Um die Produktivität zu steigern und Prozesse intelligenter zu gestalten, geht es Unternehmen in der Fertigungsindustrie darum, von den Systemen zur Steuerung der Produktion bis hin zu einzelnen Sensoren und Aktoren, die die Anlage steuern, eine komplette Vernetzung zu schaffen. Konnektivität stellt dabei einen Teilaspekt des großen Ganzen dar. Ein weiterer wesentlicher Teil, um die gewünschten Vorzüge eines ‚Connected Enterprise‘ zu erhalten, ist die Steigerung der Flexibilität innerhalb der Produktion. Sie ermöglicht es den Verantwortlichen, die Produktion schnell an sich ändernde Umstände anzupassen – unabhängig davon, ob dies durch die Individualisierung der produzierten Güter erfolgt oder ob es sich um ganzheitliche Produktionsanpassungen aufgrund sich verändernder Nachfragen handelt. Bei Herstellern hat das Streben nach Flexibilität großes Interesse an Innovationen aus dem Maschinenbau geweckt, die eine höhere Agilität für die Produktion versprechen.
Eine der Innovationen, die diese Ziele abdecken, ist die Independent Cart Technology (ICT). Sie kann als Grundlage für neue intelligente Fördersysteme verstanden werden, die eine Alternative zu herkömmlichen Förder- und Positioniersystemen darstellen. Durch ein neuartiges Steuersystem lassen sich dezentrale, skalierbare Architekturen verwirklichen, die eine Vielzahl individueller Wägen durch ein Netzwerk aus Linearmotoren verwalten.

Bei traditionellen Systemen, die auf Förderbändern basieren, obliegen die  Produktspezifikationen einem Standardvorgehen und einem gleichbleibenden Produktionsrhythmus, der am sich linear bewegenden Förderwagen seine Grenze findet. Mittels ICT hingegen wird aufgrund der Kombination aus Sensoren, Steuerungssoftware und auf Magneten basierenden Antrieben die voneinander unabhängige Bewegung einzelner Förderwägen in einer mehrdimensionalen Produktionsumgebung erreicht. Für den Anlagenbediener bedeutet dies, dass er in einer agilen Produktionsumgebung gleichzeitig mehrere Produktspezifikationen verwalten kann, die jeweils unterschiedliche Gewichts- und Geschwindigkeitsvariablen erfüllen können.
Doch warum zögern OEMs bislang noch, wenn es um die Nutzung und Implementierung von ICT im industriellen Umfeld geht?

Optimale Nutzung von Fläche und Zeit

Um diese Frage zu beantworten, muss zunächst genau verstanden werden, welche Faktoren beim Design einer Fertigungsanlage zu berücksichtigen sind. Dabei sind für das Management in einem solchen Prozess vor allem zwei Faktoren entscheidend: die genutzte Fläche und die für die Produktion benötigte Zeit. Die Zeitkomponente wird vor allem dadurch optimiert, dass die Produktion dazu befähigt wird, eine größtmögliche Anzahl an einzelnen Komponenten in möglichst kurzer Zeit zu verarbeiten. Eng damit verbunden ist die genutzte Fläche. Wird die verfügbare Fläche bestmöglich genutzt, kann eine Optimierung zu einem höheren Durchsatz führen, da auch Produkte unterschiedlicher Größe ohne größere Modifizierungsmaßnahmen innerhalb der Anlage produziert werden können.

Bei konventionellen Fördersystemen ist aufgrund der starren Produktionsbedingungen allerdings die mögliche Steigerung des kompletten Durchsatzes beschränkt. Dadurch, dass die Produktionsgeschwindigkeit bestimmten maschinellen Vorgaben folgen muss, zwischen einzelnen Produkten Abstände eingehalten werden müssen und Voreinstellungen zur Produktion oftmals starr gestaltet sind, wird der maximale Durchsatz, der innerhalb eines beliebigen Zeitraums erreicht werden kann, nach oben hin gedeckelt. Sollen zudem die Rahmenbedingungen der Produktion angepasst werden – etwa durch eine veränderte Produktgröße –, muss der Bediener für die Produktionsumstellung und Neukonfiguration zusätzlich einen hohen Zeitaufwand in Kauf nehmen.

Mittels ICT lassen sich beide Produktionsdimensionen optimieren. Möglich wird dies durch die Nutzung von Magnetismus für den Antrieb der einzelnen Förderwägen. Bewegt sich einer der Wägen innerhalb des Fördersystems, lässt er sich mithilfe von Sensoren, die die magnetischen Felder messen, konstant und präzise nachverfolgen. Auf diese Weise können mehrere Bahnen und Förderstrecken bedient werden, ohne dass das Risiko besteht, dass einzelne Wägen miteinander kollidieren. Für die Maschinenbediener bedeutet dieser Umstand eine erhöhte Benutzerfreundlichkeit, zusätzliche Flexibilität und weitreichende Skalierbarkeit. Formatwechsel sind anhand einfacher softwareseitiger Anpassungen schneller erreichbar und benötigen keine händische Anpassung durch das Bedienpersonal.

