Dass sich die Produktivität von Fertigungslinien steigern lässt, indem deren wesentliche Leistungskennzahlen (KPIs) per LED-Schriftbänder, Groß­anzeigen und vermehrt auch über Flachbildschirme dargestellt werden, ist nichts Neues. Um den vielleicht entscheidenden Wettbewerbsvorteil zu erzielen, braucht es daher Echtzeit-Informationen über den gesamten Produktionsprozess sowie eine gezielte und möglichst genaue Alarmierung des Personals bei Störungen.

In vielen Betrieben werden Leistungskennzahlen heute noch mit Papier und Stift aufgenommen und von Hand in Excel-Tabellen eingefügt. Abgesehen von möglichen Ablesefehlern geht dadurch die Aktualität völlig verloren. Jedoch gibt es in Betrieben mit automatischer Betriebsdatenerfassung in älteren Fertigungsbereichen häufig Informationslücken, weil die Anlagenteile alt und „unkommunikativ“ sind. Im Vergleich zu großen Unternehmen ist das sogenannte „visuelle Datenmanagement“ bei kleineren und mittleren Produktionsbetrieben kaum verbreitet. Dies liegt nicht etwa daran, dass das Management die Notwendigkeit solcher Systeme bezweifelt. Abschreckend wirkt meist die aufwendige und kostspielige Implementierung einer solchen Lösung: Denn in der Regel sind Eingriffe in die vorhandene Steuerungstechnik des Maschinenparks notwendig. Zum einen scheuen viele Betriebe das damit verbundene Risiko, zum anderen fehlen die internen Spezialisten, die sich sowohl mit dem Produktionsprozess als auch mit der Steuerungssoftware auskennen.

So ähnlich war die Ausgangslage bei einem mittelständischen metallverarbeitenden Betrieb in Rheinland-Pfalz. Nach längeren Überlegungen hatten sich Management und Fertigungsleitung zunächst entschlossen, nur die wichtigste Kennzahl von zwölf Maschinen auf großen 7-Segmentanzeigen darzustellen – die Stückzähler. Darüber sollte der Schichtleiter von seinem Büro aus sehen können, welche Anlage läuft und wie lange diese noch bis zum Auftragsende braucht. Schließlich kennt er die Zielstückzahl aus dem Fertigungsauftrag und die ungefähren Taktzeiten seiner Maschinen. Diese überschaubare Investition hätte die Effizienz der Produktion bereits gesteigert.

Upgrade auf visuelles Datenmanagement

Alle Daten aus dem Prozess werden an einem einzigen Punkt konzentriert, der "ProducTVity Station" - im konkreten Fall über eine direkte E/A-Kopplung über neun E/A-Module. Zusätzlich ist eine Kommunikation mit bis zu 15 Teilnehmern möglich.

© Red Lion Controls

Als Lieferant für die Anzeigen war die Firma Red Lion Controls vorgesehen, deren Geräte unter anderem die Firma Wachendorff Prozesstechnik vertreibt. Von dort kam die Anregung, alternativ zu den Großanzeigen die „ProducTVity Station“ einzusetzen – ein konfigurierbares Hutschienenmodul, das aus jedem HD-fähigen Fernseher oder Monitor eine universelle KPI-Anzeige beziehungsweise ein Andon-Board macht. Die Investitionskosten für Hardware und Montage waren sogar vergleichbar mit denen für die Segmentanzeigen – bei einer deutlich höheren Funktionalität und einem nicht viel größeren Implementierungsaufwand. Die Konsequenz: Innerhalb weniger Tage wurde aus der Idee, die Stückzähler der Maschinen in der Fertigungshalle sichtbar zu machen, eine umfassende Strategie für eine stetige Produktionsverbesserung. Deren Umsetzung bleibt dabei in der Verantwortung der Produktions- und Instandhaltungstechniker, die genau wissen, an welchen Stellen es „klemmt“.

Möglich ist das nur aufgrund der einfachen Projektierung und Offenheit des Systems, die eine schnelle Implementierung und ständige Verbesserung ohne externe Fachleute oder Spezialisten ermöglichen. Die KPI-Station unterstützt insgesamt über 200 Schnittstellen, Treiber und Protokolle für Steuerungen, Antriebe, Feldbusse, Barcode-Leser und dergleichen, die über beliebige Kommunikationswege (seriell, Ethernet, I/O) in das bestehende Steuerungsumfeld eingebunden werden können. Im Maximalausbau sind über bis zu 16 anreihbare Module bis zu 224 Ein-/Ausgänge sowie 15 verschiedene Pro­tokolle (5 × seriell und 10 × Ethernet) realisierbar. Im konkreten Fall gibt es keine Zugriffsmöglichkeit auf die Maschinensteuerungen, um die benötigten Daten auslesen zu können. Daher wurden diverse digitale Signale wie Zähler und Störmeldekontakte über digitale Ein- und Ausgänge direkt angebunden. Falls notwendig, ist auch die Anbindung analoger Signale (Strom, Spannung, Widerstand, Thermoelemente) zu einem späteren Zeitpunkt möglich.

Sämtliche Daten der Produktionslinien stehen nun an einem Punkt für umfassende Auswertungen zur Verfügung. Durch die Festlegung von Tags für jeden relevanten Datenpunkt schafft die Productivity-Station eine gemeinsame Datenbasis über den gesamten Prozess – die Voraussetzung für eine einfache Anzeige und Weiterverarbeitung der Informationen.

