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Industrie 4.0 Fortschritt mit stetem Herzschlag

Spiegelberg/Aichwald. Schlaflose Nächte. Sorgen. Schweißausbrüche. Das war einmal, ist Geschichte. Längst weiß er: Das Herz der Produktion wird immer weiter schlagen. „Dafür haben wir mit einem ausgeklügelten Kontrollsystem gesorgt“, sagt Andreas Altvater. 100 Millisekunden Zeitverzug könnten in der laufenden Fertigung bei AMK in Aichwald bis zu 2000 Euro kosten.

Drei Personen passen aufeinander auf. Maximal einer darf schlafen, ansonsten rütteln sie sich gegenseitig wieder wach – so oder so ähnlich kann man sich das Kontrollsystem vorstellen, das Andreas Altvater, Geschäftsführer der Spiegelberger NSG Systems GmbH, bei AMK in Aichwald installiert hat. Dort sind es nur keine Menschen, sondern drei Rechnersysteme – exakte, stets aktualisierte Abbilder voneinander – auf zentraler Steuerungs- und Verwaltungsebene, einer MES-Plattform. MES steht für Manufacturing Execution System (System zur Fertigungsausführung).

„Unsere MES-Plattform ist ein Rechnercluster, der sich auch virtuell abbilden lässt. In der physischen Welt sind es mehrere Rechner, die sich absprechen, über welchen virtuellen Rechner sie gerade laufen. Die Rechner überwachen sich gegenseitig. Fragen einander ständig, ob alles okay ist. Wenn einer ausfällt, wird er automatisch angesteuert und neu hochgefahren“, sagt Altvater. Auch während der normalen, störungsfreien Laufzeit betreiben die Rechner ein „Load-Balancing“, sie geben also Systemlasten ab und laufen auf Sparflamme.

„Unser Motto ist ganz klar, lieber mehrere Rechner als einen Hyperrechner.“ Auch Software-Erneuerungen sind so unproblematischer, weil sie, nacheinander auf den virtuellen Rechnern durchgeführt, laufende Prozesse nicht behindern.

„Wir haben zig weitere Sicherungsstufen in unsere Produktions-IT eingebaut mit kontinuierlichen Selbstheilungskräften.“ Prozesse überwachen sich selber, rebooten und starten bei Problemen neu. Konnektoren (Daten- und Signalübersetzer) zwischen den Maschinen entlang der Produktionslinie geben stets Rückmeldung, ob es jedem Teil „gutgeht“. Bei Maschinen wisse man, wenn gewisse Impulse ausbleiben in einer gewissen Sequenz, dass dort eine Störung vorliegt, so Altvater.

Irgendwann und irgendwo gibt es immer einen Netzausfall

„Wir nennen das unser Heart-Beat-System. Das Herz schlägt immer weiter.“ Eine solche vielschichtige Sicherung ist enorm wichtig, denn irgendwann und irgendwo gebe es immer einmal einen Netzausfall oder verklemme sich ein Bit oder Bite und Produktionsausfälle wären kostspielig. So jedoch läuft alles wie geschmiert. Alle 15 Sekunden kommt hinten an der Produktionslinie in Aichwald ein fertiger Elektromotor heraus. Über eine Million, in unterschiedlichen Varianten, stellt die Aichwalder Firmentochter des Mutter-Unternehmens AMK (Arnold Müller Kirchheim/Teck) pro Jahr her. Die Produktion ist zwar hochautomatisiert. Für den seit 2011 laufenden Dreischichtbetrieb konnte das Unternehmen aber ein Bestandsgebäude ertüchtigen und circa 160 Neuarbeitsplätze schaffen.

„Der Werker in der Fabrikhalle muss heutzutage in die Lage versetzt werden, flexibler den Anforderungen sich schnell verändernder Prozesse und individueller Kundenwünsche gerecht zu werden“, erläutert Udo Huneke, Produktmanagement-Leiter bei AMK. AMK profitiere eindeutig davon, dass mittlerweile Industrie-4.0-Technologien wie die Software von NSG Systems für den Mittelstand, für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) verfügbar seien.

