Qualität - Mischleitsystem - ZOZ & PARTNER GmbH

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Erfolgsgeschichten

 Querdenken ist unsere Stärke!Erfolgsgeschichten 



Qualitätsicherung

Verfolgung des Produktionsprozesses mit Dokumentation der Daten


Qualität & Dokumentation

Fertigungsdaten sicherheitskritischer Produkte erfassen und dauerhaft speichern:

Qualitätssicherung und Dokumentation verbinden


Headquarter Continental Division Chassis and Safety
(Bild: Continental AG)
Viele Produkte unterliegen einer strengen Prüfung während und nach der Fertigung. Die gewonnenen Daten lassen zeitnah Fehler erkennen und erlauben Verbesserungen. Bei sicherheitskritischen Teilen kommen noch Auflagen des Gesetzgebers hinzu. Bei Komponenten für Bremssysteme beispielsweise müssen die Daten für jedes einzelne Teil nachvollziehbar und über Jahre hinweg zugriffsbereit gespeichert werden. Programme für solche Dokumentationen gibt es viele, oft hapert es aber an der reibungslosen Einbindung in die Systemumgebung der Firmen-EDV. Hier bietet nun ein kundenspezifisch abgestimmtes MES (Manufacturing Execution System) neue Möglichkeiten bei der Integration in die unterschiedlichsten Produktionsumgebungen. Es lässt sich individuell an die jeweils bestehende Kunden-EDV bzw. Produktionsanforderungen anpassen. Am Beispiel des Part Trackings von Komponenten für Electronic Stability Control bzw. AntiBlockierSystem (ESC/ABS) werden Möglichkeiten und Vorgehensweise erläutert.

Die Herstellung sicherheitsrelevanter Teile wie z.B. Komponenten elektronischer Bremssysteme für die Kfz-Industrie unterliegt einer ganzen Reihe von Vorschriften. Kern des Sicherheitskonzeptes ist dabei immer die akribische Verfolgung des Produktionsprozesses mit entsprechender Dokumentation der gewonnenen Daten. Für den Einsatz in Produktionsanlagen von ESC/ABS-Komponenten suchte Continental kurzfristig eine passende Lösung. Das MES sollte zudem als weltweiter Standard in unterschiedlichen Produktionslinien des Konzerns einsetzbar sein. Die Software muss sowohl in der SPS-Ebene als auch der übergeordneten Hierarchie alle Daten erfassen. Die Softwarespezialisten der ZOZ & Partner GmbH aus Karlsruhe konnten für diese Anforderungen mit einem passenden Konzept aufwarten. In enger Abstimmung mit dem Auftraggeber entstand so in kurzer Zeit ein optimal auf die individuellen Belange der Firma abgestimmtes MES.

Im Einzelnen
Die Lösung der Karlsruher Spezialisten arbeitet mit den bei Continental eingesetzten Programmen aus der Microsoft-Welt problemlos zusammen. Es verarbeitet von der Auftragsübernahme, dem Speichern von Prüfdaten, dem Qualitätsmanagement bis hin zu den Fertigungs-Informationen der SPS vor Ort alle wesentlichen Schritte und legt die gewonnenen Daten in eine gemeinsame Oracle-Datenbank ab. Entwickelt in C#, C++ erfasst das MES auch spezielle Programme z.B. für Tests und die exakte „Rezeptur“, also die Bearbeitungsvorschrift oder Produktbeschreibung für die jeweiligen Teile. Änderungen bei der Rezeptur oder bestehender Aufträge sind damit ebenfalls im Werdegang enthalten, sprich wer, wann, was geändert hat, ist stets nachvollziehbar. Datenbankbasierte Schnittstellen, Datenaustausch über TCP/IP und SPS-Kopplungen sowie ein Datenexport für Analyse und externe Speicherzwecke erlauben es, die gewonnenen Daten für die Weiterverarbeitung oder Langzeitspeicherung zu transferieren. Über Barcodeleser können die unterschiedlichen Varianten der ESC/ABS-Steuerteile, die sich teilweise nur durch die Anzahl der Bohrungen oder der Ausführung der Montageflansche unterscheiden, zuverlässig erkannt und dem jeweiligen Auftrag zugeordnet werden. Dies war für den Auftraggeber ein wichtiger Punkt, da die Variantenvielfalt bei den ESC/ABS-Komponenten eine absolut sichere Zuordnung jedes einzelnen Fertigungsschrittes erfordert.

