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Jun 23, 2023

Die vernetzte Maschinenwerkstatt

Teil 1 dieser dreiteiligen Serie über den Connected Machine Shop erschien in der Juli-Ausgabe von Manufacturing Engineering. In diesem Artikel wurde gezeigt, wie das industrielle Internet der Dinge (IIoT) die Sichtbarkeit erhöht

Teil 1 dieser dreiteiligen Serie über den Connected Machine Shop erschien in der Juli-Ausgabe von Manufacturing Engineering. In diesem Artikel wurde gezeigt, wie das industrielle Internet der Dinge (IIoT) die Sichtbarkeit von Produktionsaktivitäten erhöht und wie die cloudbasierte Produktionsüberwachung der herkömmlichen papierbasierten Datenerfassung überlegen ist.

Wie in der früheren Geschichte erwähnt, ist Veränderung schwierig. Dennoch muss man irgendwo anfangen. Beginnen wir also mit der Frage: Was ist der größte Schmerzpunkt? Handelt es sich um eine unscheinbare OEE-Zahl (Gesamtanlageneffektivität), eine Kennzahl, die oft überschätzt wird? Liegt es an einer nachlassenden Teilequalität, an einer schlechten Werkzeugstandzeit, an unterschiedlichen Informationsinseln oder an einem zu vielen Maschinenabsturz? Für Julio Vasconcelos, technischer Leiter der Produktionsanlage von Sandvik Coromant in Mebane, NC, war das Problem ein allzu häufiges Problem: Zykluszeiten, die oft viel länger waren als vorhergesagt. Erst als er und sein Team die Maschinenüberwachungssoftware des Unternehmens, MachiningInsights, implementierten, entdeckten sie die Ursache.

„Wir haben schnell herausgefunden, dass einige Bediener die Vorschubgeschwindigkeitsüberschreibungen herunterdrehten, um Probleme zu lösen, und es dann dabei beließen“, sagte Vasconcelos. „Durch die bessere Sicht konnten wir die Maschinenauslastung erheblich steigern und auch die Werkzeugstandzeit verlängern. Seitdem haben wir ähnliche Beispiele gefunden, von Bedienern, die auf die Prüfung des ersten Teils warten, bis hin zum Roboter, der ein Teil nicht richtig lädt. In jedem Fall ließen wir den Bediener Ursachencodes oder kurze Beschreibungen des Problems eingeben. Dank dieser Bemühungen konnten wir unsere OEE von 55 auf 80 Prozent steigern, was, wenn man rechnet, einem ganzen Tag zusätzlicher Maschinenzeit pro Woche entspricht.“

Jedes Geschäft ist anders, und in Ihrem Geschäft gibt es möglicherweise nicht so niedrige Preise. Während es in den meisten Fällen zahlreiche Möglichkeiten zur kontinuierlichen Verbesserung gibt, sind sich die Mitarbeiter möglicherweise nicht einig, wie sie diese angehen sollen, und verfügen auch nicht über die Tools dafür. Was benötigt wird, ist ein Aktionsplan, der die Probleme, die notwendigen Maßnahmen, die Verantwortlichen für die einzelnen Maßnahmen und die Kosten beschreibt.

Am besten fängt man vielleicht damit an, alle Beteiligten zu versammeln und ein Brainstorming durchzuführen, bei dem man ihre Produktionsbedenken, Zeitfresser und Lieblingsgeärger bespricht. Schreiben Sie sie auf ein Whiteboard. Ordnen Sie jeden einzelnen Punkt und suchen Sie dann nach Gemeinsamkeiten. Bitten Sie um Vorschläge zur Beseitigung dieser Probleme. Dokumentieren Sie, welche Daten fehlen, woher sie wahrscheinlich stammen und wie Sie sie sammeln werden.

Es sollte auch einfache, aber effektive Methoden zur Fortschrittsmessung geben. Dies wird viel einfacher, wenn die Datenerfassung automatisiert wird. Ohne klar definierte Kennzahlen ist es unmöglich, die Wirksamkeit einer Lösung zu bestimmen. Was sind Sie? Die KPIs, die das beste Preis-Leistungs-Verhältnis bieten.

