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Der Ausweis für Eisenbahnräder

Produktionsinformations-Systeme und Track & Trace

Der Ausweis für Eisenbahnräder

Produzierte Eisenbahnräder müssen der vorgegebenen Qualität genau entsprechen – und diese muss dokumentiert werden. Darüber hinaus wird es für Unternehmen immer wichtiger, die eigenen Prozesse zu kennen und zu verbessern. Ein Produktions-Informations-System kann in beiden Fällen Aufschluss geben.

Prinzipieller Aufbau der Schmiedelinie (Bild: Schuler Pressen GmbH) [1]

Prinzipieller Aufbau der Schmiedelinie (Bild: Schuler Pressen GmbH)

Wer wirtschaftlicher arbeiten will, muss Abläufe eindeutig identifizieren, steuern, dokumentieren und jederzeit reorganisieren können – auch in der Metallverarbeitung. Das trifft auch auf die Fertigung von Eisenbahnrädern in einer Fabrik im kasachischen Ekibastuz zu. Für den gesamten Fertigungsprozess sind Anlagen und Maschinen unterschiedlicher Hersteller im Einsatz, die miteinander interagieren müssen. Zugleich muss für jedes Rad, das das Werk verlässt, der vollständige Fertigungsprozess dokumentiert werden.

Tracking & Tracing

Die komplette Schmiedelinie lieferte die Schuler Pressen GmbH aus dem baden-württembergischen Waghäusel. Das Unternehmen ist zudem für die Koordination und das Zusammenspiel des Track & Trace-Prozesses der einzelnen Anlagenteile zuständig. Dafür musste der Pressenhersteller eine Lösung finden, mit der die Anlageneffizienz im Blick behalten werden kann und gleichzeitig die Qualität jedes Rades dokumentiert wird. Dabei kam die Karlsruher ZOZ & Partner GmbH ins Spiel – ein Unternehmen, mit dem Schuler bereits in der Vergangenheit zusammen gearbeitet hatte. Die Aufgabe bestand nun darin, ein Produktions-Informations-System (PIS) für die gesamte Anlage aufzusetzen.

Räder verfolgen

„Die größte Herausforderung war in diesem Fall die Teileverfolgung. Für einen Großteil der Zeit sind das Material und später die Räder so heiß, dass man sie nicht mit einer Kennzeichnung versehen kann. Trotzdem ist es wichtig, die Geschichte eines jeden Rades zu kennen“, sagt Klaus Gille, Geschäftsführer von ZOZ & Partner. Würde ein Rad von Anfang bis Ende die Produktion durchlaufen, wäre das kein Problem, jedoch ist der Prozess nicht linear: In der Stahlschmelze erhält jede Schmelze eine individuelle Heat ID. Danach werden Stangen geformt und daraus je nach Endgewicht automatisiert Stücke in passender Länge abgesägt. Diese werden dann – circa 340 Stück gemeinsam – bis zum Kern auf 1.200 bis 1.300°C erhitzt, was etwas sechs bis sieben Stunden dauert. Danach muss die dabei entstandene Verzunderung entfernt werden. In zwei Pressstufen erhalten die Räder nun ihre Rohform, werden per Roboter an die Radwalze übergeben, dort in ihre finale Grundform gebracht und anschließend in der Kümpelpresse gelocht. Im Anschluss werden die Räder per Laservermessung geprüft. Räder, die nicht den Vorgaben entsprechen, werden ausgeschleust. Das muss im Produktions-Informations-System dokumentiert werden, um eindeutig zuordnen zu können, welche Eigenschaften jedes Rad hat. Für manuelle Eingriffe muss auch der Mitarbeiter geschult sein – das Ausschleusen muss vermerkt werden.