Forderung nach "zeitlosem" Design
Für die Datenrecherche gelten bei sicherheitsrelevanten Teilen in der Kfz- und Luftfahrtindustrie Zeiträume von wenigstens 10 Jahren als Standard. Nur so können bei den langen Nutzungszeiten der Fahrzeuge auch nach Jahren auftretende Fehler sicher auf einzelne Seriennummern eingegrenzt und gezielte Umrüstaktionen gestartet werden. In dieser Zeit verändern sich aber Betriebssysteme und Hardware aufgrund kurzer Innovationszyklen womöglich mehrfach.

Eine Grundvoraussetzung für die langfristig sichere Datenrecherche ist daher ein paralleles Vorgehen bei der Datenarchivierung. Neben der aktuell eingesetzten Datenbank, die den schnellen Zugriff über die derzeit verwendete Software gestattet, müssen die Daten zusätzlich noch in klassischer, Datenbank unabhängiger Form gespeichert werden. Der Zugriff dauert hier zwar länger, dafür können aber auch nach Jahren bzw. mehreren Innovationszyklen der EDV die Daten noch sicher gelesen und ausgewertet werden.

Im vorliegenden Fall erfasst das MES alle wesentlichen Produktions- und Qualitätssicherungsschritte. Angefangen von der Auftragsvergabe über die Individualisierung sämtlicher angelieferten Teile bis hin zur eigentlichen Produktion wird alles in einem produktbezogenen Kontext erfasst und abgelegt. Aufgrund der Menge der so anfallenden Daten und der je nach Produktionsstandort leicht unterschiedlichen Verfahrensweise muss das Part Tracking sehr flexibel mit schneller Erfassung und Archivierung der Daten arbeiten.

Dazu werden die Daten zuerst im Produktionscluster gesichert und dann der Inhalt mehrerer Cluster in die Masterdatenbank überführt. Ab hier greift dann auch das zweiteilige Konzept, das den Datenzugriff auch nach über 10 Jahren noch problemlos möglich macht.

Teilebeispiel aus der Produktion, gerade bei komplexen Erzeugnissen verbessert die Software die Anlagentransparenz und Rückverfolgbarkeit drastisch
(Bild: Continental AG)
Produktionsverbesserung als Synergiequelle
Neben der gesetzlichen Vorschrift alle sicherheitsrelevanten Teile zuverlässig zu dokumentieren lassen sich die anfallenden Daten auch für interne Verbesserungen nutzen. Durch die Ablage in einer zentralen Datenbank sind dem Qualitätsmanagement alle Daten zugänglich, um so z.B. Optimierungspotentiale in der Produktion oder Engpässe in der Logistik aufzudecken. Eine Überprüfung einzelner Produktionslinien ist ebenso möglich wie die Kontrolle der Gesamtstückzahlen einer Anlage.