Vorbeugende Instandhaltung und Zustandsüberwachung

AMK hat aber auch eigene Industrie-4.0-Lösungen in Betrieb und liefert Antriebs- und Steuerungstechnik aus. Diese komme etwa in Aburg-Spritzgießmaschinen, in tabakverarbeitenden Anlagen von Hauni und bei anderen in der Zigarettenbranche engagierten Unternehmen, in Kunststoffspritzgießereien und in Verpackungs- oder Druckmaschinen (etwa Heidelberger Druckmaschinen) zum Einsatz, so Huneke.

„Wir beliefern mehrere Maschinenbauer mit Condition-Monitoring-Tools. Sobald sich ein Ist-Wert eines Aggregatszustands der Grenze eines Toleranzbereichs nährt, erfolgt eine Warnmeldung.“ AMK-Steuerungstechnik mache sich im Bereich des Produktionsmanagements und über die Risikoabschaltung, also die überbetriebliche Qualitätskontrolle, bezahlt. „Und natürlich auch, weil eine vorbeugende Instandhaltung besser möglich wird. Man kann vorhersehen, wann ein Kugellager defekt sein wird, und es austauschen, bevor es zu Produktionsausfällen kommt“, sagt Huneke.

„Durch kontinuierliche Datenerfassung entstehen ganz neue Möglichkeiten für die Mitarbeiter, die sich vom reinen Handwerker hin zum Chef in der Fabrik wandeln können, der den gesamten Informationsfluss entlang des Produktionsprozesses verfolgt“, sagt Thomas Kniesel, Prokurist und Leiter Transformation/Organisation bei AMK. „Früher haben sie ein Teil abgeliefert, jetzt können sie die Qualität und den Fertigungsfortschritt virtuell in jedem Produktionsschritt verfolgen.“ Durch die Massenverarbeitung von Daten entstehe ein unglaublicher Mehrwert.

Seit November 2011 seien allein in der Elektromotoren-Produktion Aichwald rund 1,6 Terabyte an Daten aufgelaufen. „Alles, was auf Maschinenebene an Daten entsteht, von den Steuerungen, Signalen über Waagen und Gewichte bis hin zu Temperaturen wird erfasst und auf TCPIP-Ebene gewandelt (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), auf einem zentralen Server gesammelt und über Konnektoren weitergeführt in einen zentralen Verarbeitungsprozess“, erläutert Andreas Altvater.

An jeder Station der Produktionslinie in Aichwald sei ein Industrie-PC in Betrieb, der auf die Datenbank eines Subsystems zugreift. Da es sich um Maschinen und Anlagen unterschiedlicher Hersteller handelt, sind auch die Steuerungen und Systeme unterschiedlich. „Die Programmierung von kompatiblen Steuerungen stand lange Zeit nicht im Fokus der Maschinenbauer, die es gewohnt sind, allein für sich zu arbeiten. Es herrscht eine uneinheitliche Vielfalt“, sagt Altvater. Bei AMK werden deshalb mit den Konnektoren Ersatzschnittstellen geschaffen, die die unterschiedlichen Signale umwandeln und für das System verständlich übersetzen, ergänzt Huneke. Mit Software-Werkzeugen seiner Firma, so Altvater, sei es möglich, alle Fertigungsparameter und Rezepte der Maschinen der unterschiedlichsten Hersteller auf einer Oberfläche zu verwalten und alle Steuerungen anzusprechen.

Signale und Daten werden aufgenommen und über die Konnektoren auf die MES-Plattform geleitet. Dort werden sie modelliert und in einer zentralen Logik abgearbeitet. „Die Vernetzung der Maschinen muss synchronisiert werden mit einem ERP-System, mit der Auftragsverwertung und es benötigt Systeme, die Daten auswerten, gefüttert werden oder überwachen.“ ERP steht für Enterprise-Resource-Planning (Planung, Verwaltung und Steuerung aller Ressourcen eines Unternehmens).

Dezentrale Fertigung mit ziemlich autarken Maschinen

„Das ERP-System weiß in Echtzeit, was in der Fertigung los ist. Es ermittelt automatisch die Bedarfe und löst Fertigungsaufträge aus, die dann als Prozessparameter den Maschinen weitergegeben werden, die mit den Daten arbeiten“, sagt Altvater. Dadurch werde eine dezentrale Fertigung möglich und die Maschinen könnten ziemlich autark arbeiten im Rahmen ihres Datenspeichers. So könne die Produktion auch weiterlaufen, wenn es mal im Zentralsystem Probleme gibt.

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