Business Unit: PROCESS SOLUTIONS/DIGITAL SOLUTIONS

ÜBERWACHUNG UND STEUERUNG VON PRODUKTIONSPROZESSEN MIT NEA XPLORE

Die manuelle Steuerung von mehrstufigen Produktionsprozessen ist trotz fortschreitender Digitalisierung noch allgegenwärtig. Digitale Lösungen und das Know-how für deren Umsetzung sind vorhanden. Die lückenlose Verfolgung von Produkten und Aufträgen durch eine gesamte Produktionslinie ist inzwischen problemlos möglich. Die vom OEM entwickelte NEA XPLORE Plattform hat sich in diesem Zusammenhang bereits bei Anwendungen in der Pulverbeschichtungsindustrie bewährt und liefert einen messbaren Mehrwert. Aber auch für andere Anwendungen ergeben sich spannende Perspektiven.

Bauchgefühl, Stift und Papier

Obwohl Begriffe wie „Digitalisierung“, „Industrial IoT“, „Produktionsautomatisierung“ und „Maschine-zu-Maschine-Kommunikation“ allgegenwärtig sind, fehlen in vielen produzierenden Unternehmen oft noch vernetzte Shopfloors und integrierte Überwachungs- und Steuerungslösungen. Stift-und-Papier-Schlachten werden immer noch dort ausgetragen, wo die Digitalisierung schnelle Gewinne bringen könnte.

Nicht nur, dass Produktionsaufträge durch nicht integrierte Maschinen in isolierten Produktionslinien laufen, auch das Wissen über eine effiziente Auslastung bleibt vage, da es keine strukturierte Datenerfassung gibt. Dabei wirkt sich eine unzureichende Datenerhebung auch auf die Produktqualität aus, die von Anlagen kommt, die nach Bauchgefühl betrieben werden.

Dies führt in der Regel zu kostspieligem und zeitaufwendigem Mehraufwand, um im Falle von Qualitätsschwankungen aufschlussreiche Analysen und Berichte zu erstellen.

Angesichts stetig steigender Kundenanforderungen an die Produktqualität sind Unternehmen gefordert, ihre Aktivitäten zur Überwachung von Produktionsprozessen und zum Nachweis optimaler Produktionsbedingungen auszuweiten.

»Von den Rohstoffen bis zur Verpackung des Endprodukts - mehrstufige Produktionsprozesse lassen sich nur mit Hilfe digitaler Lösungen optimieren, die alle beteiligten Komponenten miteinander verbinden. Bei NEA X bringen wir komplexe Produktionsprozesse in die Cloud und machen sie in Echtzeit steuerbar. Hardware, Software, Datenintegration und OEM-Know-how sollen aus einer Hand geliefert werden.«

Ulrich Garde, Sales & Business Development XPLORE

Ziele für eine digitale Prozessüberwachungs- und Steuerungslösung

Um einem strengen Regelwerk bezüglich des Produkts und seiner Qualität gerecht zu werden, muss ein lückenlos rückverfolgbares Produkt auf jedem Schritt der gesamten Wertschöpfungskette erreicht werden. Dies umfasst die eingesetzten Ressourcen und Materialien sowie die Produktionsparameter und Maschineneinstellungen für jeden Produktionsschritt. Diese Informationen sollten durch Daten zusätzlicher Faktoren angereichert werden, die Einfluss auf die Qualität des Endprodukts haben.

Jeder Produktionsauftrag oder jede Charge muss auf ihrem Weg durch die Produktion genau verfolgt werden, angefangen bei der Abfüllung der Rohstoffe in Behälter bis hin zur Etikettierung von Verpackungen des Endprodukts. Daher muss jede Ressource, die in jedem Produktionsschritt verwendet wird, eindeutig identifizierbar sein.

Darüber hinaus muss jede Maschine oder jeder Arbeitsschritt melden, welcher Auftrag und welches Material gerade bearbeitet wird, und zeitgestempelte Informationen über Start- und Endpunkte liefern.

Und schließlich muss Auskunft über die Leistung, Parametereinstellungen und Sensorwerte dieser Maschinen oder Arbeitsschritte gegeben werden können.