Alle relevanten Daten auf einen Blick per Schichtreport
(Bild: Continental AG)
Angelo Bindi von Continental dazu: „Unsere Produktionswerke fordern zur Steuerung ihrer Fertigung ein flexibles IT-Konzept, das sich an autarken Zellen orientiert und so eine hohe Verfügbarkeit sicherstellt. Die Nachweispflicht der Funktion der produzierten Komponenten und Produkte über einen Zeitraum von 15 Jahren stellt eine besondere Herausforderung dar, bezüglich der dabei anfallenden und zu archivierenden Datenmengen. Mit der Firma ZOZ & Partner wurde daher ein skalierbares Zellenrechnerkonzept für die übergeordnete Steuerung von Produktionslinien für ESC- und ABS-Komponenten entwickelt. Schwerpunkt dabei war die schnelle Archivierung der entstehenden Prüf- und Qualitätsdaten.“ Aus den gesammelten Daten lassen sich auch Kennzahlen ermitteln und nach Schwankungen auswerten, z.B. bei der Durchlaufzeit, Maschinenauslastung, Maschinenverfügbarkeit oder Produktionsausbeute.

Auswertung Anlagenleistung per Diagramm
(Bild: Continental AG)
So kann im laufenden Betrieb die Produktion optimiert werden, gleichzeitig ergibt das mehr Transparenz für die Qualitätssicherung und das Management. Bei Bedarf lassen sich selbst einzelne Teile durch den gesamten Prozess hindurch verfolgen; über Barcodeleser an der jeweiligen SPS sind Anfragen möglich, ob und was schon alles bearbeitet wurde. So können unter anderem Produkt-Updates zeitnah begleitet werden.

Das neue MES erlaubt alle Daten einer Produktion so wie im Beispiel die der sicherheitsrelevanten ESC/ABS-Komponenten langzeitsicher zu archivieren. Durch die hohe Flexibilität ist es für den weltweiten Einsatz und die unterschiedlichsten EDV-Umgebungen aus der Microsoft-Welt prädestiniert. Es eignet sich für große wie kleine Stückzahlen und dokumentiert die Vielfalt der unterschiedlichen Ausführungen problemlos.

Über Continental Division Chassis & Safety
Die Division Chassis & Safety (C&S) ist eine der sechs Divisionen der Continental AG. Chassis & Safety entwickelt und produziert Produkte und Komponenten für Fahrsicherheit und Fahrdynamik. Sie hat sich mit ihren qualitativ hochwertigen Produkten eine Spitzenposition als Partner der Automobilindustrie gesichert. Der Geschäftsbereich Electronic Brake Systems (EBS) entwickelt und produziert innovative elektronische Bremssysteme und Software-Lösungen zur Sicherstellung der Fahrzeugstabilität.




Mischleittechnik

Prozessleittechnik


Mischleitsystem

Produktionsprozesse flexibel konfigurieren:

Prozessleittechnik mit Verantwortungsteilung
Die schnelle und zuverlässige Herstellung von Produkten gleichbleibend hoher Qualität ist nur mit durchdachten und transparenten Produktionsprozessen möglich. Hier kommt ein Prozessleitsystem ins Spiel. Im Idealfall ist dies in zwei Ebenen unterteilt: Eine, die den Gesamtprozess samt einzelner Produktionsschritte auf abstrakter Ebene darstellt und eine, die diese Vorgaben z.B. über SPS, Sensorik und Aktorik in die Praxis umsetzt. Die abstrahierte Definition „was womit zu tun ist" ohne die genaue Angabe „wie etwas zu tun ist" bringt in der Praxis zahlreiche Vorteile. Der Text beschreibt diese anhand einer Anwendung bei den Amberger Kaolinwerken, Hirschau.

