Condition Monitoring bei ZF Sachs: Optimierung der Produktionsabläufe

Wie viele Unternehmen stand auch die ZF Sachs AG aus Schweinfurt vor der Aufgabe, seine Prozessabläufe zu optimieren. Im Bereich der Antriebs- und Fahrwerktechnik gehört ZF Sachs mit 22 Standorten in 13 Ländern zu den größten Automobilzulieferern weltweit. Neben der Fertigung von Antriebs- und Fahrwerkkomponenten für PKW, LKW, Busse, Bahnen, Schiffe und Maschinen ist ZF Sachs als Hightech-Zulieferer auch Entwicklungspartner in vielen Rennserien im weltweiten Motorsport, wie z.B. der Formel 1. Ursprünglich begann ZF Sachs, die Störungsmeldungen von den Maschinen und Anlagen zu erfassen, um daraus die Störgründe zu erkennen und rechtzeitig zu verhindern. Ziel war es, diesen Vorgang zu automatisieren. Asmund Hey, Leiter der IT-Systeme von ZF Sachs in Schweinfurt, stellte hierzu fest: \“Der Anlagenbediener sollte selbstständig die Instandhaltungstätigkeiten und Wartungsarbeiten durchführen. Bei der vorausschauenden Instandhaltung oder bei Total Productive Maintenance-Maßnahmen (TPM) sollte es möglich sein, an der Anlage etwas zu verändern, damit ein bestimmter Fehler behoben werden kann. Wir erkannten dabei ganz schnell, dass die Anforderungen eigentlich viel größer waren als am Anfang gedacht.\“ Im nächsten Schritt mussten die Prozessdaten des gesamten Montagevorgangs erfasst – werden und zwar an allen Montagestationen für jedes einzelne Produkt. Gleichzeitig wurden auch die Maschinenparameter erfasst. Mit dem Einsatz des Inat-echocollects als OEE-Transmitter ist im Prinzip ein komplettes, kleines Embedded-MES (Manufacturing Execution System)-System für die Fertigungswelt entstanden. Man kann von jedem PC im Unternehmen einsehen, wie die Maschine läuft: – Welche Fehler sind aufgelaufen? – Sind Fehler aufgelaufen? – Findet gerade ein Rüstprozess der Anlage statt? – Ist die Anlage außer Betrieb? – Wie hoch ist die Stückzahl? usw. Echocollect sammelt selbstständig und rückwirkungsfrei die Prozessdaten aus verteilten Steuerungen ein und legt diese in gemeinsame Prozessabbilder ab. Damit die Prozessdaten auch in Datenbanken geschrieben werden können, werden die Prozessabbilder mit Datenbankbefehlen erweitert. Bei Bedarf kann man die Prozessabbilder mit einem aktuellen Zeitstempel versehen. Effizienz durch Transparenz Um mögliche Netzwerk- oder Datenbank-Unterbrechungen zu überbrücken, speichert echocollect alle gesammelten Daten auf einer Flash-Karte ab. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass keine Prozessdaten der Anlage verloren gehen. In umgekehrter Richtung lassen sich Datenpakete wie Rezepturen aus der Datenbank in das echocollect übertragen. Von diesem werden dann die relevanten Variablen extrahiert und an die dafür bestimmten Steuerungen verteilt. Das auf die Hutschiene montierbare Gerät ermöglicht mit den zwei Ethernet-Ports die Trennung des Produktions- und Büro-Netzes. Darüber hinaus ist echocollect auch als Datenlogger verwendbar, um z.B. den Betriebszustand einer Anlage zu überwachen. In der Basisversion lassen sich Daten von bis zu fünf Steuerungen in bis zu zehn Prozessabbildern sammeln und voneinander unabhängig in unterschiedliche Datenbanken auch auf verschiedene Zielsysteme übertragen. Mittels parametrierbarer Trigger sind bestimmte Zustände aus den verbundenen Anlagenteilen rasch identifizierbar und die relevanten Daten