Digitale Lösungen sollten idealerweise alle Organisationsebenen in einem produzierenden Unternehmen vom Shopfloor über das Operationsmanagement bis hin zur obersten Unternehmensebene unterstützen, wie in der folgenden Übersicht visualisiert:

Zusammenfassend ist das übergeordnete Ziel, digitale Lösungen als Schlüsselelement für einen erfolgreichen Geschäftsbetrieb zu etablieren, die Verbesserungen der Produktionsprozesse, optimierte Entscheidungen mit kurzen Durchlaufzeiten und eine erhöhte Verfügbarkeit von Maschinen zu ermöglichen. Dies führt zu einer verbesserten Produktivität und einem höheren Return on Sales (RoS).

Voraussetzungen für die digitale Fertigung

Die Empfehlung für eine Lösung hängt von der vorhandenen Infrastruktur und der Akzeptanz aller Beteiligten ab, die mit der Einführung neuer Prozesse, Technologien und Veränderungen konfrontiert sind – der sogenannten „digitalen Reife“ einer Organisation.

Die Erfassung von Produktionsparametern ist der klassische Bereich von Datenakquise-Hardware, die sich mit den verschiedenen Elementen einer Maschine (z. B. SPS, Sensoren) verbindet und die aufgezeichneten Werte während der Produktion speichert. Die Hauptherausforderungen sind dabei meist die Schnittstellen auf der IT-Seite sowie die Zugänglichkeit von Signalen an bestehenden Maschinen.

Während moderne Anlagen leicht erschlossen werden können, erfordern heterogenen Maschinenparks mit teilweise technisch nicht zugänglichen Steuerungen meist eine Expertenbewertung, um zu prüfen, welche Daten wirklich benötigt werden und welche Daten verfügbar gemacht werden können.

Um dann zu verfolgen, welches Material sich in welcher Phase des Produktionsprozesses befindet, müssen die Informationen einer eingesetzten Ressource mit einem Produkt oder einem Produktionsauftrag verknüpft werden (z. B. Übergabe eines dedizierten Rohstoffbehälters an einen Compounder). In modernen Kontexten wird dies in der Regel mithilfe von Scannern realisiert, um einen Produktionsauftrag an einer bestimmten Maschine an- und abzumelden. Hierzu eigenen sich bereits die Funktionen von einfachen Smartphones.

Sobald die Ausrüstung angeschlossen ist und Trackingfunktionen eingerichtet sind, können Produktionsprozess- und Auftragsinformationen erfasst, analysiert und relevante KPIs berechnet werden, um Einblicke in die Fertigungsleistung zu erhalten.

NEA X liefert mit seiner standardisierten Plattformlösung NEA XPLORE genau das: Neben begleitender Hard- und Softwarekompetenz und mit Kenntnissen in der Maschinensteuerung unterstützt NEA X den reibungslosen Übergang in die digitale Fertigung.

XPLORE|powder coatings – ein Beispiel für die Digitalisierung mehrstufiger Fertigungsprozesse

Gemeinsam mit NEA PROCESS TECHNOLOGY hat NEA X seine cloudbasierte XPLORE-Plattform als intuitive digitale Lösung etabliert, die eine optimierte Produktion von Pulverlacken unterstützt.

Angefangen bei der Einwaage von Rohstoffen, die über Mischer, Extruder und Mühlen verarbeitet und schließlich in Kartons oder Säcke verpackt werden, verbindet XPLORE|powder coatings Maschinendaten aus voll integrierten Produktionslinien mit Produktionsauftragsinformationen und arbeitet als einheitliche Informationsquelle für Erkenntnisse zu jeder produzierten Charge.

Die Installation der spezifischen Datenerfassungshardware funktioniert so gut wie Plug and Play: Die Geräte werden nahe der SPS im Schaltschrank der jeweiligen Maschine montiert. Sobald die XPLORE-Geräte an die SPS und an die Stromversorgung angeschlossen sind, beginnt der Versand der aktuellen Maschinenparameter in die Cloud, wo Datenvisualisierungstools gehostet und umfangreiche Analysefunktionen verwendet werden.

Die Installation kann auch Scanner umfassen, die helfen, Produktionsaufträge mit Maschinendaten zu verknüpfen.

Somit können unmittelbar nach der Einrichtung Produktionsaufträge in Echtzeit überwacht und Analysen gestartet werden.

