RFID-System als Enabler von Industrie 4.0

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Für jede Anforderung die richtige Lösung

RFID-System als Enabler von Industrie 4.0
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Vorbereitete Werkzeuge in der Werkzeugvoreinstellung eines namhaften Maschinen- und Aanlagenbauers.
Archiv | 24.06.2021 | RFID ist eine Schlüsseltechnologie, wenn in der smarten Fabrik Produktionsfortschritte in Fertigungsprozessen zu verfolgen und zu dokumentieren sind oder Materialflüsse gesteuert werden müssen. Dies trifft auch auf automatisierte Abläufe in Logistik und Distribution zu, wo Behälter oder Kisten in Förder-, Speicher- und Abfrageanwendungen digital erkannt, zugeordnet und überwacht werden müssen. Häufig müssen Objekte auch Informationen untereinander austauschen können, was mit RFID ebenfalls leicht zu bewerkstelligen ist. Eine weitere wichtige Anforderung im Rahmen von Industrie 4.0 ist die Rückverfolgbarkeit. Sie ist leicht zu realisieren, wenn der RFID Transponder auf dem Produkt verbleibt.

Kern der induktiv einkoppelnden HF und LF BIS-Systeme für extrem raue Umgebungen und nahe Lese-/ Schreibabstände von bis zu 300mm, die es in vier unterschiedlichen Baureihen gibt, sind ihre äußerst robusten Datenträger in Miniaturbauweise, die Transponder. Hinzu kommen ein oder mehrere Schreib-/Leseköpfe und eine Auswerteeinheit, die die Daten an die Steuerungsebene weiterleitet. Der Datenaustausch zwischen Schreib-/Lesekopf und Transponder erfolgt berührungslos und damit verschleißfrei und je nach Ausführung nicht nur im statischen, sondern auch dynamischen Betrieb. Daten und Energie, die der Datenträger benötigt, werden dazu induktiv vom Schreib-/Lesekopf eingekoppelt, was eine separate Spannungsversorgung, wie z. B eine Batterie, überflüssig macht. Wer dagegen größere Schreib-Leseabstände von bis zu 6 Metern benötigt, wird  auf die  Industrial UHF-Lösung (868-870 MHz)  BIS U zurückgreifen, die eine automatische Identifizierung von Objekten gleich welcher Art und sogar ohne direkten Sichtkontakt zwischen Datenträger und Lesegerät gewährleistet.
 
 
Effizientes Werkzeugmanagement
 
Ein Praxisbeispiel, wie auf einfache Weise Industrie 4.0 Einzug in die Produktion nehmen kann, ist Tool-ID von Balluff. Es ist heute integraler Bestandteil der Tool-Managementsysteme vieler Werkzeugmaschinen und macht mittels Balluff RFID den Einsatz der Werkzeuge rückverfolgbar, gewährleistet deren optimale Auslastung und unterstützt die vorausschauende Instandhaltung (Predective Maintenance).
 
Alle Werkzeuge sind dazu mit Datenträgern bestückt, auf denen ihre Identifikations- und Verschleißdaten gespeichert sind. Diese Parameter werden bei einem Werkzeugwechsel automatisch ausgelesen, was die Maschinennebenzeiten erheblich reduziert. So lässt sich die Standzeitenausnutzung der Werkzeuge optimieren.
 


Kurbelwellenfertigung im Mischbetrieb
 
Bei einer anderen Applikation nutzt ein namhafter Hersteller von Kurbelwellen RFID-Transponder als elektronische Warenbegleitscheine in Verbindung mit Werkstückträgerpaletten auf einer flexiblen Fertigungsstraße für einbaufertige Kurbelwellen im Mischbetrieb. Er organisiert und steuert so verwechslungssicher und effizient den hoch automatisieren Materialfluss und Fertigungsprozess.

