Industrie 4.0 – Folienspezialist macht nächsten Schritt

Maschinenkommunikation durch Industrie 4.0 Technologien

Optimierung des Energiebedarfs

Um das anlagenintensive Unternehmen für die Zukunft aufzustellen, werden Prozesse im Rahmen der Industrie 4.0-Technologien etabliert und verbessert. Nach einer Betriebsdatenerfassung lautete deswegen das Ziel, noch mehr Daten aus den Maschinen ziehen zu können, um die Nutzung der Anlagen zu optimieren. Gerade die Energiebedarfe sind für die Gruppe ein zentraler Kostenfaktor: Kunststoffgranulat wird für die Herstellung der Folien unter anderem erhitzt und über einen Extruder aufgeblasen und geweitet. Abhängig vom Rohstoff und der Geschwindigkeit variiert der Energieverbrauch. Er sollte dokumentiert, überwacht und ausgewertet werden.

Lange Zeit wurden alle verfügbaren Daten aus der Produktion in das SAP ERP übertragen, was im Rahmen der Prozesse aber nicht sinnvoll war. Zwar war eine Analyse der Anlagenfunktionalität möglich, etwa, ob Soll-Zeiten und Ist-Zeiten eines Auftrags zusammenpassten. Allerdings nicht in dem erwünschten Umfang. Zudem waren für die Erfassung von Energie- und Maschinendaten zwei getrennte Systeme im Einsatz, was Mehraufwände verursachte und Probleme bei der Transparenz brachte.

Maschinenanbindung aus einer Hand

Auf die inray Industriesoftware GmbH wurde das Unternehmen durch seine Dienstleister für Betriebsdatenerfassung und SAP aufmerksam, die mit inray zusammenarbeiteten und gute Erfahrungen gemacht hatten. Horn & Bauer schauten sich verschiedene Lösungen an – die Wahl fiel schließlich auf inray. „Mit inray haben wir alles zusammengeführt. Jetzt haben wir mit der Anbindung zu den Maschinen und Sensoren alles aus einer Hand,“ sagt IT-Teamleiter Matthias Schmidt.

Für das Unternehmen war es wichtig, Daten historisch aufzuzeichnen und visualisieren zu können. Sie können nun bei dem entsprechenden Auftrag abgelegt und als Dokumentation und Nachweis vorgehalten werden. Der Auftragsstatus ist stets transparent und darüber hinaus geben die genauen Daten der Sensoren Aufschluss über den Zustand der Maschinen. Auf dieser Basis kann die Produktion optimiert werden: Wird erkannt, dass eine Maschine sich den Grenzwerten nähert, kann mit vorausschauender Instandhaltung eingegriffen werden. Horn & Bauer finden so die optimalen Maschinenparameter für die jeweilige Produktion heraus.

Detailierter Überblick auf die Produktion

Das ist vor allem möglich dank der zusätzlichen Daten, die jetzt erhoben werden können: Zeitpunkt, Störungen, Abzugsgeschwindigkeit, die Produktion in Laufmeter oder Dickenprofile werden vereint. Parallel dazu werden die Energieverbräuche angezeigt und verschaffen den Mitarbeitern ein umfassenderes Bild über die Produktion. Mit den vorliegenden Daten kann der Herstellungsprozess optimiert und die Energiekosten gesenkt werden. Als energieintensives Unternehmen ist für Horn & Bauer jede Einsparung wichtig.

Aus der Datenhistorie lassen sich bereits jetzt Schlüsse ziehen: Werden bei der Produktion des gleichen Produkts unterschiedliche Energieverbräuche festgestellt, weist das auf einen Defekt der Maschine hin. Außerdem wurde die Erfahrung gemacht, dass eine höhere Stromaufnahme darauf hinweist, dass eine Maschine gewartet werden muss.

Implementierung innerhalb von drei Monaten

Vor rund einem Jahr wurde mit der Implementierung dreier Tools von inray, der Kommunikation der Anlagen untereinander, mit dem ERP und dem Energiemanagement begonnen. Seit Anfang 2019 sind die Systeme an drei Standorten in Deutschland live. In der Zentrale in Schwalmstadt sorgt der OPC Server von Kepware für die Kommunikation der Maschinen: Die Middleware OPC Router stellt die Kommunikation zwischen Kepware, SAP und SQL auf Basis von OPC UA her. Der FAS (Factory Application Server, weiterentwickelt als Cloud-Plattform manubes) wird für das Energiemanagement, die Energiedatenerfassung und ihre Speicherung eingesetzt.