können im Ereignisfall sofort übertragen werden. In jedem Fall arbeitet Inat-Echocollect rückwirkungsfrei und ohne Eingriff in die Programme der existierenden Steuerungen. Optional kann das Gerät mit einer seriellen Schnittstelle ausgerüstet werden, um Daten auch von Steuerungen ohne Ethernet-Anschluss zu sammeln. Die bessere Auswertung der OEE-Kennzahlen, die Rückverfolgbarkeit und nicht zuletzt Condition Monitoring machten die Produktion transparenter und effizienter. Das Beobachten der Anlage während des laufenden Produktionsprozesses ermöglichte rasches Eingreifen und entsprechendes Reagieren im Produktionsgeschehen. \“Es ist relativ schnell erkennbar gewesen, dass Inat-Echocollect die Produktion enorm optimierte und steigerte. Bei einer Presse z.B. erhöhte sich die Produktivität um 30%. Diese 30% treffen natürlich nicht für alle Anlagen zu. Man erkennt aber gerade bei größeren Anlagen, dass der Fehler manchmal nicht dort liegt, wo er vermutet wird. Es werden auch Fehler entdeckt, die man früher gar nicht gesehen hatte\“, so Asmund Hey. Warum nicht der Weg über einen PC oder den standardmäßigen OPC? Der OPC-Weg ist relativ begrenzt hinsichtlich der Bandbreite her. Bei den Datenmengen, die während der Produktion in so großen Unternehmen wie ZF Sachs übertragen werden, entstehen zu lange Übertragungszeiten. Außerdem sollte auf zusätzliche Software-Produkte, die den ganzen Prozess beeinflussen könnten, verzichtet werden. So war auch der entsprechende Administrationsaufwand, um diese Systeme zu pflegen, nicht erwünscht. \“Bei der direkten Kommunikation mit einer SPS ist der ganze Produktionsvorgang überschaubarer, das heißt mit echocollect kann nicht nur hochqualifiziertes Personal, sondern auch der \’normale\‘ Betriebstechniker erkennen, ob und wo ein Fehler vorliegt. Im Falle eines Geräte-Tausches muss der Betriebstechniker nur die Flash-Karte, auf der alle Daten gespeichert sind, in ein neues Gerät wechseln. Das kann er beim PC nicht, dazu bräuchte er zusätzliche Kenntnisse über Netzwerk, Betriebssystem, Installation, Konfiguration usw. An der Stelle wäre der Aufwand viel zu groß gewesen\“, erklärt Hey. Einzelne Prozessabschnitte in einer Montagekette konnten soweit verbessert werden, dass Folgeprozesse nur dann ausgeführt werden, wenn ein i.o.-Signal von der vorausgegangenen Station kommt. Rückverfolgbarkeit Mit dem Einsatz des Inat-Echocollect hat sich ein System etabliert, das tatsächlich in der Lage ist, eine komplette Rückverfolgbarkeit einschließlich des Nachweises zu realisieren. Der zentrale Punkt der Produktion bei ZF Sachs ist die Datenbank. Die Parametrierung wird vom Schreibtisch aus gemacht, in der Datenbank abgebildet, und über Inat-Echocollect werden die Parametersätze in die Anlage übertragen, sodass die Fein-Parametrierung erst an der Anlage vorgenommen wird. Mit der Schaffung einer SAP-Kopplung kann man sofort in der Logik prüfen, ob die Teilnummer in der Stückliste vorhanden ist, ob das Teil davor i.O. war und somit weiter verarbeitet werden kann. echocollect – OEE-Transmitter In vielen Unternehmen sind auch heute noch Excel-Tabellen zur Fehleraufnahme im Gebrauch. Daraus lassen sich weder aussagekräftige Kennzahlen generieren, noch gibt es einen Bezug zur Störerfassungszeit. Vielmehr entsteht hier eine Abhängigkeit zur manuellen Erfassung. Anders bei ZF Sachs: Hier findet die automatische Erfassung