Auf dem Weg zu Industrie 4.0

Auf dem Weg zu Industrie 4.0
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Die hochmoderne Bauteilfertigung im SMS-Werk Mönchengladbach.
26.05.2016 | Werkzeugidentifikation mit Tool-ID von Balluff in der modernisierten Produktion der SMS group in Mönchengladbach.

Industrie 4.0 basiert auf vernetzten Systemen und Maschinen mit dem Ziel, eine massen- und kostenoptimierte Automatisierung versus höchstmöglicher Flexibilität bis zur Losgröße 1 neu aus-zutarieren und beides zu verbinden. Im Klartext geht es darum, hoch individuelle Produkte effizient und in kürzester Zeit herzustellen. Insofern ist das bereits 2010 gestartete Projekt zur kompletten Modernisierung der Produktion bei der SMS group in Mönchengladbach auch ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu Industrie 4.0. Die Werkzeugidentifikation mit Tool-ID von Balluff ist dabei eine Schlüsselkomponente.

 
Die großen Herausforderungen, denen man in Produktionsprozessen mit der sogenannten 4. Industriellen Revolution begegnen will, sind immer kürzere Produktlebenszyklen und steigende Kundenindividualität. Das hat auch zur Folge, dass Produktionsanlagen und Maschinen schneller verfügbar sein müssen, um letztlich den sich ändernden Anforderungen in Endprodukten kurzfristiger entsprechen zu können. „Für uns als Anlagen- und Maschinenbauer im internationalen Wettbewerb liegt eine der wesentlichen Herausforderung darin, Durchlaufzeiten respektive Lieferfristen signifikant zu reduzieren“, erklärt Alexander Goebels von der SMS group. Der Leiter der Produktionsplanung im Werk Mönchengladbach bringt damit eine der zentralen Zielsetzungen für die bereits 2010 begonnene, umfassende Modernisierung der Fertigung auf den Punkt. „Wir gehen eine Vielzahl kleiner und größerer Schritte auf dem Weg zu Industrie 4.0“, ergänzt Alexander Goebels. Einer dieser Schritte ist die höhere Flexibilität in der Eigenfertigung, sprich der Produktionsplanung in Bezug auf eine flexible Maschinenbelegung. Die übergreifende Werkzeugverwaltung auf Basis der Werkzeugidentifikation mittels Tool-ID von Balluff ist dafür eine Schlüsselkomponente im neuen Organisations- und Automatisierungskonzept. „Davon abgesehen ist unsere Werkzeugverwaltung ohne die RFID-Datenträger heute weder wirtschaftlich vertretbar, noch aus Gründen der Prozesssicherheit im Hinblick auf Fehlervermeidung wie falsche Zuordnungen, Vertippen beim Eingeben der Werkzeugparameter usw. denkbar“, ergänzt Judith Schmitt, die Betriebsleiterin der mechanischen Fertigung.


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Kernkomponente der teils vollautomatisierten Werkzeugversorgung der Bearbeitungsmaschinen ist die Werkzeugidentifikation Tool-ID von Balluff

Mit beeindruckenden Investitionen

zur ultramodernen Fertigung

 