Seien Sie sich vor allem darüber im Klaren, dass es sich hierbei nicht um ein Nebenprojekt handelt, sondern um etwas, das je nach Zeit oder Budget erledigt werden muss. Das Ziel sollte eine vollständige Transformation des Unternehmens sein. Trotzdem ist es in Ordnung, klein anzufangen. Bijal Patel, leitender Spezialist für digitale Bearbeitung bei Sandvik Coromant, schlug dies kürzlich in einer Frage-und-Antwort-Runde auf der Website des Unternehmens vor und bot ein Mantra zusammen mit den Ausdrücken „denken Sie in großen Dimensionen“ und „schnell skalieren“ an.

Wenn Jeff Rizzie an der soeben beschriebenen Brainstorming-Sitzung teilnehmen würde, würde ganz oben auf seiner Lieblingsärgernisliste „zu viel Vertrauen auf Stammeswissen“ stehen. Als Leiter der digitalen Bearbeitung bei Sandvik Coromant stimmt er als erster zu, dass qualifizierte, erfahrene Mitarbeiter ein wertvolles Gut in jeder Werkstatt sind, weist aber auch darauf hin, dass sie a) eines Tages in den Ruhestand gehen oder ihr Wissen woanders hinbringen werden und b) weit entfernt sind effektiver, wenn es durch intelligente Software unterstützt wird.

„Stellen Sie sich für eine Minute vor, Sie wären ein CNC-Programmierer und Ihr Vorgesetzter hätte Ihnen gerade einen Job gegeben“, sagte Rizzie. „Wahrscheinlich beginnen Sie damit, alle Ihre Werkzeuge auszuwählen, was für die meisten Geschäfte bedeutet, sich einen Papierkatalog zu besorgen. Eine erfahrene Person hat eine ziemlich gute Vorstellung davon, was sie braucht, aber es bedeutet trotzdem, Hunderte von Seiten und Zehntausende von SKUs durchzublättern, bis Sie alles gefunden haben, was Sie brauchen. Anschließend müssen Sie die Teilenummern und Abmessungen in die CAM-Software eingeben und wahrscheinlich noch einmal zum Katalog zurückkehren, um die Vorschübe und Geschwindigkeiten einzusehen. Betriebe mit einer digitalen Bearbeitungsstrategie können all dies vermeiden. Sie können einfach per Drag-and-Drop alles hinzufügen, was sie zur Erledigung ihrer Aufgabe benötigen.“

Geschäfte können auch die unvermeidlichen Fehler vermeiden, die sich aus dem manuellen Stammeswissen-Ansatz ergeben. Ein Betrieb, der eine integrierte Werkzeugplattform wie die CoroPlus ToolLibrary von Sandvik Coromant nutzt, habe sofortigen Zugriff auf digitale Modelle aller Kataloginhalte sowie alle damit verbundenen Metadaten wie Beschaffungs- und Nutzungsinformationen, Lagerorte und Ersatzprodukte.

Die Vorteile sind vielfältig. Es besteht keine Gefahr, den Vorschub oder die Spindeldrehzahl zu missachten. Kollisionen sind weniger wahrscheinlich, insbesondere bei Verwendung mit Werkzeugwegsimulationssoftware und Offline-Voreinstellung. Und da diese Systeme immer intelligenter werden, unterstützen sie den Benutzer bei der Werkzeugauswahl. Programmierer beantworten einfach Fragen zu ihrer Bearbeitungsanwendung und die Software präsentiert dann die am besten geeigneten Lösungen. Das spart Zeit und reduziert Fehler.

