgrößen festzulegen. Dazu gehören etwa ein Chargen- oder Werkzeugwechsel, der über das BDE-Modul initiiert wird, ein Maschinenereignis aus dem MDE-Modul des MES oder auch eine interne Beanstandung, die über die Fehlererfassungs-Mechanismen eingeht. Tritt nun eine dieser definierten Einflussgrößen auf, stellt das System die Dynamisierung der Statistischen Prozesskontrolle automatisch in ihren Ursprungszustand zurück. Die Prüfintervalle werden erneut verkürzt und der Qualitätskreislauf beginnt von vorne.

Neben der effizienten Qualitätsdatenerfassung über alle Prozesse und Anlagen hinweg optimiert ein MES den Prüfablauf entlang der Wertschöpfung, indem die Prüfdaten aus dem Wareneingang (beispielsweise Prüfergebnisse einzelner Materialchargen oder auch Kennwerte zu Kaufteilen) dem Produktionsmitarbeiter direkt angezeigt werden. Hierfür liefert das CAQ-Modul der BDE-Komponente die entsprechenden Informationen in Echtzeit. Der Vorteil: Der Werker kann die notwendigen Maschineneinstellungen auf Basis von Istwerten vornehmen, wodurch interaktive Prozessoptimierungen durch Produktionsvorläufe und Parameterkorrekturen nahezu vollständig entfallen.

In automatisierten Industrie 4.0-Technosphären ist dieses reibungslose Zusammenwirken von Qualitäts- und Produktions-Management erfolgsentscheidend. Treten etwa prüfungsrelevante Änderungen in der Maschinenbelegung oder den Fertigungshilfsmitteln auf, müssen diese umgehend in den Produktions- und Prüfprozessen umgesetzt werden – eine Aufgabe die weder CAQ noch MDE/BDE alleine bewältigen können. Gleiche Anpassungsfähigkeit ist in der individuellen Arbeits-/Prüffolgenkombinationen vonnöten: Abhängig von Produktionsstandort, Fertigungsmaschine oder Werkzeug müssen sich Abfolge und Umfang von Prüfaufgaben automatisch anpassen.

Qualität als industrielle Einzeldisziplin zu verstehen, kann im Sinne innovativer IT-Konzepte nicht zielführend sein. Selbst unter Berücksichtigung intelligenter Integrationskonzepte kann ein Medienbruch innerhalb der Shop Floor-IT hohe Kostenaufwände und Stabilitätsrisiken in sich bergen. Dies lässt sich nur vermeiden, wenn Entscheider und IT-Abteilung MES als ganzheitliches Konzept begreifen. Erst dann eröffnet sich auch ein wirksames Spektrum an Kennzahlen, die nicht nur Aufschluss über Bearbeitungszeiten, Nutzungsgrade, Ausschussquoten oder Qualitätskosten geben, sondern auch den Ressourcen- und Energieeinsatz, die Prozessstabilität und Fehlerhäufigkeiten genau beleuchten.

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