Digitalisierung und Vernetzung Smarte Lösungen für die „Metallverarbeitung 4.0“

Ein Gastbeitrag von Kirsten Ludwig

Digitalisierung und Vernetzung sind in der Metallverarbeitung rasant auf dem Vormarsch – auch in der Lager- und Sägetechnik. Manuelle und voneinander isolierte Prozesse weichen immer mehr einem durchgängig gesteuerten, intelligenten Materialfluss, in dem alle beteiligten Komponenten autonom miteinander kommunizieren.

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Die Digitalisierung und Vernetzung von Produktions- und Logistikprozessen ist in der Metallverarbeitung auf dem Vormarsch.
Die Digitalisierung und Vernetzung von Produktions- und Logistikprozessen ist in der Metallverarbeitung auf dem Vormarsch.
(Bild: Kasto)

Industrie 4.0 ist in der modernen Metallverarbeitung mittlerweile flächendeckend angekommen. Maschinen, Anlagen, Waren und Ladungsträger sind digital vernetzt und können miteinander kommunizieren. Intelligente Sensorsysteme liefern dazu aktuelle Statusinformationen in Echtzeit. Sämtliche prozessrelevante Daten werden erfasst und analysiert. Das ermöglicht es Anwendern, ihre komplette Wertschöpfung dezentral, autonom und bedarfsorientiert zu optimieren. Der Weg von der Rohware zum fertigen Produkt wird damit schneller, flexibler, ressourcenschonender und kosteneffizienter – das hilft metallverarbeitenden Unternehmen aus sämtlichen Branchen, die steigenden Anforderungen im internationalen Wettbewerb zu erfüllen.

Dies beginnt bereits bei der Lagerung: Anstelle der früher weit verbreiteten Boden- oder Kragarmlagerung setzen metallverarbeitende Unternehmen vermehrt auf vollautomatische Langgutlager. Die softwaregesteuerten Systeme überzeugen durch eine deutlich höhere Lagerdichte, durch schnelle Zugriffszeiten und maximale Bestandstransparenz. Auch lassen sich mit ihnen verschiedene Einlagerstrategien umsetzen, die perfekt an die Bedürfnisse im jeweiligen Unternehmen angepasst sind: Anwender können unter anderem Einzelstangen, ganze oder geöffnete Bunde manuell oder automatisch einlagern sowie zwischen verschiedenen Lagerbereichen umlagern – je nachdem, welcher Prozess insgesamt am effizientesten ist. Das spart auf lange Sicht erheblich Zeit und Kosten ein.

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Auch die Sägetechnik – oftmals die erste Bearbeitungsstation nach dem Auslagern – ist immer häufiger mannlos organisiert. Sägemaschinen können mit Manipulatoren und Fördertechnik nahtlos an das Rohwarenlager angeschlossen und darüber mit den benötigten Materialien versorgt werden. Der Sägevorgang selbst läuft bei entsprechender Ausstattung der Maschine ebenfalls autonom ab. So entstehen hoch integrierte Systeme, die nahtlos in einen durchgängigen Materialfluss eingebunden sind – die intelligente Fabrik.

Vollautomatisch vom Rohmaterial bis zum fertigen Teil

Ein führender Anbieter von Industrie-4.0-Lösungen für die Metallverarbeitung ist Kasto Maschinenbau. Das Unternehmen realisiert für seine Kunden kombinierte Lager-Säge-Roboter-Systeme, in denen vom Einlagern des Rohmaterials bis zur Kommissionierung der Abschnitte sämtliche Lager-, Handling-, Säge-, Markier-, Palettier- und Bündelungsprozesse vollautomatisch ablaufen. Besonders wichtig ist dabei eine reibungslose Kommunikation: Alle beteiligten Komponenten müssen, vereinfacht ausgedrückt, dieselbe Sprache sprechen. Möglich wird dies über durchgängige Steuerungssysteme und passende Schnittstellen. Kasto bietet etwa mit Kasto Logic ein modulares Warehouse Management System (WMS), das speziell auf die Anforderungen in der Langgut- und Blechlagerung abgestimmt ist. Es bildet sämtliche Prozesse zwischen Wareneingang und Versand übersichtlich und transparent ab und sorgt für eine effiziente Steuerung des gesamten Materialflusses – inklusive des Lagers, daran angeschlossener Fördertechnik sowie Bearbeitungsmaschinen mit dem dazugehörigen Materialhandling.

