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Variante Serienanfertigung genau im Blick

Prozessdaten im MES veredeln

Ein Aspekt des Technologietrendes Industrie 4.0 ist, die Produktionsdaten in einem Netzwerk bereitzustellen. Manufacturing Execution Systems leisten das schon lange: Sie sortieren Daten im Hintergrund, gruppieren und kanalisieren sie. Ausgegeben wird schließlich Information, die Anwender zielgerichtet über den Stand der Produktion in Kenntnis setzt. Diese Transparenz will auch Schwan-Stabilo Cosmetics mit der Einführung der Shop Floor-Anwendung gfos.MES herstellen. Gleichzeitig soll das System die ohnehin anfallenden Prozessdaten zu einer Grundlage für laufende Verbesserungen verdichten.



Der Kosmetikhersteller Schwan-Stabilo
Cosmetics erfüllt bei seinen Erzeugnissen hohe Ansprüche an Qualität und Rückverfolgbarkeit. Dabei soll künftig das Manufacturing Execution-System gfos.MES helfen. Bild: Schwan-Stabilo GmbH & Co. KG

Die GFOS mbH führt derzeit ein Manufacturing Execution-System (MES) bei der Schwan-Stabilo Cosmetics GmbH & Co. KG ein. Als weltweit agierender Private-Label-Produzent für Kosmetikstifte und -produkte zählt Schwan Cosmetics viele international renommierte Kosmetikfirmen zum Kundenstamm. Die daraus resultierenden hohen Ansprüche an Qualität, Dokumentation, Rückverfolgbarkeit und vor allem der ständige Wunsch nach Prozessverbesserung waren die Treiber dafür, ein MES einzuführen. Mit der Lösung des Essener Systemanbieters GFOS soll es zukünftig möglich sein, in einer hochvarianten Serienproduktion mit großen Auftragsstückzahlen und trotz einer stark linienorientierten Produktionsstruktur Qualitätsmanagement- oder auch Anlagenereignisse (QM) möglichst exakt einzelnen Produkten zuzuordnen. Zugleich werden mit dem Projekt typische Ziele einer MES-Einführung verfolgt: Insellösungen und die damit verbundene Mehrfacherfassung von Daten sollten abgeschafft und ein Online-Monitoring des Produktionsgeschehens eingerichtet werden. Eine zustandsabhängige Instandhaltung war ebenso gefordert wie mehr Flexibilität durch die papierlose Fertigungssteuerung. Zudem soll das ME-System Mitarbeiter in die Lage versetzen, schnell auf Prozessveränderungen reagieren zu können und vorausschauende Hinweise bei Planabweichungen liefern.

Die Zukunft im Blick

Thomas Bein, Head of Production (Molded Pencils) und Projektleiter bei Schwan-Stabilo Cosmetics für die MES-Einführung, behält neben diesen Zielen auch die Zukunftssicherheit im Sinn einer Industrie 4.0 im Blick: „Auch wenn das Thema Industrie 4.0 aktuell in der praktischen Umsetzung noch schwer zu greifen ist, so sollte doch jedes Modul des MES eine spätere Ausrichtung gen Industrie 4.0 ermöglichen.“ Durch den hohen Automatisierungsgrad der Produktion des Kosmetikherstellers und dessen per OPC angebundene Fertigungsanlagen stehen viele Prozessdaten zur Verfügung. Diese sollen sich nach der Einführung der produktionsnahen Anwendung intensiver nutzen lassen als zuvor. Durch die Verknüpfung von Prozessdaten mit den im MES erfassten Chargeninformationen und QM-Daten lassen sich Zusammenhänge besser analysieren und so Prozessverbesserungen für zukünftige Fertigungsaufträge ableiten.