„Systeme wie diese bieten auch einen Ort zur Verwaltung aller Schneidwerkzeugdaten“, sagte Rizzie. „Sie können von jedem Schneidwerkzeug, Werkzeughalter, jeder Schraube und jeder Unterlegscheibe einen virtuellen Zwilling im Werkzeuglager haben, auch wenn diese nicht von Sandvik Coromant stammen. Und da die CoroPlus ToolLibrary auf ISO-Standards basiert und über eine offene API (Anwendungsprogrammierschnittstelle) verfügt, ist der Informationsaustausch mit anderer Software nahtlos.“

Es gibt ein paar Voraussetzungen, bevor all diese digitale Zauberei beginnen kann. Der erste ist ein vernetzter Shop. Wir werden in Teil 3 dieser Serie mehr auf den Aspekt „Drähte und Zangen“ von Industrie 4.0 eingehen, aber zunächst besteht die erste Aufgabe darin, die Werkstatt zu vernetzen. Da die Lösungen von Sandvik Coromant wie die meisten anderen cloudbasiert sind, ist eine robuste Konnektivität erforderlich. Dazu gehören Firewalls, Antivirensoftware und Bedienerschulungen, um die Sicherheit von Vermögenswerten zu gewährleisten.

Es sollte auch darüber gesprochen werden, welche Softwaresysteme (auch wenn sie noch nicht gekauft wurden) die primären Hosts all dieser Daten sein werden und welche sekundär sein werden. Beispielsweise könnte die von Rizzie erwähnte ToolLibrary alle Werkzeugdaten der Werkstatt hosten und mit dem ERP-System (für Beschaffungszwecke) und der CAM-Software (für Programmierung und Simulation) synchronisiert werden.

Diese Daten können jedoch auch in einem Werkzeugverwaltungssystem (TMS) gespeichert werden, das mit einer Offline-Voreinstelleinheit und Werkzeugausgabeschränken verbunden ist und über Verbindungen zur anderen Software der Werkstatt verfügt. Und einige könnten argumentieren, dass Software für Produktlebenszyklusmanagement (PLM) oder Produktdatenmanagement (PDM) die bessere Wahl ist, da Werkzeuginformationen dann zusammen mit anderen konstruktionsbezogenen Daten eines Werkstücks gespeichert werden können.

Welcher Weg Sie einschlagen müssen, hängt davon ab, welche Systeme Ihnen zur Verfügung stehen

Die einzigartigen Datenanforderungen von r shop und seine Industrie 4.0-Vision. Am wichtigsten ist jedoch, dass alle mit der Lösung einverstanden und in deren Nutzung geschult sind. „Das war entscheidend für uns“, sagte Vasconcelos. „Jeder möchte gute Arbeit leisten und ist am glücklichsten, wenn er weiß, dass er Teil der Lösung ist.“

Das ist ein guter Anfang für Schneidwerkzeuge, aber wie sieht es mit dem Rest der digitalen Fertigungsstrategie aus? Denn eines der wichtigsten Ergebnisse von Industrie 4.0 und IIoT ist die Erfassung und Analyse von Produktionsdaten, und das beginnt bei CNC-Werkzeugmaschinen.

Unter der Annahme, dass eine Netzwerkkonnektivität besteht, stellt sich als nächstes die Frage nach dem Alter der Maschine. Ältere Maschinen benötigen möglicherweise ein Nachrüstgerät. Für Geschäfte mit viel älterer Ausrüstung ist dies etwas, das man schon früh im Projekt berücksichtigen sollte. Die gute Nachricht ist, dass praktisch alle neueren CNC-Drehmaschinen, Multitasker, Bearbeitungszentren und Erodiermaschinen anschlussbereit sind.

Bedenken Sie Folgendes: Vasconcelos und das Team im Sandvik Coromant-Werk in Mebane verbesserten ihre OEE-Werte durch die Überwachung einer einfachen Vorschubgeschwindigkeitsüberschreibung. Welche Erkenntnisse könnten durch das Sammeln von Daten wie Servolasten, Spindeltemperaturen, Werkzeugnutzung und Makrovariablen und die anschließende Analyse dieser Daten im Kontext von Qualitätsinformationen (verfügbar von angeschlossenen KMGs und Messgeräten) und Bedienereingaben gewonnen werden? Oder damit eine vorausschauende Wartung durchführen? Planungsgenauigkeit verbessern? Zykluszeiten reduzieren?

