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Lackierprozesse online überwachen

Fritz Steininger, Dingolfing

Die hohen Qualitätsanforderungen vor allem seitens der

Automobilindustrie erfordern reproduzierbare Arbeitsabläufe.

Bei komplexen Lackieranlagen kann dies nur durch ein integriertes

Produktionsinformationssystem gewährleistet werden. Dieses

muss an den jeweiligen Prozess individuell angepasst werden.

Der Grundgedanke, die Produktion durch

ein integriertes IT-System — vom digitalen

Signal bis hin zu den Kennzahlen für das

Management — abzubilden, ist Jahrzehnte

alt. Damals wurde der Begriff CIM – Com-

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puter Integrated Manufacturing – geprägt

und als goldener Lösungsweg gefeiert.

Die Realität hat aber gezeigt, dass das Total-CIM

nur ein Wunschtraum ist und vermutlich

auch bleiben wird.

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Trotzdem sind sich alle Fachleute einig,

dass in Zukunft ein deutlicher Optimierungsprozess

nur durch einen durchgängigen

Informationstransport innerhalb

der Produktion angestoßen werden

kann.

Automatischer

Datenaustausch

Bei der „Vertikalen Integration“, dem

klassischen CIM-Pyramidenmodell entsprechend,

werden die Informationen/Daten

weitgehend automatisiert von

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SCHWERPUNKT: PROZESSKONTROLLE

Bild 1. Durch äußere Einflüsse kann die analoge Prozessgröße vom Sollwert abweichen; bleiben die

Abweichungen innerhalb vorgegebener Toleranzen, hat dies keinen Einfluss auf das Produkt

einer Ebene zur anderen transportiert.

Diese Vision wurde vor über 20 Jahren

aufgestellt und ist bis heute nicht oder

nur unbefriedigend gelöst worden.

Viele Firmen sind schon mit dem einfachsten

Datenaustausch zwischen dem

PPS (Produktionsplanung und -steuerung)

und der Produktion zufrieden. PPS-

Auftragsdaten werden in der Regel auf

Papier an die Produktion übergeben, die

Verbrauchsmengen an Material und Per-

analog

Temperatur

Feuchte

Druck

Zeitspannen

Leitwert

Volumenmengen

pH-Wert

Prozessgröße

sonalzeit sowie der mengenmäßige

Produktionsfortschritt als Rückmeldung

zurückgegeben. Oder es werden durch

ein automatisiertes System Prozessgrößen

wie Temperatur, Druck oder Durchflussmengen

überwacht, und bei einer

Grenzwertverletzung (Bild 1) wird eine

Störung angezeigt.

Am Beispiel einer Lackieranlage soll

ein Prozess in seiner Gesamtheit betrachtet

werden. Welche Ansprüche sind an ein

binär

Ein/Aus

Störung

Warnung

diskret

»Namen«

Charge

Seriennummer

Zeitstempel

Farbe

Teil

Bild 2. In Visualisierungssystemen wird zwischen analogen und diskreten Größen unterschieden

integriertes Produktionsinformationssystem

zu stellen, um diesen Prozess

sinnvoll zu unterstützen?

Prozesswertüberwachung

Die Aufgabenstellung einer Lackieranlage,

Farbe beziehungsweise Lack auf Rohteile

aufzubringen, kann in Teilprozesse

gegliedert werden. Die Aufträge müssen

für eine optimale Abarbeitung hinsichtlich

Materialbereitstellung, Farbwechsel

und Anlagenrüstzeiten sortiert werden.

Dazu sind aktuelle Informationen wie der

Lagerbestand der notwendigen Rohteile

oder Lacke und Statusinformationen über

den bisherigen Bearbeitungsfortschritt

und -qualität der bereits eingeplanten

Aufträge unabdingbar.

Die zeitgenaue Anforderung der Rohteile

und der notwendigen Farben sowie

das Rüsten der Anlage sind Voraussetzung

für die Ausführung. Alle Anlagenteile

müssen für die korrekte Abarbeitung

eingestellt werden. Eine Prozessüberwachung

durch permanente

Prozesswertkontrolle hinsichtlich der

erlaubten Prozesswertgrenzen ermöglicht

ein sofortiges Reagieren. Eine effektive

Prozesswertüberwachung beispielsweise

von Temperatur, Luftfeuchte, Laufzeiten

oder verbrauchten Lack- und

Luftmengen kann nur durch produktabhängige

Soll- und Grenzwertvorgaben erreicht

werden. Die zielorientierte Information

der Mitarbeiter ist ebenfalls entscheidend.

