Transparenz über Daten verschiedenster Maschinen Standzeiten digitalisiert überwachen

In der Serienfertigung von Automobilteilen werden häufig Gussteile durch spanabhebende Verfahren weiterverarbeitet. Genau in diesem Bereich hat die mittelständische Schlote-Gruppe ihren Schwerpunkt. An neun Standorten weltweit verfügt das Unternehmen über einen umfangreichen Maschinenpark für die Metallbearbeitung und weitere Fertigungsprozesse. Bohren, Drehen, Fräsen und andere Zerspanungstechniken gehören zum Standardrepertoire, um Motor-, Getriebe-, und Fahrwerkskomponenten zu bearbeiten. Für eine ausgezeichnete Qualität und eine hohe Effizienz kommen moderne CNC-Bearbeitungszentren und automatisierte Fertigungslinien zum Einsatz. Gemäß dem Firmenmotto „Erfolgreich durch innovative Technologie“ arbeitet die Schlote-Gruppe stets daran, die Fertigung zu verbessern und die Abläufe zu verbessern. „Die Digitalisierung bietet uns hier große Potenziale“, ist Sascha Carell überzeugt, der als Teamleiter MES in der Gruppe für die IT im Fertigungsumfeld verantwortlich ist.

Regelmäßiger Werkzeugwechsel

Im Werk Harsum der Schlote-Gruppe liegt der Schwerpunkt auf der Bearbeitung von Teilen aus Stahl. Die Werkzeuge in den Bearbeitungszentren unterliegen deswegen einem hohen Verschleiß. Je nach genauen Rahmenbedingungen haben die einzelnen Werkzeuge nur eine Standzeit von einigen Dutzend Bearbeitungszyklen. Im Mittel müssen die Mitarbeiter in der Fertigung zwei bis drei Werkzeuge pro Minute an einem der zahlreichen Bearbeitungszentren wechseln. Für jedes Werkzeug, das einen bestimmten Bearbeitungsschritt ausführt, ist eine maximale Anzahl von Bearbeitungszyklen festgelegt, nach der das Werkzeug getauscht werden muss. Der rechtzeitige Werkzeugwechsel vermeidet weitestgehend, dass es zu einem ungeplanten Anlagenstillstand durch Werkzeugbruch kommt. „Die Herausforderung besteht darin, alle Bearbeitungszentren gleichzeitig zu überwachen, um den Werkzeugwechsel rechtzeitig durchzuführen“, erläutert Carell: „Für diese Aufgabe waren wir auf der Suche nach einer digitalisierten Lösung.“

Daten aus der Steuerung

Die notwendigen Daten – in diesem Fall die Anzahl der Bearbeitungszyklen seit dem letzten Werkzeugwechsel – sind in der CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine vorhanden. Die Herausforderung besteht aber darin, aus den Maschinen die jeweils richtigen Daten zu extrahieren und in eine übergeordnete Lösung zu übertragen. Die Werkzeugmaschinenhersteller bieten hierzu zwar auch Lösungen an, die allerdings herstellerspezifisch sind. Eine Übersicht über die Daten des gesamten Maschinenparks, der aus Maschinen verschiedener Hersteller besteht, ist damit nicht möglich. Mit dem edgeConnector 840D der Firma Softing hat die Schlote-Gruppe eine Lösung gefunden, die Daten aus den Sinumerik-Steuerungen der Bearbeitungszentren auslesen kann. „Wir setzen in unserer IT Windows-Server als Standard ein“, erklärt Carell, „diese bieten ein Linux-Subsystem, auf dem wir den edgeConnector 840D, einen Docker-Container, installieren.“ Die Kommunikation mit dem Maschinenpark funktioniert dann einfach über das hausinterne Netzwerk. Für Maschinen, die mit einer Steuerung vom Typ Sinumerik 840D Powerline ohne Ethernet-Schnittstelle ausgestattet sind, bietet Softing einen passenden Adapter für die serielle Schnittstelle der Steuerung an.

Die Konfiguration der Software erfolgt sehr einfach und schnell über ein Webinterface. Die Variablen sowohl des Steuerungs- als auch des NC-Teils können in den entsprechenden Tools ausgewählt werden. Diese erzeugen dann Dateien, die der edgeConnector einlesen kann. „Besonders wichtig war es für uns“, betont Carell, “dass wir eine Lösung haben, die auch auf die Daten des NC-Teils zugreifen kann und diese einfach zur Verfügung stellt. Diese Prozessdaten listet Softing mit dem edgeConnector übersichtlich in einem Prozessdatenbaum auf.“ Entscheidend ist für Schlote in dieser Anwendung der Tool Monitoring Counter, der angibt, wie viele Teile noch bis zum nächsten Werkzeugwechsel bearbeitet werden können. Sobald sich dieser Zähler mit hinterlegtem maximalen Wert dem Wert Null annähert, muss ein Mitarbeiter das Werkzeug wechseln.

Low-Code-Visualisierung

Die Weiterverarbeitung der Daten aus dem edgeConnector ist problemlos möglich, da Softing hier auf offene Schnittstellen und Industriestandards, wie MQTT und OPC/UA setzt. Um die Daten für die Mitarbeiter in der Fertigung zu visualisieren, verwendet Schlote den Peakboard Designer. Mit dieser Low-Code-Software lassen sich Visualisierungen auch ohne tiefergehende Programmierkenntnisse einfach erzeugen. Auf der benutzerfreundlichen Bedienoberfläche kann der Anwender dazu sogenannte Building Blocks zusammenstellen, um damit auch komplexere Abläufe zu realisieren. Um die Daten aus dem edgeConnector zu verarbeiten, kann im Peakboard Designer der OPC  UA-Server als Datenquelle ausgewählt werden.

In der Fertigung im Schlote-Werk sind an mehreren Stellen große Monitore installiert, die das Dashboard mit den Daten der Werkzeuge visualisieren. Die verantwortlichen Mitarbeiter sehen dort auf einen Blick, welche Werkzeuge demnächst gewechselt werden müssen. Neben den Werkzeugdaten werden auch weitere Zustandsdaten dargestellt. Die Displays ergänzen die klassischen Signal-Ampelsäulen an den Maschinen. Die Bediener schauen eher auf die Displays mit den Dashboards, die auch viel mehr Informationen bieten. Dort sehen sie zum Beispiel, welche Ursache dazu führt, dass die Ampel gelb oder rot ist. „Alle wichtigen Daten auf einen Blick erfassen zu können, bringt unseren Mitarbeitern einen echten Mehrwert“, ist Carell überzeugt.

Einfache Integration

Bei der Integration des edgeConnector 840D und der Peakboard-Lösung hat der Teamleiter bei Schlote positive Erfahrungen gesammelt: „Ich musste mir gar keine Gedanken machen, wie ich die Software vernetze, sondern die Hersteller bieten Lösungen, die aufeinander abgestimmt sind.“ Eine solche Vernetzung der verschiedenen Architekturen und ein passendes kollaboratives Angebot bringt den Anwendern einen echten Mehrwert. Und auch die Zusammenarbeit mit den Experten von Softing hat Carell voll überzeugt: „Auf neue Anforderungen hat Softing immer schnell reagiert und diese in der Regel auch schnell umgesetzt. Insgesamt haben wir uns in diesem Projekt wie in einer Entwicklungspartnerschaft gefühlt.“