Amberger Kaolinwerke Hirschau
(Bild: AKW)
Amberger Kaolinwerke Eduard Kick GmbH & Co. KG
mit Sitz in Hirschau
(Bild: AKW)
Kaolin ist ein weißes, weiches, plastisches Mineral, das vor allem aus feinkörnigen, plättchenförmigen Partikeln besteht und vorwiegend in der Papier- und Porzellanherstellung verwendet wird. Durch seine Weiße und Plastizität ist Kaolin besonders gut geeignet für den Einsatz als Füllstoff, Streckmittel, keramischer und feuerfester Rohstoff oder als Pigment. Die Amberger Kaolinwerke Eduard Kick GmbH & Co. KG mit Sitz in Hirschau haben sich auf die Gewinnung von Kaolin, aber auch von Quarzsand und Feldspat spezialisiert und bereiten diese Mineralien für den industriellen Einsatz auf. Auf einer weitläufigen Produktionsfläche wird die Roherde in unterschiedlichen Teilanlagen in die drei Industrieminerale sortenrein voneinander getrennt und in zahlreichen nassmechanischen Aufbereitungsschritten wie Sieben, Filtern, Reinigen oder Mischen weiterverarbeitet oder veredelt. Für einen reibungslosen Ablauf in der Produktion sorgen seit über einem Jahrzehnt Lösungen für die Prozessleittechnik und Produktionsprotokollierung von der Zoz & Partner GmbH, Karlsruhe.

Die Trennung von Planungs- und Ausführungsebene bringt Vorteile
Entstanden ist ein prozessorientiertes, rezepturgesteuertes Mischleitsystem mit standardisierter Schnittstelle zur Steuerungsebene, wie es in vielen Bereichen der Prozessindustrie Anwendung finden könnte. Das Mischleitsystem ist über die Jahre mit den Anforderungen der Produktionsanlage gewachsen. Freddy Schlosser, Entwicklungsleiter bei der Zoz & Partner GmbH fasst seine Erfahrungen zusammen: „Wir haben über die Jahre viele solche Projekte realisiert. Die Praxis zeigt, dass es immer am schwersten ist, dem Kunden den Nutzen einer Prozessleittechnik mit strikter Verantwortungsteilung verständlich zu machen." Praktisch bedeutet diese Trennung, dass innerhalb des Projektmanagements auf der Leitebene Aufträge definiert werden, die wiederkehrende Aufgaben abstrakt abbilden, z.B. „Dosiere Menge von vorgegebener Quelle in Mischer". Diese Vorgaben sind zuerst einmal völlig unabhängig von der ausführenden Technik. Dem Modell ist also egal, ob der Auftrag manuell oder automatisiert erledigt wird und wenn Letzteres mit welcher Steuerung. Die Inhalte dieser Aufträge werden dann über eine einheitlich definierte, logische Schnittstelle der Steuerungsebene übergeben, die dann diese Vorgaben technisch umsetzen muss, beispielsweise mit einer SPS, die die notwendigen Pumpen und Ventile ansteuert, um die gewünschten Mengen aus den vorgegebenen Quellen zu mischen.

Freddy Schlosser, Entwicklungsleiter bei der ZOZ & PARTNER GmbH: „Die Praxis
zeigt, dass es immer am schwersten ist, dem Kunden den Nutzen einer
Prozessleittechnik mit strikter Verantwortungsteilung verständlich zu machen."
(Bild: ZOZ)
Ein wesentlicher Vorteil der strikten Trennung ist, dass sich jeder Bereich auf seine Kernkompetenzen konzentrieren kann. Der Mechaniker oder SPS-Programmierer muss sich nicht mit dem Prozess selbst befassen, während der Technologe (also Chemiker, Nahrungsmittelexperte o.ä.) auf der anderen Seite die Vorgänge auf der Steuerungsebene nicht im Detail kennen muss, um neue Verfahrensabläufe im System anzulegen. Durch vorgefertigte Bausteine wird die flexible Anpassung an verschiedene Teilanlagen auf dem Produktionsgelände deutlich erleichtert und der Technologe kann sehr einfach neue Rezepte direkt in der Anlage testen. Dank grafischer Unterstützung im Prozessmodellierer ist die Konfiguration zudem schnell erledigt.

Grafische Unterstützung im Prozessmodellierer
(Bild: ZOZ)
Weitere Vorteile ergeben sich beim Testen neuer Software oder der Inbetriebnahme von Anlagen. Da es vom Prozessmodell unabhängig ist, ob auf Steuerungsebene die ausgegebenen Aufträge automatisiert oder manuell abgearbeitet werden, lässt sich eine Inbetriebnahme einer Teilanlage im manuellen Betrieb damit einfach bewerkstelligen. Zum Testen neuer Programmteile kann die SPS einfach durch eine Test-Software ersetzt werden.