Beim Abarbeiten eines Auftrags fallen

konkrete Ist-Prozesswerte an. Für eine

spätere Prozessanalyse sind diese online

zu dokumentieren. Hierunter fallen nicht

nur Prozessgrößen (Bild 2) wie Temperatur,

Feuchte und Mengen, sondern auch

Chargennummern, Zeitstempel und Mitarbeiterkürzel.

Eine Prozessanalyse ist

die zwingende Voraussetzung für eine

permanente Prozessoptimierung. Eine

Prozessdokumentation ist auch dann

unabdingbar, wenn sie vom Kunden oder

vom Qualitätsmanagement gefordert wird

(Audit, ISO 9001).

Jede Anlage beziehungsweise Maschine

arbeitet mit einer bestimmten Verfügbarkeit.

Die Verfügbarkeit wird durch das

Nutzungsverhalten (Produktivzeit, Brachzeit,

Rüstzeit) und durch die Störzeiten

der Anlage bestimmt. Eine automatische

Betriebsarten- und Störungserfassung

schafft die Voraussetzung für eine Auswertung

und Optimierung der Anlage.

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Geschlossener Regelkreis

Bei allen lackierten Teilen ist die Oberflächenqualität

zu beurteilen. Automatisierte

Lösungen beispielsweise durch

Kameras und Bildverarbeitung sind noch

nicht zufrieden stellend möglich. Das

geschulte menschliche Auge ist hier

immer noch der beste Sensor. Wichtig ist

dabei, Teile prozessnah unmittelbar nach

dem Lackieren zu beurteilen und sofort in

einem Fehlererfassungssystem aufzunehmen.

Nur so ist es möglich, schnellstens

auf eine Fehlproduktion zu reagieren und

dieses im Optimalfall schon bei der nächsten

Reihenfolgeplanung zu berücksichtigen.

Durch die Datenerfassung entstehen

vier Kategorien an Informationsquellen:

■ auftragsbezogene Daten wie Erfüllungsgrad

des Auftrags und der Zeitverbrauch,

■ prozessbezogene Daten wie Temperatur,

Feuchte sowie verwendete Chargen,

■ anlagenbezogene Daten wie Produktionszeit,

Rüstzeit, Störzeit und

Störgründe sowie

■ qualitätsbezogene Daten wie Anzahl

IO-Teile und Fehlerraten bezüglich

Fehlermerkmalen.

Werden diese Teilprozessschritte von

einem integrierten Fertigungssteuerungssystem

unterstützt, ergibt sich ein geschlossener

Regelkreis, der aus einem

Datenpool Informationen für die Fertigung,

die Arbeitsvorbereitung, die Instandhaltung

und das Controlling liefert.

Viele Sachverhalte sind oft nur dann sinnvoll

zu interpretieren, wenn Informationen

aus verschiedenen Kategorien im

Verbund betrachtet werden.

Die Ursache eines Lackierfehlers kann

beispielsweise in falschen Sollwertvorgaben

(Bild 3) oder in wiederholten Störungen

der Anlage innerhalb einer kurzen

Zeitspanne liegen. Unter Umständen war

Kontakt

DE software & control GmbH

84130 Dingolfing

Tel. 0 87 31 / 37 97-0

Fax 0 87 31 / 37 97-29

E-Mail: steininger@de-gmbh.com

www.de-gmbh.com

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auch die Reihenfolge der einzelnen Aufträge

so unglücklich gewählt, dass Farbreste

des vorherigen Auftrags auf den

nächsten Auftrag verschleppt wurden.

Individuelle Lösungen

Ein fix und fertiges Standardprodukt

„Integriertes Produktionsinformationssystem“

gibt es nicht und wird es vermutlich

auch nie geben. Die Anforderungen,

die eine Produktionsstätte an ein solches

System stellt, sind vielfältig und komplex

(Bild 4). Darüber hinaus unterscheiden

sich selbst branchengleiche Produktionsbereiche

in wesentlichen Details.