durch echocollect statt. Der Stückzahlimpuls an der Anlage liefert Informationen wie Soll/Ist-Zustand. Sollte der Soll-Zustand nicht erreicht sein, verändert sich die Ausprägung, das OEE sinkt, das heißt eine Taktzeitverschleppung ist zu erkennen, die der Maschinenbediener auswerten kann. Beim Errechnen der OEE-Kennzahlen gibt es immer verschiedene Grundlagen, z.B. Leistungsgrad oder Qualitätsgrad. \“Wenn Sie eine echte OEE-Kennzahl und den Qualitätsgrad ermitteln wollen, sind wir wieder genau beim Thema Prozessdaten, das heißt wie viele i.O.- Teile habe ich. Mit dieser Information lassen sich aus den Prozessdaten statistische Auswertungen ableiten. Das geht dann schon in Richtung QS-Daten, so dass die Prozesssicherheit auf jeden Fall gewährleistet ist\“, erklärt Hey. Gegenüberstellung: Vergleich N.I.O früher und jetzt Heute ist ZF Sachs in der Lage, genau zu sagen, welcher Fehler an welchem Tag aufgetreten ist, und welche Teile genau diesen Fehler haben. Die Qualität der Aussage ist viel präziser geworden. Aber vor allem lassen sich Trends während des Fertigungsprozesses feststellen und gegebenenfalls gegensteuern. So wird z.B. die Fettmenge aufgrund der Umgebungstemperatur geringer, weil sie mit zu wenig Druck eingeschossen wird. Sobald die Fettmenge an den unteren Grenzwert anläuft, wird sie im Vorfeld schon erhöht, ohne, dass hier Ausschussteile produziert werden. echocollect im Einsatz Beispiel: Montageanlage zum Bau des Kribbelfilters. (Für alle, denen der Begriff neu ist: Beim Autofahren ergibt sich ab einer gewissen Drehzahl ein leicht kribbeliges Gefühl unter dem Gaspedal, der Kribbelfilter wird dazu benutzt, diese Vibration abzunehmen.) An dieser Anlage werden die Parametersätze für die Fertigung übertragen. Es sind die Prozessdaten, die aus dem Produktionsprozess entstehen, die Qualitätsdaten, die von dem Prüfprozess am Ende der Anlage ausgegeben werden und die Beschriftungsdaten. Natürlich auch alles, was zu der Rückverfolgbarkeit gehört, wie die Charge der Teile, die verbaut werden bzw. die eindeutige Teilen-Nummer, die am Ende des Prozesses feststeht usw. \“Es war wichtig, dass die Funktionalität von dem echocollect gewährleistet wird. Das ist uns sehr gut gelungen\“, so Hey. Fast zeitgleich wurde auch das Projekt \’Kiesfilter\‘ in Angriff genommen. ZF Sachs ist gegenüber dem Wasserschutzamt nachweispflichtig, ob ein PH-neutrales Wasser in den Main zurückgeleitet wird. Dass das Wasser sauber ist, muss definitiv gewährleistet sein, das heißt hier sind keine Ausfälle erlaubt. Im Klartext bedeutet das, dass dieses Gerät 7 Tage, 24 Stunden ohne Ausfall aufzeichnet. Sollte eine Netz- oder Serververbindung abbrechen, muss gewährleistet sein, dass die Daten an dieser Anlage gepuffert werden. Sobald die Netzwerkverbindung wieder steht, sollten die Daten automatisch weitergeschoben werden. In dem Fall ist das über eine interne Flash-Karte realisiert. Das Gerät selbst wird akribisch von außen überwacht. Im Falle eines Gerätewechsels wäre es tatsächlich so, dass nur durch das Umstecken der CF-Karte in das neue Gerät auch die Aktualisierung der Parameterdaten durchgeführt wird. Zukunftsaussichten Heute ist echocollect in Schweinfurt im Einsatz und wurde in die Maschinenausrüstung übernommen. Deswegen ist man sich sicher, dass das System bei ZF Sachs sowohl in Deutschland, als auch im Ausland Fuß fassen wird. Zufriedenheit