 

 

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Die Daten jeder Spritzgießform lassen sich bequem mit einem RFID-Handheld auslesen

Mittels RFID Prozesse steuern

 

Ein anderes Unternehmen, die  Schweizer Ferag AG beispielsweise, setzt auf RFID, um  mittels  eines Fördersystems Silikon-Kartuschen besonders effizient abzufüllen, sortieren und verpacken zu können. Eine spezielle Variante des Systems „Skyfall“ bedient nicht nur die besonders hohen Anforderungen hinsichtlich Taktrate und Robustheit mit 12.000 Kartuschen in der Stunde, sondern kann auch in schwieriger metallischer Umgebung ihre Aufgabe zuverlässig erfüllen. Das System ermöglicht nicht nur eine lückenlose Dokumentation der Abläufe, sondern liefert so auch in Echtzeit die Daten zur Steuerung und Automatisierung des kompletten Materialflusses einschließlich des Abfüll- und Verpackungsprozesses. Art und momentaner Aufenthaltsort jeder einzelnen Kartusche sind während des gesamten Prozesses bekannt.  Die Datenverwaltung erfolgt im zentralen Rechner der Anlage
 


RFID in der Kunststoffindustrie 
 
Mit RFID lässt sich auch die Effizienz von Spritzgießprozessen steigern. So unterliegen Werkzeuge von Spritzgießmaschinen Verschleiß und müssen daher regelmäßig gewartet werden. Häufig werden Inspektionen und Wartung jedoch in vielen Fällen erst dann durchgeführt, wenn die Qualität der produzierten Komponenten nicht mehr den Anforderungen entspricht oder das Werkzeug seinen Dienst versagt. Abhilfe bietet hier Mold-ID von Balluff.
 
Mittels Industrial RFID macht es den Einsatz von Spritzgießwerkzeugen rückverfolgbar und liefert so die objektive Datenbasis für eine zustandsorientierte Wartung. Es handelt sich dabei um ein autarkes System, das jederzeit weltweit nachrüstbar ist.  Dazu speichert ein robuster RFID-Datenträger an jedem Werkzeug berührungslos neben der Werkzeugidentität die aktuelle Schusszahl und verschiedene werkzeugspezifische Prozessparameter unverlierbar ab. Diese Daten können zu jeder Zeit abgerufen werden. Als Schußzähler dient ein extern angebauter induktiver oder optischer Sensor.
 
Der besondere Mehrwert liegt in der automatisierten Datenerfassung direkt am Werkzeug und der Verknüpfung mit anderen Daten. Denn durch LAN, W-LAN oder Powerline können alle Mold-ID-Systeme per Webservices mit der Leitebene, einem ERP bzw. MES-System verbunden werden. Damit besteht von überall Zugriff auf die Daten und Prozesse. Mold-ID ist damit ein anschauliches Praxisbeispiel dafür, wie Industrie 4.0 auf einfache Weise Einzug in die Produktion hält.

 
RFID und Sensorik kombinieren
 
Jetzt ist der Sensorspezialist in einer gemeinsamen Industrie 4.0-Konzeptstudie mit Lufthansa Industry Solutions als Partner noch einen Schritt weitergegangen. Bei Smart Mold-ID sind auch noch zusätzlich zur Werkzeugidentifizierung Sensoren in die Spritzgießwerkzeuge integriert. Diese erfassen während des Fertigungsprozesses kontinuierlich wichtige Prozessparameter wie die Temperaturverteilung in den Kavitäten, Hydraulikdruck, Wasserdurchfluss und die Schließkraft im Werkzeug. Mit dem Verfahren erfährt der Nutzer viele neue Details über die Beanspruchung der Werkzeuge und ihren Zustand. Der Prozess wird für den Nutzer viel transparenter: Außerdem steht ihm jetzt  erstmals die Datenbasis zur Verfügung, die er für den Aufbau einer intelligenten Fertigung und Predictive Maintenance im Sinne von Industrie 4.0 verwenden kann.
 
Dabei werden die Daten aus der Feld- und Netzwerkebene auf die übergeordnete Ebene der IT-Infrastruktur geleitet. Das derzeit noch nicht verkäufliche Konzept zeigt, wie sich Daten erzeugen, transportieren, verarbeiten und mit Hilfe des Nachrichtenprotokolls MQTT (Message Queue Telemetry Transport) verschlüsselt an eine cloudbasierte Applikation senden lassen. Die Software analysiert die Informationen, bereitet die Ergebnisse visuell auf und macht sie so nutzbar. Auf diese Weise können Anwender unter anderem die Instandhaltung und Wartung von Maschinen genauer planen und besser mit dem tatsächlichen Gerätezustand abstimmen. Auch die Qualitätskontrolle ist so sehr viel effizienter und damit kostengünstiger organisierbar, bei Abweichungen können die zuständigen Mitarbeiter in Echtzeit in die Produktionsprozesse eingreifen. Ein weiterer großer Vorteil, den die Studie aufführt, ist die Flexibilität, die das System bietet. Alle Arten von analogen, digitalen und IO-Link-Sensoren sind integrierbar.


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