Wie Patel feststellte, ist dies möglich. Erforderlich sind lediglich die Bereitschaft zur Veränderung und realistische Erwartungen. „Bei all dem Gerede über Industrie 4.0 in den letzten Jahren haben einige Leute diese utopische Vision einer vernetzten Maschinenwerkstatt entwickelt, in der überall Daten gestreamt werden, alles vollständig sichtbar ist und es keine Überraschungen gibt“, sagte er. „Die Realität ist, dass viele Geschäfte nicht einmal über eine Internetverbindung verfügen. Als Branche befinden wir uns derzeit im Fahrradstadium, während alle von Teslas träumen.“

Glücklicherweise sind wir bereit, schnell das Tesla-Stadium zu erreichen. Patel wies darauf hin, dass Kunden ihre Maschinen innerhalb von Minuten mit MachiningInsights verbinden und mit der Datenerfassung beginnen können. Die Software präsentiert diese Daten dann mithilfe vorkonfigurierter Dashboards allen Interessierten und sendet E-Mail- oder SMS-Nachrichten an die Abonnenten. Und selbst wenn dieselben Leute zu beschäftigt sind, um auf der Grundlage dieser Informationen tiefgreifende kontinuierliche Verbesserungsprojekte zu starten, hilft die bloße Verfügbarkeit dieser Informationen dabei, Trends zu erkennen und Probleme zu beheben, was wiederum die Ausfallzeiten der Maschine reduziert.

„Es ist eine großartige Möglichkeit, mit Ihren Digitalisierungsbemühungen zu beginnen“, sagte er. „Es ist Cloud-basiert, sodass keine großen Investitionen in Server erforderlich sind. Jeder mit einem Login und den entsprechenden Zugriffsrechten kann auf jedem Gerät sehen, was die Maschinen tun. Es ist keine stundenlange Datenanalyse erforderlich, da die Software die ganze schwere Arbeit für Sie erledigt. Es macht einfach alles und jeden effizienter.“

Rizzie stimmte Patels Fahrrad-Analogie zu und bot einen Vergleich mit der Softdrink-Industrie an, die seit Jahrzehnten IIoT-Praktiken anwendet. Diese Unternehmen, erklärte Rizzie, hätten überall Sensoren. Sie genießen vollständige Sicht auf die Pumpen, Motoren, Getriebe und alle anderen Komponenten in ihren hochautomatisierten Produktionslinien. Sie verfügen über Service-Level-Vereinbarungen mit den Lieferanten, die diese Leitungen hergestellt haben, und wenn die zu ihrer Überwachung eingesetzte Software einen drohenden Ausfall einer Komponente vorhersagt, wird diese proaktiv gewartet.

„Wir [in der Zerspanungsindustrie] machen derzeit nichts davon“, sagte Rizzie. „Die Technologie ist verfügbar. Es wird immer erschwinglicher, ist gut verständlich und relativ einfach umzusetzen. Trotz alledem ist es den meisten Maschinenwerkstätten egal. Sie warten darauf, dass ihre Ausrüstung kaputt geht. Sie verfügen über die Technologie, um die Konzentration und den Partikelgehalt der Schneidflüssigkeit zu überwachen, verlassen sich jedoch stattdessen darauf, wie schlecht es riecht, bevor sie sich für einen Wechsel entscheiden. Bei der Herstellung von Teilen verlassen sie sich auf Bauchgefühl und Stammeswissen und nicht auf wissenschaftliche Methoden und Daten. All dies muss aufhören, wenn die Branche wettbewerbsfähig bleiben soll. Die Werkzeuge sind zum Mitnehmen da; Es geht nur darum, sie zu ergreifen und loszulegen.“

Im dritten und letzten Teil der Connected Shop-Reihe werden wir einige der eher technischen Details von Industrie 4.0 untersuchen, darunter Cloud Computing, Integration und Kommunikationsprotokolle.

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