LEITSYSTEM

Case Study: Komplexe Anlage in der
Kunststofffertigung – Steuerung über SPS und
Leitsystem

Die Aufgabe

Die Industrie 4.0 wird in immer mehr verarbeitenden Unternehmen zur Realität. Das damit verbundene Potenzial in Hinblick auf
Leistung und Produktivität sollte bei der nächsten Anlage eines langjährigen Bestandskunden voll ausgeschöpft werden. Für unseren Auftraggeber stand von Anfang an fest, mit dieser Anlage neue Wege im Bereich der Digitalisierung und Automatisierung zu gehen.

Dieser Kunde ist ein Unternehmen aus der Kunststoffindustrie, das kleine Teile aus verschiedenen Materialien und Farben fertigt.
Die unterschiedlichen Vormaterialien werden hierfür in Formen gegossen und danach verpresst. Dabei muss die Oberfläche der Teile
höchsten Qualitätsanforderungen entsprechen.

Die Umsetzung

Für die Planung und Realisierung der Anlage einschließlich der kompletten Steuerung
wurde neben unserem Team die Firma fischer Sondermaschinenbau GmbH beauftragt.
Das Unternehmen aus Horb am Neckar entwickelt und konzipiert seit über 50 Jahren
Anlagen für die Automatisierung von Fertigungsprozessen.

Der Auftragsumfang der Firma fischer Sondermaschinenbau umfasste die Konzeption
und Ausführung der Hardware inklusive Mechanik und Elektrik der Anlage. Darüber
hinaus gehörte die Programmierung der SPS-Steuerungen der Maschinen inklusive der Vorbereitung der Schnittstelle zu den Anwendungen von ATR Software zu ihrem
Aufgabengebiet. Die Konzeption der 8×2 m großen Fertigungsanlage und das dafür
entwickelte Layout machen eine komplett flexible Nutzung möglich. Außerdem
übernahm fischer Sondermaschinenbau die Programmierung der sechs eingesetzten
KUKA Roboter.

Die Steuerung der Gesamtanlage wurde mit der Software-Plattform für produzierende Unternehmen von ATR Software realisiert. Diese integrierte Plattform besteht aus
folgenden Komponenten:

Mit diesen Modulen gelingt es uns spielend, die Chancen und Herausforderungen der
Industrie 4.0 im Bereich der Produktion zu meistern. So auch in diesem Fall, für den die
drei Module Leitsystem, Computer Vision und Data Analytics angewendet wurden.
Zudem fungiert die Anwendung als Bindeglied zwischen dem ERP-System und der SPS
der Maschinen.

Im Detail besteht das Leitsystem aus folgenden Bestandteilen:

  • Auftragsverwaltung und Visualisierung
  • Verwaltung der Rezepte
  • Verwaltung und Überwachung von Werkzeugen
  • Verwaltung der Werkstückträger in der Anlage
  • Verwaltung der Produktionsformen
  • Verwaltung des Vormaterials
  • Überwachung des Reinigungsprozesses

Bei den bisherigen Anlagen wurden diese Informationen teilweise manuell beziehungsweise in Excel-Listen geführt, was einen erheblichen Mehraufwand im Vergleich zu der Softwarelösung von ATR Software bedeutete.

Der Nutzen

Übersichtliche Verwaltung

von Werkzeugen und Vormaterialien

Automatische Erstellung der Rüstlisten:

Einsparung Auftragsvorbereitung ca. 2 Stunden pro Tag

Erhöhung der Auslastung um 20 %

unter anderem durch parallele Auftragsausführung

Verkürzung der Rüstzeiten

Verkürzung der Werkzeugreinigung

um ca. 150 bis 180 Minuten pro Tag

Automatisierte Erkennung, ob Formen gereinigt werden müssen:

Einsparung ca. 60 Minuten pro Tag

Sehr hohe Verfügbarkeit der Gesamtanlage

Vollständige Transparenz

über Aufträge und Anlagenzustand

Verbesserungen und Einsparungen

Früher musste die Anzahl der zur Erstellung der Fertigungsaufträge erforderlichen Produktionsformen und das dafür benötigte Vormaterial manuell berechnet werden. Mit der neuen Lösung von ATR Software werden die Rüstlisten automatisch berechnet und auf einem Tablet visualisiert. Hiermit konnte unser Team die Bearbeitungszeiten reduzieren und vor allem Transparenz in der Auftragsverwaltung schaffen.

Außerdem wurde mit der neuen Anlage eine signifikante Erhöhung der Auslastung um 20 % erreicht. Vormals mussten die Aufträge einzeln nacheinander abgearbeitet werden. Jetzt können zwei Aufträge parallel verarbeitet werden. Dies führt zu einer optimalen Ausnutzung der Anlage, speziell bei kleineren Losgrößen.

Zudem realisierte unser Team eine deutliche Minimierung der Rüstzeiten. Denn für einen Werkzeugwechsel musste bis dahin die komplette Anlage leergefahren werden. Inzwischen kann der Folgeauftrag bereits gestartet werden, obwohl sich noch die letzten Produktionsformen des vorherigen Auftrags in der Anlage befinden.

Für den Reinigungsprozess der Werkzeuge und Formen wurde ebenfalls eine deutliche Einsparung erzielt: Bisher mussten alle Werkzeuge der 5 Stationen zweimal am Tag gereinigt werden. Dabei waren durchschnittlich 20 Werkzeuge pro Station betroffen, für deren Reinigung jeweils 30 Minuten aufgewendet wurden.

Durch die softwareseitige Erkennung, welche Werkzeuge tatsächlich benutzt worden sind und die Visualisierung dieser Informationen auf einem Tablet, konnte der Reinigungsaufwand auf 5–10 Werkzeuge mit einem Aufwand von 10 bis 15 Minuten reduziert werden. Die Zeiteinsparung für die Werkzeugreinigung beträgt somit mehr als 50 % des bisherigen Aufwandes.

Mittels eines hoch modernen und integrierten Kamerasystems konnte zudem der Aufwand für die Reinigung der Produktionsformen drastisch reduziert werden. Bisher musste der Werker alle Produktionsformen visuell kontrollieren und entscheiden, ob diese gesäubert werden müssen. Mithilfe der neuen Lösung werden die zu reinigenden Formen jetzt ohne weiteres Zutun eines Werkers nach der optischen Kontrolle zur Reinigung ausgesteuert, sodass dieser Prozess nun vollständig automatisiert abläuft.

Darüber hinaus werden die Informationen über die Verunreinigungen der Formen dazu genutzt, präventiv bestimmte Produktionsformen mit häufigen Verschmutzungen an bestimmten Stellen aus der Produktion zu nehmen. Diese werden anschließend beispielsweise durch eine Polierung aufbereitet. Die Erkennung der Häufungen erfolgt dabei über die Data Analytics Komponenten von ATR Software.

Neben den bereits genannten Verbesserungen und Einsparungen konnten durch die vorausschauende Konzeptionierung und Layoutgestaltung der Anlage in Verbindung mit dem Leitsystem folgende weitere Vorteile realisiert werden:

  • Weniger Materialtransport
  • Optimaler Prozessablauf
  • 100 Prozent Autonomie
  • Materialwechsel ohne Maschinenstillstand
  • Flexibilität in der Gestaltung der Fertigungsprozesse

Durch die Auswertung der von der Anlage gelieferten Daten ergibt sich eine sehr hohe Transparenz der Auftrags- und Fertigungsschritte. Dies wiederum gewährleistet eine sehr hohe Prozessstabilität.

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