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Dreistern | Walzprofilieren Wie Profiliermaschinen das Denken lernen

Die Fertigung wird digitaler. Ein Sprung von mechanischen Anlagen zu digitalen Systemen scheitert dabei meist an der Komplexität. Dreistern verfolgt daher einen mehrstufigen Plan, intelligente Profiliermaschinen zu entwickeln. Erste Ergebnisse dieses Weges sind jetzt beim Kunden angekommen.

Dreistern hat sich zum Ziel gesetzt, die Vision intelligenter Rollformprozesse Realität werden zu lassen. Erste Ergebnisse dieses Projekts sind inzwischen marktreif und finden bei ersten Kunden Anwendung.
Dreistern hat sich zum Ziel gesetzt, die Vision intelligenter Rollformprozesse Realität werden zu lassen. Erste Ergebnisse dieses Projekts sind inzwischen marktreif und finden bei ersten Kunden Anwendung.
(Bild: OBO Bettermann)

Im Jahr 2011 startete die Bundesregierung das Zukunftsprojekt vierte industrielle Revolution mit dem übergeordneten Ziel, durch Digitalisierung den Fertigungsstandort Deutschland zu sichern. In der Folgezeit beschäftigten sich im ersten Schritt verschiedene Verbände und akademische Institutionen damit, Modelle und Handlungsempfehlungen abzuleiten, wie eine damalige, durch mechanische Komponenten und das Vorhandensein der SPS geprägte Fertigungsumgebung in digitale, dezentrale Systeme überführt werden kann. Diese Modelle wurden in der Folgezeit immer weiter detailliert und auf konkrete Anwendungsfälle wie das Rollformen heruntergebrochen.

Digitale Systeme unterstützen die Fertigung

Ein Hauptziel bei der Einführung digitaler Systeme in der Fertigung ist neben der Erhöhung der Flexibilität die Optimierung der Anlagenverfügbarkeit. Lösungsansätze in diesem Bereich reichen von der Sicherstellung und Optimierung von Materialflüssen bis hin zur zustandsabhängigen, präventiven Wartung. Im Rollformen gibt es aber noch einen weiteren Aspekt, der Handlungsbedarf erfordert: Der Rollformprozess ist als kontinuierliches Biegeverfahren stufenweise aufgebaut. Dieser stufenweise Aufbau bedingt, dass beim Verletzen der zulässigen Bauteiltoleranzen am Ende des Prozesses in der Regel nicht automatisch auf den Entstehungsort beziehungsweise die Fehlerursache geschlossen werden kann. Vielmehr ist es heute meist so, dass im Fall einer Geometrieabweichung das Bedienpersonal an der Anlage erfahrungsbasiert eine entsprechende Gegenmaßnahme identifizieren muss. Gerade in Zeiten der zunehmend knapper werdenden Verfügbarkeit erfahrener Facharbeiterinnen und Facharbeiter stellt dieses personengebundene Vorgehen ein hohes Risiko dar. Die Reduzierung dieses Risikos durch digitale Unterstützungssysteme ist so ein erstrebenswertes Ziel.

Im Rollformen lassen sich so zwei grobe Handlungsstränge identifizieren, wie digitale Systeme den Fertigungsprozess unterstützen können. Aus Sicht der Fertigungsleitung besteht der Wunsch nach Transparenz, um langfristige Trends erkennen zu können und so eine kontinuierliche Verbesserung zu erreichen und beispielsweise Wartungstätigkeiten vorausschauend und bedarfsgerecht planen zu können. Zur Erreichung dieses Ziels ist es hilfreich, bestehende Daten aus der Steuerung von Rollformanlagen auszulesen, über einen längeren Zeitraum zu erfassen und entsprechende Trends zu erkennen. Durch entsprechende Analysen kann im besten Fall bereits Handlungsbedarf identifiziert werden. Aus Sicht des Anlagenbedieners hingegen ist der Leidensdruck häufig jedoch wesentlich kurzfristiger, als dass er einer langfristigen Datenerfassung bedürfte: Bei Störungen im Produktionsprozess oder dem Einfahren neuer Produkte ist hier eine konkrete Unterstützung in der Fehlerbehebung gewünscht. Die alleinige Erfassung der Qualität am Ende des Prozesses, verbunden mit der Rückmeldung, ob in Ordnung oder nicht, reicht hier häufig nicht aus. Aufgrund des stufenweisen Aufbaus des Rollformprozesses wäre eine weitere Rückführung auf den Entstehungsort wünschenswert. Der zweite Handlungsstrang wurde bereits vor vier Jahren an dieser Stelle vom Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der TU Darmstadt festgehalten. Durch die Adaption eines stufenweisen Ansatzes der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik auf das Rollformen wurde ein möglicher Lösungsweg hin zu hochautomatisierten, den Mitarbeitenden unterstützenden Rollformprozessen skizziert. Grundvoraussetzung ist es demnach, dass innerhalb des Rollformprozesses die Möglichkeit geschaffen wird, Messdaten zu erfassen, die einen engen Bezug zum eigentlichen Umformprozess beinhalten (Stufe 1). Aufbauend auf diesen Messdaten können im nächsten Schritt Assistenzsysteme entwickelt werden, die basierend auf einer Auswertung der Messdaten die bei der Entscheidungsfindung und Fehlerbehebung unterstützen (Stufe 2). Durch weitere Vernetzung des Informationsflusses mit vorgelagerten Produktionsschritten (Stufe 3) kann so mittelfristig die Möglichkeit für hochautomatisierte, teilautonom agierende Rollformprozesse geschaffen werden (Stufe 4). Diese Prozesse eröffnen schließlich ein neues Feld an dezentralen Serviceangeboten (Stufe 5).

