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Schlanker Einstieg in die Prozessdatenerfassung

Von Datenanalyse bis Rückverfolgung

Schlanker Einstieg in die Prozessdatenerfassung

Kleine Unternehmen stehen bei der Umsetzung von IT-gestützen Fertigungsprozessen oft vor Herausforderungen. Besonders die aufwändige Integration von Maschinen kann die Kosten für den Systemaufbau nach oben treiben. Der Verzicht auf diese direkte Datenerfassung kann helfen, eine prozessorientierte Sicht auf die Fertigung zu vertretbaren Kosten zu etablieren.

Bild: ACP-IT

Manufacturing-Execution-Systeme (MES) unterstützen Anwender in der Produktion dabei, Produktionsprozesse auch maschinen- und linienübergreifend detailliert zu kontrollieren. Entsprechende Software verspricht vor allem dadurch Vorteile, dass komplexe Fertigungsprozesse veranschaulicht, anaylsiert und gezielt gesteuert werden können. Kleineren Unternehmen ist diese Möglichkeit oft verschlossen, wenn die datentechnische Integration ihres heterogenen Maschinenparks zu hohe Kosten verursacht. Denn wenn es an Standards fehlt und die Anlagen nur herstellerspezifische Daten zur Verfügung stellen, müssen für jede Maschine individuelle Schnittstellen programmiert oder zumindest angepasst werden. Zwar werden auch in kleinen Fertigungen Maschinen- und Prozessdaten erfasst, etwa Auslastung, Fehlermeldungen, oder Stillstands- und Wartungszeiten. Aber solange sich die Daten nur auf einzelne Maschinen beziehen, bleibt häufig die Sicht auf den Gesamtprozess versperrt und Optimierungspotenzial unsichtbar.

Deutlich wird dies beim Thema Nachverfolgbarkeit oder ‘Traceability’ und Produkthaftung: Ohne Sicht auf den Gesamtprozess lässt sich nicht mit Sicherheit klären, mit welchen Bauteilen, Prozessparametern und von welchen Mitarbeitern ein bestimmtes Produkt gefertigt wurde. Wenn Informationen aufwändig pro Maschine erfasst, dokumentiert und notdürftig manuell in Verbindung gebracht werden müssen, sind Fehler programmiert. Aber nur auf Basis verlässlicher und von allen Beteiligten anerkannter Daten lassen sich Veränderungen und Optimierungsmaßnahmen in der Produktion durchsetzen. Gerade dort, wo es um die Verantwortung für Prozessschwächen geht, besteht andernfalls die Gefahr, dass die Qualität und Vollständigkeit von Daten angezweifelt wird.

Einfacher Einstieg durch reduzierten Systemumfang

Vollumfängliche MES, wie sie ACP-IT beispielsweise in Unternehmen aus dem Bereich Halbleiter- oder Photovoltaik-Produktion auf Basis von Inframe Synapse einrichtet, bilden komplexe Prozesse in großen Anlagen ab und können die Steuerung bis hin zur Vollautomation übernehmen. Doch wer seine Fertigung nicht direkt aus der produktionsnahen IT steuern will, benötigt zunächst keine Live-Daten und die dafür erforderlichen Schnittstellen zu den Maschinen. Stellt ein Projekt lediglich Datenerfassung und -auswertung in den Vordergrund steht, dann kann das System entsprechend einfacher aufgebaut werden. Gleichwohl können die gesammelten Informationen und Prozessdaten als wertvolle Planungsgrundlage dienen.

Ein Entwicklerteam des Ingenieurbetriebs hat diesen Gedankengang verfolgt und mit Inframe Synapse MES Mini ein ‘abgespecktes’ System mit MES-Funktionen für den Einstieg von kleinen und mittelgroßen Unternehmen (KMU) in die IT-gestützte Prozessoptimierung konzipiert. Die Basisversion stellt ein MES ohne ‘Execution’ dar, das auf eine direkte Prozessteuerung verzichtet, aber dannoch vollständige Produktionsund Prozessdatenerfassung und den Einstieg in Tracking & Tracing bietet. Der Verzicht auf Echtzeit-Kontrolle und -Steuerung gestattet dem Integrator, das System schlank zu halten und unterstützt so eine schnelle Inbetriebnahme. Neben der Prozessoptimierung dürfte für viele Betriebe das Thema Nachverfolgbarkeit die zweite Motivation von MES sein. Vor dem Hintergrund komplexer unternehmensübergreifender Zulieferungs- und Kooperationsverhältnisse werden Produkthaftung und die lückenlose Rückverfolgbarkeit von Produkten und Materialien immer wichtiger.