Die „großen“ PPS- und auftragsbezogenen

Anbieter sind auf die rein kaufmännischen

Bereiche fokussiert. Systemunterstützung

für die Produktion heißt

dort: Ausdruck eines Produktionsauftrags.

Das Erfassen und die Rückmeldung

der Produktionsauftragsinformationen

wird von speziellen Schnittstellenpartnern

realisiert und beschränkt sich meist

auf Mengen und Zeitrückmeldungen.

Andererseits konzentrieren sich Lieferanten

von Produktionsmaschinen ausschließlich

auf die Funktionalität und

Automatisierung „ihrer“ Maschine, wobei

angemerkt werden muss, dass eine firmenübergreifende

Betrachtung und Behandlung

von Betriebszuständen, Störungen

oder Prozesswerten für die Lieferan-

SCHWERPUNKT: PROZESSKONTROLLE mo

Bild 3. Prozessgrößen, die innerhalb eines Taktzyklus eine vorgegebene Sollkurve abfahren sollen,

werden produktspezifisch definiert

ten auf Grund vielfältiger Firmenstandards

unmöglich ist.

Eine firmenumfassende Lösung wird

oft durch die Einführung einer übergeordneten

Leitwarte erreicht. Diese Leitwarten

sind jedoch schwerpunktmäßig auf

die Überwachung von Maschinen ausgelegt

und lassen Auftragsbearbeitung oder

Fehlerdokumentation außer Acht. Diese

Kluft zwischen PPS und Anlagensteuerung

kann nur durch speziell angepasste

oder individuell programmierte Fertigungsleitsysteme

überbrückt werden.

Die Kosten für ein integriertes Produktionsinformationssystem

sind nicht unerheblich.

Neben Hardware und Sensorik

ist mit einem großen Aufwand für eine

projektspezifische Anpassung und Individualprogrammierung

zu rechnen. Die

Inbetriebnahme der einzelnen Schnittstellen

und des Gesamtsystems ist ebenfalls

zeitaufwändig und verlangt neben

dem Systemintegrator auch die Spezialisten

der jeweiligen Schnittstellenpartner.

Für das Sicherstellen eines reibungslosen

Betriebs ist administrativer Auf-wand

einzukalkulieren. Eine Anwenderschulung

muss berücksichtigen, dass auch

PC-ungeübtes Personal das System benutzen

soll.

Demgegenüber bringt ein integriertes

System dem Unternehmen vielfältige

Vorteile. Einige davon sollen nachfolgend

kurz skizziert werden.

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SCHWERPUNKT: PROZESSKONTROLLE

Bild 4. Eine integrierte und für Lackieranlagen abgestimmte IT-Lösung ist beispielsweise das

„DE_PSS-Softwaresystem“

Integriertes System

Die Produktionsaufträge erfolgen elektronisch

statt auf Papier. Änderungen werden

zentral eingepflegt und sind jedem ohne

Verzögerung zugänglich, „Kugelschreiber-Änderungen“

entfallen. Korrekturen

können hinsichtlich des aktuellen Produktionsfortschritts

auf Plausibilität überprüft

werden. Prozessspezifische Stammdaten,

die nicht im PPS vorhanden sind,

können automatisch ergänzt werden.

Die Reihenfolgeplanung führt zu einer

Optimierung von Losgrößen und zu einer

Minimierung der Rüstzeiten. Sie ermöglicht

eine Plausibilitätsprüfung von aufeinander

folgenden Produktionsbedingungen.

Es findet ein permanenter Vergleich

der aktuellen und geplanten

Kapazitätsauslastung statt. Die schichtgenaue

Reichweitenanalyse ist durch den

permanenten Vergleich von Kundenbedarf,

Disposition und IO-Produktionsergebnis

(bedarfsorientierte Fertigung)

gegeben. Die Möglichkeit der automatischenAnlagen-Sollparameter-Vorgabe

vermeidet Falscheingaben. Die notwendigen

Vormaterialien werden rechtzeitig

bereitgestellt.

Die Produktverfolgung im Prozessverlauf

ermöglicht Bestandstransparenz und

eine detailliertere Lagerbestandsführung

als im PPS. Die Prozessdaten, die Anlagendaten

und die Qualitätsdaten können

dem Produkt eindeutig zugeordnet werden.