Die Software optimiert die Prozesse im und um das Lager und macht die Intralogistik damit schneller, zuverlässiger und leistungsfähiger. Zum Beispiel gestaltet sie die Fahrwege von Regalbediengeräten effizienter, indem sie Leerfahrten vermeidet und häufiger benötigte Artikel näher an Ein- und Auslagerstationen platziert als solche, die seltener nachgefragt werden. Die Verwaltung von Aufträgen, Chargen, Restteilen und Anschnitten, eine permanente Inventur sowie die Möglichkeit, flexibel verschiedene In-Out-Strategien und Kommissionierprinzipien anzuwenden, sind weitere hilfreiche Funktionen von Logic. Die umfangreichen Statistik- und Analysetools überwachen sowohl die Auslastung des Gesamtsystems als auch die einzelner Komponenten. Somit lässt sich das Potential der Intralogistik voll ausschöpfen: Überflüssige Fahrwege oder unnötige Wartezeiten werden vermieden, mögliche Veränderungen können vorab simuliert und ohne Risiko ausprobiert werden.

Die passende Schnittstelle für jedes System

Über maßgeschneiderte Schnittstellen lassen sich das WMS Logic, aber auch einzelne Maschinensteuerungen von Kasto mühelos an ein übergeordnetes Host-System im Unternehmen anbinden – von SAP über Infor oder Microsoft Dynamics bis hin zu kundenspezifischen Software-Lösungen. Die so entstehende einheitliche Kommunikationsstruktur erhöht die Transparenz und Effizienz erheblich. Aufträge lassen sich bequem und benutzerfreundlich steuern, und die in den Lagern und Sägemaschinen erhobenen und erfassten Daten können übergreifend genutzt und analysiert werden. Dies ermöglicht beispielsweise eine durchgängige Rückverfolgung bestimmter Waren und Werkstücke, eine gleichmäßige Auslastung des Maschinenparks mit kurzen Nebenzeiten, eine bessere Qualitätskontrolle oder eine bessere Planung von Wartungsmaßnahmen. Auch Reststücklängen und Lagerbestände lassen sich mit den entsprechenden Informationen nachhaltig optimieren – das verringert die Fertigungskosten deutlich.

Auch manuell bediente Lager lassen sich mithilfe von Logic verwalten. Dafür hat Kasto die App Kasto Logic mobile entwickelt: Die Anwendung ist für mobilen Endgeräte geeignet und ermöglicht dem Benutzer, sämtliche Vorgänge wie Ein- und Umlagerungen, Kommissionierungen, Versand- und Bestandsinformationen per Smartphone oder Tablet an das WMS zu übermitteln. Besonders leicht ist dies mit einem von Kasto erhältlichen Handheld-Gerät, das neben einem gut lesbaren Display und einem robusten Gehäuse auch über einen integrierten Barcode-Scanner verfügt. Der Mitarbeiter erfasst einfach die benötigten Informationen für die jeweilige Auftragsposition mit seinem Gerät, das diese drahtlos an das Management-System überträgt. Transparenz und Nachverfolgbarkeit sind damit genauso hoch wie in automatischen softwaregesteuerten Lagern. Auch ein sogenanntes „Pick-by-Crane“-System lässt sich mit Logic mobile mühelos umsetzen: Dabei steuert der Anwender mit der App einen angebundenen Hallenkran, der die Fahrbewegung mithilfe der entsprechenden Koordinaten selbstständig erledigt. Das System ist mit der Wiegeeinrichtung des Krans gekoppelt, das entsprechende Gewicht wird auf Knopfdruck übernommen.