Beispiel für softwaregestütztes Produktionsmonitoring: Überwachung der Gesamtanlageneffektivität oder ‘Overall Equipment Effectiveness’ (OEE). Bild: ACP-IT

Prozessinformationen aus dem Dateisystem

Fast alle Maschinen bieten heute die Möglichkeit, neben den proprietären Datenformaten ihrer Hersteller auch CSV-Dateien auszugeben. Darin finden sich viele für die Prozessanalyse wichtige Informationen etwa zu Prozesszeiten, Produkt-Identifikationsnummern, aufgerufenen Programmen, Sollgrößen, Prozessparametern, Zeitstempeln, Auslastungen, Betriebszeiten, Stillständen, Alarmen und oft auch qualifizierende Daten wie Bestellnummer, Verbrauchsmaterialien, Prozesskammer oder Messpositionen. Über einen sogenannten File Sniffer holt das System diese Dateien aus den Maschinen oder Servern ab und übernimmt die Werte in seinen Datenbestand. Dazu werden die von den Maschinen erstellten Daten bei deren Ablage in einem definierten Dateiordner gesammelt und ausgewertet.

Je nach Aufgabenstellung können auch Daten von außerhalb der Maschinen erfasst werden. Dazu zählen beispielsweise Informationen zum Bediener oder gescannte Daten zu Materialien oder Bauteilen. Um diesen Ablauf zu unterstützen, bietet das System dem Anwender die Möglichkeit, Eingabemasken für manuelle Arbeitsschritte oder Qualitätskontrollarbeitsplätze einzuführen. Diese Daten lassen sich ebenfalls als Textdatei im CSVFormat ausgeben. So lässt sich dann für das Unternehmen verfolgen, welche Produktnummern wann von wem mit welchen Bauteilen produziert wurden.

Daten für Optimierungsmaßnahmen visualisieren

Unternehmen, die Prozessschwächen auf die Spur kommen und ihre Produktivität systematisch verbessern wollen, müssen die ‘vier M’ Mensch, Maschine, Methode und Material synchronisieren. Um dazu eine belastbare Datenbasis bieten zu können, nutzt das System für die Datenauswertung die gleiche Technologie, die in den umfangreicheren Softwarevarianten zum Einsatz kommt. Damit stehen auch Funktionen für die Prozessanalyse und -optimierung zur Verfügung. Die eingesetzte Report-Engine kann je nach Fragestellung Schnitte durch den aus den Maschinendaten erzeugten, multidimensionalen Datenwürfel machen und die Ergebnisse visualisieren.

Zugriff auf die Daten bietet eine Browser-Schnittstelle, Exporte sind in gängige Formate wie PDF, XLS oder PPT möglich. Durch Kombinationsund Verknüpfungsmöglichkeiten bei der Analyse lassen sich über das Reporting aus bloßen Daten hilfreiche Informationen für die Fertigungsoptimierung gewinnen. Aus den umfangreichen Standard-Reports des Komplettsystems können Anwender im Basispaket drei auswählen, beispielsweise Produkthistorie, Durchsatz- und Ausschussberichte.

Weitere Auswertungen, etwa zur Anlageneffizienz oder ‘Overall Equipment Effectiveness’ (OEE) können bei Bedarf optional hinzugefügt werden. „Wir haben nun eine Gesamtsicht auf unsere Fertigung und können Flaschenhälse oder Schwachstellen im Prozess zuverlässig identifizieren, deren Ursachen ermitteln, unsere Prozesse optimieren und Fortschritte mit Zahlen belegen. Das rechnet sich schnell”, sagt etwa Martin König, Director IT-Services bei Azur Space Solar GmbH, nach Einführung der Lösung. „Wenn wir uns heute zusammensetzen, haben wir weitgehend automatisch erfasste, auf Knopfdruck verfügbare Daten vor uns, die belastbar sind und an denen wir uns orientieren können.“

Flexibilität durch skalierbare Infrastruktur

Bei Bedarf kann die Software zudem von der technischen Infrastruktur her an Parameter wie Datenvolumen, Einzelserver oder Cluster sowie Zahl der Maschinen oder Datenquellen angepasst werden. Über zusätzliche Module kann auch das Funktionsspektrum skaliert werden – bis hinauf zum vollen Umfang eines ‘klassischen’ MES. Trend Monitoring und automatische Alarme können z.B. verwendet werden, um mithilfe von statistischer Prozessregelung (SPC) Prozessinstabilitäten zu erkennen und Ausschuss zu verhindern. Erweiterte Data-Mining- Algorithmen stehen optional ebenso zur Verfügung wie ein Modul zum Wartungsmanagement, in dem zähler- und zeitbasierte Aufgaben definiert werden.