Dadurch ist eine 100-prozentige

Rückverfolgung möglich. Die Audit-Un-

terlagen beziehungsweise ISO 900x-Dokumente

werden automatisch erfasst.

Die Prozesswert- und Anlagenüberwachung

gibt bei Grenzwertverletzungen

sofort Alarm. Die Regelkreise sind automatisiert.

Die Störprotokolle werden

nicht mehr von Hand erfasst. Die Daten

sind für eine Analyse sofort verfügbar.

Die Vor-Ort-Datenerfassung ermöglicht

eine sofortige Ergebnisrückmeldung,

eine schnellstmögliche Einflussnahme

bei Ausschussteilen ist gegeben.

Eine doppelte Dateneingabe (Personal,

Fehler, Auftragsrückmeldungen) wird

vermieden. Es ist kein manuelles Erfassen

von Fehlersammelkarten mehr notwendig.

Mitarbeiter werden mit den aktuellen

Stücklisten, Arbeitsanweisungen und

Fehlervermeidungshinweisen versorgt.

Der Schulungsstatus jedes Mitarbeiters

am jeweiligen Arbeitsplatz für das konkrete

Produkt kann überprüft werden.

Praxisbeispiele

Die Gewichtung der einzelnen Vorteile

hängt sehr stark von der Firmengröße,

dem Nutzungsgrad und den Kosten einer

Anlage, dem Variantenreichtum, den potenziellen

Fehlermöglichkeiten, den Konsequenzen

bei der Auslieferung von fehlerhaften

Teilen oder einer zu späten

Lieferung ab.

Einige Beispiele aus Projekten zeigen

die Effektivität solcher integrierter Systeme.

Das Abrufverhalten der Kunden

eines Lackierbetriebs für die Automobilindustrie

verursachte viele Lackwechsel

pro Stunde. Die automatische Lackierplangenerierung

und die permanente

Bestandtransparenz haben die Lackwechselrate

auf die Hälfte reduziert.

Bei einem Projekt für die Störmeldeerfassung

und -auswertung konnten

durch die automatisierte Störmeldeerfassung

und -begründung von der

Instandhaltung gezielt Optimierungsmaßnahmen

eingeleitet werden. Die

Anlagenverfügbarkeit wurde innerhalb

von sechs Wochen um 10 Prozent gesteigert.

Die Projekt- beziehungsweise Chargendokumentation

ermöglicht es, dass in

einer Automobilproduktion sämtliche

Chargennummern der Anbauteile einem

Produkt zugeordnet werden können. Auf

Grund der lückenlosen Dokumentation

konnten weitere fehlerhafte Produkte

gezielt ausfindig gemacht werden. Eine

umfangreiche Rückrufaktion lies sich

dadurch vermeiden.

Fazit

Besonders die Zulieferer der Automobilindustrie

unterliegen strengen Qualitätsvorgaben.

Zusätzlich stellen Just-in-

Time-Lieferungen, die Fertigung kleiner

und großer Produktserien sowie häufige

Farbwechsel hohe Anforderungen an die

Betriebe. Ein integriertes Produktionsinformationssystem

ermöglicht reproduzierbare

Arbeitsabläufe. Das Ziel eines

solchen Systems ist eine möglichst geringe

Ausschussquote und eine störungsfreie,

termingerechte Produktion.

Ein integriertes System gibt es nicht

als Standardprodukt von der Stange. Die

Anforderungen an ein solches System

sind vielfältig und komplex. Neben der

Implementierung von Hardware und Sensorik

ist mit einem großen Aufwand für

die projektspezifische Anpassung und

Individualprogrammierung zu rechnen.

Der Autor dieses Beitrags

Dipl.-Inf. Fritz Steininger, Jahrgang 1959,

studierte Informatik, Schwerpunkt Robotik

an der Technischen Universität München.

Er ist Geschäftsführer von DE software

& control, beschäftigt sich seit mehr

als 20 Jahren mit Produktionsplanung,

BDE und Anlagenoptimierung und konzipiert

und realisiert derzeit Projekte im

Produktionsbereich der Automobil- und

Zulieferindustrie.

Jahrg. 57 (2003) 6

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