Das strategische Projekt zur kompletten Modernisierung der Produktion hat SMS schon lange, bevor der Begriff Industrie 4.0 an die Öffentlichkeit getragen wurde, initiiert. Ziel ist die nachhaltige Steigerung der Produktivität und die Reduzierung der Lieferzeiten sowie letztlich auch die langfristige Sicherung der Arbeitsplätze am Standort Mönchengladbach. Es umfasst ein Investitionsvolumen von über 60 Millionen Euro. Neben der Modernisierung der Infrastruktur flossen davon weit über die Hälfte in einen hochmodernen Werkzeugmaschinenpark zur Produktion von Anlagenkomponenten für den Schwermaschinenbau von SMS. Innerhalb von nur knapp über drei Jahren wurden parallel zum laufenden Betrieb alle Maschinen ausgetauscht und ein neuer Großmaschinenpark installiert. Auf Bohrwerken, einem Doppelbohrwerk mit zwei Fahrständern und kombinierbaren Mehrfachtischen, Portalmaschinen, Karusselldrehmaschinen und Flachbett-Drehmaschinen mit bis 21 Meter Verfahrweg, werden heute beliebig komplexe Bauteile aus Stahl und vergütetem Stahl mit bis zu 200 Tonnen Werkstückgewicht gefertigt. Dabei handelt es sich in der Regel um Einzelteile oder maximal Kleinstserien bis zehn Stück, die oft viele Stunden oder manchmal sogar mehrere Wochen ununterbrochen auf einer Maschine laufen. „Alle Maschinen sind in eine durchgängige Umfeldorganisation mit zentraler NC-Programmierung in der Arbeitsvorbereitung und dezentral angeordneten PC-Stationen zur Betriebsdatenerfassung und NC-Programm-Simulation via Exapt eingebunden“, erklärt Judith Schmitt. Darüber hinaus erarbeitet eine übergeordnete Fertigungssteuerung die höchstmögliche Auslastung der Maschinen. Zum Gesamtsystem gehört auch eine zentrale Werkzeugvoreinstellung von der aus alle Maschinen versorgt werden.
 
Die Werkzeugversorgung der Bearbeitungsmaschinen erfolgt größtenteils vollautomatisch, wie etwa im Herzstück der Fertigung mit vier Bearbeitungszentren und angegliedertem Hochregallager für die Werkstückpaletten-Automation. „Im Durchschnitt liegt in diesem Fertigungsbereich die Bearbeitungsdauer der Bauteile bei zwei Stunden pro Spannung, wobei oft 70 bis 80 verschiedene Werkzeuge benötigt werden“, ergänzt Alexander Goebels. Ein besonderes Highlight im Hochregallager ist das hier integrierte Shuttle-System zur vollautomatischen Versorgung der Bearbeitungszentren mit Werkzeugen. Die vorbereiteten Werkzeuge werden von einem Shuttle zu Zwischenablagen an den Bearbeitungszentren gebracht. Von dort übernimmt ein zweiter Shuttle die einzelnen Werkzeuge und führt diese synchron zur laufenden Bewegung der jeweiligen Fahrständermaschine mit, sodass das Werkzeughandling der Maschine die Werkzeuge während der Hauptarbeitszeit quasi fliegend übernehmen kann. Die Rückgabe der Werkzeuge erfolgt auf gleichem Weg. So sind laut Goebels allein in diesem Bereich, einschließlich der jeweils 120 Magazinplätze in den vier Maschinen, immer rund 1000 aktiv auftragsbezogene Werkzeuge im Umlauf.


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In der Werkzeugvoreinstellung werden alle Werkzeugparameter auf den Balluff-Datenträger übertragen.

An den RFID-Schreib-/Leseköpfen

von Balluff führt kein Weg vorbei

 

„Im gesamten Werk verwalten wir etwa 10.000 technologisch und geometrisch unterschiedliche Werkzeuge, die jeweils einzeln oder nach Bedarf auch mehrfach vorhanden sind“, ergänzt Peter Sosnitzka, als Verantwortlicher der Werkzeugvoreinstellung. In seinem Bereich werden alle Werkzeugkomponenten vorgehalten und generell sämtliche Werkzeuge vorbereitet. Hier werden die relevanten Werkzeugparameter direkt beim Vermessen berührungslos auf den RFID-Datenträger von Balluff im Werkzeughalter übertragen. Gleichzeitig werden die Daten in das Werkzeug- und Produktionsdatenmanagement Exapt übergeben, das von der Werkzeugerfassung über die Verwaltung bis hin zum Fertigungseinsatz die gesamte Prozesskette abdeckt. Das System sorgt für durchgängige Prozesse, höhere Transparenz und in Summe für eine Effizienzsteigerung in der Fertigung. Das Tool-ID System von Balluff sorgt darüber hinaus dafür, dass alle benötigten Werkzeugdaten an jedem Einsatzort, einschließlich der in den Maschinen zurückgeschriebenen Standzeiten, korrekt und stets aktuell zur Verfügung stehen. Diese Zuverlässigkeit und die fehlerfreie, elektronische Datenübermittlung via RFID-Schreib-/Lesegeräte an allen Übergabestellen, respektive Maschinen, ist vor allem in den Fertigungsbereichen von großer Bedeutung, wo Werkzeuge manuell übergeben werden. Dies kann in Werkzeugmagazinen von Maschinen oder in angegliederte Magazinsystemen, in denen zusätzliche Industrieroboter die Werkzeuge handeln, geschehen. „Aber nirgendwo führt ein Weg an einem Schreib-/Lesegerät von Balluff vorbei“, betont Peter Sosnitzka.
 