200 Prozessdaten pro Linie

Pro Produktionslinie stehen bei dem Fertigungsunternehmen mit Hauptsitz in Heroldsberg kontinuierlich bis zu 200 Prozessdaten zur Verfügung. Die Aufgabe des MES ist es nun, den Verlauf dieser Prozessdaten online zu überwachen und gleichzeitig für Analysen zu archivieren. Die Onlineüberwachung prüft sämtliche Werte ständig gegen die Überschreitung von hinterlegten Schwellenwerten. Bei Grenzüberschreitungen können Alarmmeldungen verantwortliche Personen unmittelbar informieren. So lässt sich etwa der Einrichter an der Linie durch ein Signal am BDE-Terminal oder ein Instandhalter per E-Mail informieren. Pro Prozesswert werden hierfür ständig drei Werte verglichen: der Istwert aus der Maschine, der Sollwert aus den Auftragsdaten und der durch den Einrichter eingestellte aktuelle Maschinenparameter. Trotz aller Systemunterstützung können Einrichter auf Basis von Erfahrungswissen von den hinterlegten Sollwerten abweichen, um auf Entwicklungen zu reagieren. Diese Abweichung wird vom MES dokumentiert. In der Software kann individuell hinterlegt werden, welche Abweichungen zwischen diesen drei Werten zu einem Alarm führen. Mit diesem Instrument lassen sich Mitarbeiter befähigen, zielgerichtet einzugreifen − im Idealfall, bevor ein Problem eskaliert.

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Lernen aus Fehlern

Die Verknüpfung der archivierten Prozessdaten mit den Daten aus laufenden Qualitätsprüfungen, kombiniert mit den verbuchten Fortschrittsmeldungen aus der Betriebsdatenerfassung erlauben im Nachhinein, die Ursache von Abweichungen detailliert zu analysieren. Dafür können die Werte aller archivierten Prozessdaten mit den Ergebnissen der Prüfungen verglichen werden. Die Shop Floor-Software hilft dabei, die Datentöpfe zu kombinieren. Um diese Aufgabe zu vereinfachen, kann das System auf der Basis des Zählers der Maschinendatenerfassung den Zeitraum recht genau bestimmen, an dem ein einzelnes Produkt eine Anlage der Linie passiert hat. In der Praxis des Kosmetikherstellers lässt sich auf Basis der so archivierten Prozessdaten eine negative Farb- oder Applikationsprüfung darauf zurückführen, dass im Mischprozess der Kosmetikmasse Prozesszeiten oder Temperaturen außerhalb zulässiger Bereiche oder zumindest im Grenzbereich lagen. Diese Analyseergebnisse bieten eine gute Basis für die laufende Justage der Sollwerte und Warn- und Alarmgrenzen für die Prozesswerte, damit diese Abweichung nicht mehr auftritt. Somit trägt jeder Fehler dazu bei, die Qualität des nächsten Fertigungsauftrages zu verbessern. Für Durchgängigkeit sorgt bei diesem kontinuierlichen Verbesserungsprozess, dass neue Sollwerte für einen Prozesswert in der gleichen Software dokumentiert werden, die auch die Ergebnisse aus der Betriebs- und Prozessdatenerfassung sowie des QM und der Instandhaltung enthält.



Bilder: Schwan-Stabilo GmbH & Co. KG


Systemgestützter Testlauf

Da Schwan Cosmetics auch das Instandhaltungsmodul der Anwendung gfos.MES einsetzt, werden im Regelkreis auch Instandhaltungsmaßnahmen berücksichtigt. Gerade in der Prozessindustrie können sich die Ergebnisse von Anlagen nach zyklischer oder zustandsabhängiger Instandsetzung voneinander unterscheiden. Um hier unerwünschten Effekten vorzubeugen, erstellt die MES-Lösung auf Wunsch nach kritischen Instandhaltungsaktivitäten automatisch einen Validierungsauftrag. Dieser prüft in einem Testlauf, ob die Anlage innerhalb gewünschter Parameter produziert. Mit dem MES verbundene BDE-Terminals können offene Validierungsaufträge anzeigen − etwa wenn ein Bediener einen Fertigungsauftrag anmelden möchte.