Produktionsinformations-Systeme und Track & Trace

Der Ausweis für Eisenbahnräder

Die Betriebsdaten lassen sich in verschiedenen Variationen für Auswertungen darstellen. (Bild: Zoz & Partner GmbH) [2]

Die Betriebsdaten lassen sich in verschiedenen Variationen für Auswertungen darstellen. (Bild: Zoz & Partner GmbH)

Räder markieren

Nach dem Vermessen wird jedes Rad mit einer eindeutigen ID markiert. Dann werden die Laufflächen gehärtet. Dieser Prozess hängt von der Stahlmischung des jeweiligen Rades ab, die im System der Heat ID entnommen werden kann. Nach dem Härten werden die Räder nachbehandelt und final geprüft. Täglich verlassen dabei mehrere hundert Räder die Produktion. „Der herausforderndste Teil des Projektes ist aus meiner Sicht die Punkte auszumachen, wo es zu Problemen mit der Nachverfolgbarkeit kommen kann. Also da, wo manuell in den Prozess eingegriffen wird, oder wenn beispielsweise mehrere Elemente gleichzeitig in eine Station hineinlaufen, dort rotiert werden und danach schlimmstenfalls in versetzter Reihenfolge den Prozess wieder verlassen. Dann ist die Nachverfolgbarkeit unmarkierter Räder nicht trivial“, sagt Gille. Das Karlsruher Unternehmen hat dazu eine Lösung entwickelt, die an den Übergabepunkten der Produktion nicht nur die greifbaren Räder, sondern auch alle Informationen dazu virtuell übergibt. Dadurch verlässt jedes Rad mit seinem individuellen Radpass inklusive Produktionsdaten die Fabrik.

Produktion verbessert

Der zweiter Teil des Projekts befasste sich damit, alle Produktionsdaten der Anlage in eine Datenbank zu schreiben, auszuwerten und über einen Webserver bzw. Webbrowser zu visualisieren. „Hier konnten wir PIS auf unser Vorgängermodell aufsetzen, das Schuler Press Management System‘, sagt Gille. Aufgabe des Systems ist es, allgemeine Kennzahlen zur Anlagenperformance und Statistiken – etwa Anlagenzustandsverfolgung mit Produktionszeiten und Stillstände – zu erfassen, um die Produktion zu optimieren. Erfasst werden zudem Stückzahlen, Werkzeug, theoretische Ausbringung, Kontierung von Zustandszeiten auf Produktionsaufträge, Schichten oder Tage. Zudem bietet das System einen Überblick über den Tagesproduktionsstatus sowie Berechnungen etwa zu Verfügbarkeit, OEE (Overall Equipment Efficiency), MTBF (Meantime Between Failure), MTTR (Meantime To Repair).

20.000 Datenpunkte

Die Datenpunkte einer derart komplexen Anlage in einem Prozess-Informations-System abzubilden, klingt zunächst aufwendig. „Da wir die Datenpunkte direkt aus der jeweiligen SPS importieren, ist der Aufwand im Grunde relativ gering, vorausgesetzt beim Programmieren der SPS wurde sauber gearbeitet. So konnten wir die knapp 20.000 Datenpunkte in kurzer Zeit importieren und hatten zudem die Möglichkeit, die Portierung während der Inbetriebnahme schnell zu ändern“, sagt Gille. Beides reduziert den Inbetriebnahmeaufwand beträchtlich. Als Schnittstelle zur SPS kommt OPC UA zum Einsatz, für die Anbindung an das ERP-System des Kunden wurde eine spezielle Datenbankschnittstelle entwickelt. Blieb die Frage, wo die Prozessdaten gespeichert werden sollen. „Vor Ort sind die Bedingungen für PCs und Speichermedien widrig mit viel Staub, Schmutz und starken Temperaturunterschieden,“ fährt Gille fort. „Deshalb ist es sinnvoll, Daten auf einem örtlich abgesetzten Server abzulegen. Dann wird aber Eingriff in ein Firmennetzwerk nötig. Das ist also aus Sicht der Netzwerksicherheit herausfordernd.“ Das System kommt auch an anderen Standorten – etwa in der Türkei – zum Einsatz und ist daher auf Mehrsprachigkeit ausgelegt.

Das Produktions-Informations-System sammelt Produktionsdaten der gesamten Anlage, speichert diese in einer Datenbank und visualisiert sie per Web-Browser. (Bild: Zoz & Partner GmbH) [3]

Das Produktions-Informations-System sammelt Produktionsdaten der gesamten Anlage, speichert diese in einer Datenbank und visualisiert sie per Web-Browser. (Bild: Zoz Partner GmbH)