Projektziel erreicht
 
„Eine der größten Herausforderungen während der gesamten Projektphase war die Modernisierung der Infrastruktur und das Einrichten sowie Hochfahren der neuen Maschinen in die vorhandene und voll laufende Produktion“, resümiert Wilhelm Plaßwilm, Meister der Elektro-Instandhaltung im SMS-Werk Mönchengladbach. Währenddessen musste für kurze Zeit mit manueller Werkzeugverwaltung gearbeitet werden. „Wir haben dafür mehr als das Dreifache an Arbeitszeit gebraucht“, erinnert sich Judith Schmitt ungern. Was sie allerdings abgesehen von der Zeitersparnis und der gewonnenen Flexibilität noch sehr viel mehr schätzt, ist die Sicherheit der unverwechselbaren Datenzuordnung zu jedem Werkzeug auf dem fest montierten RFID-Datenträger sowie die fehlerfreie Übermittlung der Parameter beim Werkzeugwechsel. „Schon der kleinste Tippfehler kann fatale Folgen bis hin zum Crash haben“, so Judith Schmitt, die dabei weder an die Stillstandszeiten der Maschinen und schon gar nicht an mögliche Beschädigungen der teuren Bauteile denken mag. Ein  ebenfalls  gewichtiger Vorteil durch Tool-ID von Balluff ist die optimale Standzeitausnutzung der Werkzeuge. Wenn auch das Einsparpotential daraus bei SMS nicht explizit beziffert ist, so sorgen doch kontinuierliche Kontrollen und das Rückschreiben der Laufzeiten auf den Datenträger dafür, dass rechtzeitiges Nachschleifen, respektive Austauschen von Wendeschneidplatten oder Werkzeugen gesichert ist und vorzeitiges Aussondern verhindert wird. Damit verringern sich die Werkzeugkosten und der Lagerbestand kann exakt an den Bedarf angepasst werden. Alles in allem sind dies eine ganze Reihe von Gründen, weshalb Tool-ID übrigens werksübergreifend, also groupweit bei SMS, genutzt wird. „Das Werkzeugidentifikationssystem von Balluff trägt in verschiedenerlei Hinsicht zur nachhaltigen Steigerung der Produktivität und zur Reduzierung der Lieferzeiten bei“, resümiert Alexander Goebels, der in Summe betrachtet, in der gelungenen Halbierung der Lieferzeiten, die Ziele des Modernisierungsprojektes bei SMS in Mönchengladbach erreicht sieht.


 
Die SMS group
 
Die SMS group ist einer der führenden, weltweit agierenden Systemanbieter von Anlagen, Maschinen und Services entlang der gesamten metallurgischen Wertschöpfungskette. Die Geschäftsfelder reichen von Stranggiessanlagen und Walzwerken bis zu Anlagen für die Stahlwerk-, Rohr- und Schmiedetechnik. Unter dem Dach der SMS Holding GmbH ist die SMS group eine Gruppe von international tätigen Unternehmen des Anlagen- und Maschinenbaus für die Stahl- und NE-Metallindustrie. Über 14.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erwirtschaften weltweit einen Umsatz von rund 3,4 Mrd. EUR. Das seit vier Generationen familiengeführte Traditionsunternehmen zeichnet sich durch eine starke Marktposition aus.


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