Auch an den Standorten Wümbach und Dinkelsbühl kommen Kepware und OPC Router zum Einsatz. Für die Maschinenanbindung holt der OPC Router Daten über den Kepware OPC Server, bereitet sie auf und übergibt sie über SAP Schnittstellen an SAP. Insgesamt wurden so 50 Maschinen angebunden.

Stolpersteine aus dem Weg räumen

Die Implementierung brachte einige Stolpersteine, die beseitigt werden mussten. Zum Beispiel gab es Schwierigkeiten bei der Messung der Energieverbräuche. Es stellte sich heraus, dass es zu Konflikten bei den Geräten und zu Ungenauigkeiten bei den Werten kam, weil zu viele Daten auf einmal abgelesen wurden.

Im Falle der M-Bus-Steuerung muss zum Beispiel die Übertragungsgeschwindigkeit bekannt sein, um korrekte Werte zu erhalten. inray gab über die Hotline die notwendigen Hilfestellungen, um die Probleme zu lösen und das IT-Team, das nicht auf Maschinenanbindung- und steuerung spezialisiert ist, zu unterstützen.

Standardisierte Anbindung und detaillierte Visualisierung

Webbasierte Visualisierung des Systems

Durch die Standardisierung der Anbindung können die Maschinen nun schneller und mit erheblich weniger Aufwand vernetzt werden: Über den OPC Router ist es möglich, die verschiedenen Anlagensysteme, Steuerungen und Protokolle miteinander zu verbinden und eine einfache, standardisierte sowie zertifizierte Kommunikation mit SAP aufzubauen. Gerade in der Vergangenheit gestaltete sich die Anbindung der unterschiedlichen Geräte von verschiedenen Herstellern und entsprechenden Steuerungen langwierig und aufwändig.

Der große Vorteil des Systems ist die Visualisierung. Da die Technik von inray auf HTML5 basiert, können die aufbereiteten Informationen überall per Web-Browser in der Produktion oder einem PC angezeigt werden. Auch die Weitergabe an Zuständige oder Entscheider ist dank der webbasierten Oberfläche deutlich einfacher und die Gestaltung freier geworden. Im Intranet haben alle Zuständigen Zugriff auf die Informationen.

Zentrale Datenhaltung in einem System

Kepware bietet außerdem eine einheitliche Abfragestruktur, man muss sich nicht mehr in den Systemen mehrerer Hersteller zurechtfinden. Datenquellen sind bekannt und mit wenigen Klicks erreichbar. Durch die zentrale Datenhaltung sind die Informationen auch einheitlicher auszuwerten. Zuvor mussten Daten aus verschiedenen Systemen vor der Zusammenfassung heruntergeladen und Schnittstellen geschaffen werden. Jetzt sind alle in einem System konsolidiert. Auch die Maschinendatenanbindung und Energiedatenerfassung wurden gemäß der Strategie des Folienspezialisten in ein System zusammengeführt.

Auch das FAS-Modell für die Energieerfassung hat sich bewährt. Die Ausgangslösung war variablenabhängig lizensiert, mit dem FAS dagegen spielt die Menge der Sensoren keine Rolle mehr, so dass Horn & Bauer für das gleiche Geld mehr Messpunkte auswerten können.

Insgesamt laufen die Lösungen von inray stabiler als das vorher eingesetzte System. Dessen Logik war nicht immer durchsichtig und damit nur schwer zu überprüfen.

„Wir sind zufrieden mit dem Produkt und werden mit der Lösung auch in Zukunft gut arbeiten können,“ bilanziert Schmidt.

Fazit

Durch die standardisierte Anbindung können Maschinen und andere Systeme von verschiedenen Herstellern mit unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen einfach und schnell vernetzt werden. Die webbasierte Visualisierung erlaubt es, die Daten überall dort anzuzeigen, wo sie benötigt werden. Aufgrund der Konsolidierung der Daten aus Maschinensteuerung und Energieverbrauch in einem System sowie des größeren Detailgrads liegen die Informationen nun einheitlich vor, erlauben genaue Rückschlüsse und eine künftige Optimierung der Produktion.