System wächst mit seinen Aufgaben
Wie in jeder ausgedehnten Anlage in der Prozessindustrie werden auch bei den Amberger Kaolinwerken einzelne Teilanlagen oder Produktionslinien im Lauf der Jahre umgebaut oder erneuert. In diesem Zusammenhang wird dann auch immer das Mischleitsystem zur Planung von Mischaufträgen und zur Koordination von Herstellprozessen integriert. „Weil natürlich nicht jede Teilanlage die exakt gleichen Aufgaben ausführt, haben wir hier nach und nach auch neue Komponenten in unserer Software ergänzt" erklärt Schlosser. Ein wichtiger Punkt, der kürzlich dazu gekommen ist, ist die automatische Datenerfassung. „Wo Prozessdaten ohnehin in digitaler Form vorliegen, beispielsweise bei Prozesslaufzeiten, ist es natürlich sinnvoll, diese automatisiert ins Mischleitsystem zu übernehmen. So entstehen deutlich weniger Fehler als bei der manuellen Eingabe." Weitere Ergänzung ist die Anknüpfung in immer mehr Bereichen an das übergeordnete ERP-System. So können einzelne Produktionsaufträge jetzt direkt aus SAP angetriggert werden. Gleichzeitig ist eine Kapazitätsplanung von SAP-Seite her möglich, weil ja dem Mischleitsystem die gesamten Prozesse samt exakten Abläufen und Produktionszeiten genau bekannt sind. Die einfache Integration ins vorhandene Automatisierungsumfeld ist dank standardisierter OPC-Schnittstelle möglich.

Prozessdaten sicher verwalten
Auch im Bereich der Datenspeicherung gab es über die Jahre Erweiterungen. Neben Standardfunktionen zur generellen Erfassung und Archivierung prozessrelevanter Daten zur Qualitätssicherung, Rückverfolgbarkeit oder Prozessoptimierung stellten gewachsene Ansprüche beispielsweise durch Umweltauflagen vom TÜV neue Anforderungen ans Mischleitsystem. Auch dazu speichert das System alle relevanten Daten und kann an sich ändernde Auflagen einfach angepasst werden.

Neben Standardfunktionen zur generellen Erfassung und Archivierung prozessrelevanter Daten zur Qualitätssicherung, Rückverfolgbarkeit oder Prozessoptimierung
stellten gewachsene Anforderungen beispielsweise durch Umweltauflagen vom TÜV weitere Ansprüche ans Mischleitsystem.
Auch dazu speichert das System alle relevanten Daten und kann bei sich ändernden Anforderungen einfach angepasst werden
(Bild: ZOZ).
Über ein Barcodesystem kann einem LKW eindeutig die zu
transportierende Charge zugeordnet werden.
Mit der Barcodelösung geht die gesamte Anlage einen
wichtigen Schritt in Richtung vollautomatisierte Produktion.
(Bild: AKW)
Bei den Amberger Kaolinwerken gibt es immer auch Prozessschritte, zu denen Zwischen- und Endprodukte ins Labor müssen z.B. zur chemischen oder mineralogischen Analyse, zum Prüfen der Korngrößenverteilung oder zur Ermittlung von pH-Wert, Viskosität, Abrasion oder Feuchte. Zwar lassen sich die Laborprozesse nicht vollständig automatisieren, man kann sie aber trotzdem ans Mischleitsystem ankoppeln. So werden nun aus dem System Labor-Prüfungen initiiert und umgekehrt können die Untersuchungsergebnisse automatisch im Mischleitsystem zum jeweiligen Batch abgelegt werden.