Sicherheit hat oberste Priorität

Beim Antriebssystem iTRAK bewegen sich die Transportschlitten unabhängig von­einander auf einer festen Bahn. So können Abstände und Geschwindigkeiten flexibel an die Fertigung angepasst werden.

© Rockwell Automation

Während sich die Technologie von ICT und herkömmlichen Fördersystemen grundlegend unterscheidet, gelten für beide Systeme die gleichen Sicherheitsanforderungen und Regularien. Da die Funktionsweise von ICT im Vergleich zu herkömmlichen Systemen wesentlich komplexer gestaltet ist, sind die Herangehensweisen daran, wie die entsprechenden Normen und Richtlinien eingehalten werden können, prinzipiell verschieden. Für Betriebsleiter und Bediener besteht die Herausforderung beim Umstieg auf ICT darin, dass sie das gewohnte Maß an Arbeitssicherheit aufrechterhalten müssen, das durch bewährte Altsysteme gewährleistet wurde.

Bei herkömmlichen Förderbandsystemen ist es üblich, dass Arbeiter manuell in den Prozessablauf eingreifen können. Dabei können Instandhalter beispielsweise neben dem Förderband stehen und bei sicher reduzierter Drehzahl im laufenden Betrieb Anpassungen an der Produktion vornehmen. Eine Interaktion mit dem System selbst ist beispielsweise über Bedienfelder ebenso möglich wie das Einstellen von Sensoren oder die Durchführung von kleineren Wartungsarbeiten, die nicht zwangsweise einen Stillstand der Produktion erfordern. Ist die Produktionslinie blockiert, können Bediener direkt an der Schalttafel die Produktion kurzzeitig sicher stoppen, um notwendige Anpassungen durchzuführen.

Bei ICT-Systemen sieht bereits die grundsätzliche Interaktion zwischen Arbeiter und Maschine anders aus. Aufgrund der flexibel beweglichen Förderwägen kann es bei ICT zu für den Bediener unvorhergesehenen Bewegungen kommen, was bei Mitarbeitern im ersten Augenblick zu einem kurzen Überraschungsmoment führen kann. Ergo sollten Bediener im Umgang mit ICT mit Bedacht agieren; schließlich werden durch die Magnetfelder innerhalb der Anlage unterschiedlich große Güter mit variablen Geschwindigkeiten transportiert. Sollten Arbeiten an ICT-Systemen, die ansonsten überwiegend ohne Eingriffe von außen funktionieren, nötig werden, ist es zur Sicherheit der Mitarbeiter ratsam, diese nur im Modus STO (Safe Torque Off) durchzuführen. Auf diese Weise lässt sich das Risiko eingeklemmter Finger oder gefährlicher Ausweichmanöver durch entgegenkommende Förderwägen minimieren. Zudem sollten Mitarbeiter mit Herzschrittmachern wegen der Magnetfelder – abhängig von Art und Leistung des ICT-Systems – Abstand halten.

In konventionellen Systemen sind wichtige Sicherheitsaspekte aufgrund der verwendeten Drehantriebe bereits grundlegend implementiert. So ist dank der in den Drehantrieben integrierten Encoder der Bediener beziehungsweise die Steuerung selbst in der Lage, die jeweilige Geschwindigkeit, Position und Richtung sicher zu überwachen und bei Bedarf Notstopp- oder Notausschaltungen durchzuführen. Bei ICT-Systemen ist diese Funktion nicht vorhanden. Für den Bediener ist es daher unter Umständen schwierig, im Fall eines auftretenden Risikos die erforderlichen Kontrollen, wie etwa sichere Geschwindigkeitsbegrenzungen, im System umzusetzen.

Für Betriebsleiter ist es unerlässlich, diese Sicherheitslücke innerhalb von ICT-Systemen zu beheben. Sie stellt zugleich eine regulatorische Herausforderung dar. So regelt beispielsweise die Betriebssicherheitsverordnung auf Bundesebene, dass Maschinenbetreiber dazu verpflichtet sind, die sichere Nutzung von Maschinen durch eine Gefährdungsbeurteilung, Schutzmaßnahmen und dazugehörige Überprüfungen zu fördern. Zudem regelt die Richtlinie 2006/42/EG des europäischen Parlaments, dass Maschinenbauer sichere Maschinen herstellen und Maßnahmen zur Unfallverhütung implementieren müssen. Eine Nichteinhaltung dieser Gesetze und Maschinenrichtlinien kann sowohl für OEMs als auch für ihre Kunden schwerwiegende Folgen haben.
Für die Konstruktion sicherer Maschinen gilt die Norm DIN EN ISO 12100. In ihr wird betont, dass innerhalb der Fabrikhallen das Management Risiken so minimal wie möglich halten soll. Zudem legt die Norm fest, dass zu ihrer Einhaltung gegebenenfalls die Masse und/oder die Geschwindigkeit beweglicher Elemente in der Produktionsumgebung begrenzt werden muss. Moderne ICT-Systeme liefern allerdings derzeit noch nicht die umfassenden Voraussetzungen, um diese Norm von sich aus zu erfüllen. Aufgrund dieses Umstandes sind Maschinenbauer verpflichtet, zusätzliche Vorkehrungen zu treffen, um die Einhaltung dieser Normen und Richtlinien dennoch zu gewährleisten.