Energie sparsam und intelligent nutzen

Ein großer Teil der Betriebskosten von Automatiklagern entfällt auf den Energieverbrauch. Doch auch hier bietet Industrie 4.0 erhebliches Optimierungspotenzial: Kasto etwa hat mit Energysave ein innovatives Konzept zur Energierückspeisung und -speicherung entwickelt. Überschüssige Lage- oder Bewegungsenergie lässt sich damit in elektrischen Strom umwandeln, in Doppelschichtkondensatoren zwischenspeichern und flexibel nach Bedarf nutzen. Eine intelligente Regelung lädt und entlädt den Energiespeicher abhängig vom gerade laufenden Prozess. Die Energie bleibt bis zur Wiederverwendung im System. Durch einen nahezu konstanten Leistungsbezug aus dem Stromnetz kann die Netzperipherie im Nennlastbetrieb arbeiten. Anwender können so die Anschlussleistung des Regalbediengerätes zusätzlich um mehr als 50 Prozent reduzieren. Auch werden durch den Energiespeicher Lastspitzen vermieden, was weitere Kosten einspart.

Verschnitt reduzieren und Standzeiten steigern

Neben der Energie- spielt auch die Materialeffizienz in der Metallverarbeitung eine wichtige Rolle – etwa beim Sägen. Hier stehen Anwender vor der Herausforderung, das verwendete Material bestmöglich zu nutzen und Verschnitt zu vermeiden, um die Kosten gering zu halten. Kasto greift dafür mit seiner Software Kasto Optisaw ebenfalls auf die Möglichkeiten der Digitalisierung zurück: Das System sorgt unter Berücksichtigung verschiedener Maschinenparameter wie Schnittspaltbreite und minimaler Spaltlänge für eine optimale Zuordnung des eingelagerten Langguts zu den jeweiligen Sägeaufträgen. Denn oft lagern Betreiber aufgrund von zurückliegenden Aufträgen von ein und demselben Material unterschiedlich lange Stäbe, Rohre und Profile mit verschiedenen Gehrungswinkeln. Diese können dank Optisaw mit möglichst geringem Verschnitt verbraucht werden – das reduziert die Kosten und spart Platz im Lager, da unbrauchbare Reststücke nicht mehr zurückgelagert werden.

Eine weitere smarte Neuerung für die Sägetechnik ist Kasto Respond: Dieses System „erfühlt“ mittels intelligenter Sensorik die Beschaffenheit des zu sägenden Materials und passt die Schnittparameter entsprechend an. Dies bietet besonders beim Sägen von Profilen, inhomogenen Materialien oder Abweichungen bei der Festigkeit des Werkstücks deutliche Vorteile. Anwender können damit die Standzeiten und die Ausnutzung ihrer Werkzeuge nachhaltig optimieren. Darüber hinaus lassen sich Fehler durch eine falsche Bedienung der Sägemaschine zuverlässig vermeiden.

Effizienter Sägen mit Roboter-Anbindung

Mit der Roboter-Anbindung Kasto Sort hat Kasto zudem eine Lösung im Portfolio, mit der sich dem Sägevorgang vor- und nachgelagerte Fertigungsprozesse automatisieren und gemeinsam in einen einheitlich gesteuerten Materialfluss integrieren lassen. Industrieroboter können die Sägeabschnitte selbstständig entnehmen und zahlreiche weitere Aufgaben übernehmen: von Entgraten und Anfasen über Zentrieren und Gewindeschneiden, Markieren und Bedrucken bis hin zum Wiegen, Sortieren, packdichteoptimierten Abstapeln und Kommissionieren. Sort beeindruckt dabei durch seine Intelligenz: Die Steuerung wählt beispielsweise je nach Material, Form, Gewicht oder sonstiger Beschaffenheit der Werkstücke den passenden Greifer, den am besten geeigneten Ladungsträger und das optimale Stapelmuster. Kasto integriert die Robotersteuerung je nach Bedarf des Kunden in die Sägesteuerung, das WMS Logic oder in ein bestehendes ERP-System. Der Anwender kann damit auch diesen Arbeitsschritt über eine zentrale Schnittstelle steuern und überwachen und profitiert von einer optimal abgestimmten Prozesskette.

Für den Transport von Materialien und Werkstücken über die Lager- und Sägetechnik hinaus bietet Kasto ebenfalls digitale und vernetzte Lösungen. Das Unternehmen hat zum Beispiel das intelligente Tourenverteilsystem Rail entwickelt, das Kommissionierbunde effizient und ergonomisch für den Versand bereitstellt. Eine weitere Möglichkeit, um zum Beispiel manuelle Palettenlager smart zu automatisieren, ist der Einsatz eines fahrerlosen Transportsystems (FTS). Die autonomen Fahrzeuge können etwa per Roboter auf Paletten gestapelte Abschnitte aus dem Arbeitsbereich der Säge abholen und zwischenlagern oder direkt in den Versand transportieren. Dabei kann auch die Steuerung des FTS mit einer eigenen Schnittstelle in Logic integriert werden, um einen einheitlich verwalteten Materialfluss zu erzielen. Rolltore, die sich durch Aktivierung von Lichtschranken öffnen oder schließen, erlauben den Flurförderzeugen den Zutritt zur Sägemaschine und schützen gleichzeitig die Mitarbeiter vor Verletzungen.