Rollformprozess besser im Blick behalten

Der Vorschlag aus der Wissenschaft fiel bei Dreistern auf fruchtbaren Boden, wo man sich fortan daran setzte, die Vision intelligenter Rollformprozesse Realität werden zu lassen. Erste Ergebnisse dieses Projekts sind inzwischen marktreif und finden bei ersten Kunden Anwendung. Für die Erfüllung der ersten Stufe wurden intelligente Umformstationen entwickelt, die eine digitale Erfassung von Einstellgrößen wie der tatsächlichen Rollenzustellung und physikalischer Prozessparametern wie Umformkräften ermöglicht. Die ersten intelligenten Gerüste sind von Dreistern ausgeliefert und unterstützen Mitarbeiter, beispielsweise bei OBO Bettermann Produktion Deutschland GmbH & Co. KG, dabei, den Rollformprozess besser im Blick zu halten und bei Abweichungen im Prozess schnell und zielgerichtet eingreifen zu können.

Bei der Entwicklung der Messsysteme wurde auf eine robuste und alltagstaugliche Integration der empfindlichen Sensorik geachtet. Die Übertragung der Messsignale erfolgt bislang überwiegend über eine entsprechende Verkabelung im Unterbau der Maschine. Um den Aufwand für das Verbinden der Steckverbindungen beim Rüsten weiter zu reduzieren, ist aktuell eine weitere Version in Vorbereitung, die komplett auf eine Verkabelung zwischen Maschinenunterbau und Profiliergerüst verzichtet und gleichzeitig eine mehrjährige Nutzung des Systems ohne erforderliche Wartungsmaßnahmen gestattet. Sofern keine kontinuierliche Erfassung der Messwerte erforderlich ist, bietet das System die Möglichkeit, auch bestehende Anlagen mit geringem Aufwand nachzurüsten. Um die Datenerfassung auf den gesamten Profilierprozess erweitern zu können, ist die sensorische Ausstattung weiterer Prozessschritte in Umsetzung.

Die erfassten Messinformationen können direkt auf dem Bedienbildschirm angezeigt und dort mit vordefinierten Zielwerten abgeglichen werden. Auf Wunsch ist auch eine Alarmfunktion integriert, die beim Über- oder Unterschreiten definierter Schwellwerte eine entsprechende Meldung erstellt. Veränderungen im Produktionsprozess werden so direkt transparent und das Risiko, dass aufgrund eines nicht rechtzeitig erkannten Fehlers Ausschuss produziert wird, wird deutlich verringert. Da beim Rollformen der Teilepreis maßgeblich von den Materialkosten beeinflusst wird, hat jede Reduzierung direkt einen deutlichen Einfluss auf die Gesamtwirtschaftlichkeit der Fertigung. Im aktuellen Nutzungsszenario erhält der Anwender durch den Hinweis auf den Ort der Signalabweichung bereits einen ersten Hinweis auf die mögliche Lokalisierung einer Fehlerursache. Nach wie vor ist jedoch der Anwendende für die eigentliche Fehlerbehebung und Auswahl einer Gegenmaßnahme verantwortlich. Erst entscheidungsunterstützende Assistenzsysteme der Stufe 2 schaffen hier Abhilfe. Bei Dreistern wurde eine erste Version für ein derartiges System vorgestellt. Sofern eine Abweichung im Prozess auftritt, vergleicht dieses System das Muster der Abweichungen einzelner Sensorsignale – ob ein Sensor im, über oder unter dem Zielbereich liegt – mit den Mustern vorangegangener Fehler. Der Anwendende erhält somit Lösungsansätze, die in der Vergangenheit zum Ziel geführt haben. So ist möglich, das implizite Erfahrungswissen einzelner Facharbeiter in explizites, übertragbares Wissen zu übertragen. Eine Sicherung des wertvollen Prozesswissens sowie eine Unterstützung weniger erfahrener Kollegen werden ermöglicht. Sofern es ein zutreffendes Fehlerbild in der Datenbank gibt, kann der Anwendende seine Erfahrungen eintragen und so Wissen für zukünftige Produktionsläufe sichern.

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Erste Prognosen zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit der vorgestellten Systeme deuten an, dass ein Return on Invest bereits nach wenigen Jahren, in Einzelfällen sogar wenigen Monaten, erreicht werden kann. Dreistern bietet hier maßgeschneiderte Lösungen, die das jeweilige Produktionsszenario und an die jeweilige Zielsetzung angepasst werden und so den Investitionsaufwand an den erwarteten Nutzen anpassen. Die ersten Lösungen können bereits für sich alleine genommen eine Unterstützung der Anwendenden bieten und die Transparenz in der Fertigung erhöhen. Gleichzeitig sind sie auf dem Weg zur als Fernziel formulierten Vision des selbstständig agierenden, autonomen Prozesses nur ein Zwischenschritt. Einer der nächsten Schritte bei Dreistern wird sein, die vorgestellte Sicht des Anwenders mit der Überblicksebene der Fertigungsleitung zu verschmelzen. Entsprechende Konzepte für derartige Applikationen sind in Vorbereitung. Es bleibt also spannend.

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