In der hochautomatisierten Produktion bei Schwan-Stabilo Cosmetics fallen pro Linie rund 200 Prozessdaten an. Das MES hilft dabei, aus diesen Daten umsetzbare Hinweise für den Anlagenbetrieb abzuleiten. Jeder Fehler kann so die Qualität der nächsten Charge verbessern. Bilder: Schwan-Stabilo GmbH & Co. KG


Verknüpfte Zeitzähler

Als weitere Unterstützung für Instandhalter sind bei der Installation des Kosmetikherstellers auch die Software-Module Betriebsdatenerfassung und Instandhaltung über ihre Mengen- und Zeitmeldungen verknüpft. Jede über die Betriebsdatenerfassung oder Maschinendatenerfassung gemachte Meldung an einem Arbeitsplatz wird vom MES automatisch im Hintergrund auf dieses Instandhaltungsobjekt kontiert. So kann ohne zusätzlichen Aufwand die Datenbasis des MES genutzt werden, um eine zustandsabhängige Instandhaltung zu realisieren. Gleichzeitig werden die in der Produktion installierten Terminals für die BDE-Buchungen genutzt, um Instandhaltungsaktivitäten an den Anlagen zu dokumentieren. Anlagenbediener können über das BDE-Terminal zudem direkt eine Instandhaltung einfordern. Dafür kann er das aufgetretene Problem qualifizieren, eine Dringlichkeit und einen möglichen Behebungszeitpunkt definieren und im Instandhaltungsauftrag innerhalb des MES hinterlegen. Der Auftrag wird dann an die Instandhaltungsabteilung weitergeleitet, wo er freigegeben oder einzelnen Personen zugeordnet werden kann. Auch hier ist von Vorteil, dass alle Daten im selben System vorhanden sind. Der Koordinator der Instandhaltung kann den Auftragsvorrat der betroffenen Anlage im System einsehen, die Feinplanung könnte die Maßnahme einplanen und die folgenden Fertigungsaufträge gleich neu terminieren. Schließlich kann die Qualitätssicherung im Nachhinein erkennen, dass es zu dem Zeitpunkt Probleme mit der Anlage gab.

Just-in-Time an die Linie

Schwan Cosmetics wird mit gfos.MES auch die Just-in-Time-Anlieferung von Komponenten an der Linie unterstützen. So überwacht die Software ständig, wann ein Eingangsmaterial auf Basis der aktuellen Fortschrittsbuchungen vermutlich verbraucht sein wird, um rechtzeitig über eine SAP-Funktion neues Material anzufordern. In diesem Fall wird für den Transport des Materials ein besonderer Warenträger genutzt, der ebenfalls im System verwaltet wird. Bevor das MES Material über die Enterprise Resource Planning-Anwendung des Herstellers SAP anfordert, prüft es die Verfügbarkeit eines Warenträgers, der die Eigenschaften für diesen Transport erfüllt. Diese werden dann mit dem benötigten Material und Zeitpunkt an das Geschäftssystem gemeldet.



Mit der MES-Einführung wird die Betriebsdatenerfassung digitalisiert. Mit den im Werk eingerichteten BDE-Terminals lassen sich doppelte Dateneingaben und Fehler durch handschriftliche Übertragungen vermeiden. Gleichzeitig dienen die PCs auf dem Shop Floor als Schnittstelle zwischen Mitarbeitern in der Produktion, der Instandhaltung und Verwaltung. Bilder: Schwan-Stabilo GmbH & Co. KG


Rückverfolgbarkeit gesichert

Nach der Bereitstellung des Materials auf dem Warenträger wird der Ressourceneinsatz auch in der Shop Floor-IT verbucht − das ermöglicht eine lückenlose Rückverfolgbarkeit der erzeugten Güter. Nach der Lieferung koordiniert das MES auf Wunsch die Reinigung, Prüfung und eventuell nötige Instandhaltung des Warenträgers, bevor er wieder für Transporte freigegeben wird.

Basis für Verbesserungen

In den meisten Werken fallen schon jetzt so viele Daten an, dass deren Verwaltung zur Herausforderung wird. Um Datenquellen wie Betriebsdatenerfassung, Prozessdatenerfassung, Qualitätssicherung, Instandhaltung oder Warenträgerverwaltung miteinander zu verknüpfen, kann durchgängige Software-Unterstützung den entscheidenden Vorteil bringen. Mit seinem Manufacturing Execution System will Schwan Cosmetics durch gezielt aufbereitete Datenmengen mehr Transparenz ins Produktionsgeschehen bringen und gleichzeitig eine belastbare Datenbasis zur kontinuierlichen Prozessverbesserung schaffen.

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