Maschinen jederzeit im Blick

Auch der Einsatz mobiler Geräte hält in der industriellen Produktion immer mehr Einzug. Kasto hat dazu mit der App eine Anwendung für die übersichtliche Visualisierung seiner Sägemaschinen auf den Markt gebracht. Sie bietet eine Statusübersicht aller im Netzwerk vorhandenen Maschinen, die mit den Steuerungssystemen SmartControl, AdvancedControl, ProControl oder ExpertControl ausgestattet sind. Der Name und Zustand jeder Säge sowie die Maschinennummer und der Maschinentyp sind dabei auf einen Blick ersichtlich. Läuft eine Säge im Automatikbetrieb, kann die App außerdem auf die in der jeweiligen Maschinensteuerung hinterlegten Informationen zugreifen. Damit erhält der Benutzer genaue Auskünfte über alle relevanten Parameter wie etwa Artikel, Abschnittlänge, Soll- und Ist-Stückzahl sowie die Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit. Kommt es zu einem Fehler im Betriebsablauf, visualisiert die App die anstehende Fehlermeldung, und der Anwender kann schnell reagieren. Ausfallzeiten lassen sich so auf das Minimum reduzieren.

Fernwartung mit Augmented Reality

Noch einen Schritt weiter geht Kasto mit seinem Assistenzsystem VisualAssistance: Dieses nutzt das Konzept der Augmented Reality (Erweiterte Realität), um die Fernwartung von Maschinen und Anlagen zu vereinfachen. Herzstück ist eine interaktive App für Tablets, Smartphones oder Smart Glasses. Kunden können sich damit per Video- und Audio-Stream mit den Service-Mitarbeitern verbinden. Anwender und Techniker teilen in Echtzeit das gleiche Blickfeld. Das erleichtert das gegenseitige Verständnis ungemein und hilft, einzelne Anlagenkomponenten und eventuelle Störungen schnell zu identifizieren.

Die Kasto-Experten haben über die App auch die Möglichkeit, visuelle Hilfestellung zu leisten und zum Beispiel Markierungen im Live-Video einzublenden. Während der Kunde vor Ort die Wartung oder Reparatur an der Säge oder dem Lager durchführt, bekommt er alle nötigen Informationen direkt in seinem Display angezeigt. Nutzt er die Datenbrille, hat er dazu noch die Hände frei – das erleichtert die Arbeit zusätzlich. Die Service-Techniker von Kasto sind virtuell mit vor Ort und leiten die Mitarbeiter entsprechend an. Aufwändige Schulungen oder teure Anfahrten sind damit überflüssig.

Intelligente Lösungen mit praktischem Kundennutzen

In Zukunft will Kasto sein Portfolio weiter deutlich in Richtung Industrie 4.0 ausbauen. Die Erfassung und Analyse anfallender Prozessdaten bietet dabei ein besonders großes Potenzial – etwa für vorbeugende Instandhaltungsmaßnahmen. Bei jeder Neu- oder Weiterentwicklung steht der praktische Nutzen für den Anwender im Mittelpunkt. Und der ist schon jetzt immens: Mit den Industrie-4.0-Lösungen von Kasto können metallverarbeitende Unternehmen ihre Fertigung deutlich flexibler und effizienter gestalten. Sie profitieren unter anderem von einer idealen Auslastung ihrer Maschinen, kurzen Nebenzeiten, einem geringeren Wartungsaufwand und niedrigeren Produktionskosten. Da sich die intelligente Fabrik permanent selbst überwacht und optimiert, ist auch die Qualität der gefertigten Teile gleichbleibend hoch, Bedienfehler sind quasi ausgeschlossen. Das sorgt wiederum für zufriedene Kunden und einen guten Stand im Wettbewerb.

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