In der Serienfertigung von Automobilteilen werden häufig Gussteile durch spanabhebende Verfahren weiterverarbeitet. Genau in diesem Bereich hat die mittelständische Schlote-Gruppe ihren Schwerpunkt. An neun Standorten weltweit verfügt das Unternehmen über einen umfangreichen Maschinenpark für die Metallbearbeitung und weitere Fertigungsprozesse. Bohren, Drehen, Fräsen und andere Zerspanungstechniken gehören zum Standardrepertoire, um Motor-, Getriebe-, und Fahrwerkskomponenten zu bearbeiten. Für Qualität und hohe Effizienz sorgen moderne CNC-Bearbeitungszentren und automatisierte Fertigungslinien. Gemäß dem Firmenmotto ‚Erfolgreich durch innovative Technologie‘ arbeitet die Schlote-Gruppe stets daran, die Fertigung zu verbessern und die Abläufe zu optimieren. „Die Digitalisierung bietet uns hier große Potenziale“, sagt Sascha Carell, der als Teamleiter MES in der Gruppe die IT im Fertigungsumfeld verantwortet.
Regelmäßiger Werkzeugwechsel
Im Werk Harsum der Schlote-Gruppe liegt der Schwerpunkt auf der Bearbeitung von Teilen aus Stahl. Die Werkzeuge in den Bearbeitungszentren unterliegen deswegen einem hohen Verschleiß. Je nach den Rahmenbedingungen haben die Werkzeuge nur eine Standzeit von einigen Dutzend Bearbeitungszyklen. Im Mittel müssen die Mitarbeiter in der Fertigung zwei bis drei Werkzeuge pro Minute an einem der zahlreichen Bearbeitungszentren wechseln. Für jedes Werkzeug, das einen bestimmten Bearbeitungsschritt ausführt, ist eine maximale Anzahl von Bearbeitungszyklen festgelegt, nach der das Werkzeug getauscht werden muss. Der rechtzeitige Werkzeugwechsel vermeidet weitgehend, dass es zu einem ungeplanten Anlagenstillstand durch Werkzeugbruch kommt. „Die Herausforderung besteht darin, alle Bearbeitungszentren gleichzeitig zu überwachen, um den Werkzeugwechsel rechtzeitig durchzuführen“, erläutert Sascha Carell: „Für diese Aufgabe waren wir auf der Suche nach einem digitalisierten System.“
Daten aus der Maschinensteuerung
Die notwendigen Daten – in diesem Fall die Anzahl der Bearbeitungszyklen seit dem letzten Werkzeugwechsel – sind in der CNC-Steuerung der Werkzeugmaschine vorhanden. Die Herausforderung besteht darin, aus den Maschinen die jeweils richtigen Daten zu extrahieren und in ein übergeordnetes System zu übertragen. Die Werkzeugmaschinenhersteller bieten hierzu zwar auch Produkte an, die allerdings herstellerspezifisch sind. Eine Übersicht über die Daten des gesamten Maschinenparks, der aus Maschinen verschiedener Hersteller besteht, ist damit nicht möglich. Mit dem EdgeConnector 840D der Firma Softing hat die Schlote-Gruppe eine Lösung für das Problem gefunden. Denn das Produkt kann Daten aus den Sinumerik-Steuerungen der Bearbeitungszentren auslesen. „Wir setzen in unserer IT Windows-Server als Standard ein“, schildert Sascha Carell, „diese bieten ein Linux-Subsystem, auf dem wir den EdgeConnector 840D, einen Docker-Container, installieren.“ Die Kommunikation mit dem Maschinenpark funktioniert dann über das hausinterne Netzwerk. Für Maschinen, die mit einer Steuerung vom Typ Sinumerik 840D Powerline ohne Ethernet-Schnittstelle ausgestattet sind, bietet Softing einen passenden Adapter für die serielle Schnittstelle der Steuerung an.
Prozessdatenbaum macht Daten verfügbar
Die Konfiguration der Software erfolgt über ein Webinterface. Die Variablen sowohl des Steuerungs- als auch des NC-Teils können in den entsprechenden Tools ausgewählt werden. Diese erzeugen dann Dateien, die der Konnektor einlesen kann. „Besonders wichtig war es für uns“, betont Sascha Carell, „dass wir eine Lösung haben, die auch auf die Daten des NC-Teils zugreifen kann und diese einfach zur Verfügung stellt.“ Diese Prozessdaten listet das Softing-Produkt in einem Prozessdatenbaum auf. Entscheidend ist für Schlote in dieser Anwendung der ‚Tool Monitoring‘ Counter, der angibt, wie viele Teile noch bis zum nächsten Werkzeugwechsel bearbeitet werden können. Sobald sich dieser Zähler mit hinterlegten maximalen Wert dem Wert Null annähert, muss ein Mitarbeiter das Werkzeug wechseln.
Visualisierung ohne Programmierung
Zur Weiterverarbeitung der Daten aus dem Device unterstützt das System offene Schnittstellen und Industriestandards wie MQTT und OPC UA. Um die Daten für die Mitarbeiter in der Fertigung zu visualisieren, verwendet Schlote den Peakboard Designer. Mit dieser Low-Code-Software lassen sich Visualisierungen auch ohne tiefergehende Programmierkenntnisse erzeugen. Auf der Bedienoberfläche kann der Anwender dazu sogenannte Building Blocks zusammenstellen, um damit auch komplexere Abläufe zu realisieren. Um die Daten aus dem EdgeConnector zu verarbeiten, kann im Peakboard Designer der OPC UA-Server als Datenquelle ausgewählt werden. In der Fertigung im Schlote-Werk sind an mehreren Stellen große Monitore installiert, die das Dashboard mit den Daten der Werkzeuge visualisieren. Die verantwortlichen Mitarbeiter sehen dort auf einen Blick, welche Werkzeuge demnächst gewechselt werden müssen. Neben den Werkzeugdaten werden auch weitere Zustandsdaten dargestellt. Die Displays ergänzen die klassischen Signal-Ampelsäulen an den Maschinen. Die Bediener schauen eher auf die Displays mit den Dashboards, die auch viel mehr Informationen bieten. Dort sehen sie etwa, welche Ursache dazu führt, dass die Ampel gelb oder rot ist. „Alle wichtigen Daten auf einen Blick erfassen zu können, bringt unseren Mitarbeitern einen echten Mehrwert“, erläutert Sascha Carell.
Abgestimmte Systeme erleichtern Integration
Bei der Integration der Maschinendatenerfassung und der Visualisierung hat der Teamleiter bei Schlote positive Erfahrungen gesammelt: „Ich musste mir gar keine Gedanken machen, wie ich die Software vernetze, sondern die Hersteller bieten Lösungen, die aufeinander abgestimmt sind.“ Eine solche Vernetzung der verschiedenen Architekturen und ein passendes kollaboratives Angebot stiftet greifbaren Nutzen. Und über die Zusammenarbeit gibt sich Sascha Carell überzeugt: „Auf neue Anforderungen hat Softing immer schnell reagiert und diese in der Regel auch schnell umgesetzt. Insgesamt haben wir uns in diesem Projekt wie in einer Entwicklungspartnerschaft gefühlt.“