Missverständnisse vermeiden lassen sich durch ein in der Anlage neu eingeführtes Barcodesystem. Damit kann einem LKW eindeutig die zu transportierende Charge zugeordnet werden. „Mit der Barcodelösung gehen wir einen wichtigen Schritt in Richtung vollautomatisierte Produktion, 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche" sagt Schlosser.

Flexibel anpassbar
Wesentliche Zielsetzung für das Mischleitsystem war von Anfang an, dass es in unterschiedlichen Teilanlagen auf dem Hirschauer Gelände einsetzbar ist und sich flexibel an verschiedene Abläufe und Anlagenkonfigurationen anpassen lässt und zwar ohne Hilfe von außen. Dipl.-Ing. Bernhard Neudecker, Leiter Produktion bei den Amberger Kaolinwerken, erklärt dazu: „Für uns liegt ein klarer Vorteil in der Trennung zwischen dem verfahrenstechnischen Ablauf und der Umsetzung auf der Steuerungsebene. So können wir mit dem Modellierer völlig ohne Programmieraufwand neue Prozesse flexibel anlegen.

Gleichzeitig ist das Mischleitsystem damit einfach und universell in den verschiedenen Anlagen auf unserem Produktionsgelände einsetzbar."

Darüber hinaus eignet sich der Modellierer aber nicht nur zum schnellen Konfigurieren neuer Abläufe. Durch seine einfache Bedienbarkeit über eine grafische Oberfläche lässt er sich auch für Dokumentationsabläufe nutzen. So kann mit dem Modellierer eine Anlage dokumentiert werden, bzw. der Modellierer wird zum Wissensspeicher beispielsweise zum Dokumentieren für Wartungsabläufe.

Dipl.-Ing. Bernhard Neudecker, Leiter Produktion bei den Amberger Kaolinwerken:
„Für uns liegt ein klarer Vorteil in der Trennung zwischen dem verfahrens-
technischen Ablauf und der Umsetzung auf der Steuerungsebene.
So können wir mit dem Modellierer völlig ohne Programmieraufwand neue Prozesse flexibel anlegen.
Gleichzeitig ist das Mischleitsystem damit einfach und universell auch auf
neuen Teilanlagen einsetzbar."
(Bild: AKW)
Modellierung
Mit dem Modellierer können die Anwender das Mischleitsystem also selbst an die eigenen Bedürfnisse anpassen. Sollte es dennoch einmal zu Problemen kommen, für die die Hilfe der Experten von Zoz & Partner gefragt ist, können diese dank Fernzugriff schnell gelöst werden. Aber dafür gibt es wenig Bedarf, wie Neudecker berichtet: „Im laufenden System brauchen wir so gut wie keine Hilfe und sollte das doch ausnahmsweise einmal der Fall sein, kann das dank des Fernzugriffs schnell und ohne aufwändige Anreise gelöst werden. Im Grunde kommen die Mitarbeiter von Zoz & Partner nur vorbei zur Inbetriebnahme und zum Besprechen neuer Aufgaben. Wir sind nicht nur mit dem Mischleitsystem selbst, sondern auch mit dem Service zufrieden. Letzten Endes spiegelt sich dies ja auch in unserer mehr als zehnjährigen Zusammenarbeit wieder."

Über Amberger Kaolinwerke
Die Amberger Kaolinwerke Eduard Kick GmbH & Co. KG sind Teil der international ausgerichteten Quarzwerke Gruppe. Die Hauptabsatzmärkte der Quarzwerke Gruppe sind insbesondere die Papier-, Glas-, Gießerei-, Keramik-, Kunststoff- und der Gummi-Industrie sowie in Farben und Lacken und bauchemischen Produkten.
Innerhalb dieses starken Unternehmensverbundes sind die Amberger Kaolinwerke der Spezialist für Kaolin- und Feldspat-Anwendungen in den internationalen Märkten. Der Unternehmensschwerpunkt liegt in der Gewinnung, Aufbereitung und Veredelung dieser Industriemineralien.

Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter:



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