XPLORE stellt Schlüsselkennzahlen des Fertigungsmanagements bereit:

  • Produktionsvolumen
  • Produktionszykluszeiten
  • Produktive Zeiten
  • Ausfallzeiten
  • Ertrag
  • OEE
  • Energiemessung

Weitergehende Untersuchungen von Produktionsparametern ermöglichen die Identifikation potenzieller Stellhebel für Effizienzsteigerungen. Um dies transparenter zu machen und aufzuzeigen, welche Aussagekraft die XPLORE-gestützten Analysen haben können, soll das folgende Praxisbeispiel eines Vergleichs von zwei Produktionsaufträgen desselben Produkts auf derselben Maschine mit identischer Produktionsmenge aber unterschiedlichen Maschinenparametereinstellungen zeigen.

Die Analyse der Daten verdeutlicht eine Maschinenunterauslastung für eine der beiden Chargen (20 % Leistungslücke, 60 Minuten verlorene Produktionszeit). Daraus ergibt sich ein Delta im Produktionsvolumen von 100 kg/Stunde. Für den jeweiligen Produktionsauftrag bedeutet dies einen Umsatzverlust von 2.500 EUR bei einem angenommenen Marktpreis von 5 EUR/kg dieses Produkts.

Produktqualitätsprüfungen können ebenfalls unterstützt werden. Es muss sichergestellt werden, dass Produkte immer unter gleichen Bedingungen mit identischen Maschineneinstellungen hergestellt werden. Verdächtige Parameterentwicklungen dienen als Indikator für mögliche Qualitätsabweichungen. Und bei frühzeitiger Erkennung – idealerweise durch die Überwachung der Produktion in Echtzeit – greifen Bediener sofort ein und verhindern eine kostspielige Produktion potenziellen Ausschusses.

Datenintegration und modulare Systemerweiterungen

Die obigen Beispiele zeigen, dass digitale Lösungen in Produktionsprozessen quantifizierbaren Mehrwert stiften mit deutlich positivem Kosten-Nutzen-Verhältnis, die für Unternehmen von großer Bedeutung sind. Und die Vorteile des Wechsels von mühsamer Handarbeit zu mehr Automatisierung liegen ebenfalls auf der Hand.

Aber XPLORE ist nicht auf das Standard-Setup beschränkt. In den meisten Anwendungen hat NEA X erweiterte Funktionalitäten durch zusätzliche Module entwickelt, um die Plattform an die Kundenbedürfnisse anzupassen. Diese Module reichen von detaillierten Apps zur Meldung und Bearbeitung von Maschinenausfällen bis hin zur Fernsteuerung der Maschinenparametereinstellung.

Zusätzliche Anpassungen ermöglichen es XPLORE, als vollständiges Manufacturing Execution System (MES) zu fungieren, wenn es in die übergeordnete Systemlandschaft des Enterprise Resource Planning (ERP) integriert wird.

Was kommt als nächstes?

Die Plattformlösung NEA XPLORE hat ihre Leistungsfähigkeit speziell in Herstellungsprozessen von Pulverlacken unter Beweis gestellt. Aber offensichtlich hat die Lösung viel mehr Anwendungsgebiete.

Wie in der letzten Ausgabe des NEA-Blogs gezeigt, wird XPLORE|compressors beispielsweise eingesetzt, um Serviceteams mit Echtzeiteinblicken und Berichten über Daten aus komplexen Kompressoranlagen zu unterstützen und die Maschinenleistung und Serviceprozesse zu optimieren.

Derzeit rücken die dynamischen Entwicklungen in der Batterieindustrie in den Fokus von NEA X: Steigende Anforderungen an die Verarbeitung von Graphit für anspruchsvolle Anwendungen in Hochleistungsbatterien werden der digitalen Überwachung entsprechender Produktionsprozesse eine erhebliche Bedeutung verleihen. Die Kombination aus der Kompetenz von NEA PROCESS TECHNOLOGY in Mahl-, Sicht- und Sphäronisierungsanlagen und den Möglichkeiten von XPLORE bietet NEUMAN & ESSER-Kunden attraktive Lösungen.

Sehen Sie sich auch den nächsten Blogbeitrag am 24. September an.
Dann erhalten Sie wieder Einblicke in die NEUMAN & ESSER GROUP.