Prozessoptimierung durch konsequentes Datenmining

Die Datenpunkte lassen sich mithilfe der integrierten Logik- und Arithmetik-Funktionen direkt in aussagekräftige Leistungskennzahlen umwandeln und für statistische oder andere Berechnungen nutzen. Beispielsweise sieht der Schichtleiter künftig nicht mehr nur die aktuell produzierte Stückzahl. Das KPI-System vergleicht die Werte mit anderen Linien und den Zielvorgaben. Starke Abweichungen fallen daher sofort auf und können umgehend analysiert werden. Dabei hilft zudem der integrierte Datenlogger, der eine Langzeitanalyse der Produktionsdaten ermöglicht. Die Fertigungsdaten werden dazu in IT-typischen CSV-Dateien (Comma Separated Values) abgelegt, individuell sortiert nach Chargen oder Schichten. Die automatisierte Weitergabe dieser Daten über die integrierten Synchronisierungswerkzeuge (SQL oder FTP) an übergeordnete IT-Lösungen steht bei dem Maschinenbauer bereits auf der Agenda. Schließlich fordern immer mehr Kunden und Behörden in bestimmten Branchen eine lückenlose Kontrolle und Dokumentation der Prozessdaten.

Bislang weitgehend autark und "unbeobachtet", macht die KPI-Station den exakten Status jeder einzelnen Maschine sichtbar.

© Red Lion Controls

Für die Darstellung der KPI-Informationen lassen sich beliebige großformatige-TVs, PC-Monitore oder Projektoren nutzen, deren Anschluss über HDMI oder DVI erfolgt. Programmiert wird die Visualisierung mit Hilfe eines komfortablen HMI-Editors, vergleichbar mit der Projektierung eines Bediengeräts. Vorkonfigurierte Bausteine, Grafiken und Templates brauchen lediglich mit den errechneten Kennzahlen oder Tags kombiniert zu werden. Der Wechsel zwischen einzelnen Bildschirmanzeigen – automatisch oder bei Ereignissen wie Störung, Produkt- oder Schichtwechsel – lässt sich hier ebenfalls definieren. Parallel dazu kann sich das Personal – bei entsprechender Berechtigung und nach einer Authentifizierung – jederzeit über ein browserfähiges Gerät (Smartphone oder PC) mit dem Webserver der ProducTVity-Station verbinden. Über den Webserver hat der Supervisor die Möglichkeit, beliebig zwischen den Bildern umzuschalten, zusätzliche Meldungen auf den Displays vor Ort einzublenden oder sogar die gespeicherten Logdateien und sämtliche Datenpunkte abzurufen. Für die notwendige Sicherheit sorgen dabei Authentifizierung, IP-Beschränkung, Rechteverwaltung und das Aufzeichnen aller Benutzeraktivitäten.

Fehler an einer Linie werden nicht nur unmittelbar auf dem Großbildschirm und weiteren Displays angezeigt. Bei Bedarf sendet die KPI-Station eine SMS oder E-Mail, wenn projektiert sogar inklusive Logfile und den Daten der aktuellen Charge. Diese Funktion ist nicht nur zur Alarmierung der Mitarbeiter sinnvoll, sondern auch zur vorbeugenden Wartung und Überwachung von Verbrauchsmaterial. Bei Erreichen der eingestellten Mindestmenge verschickt das Gerät eine Bedarfsmeldung per E-Mail an das Lager mit Angabe der benötigten Menge und des spätmöglichsten Liefertermins, bevor die Linie leerläuft.

Umgesetzt werden diese Funktionen mittels der Software Crimson 3.0. Alle wesentlichen Bestandteile (Kommunikation, Visualisierung, Webserver, Datenlogger) wurden bei dem Metallverarbeiter damit zunächst konfiguriert und dann Schritt für Schritt verfeinert. Aus der Idee, die aktuell produzierte Stückzahl von zwölf Fertigungszellen anzuzeigen, ist inzwischen eine komfortable Anzeige von Stückzahl, Taktrate, Status, Stillstandzeit und Laufzeit entstanden. Über den Webserver erhält der Schichtleiter jetzt den aktuellen Status über die komplette Produktion. Von seinem PC-Arbeitsplatz aus kann er sämtliche Informationen abrufen und detaillierte Auswertungen fahren.

Produktwechsel besser vorbereiten

Und das Ende der Fahnenstange ist noch nicht erreicht: Mit der geplanten Verknüpfung mit dem ERP-System sollen zusätzlich auftragsbezogene Daten (Kunde, Auftragsnummer, Zielmenge) auf den Monitoren vor Ort und weitere KPIs – wie die Zielerreichung in Prozent sowie die Zeit bis zum Auftragsende – angezeigt werden. Dadurch lassen sich Produktwechsel besser vorbereiten und Rüstzeiten verkürzen. Außerdem soll das Performance-System dann Leistungskennzahlen, insbesondere die Stillstandzeiten, in Logdateien mitschreiben und auswerten. Die Zielsetzung: Schwachstellen frühzeitig aufspüren und Prozesse optimieren.

Flexibel bleibt das Unternehmen ferner hinsichtlich des kontinuierlichen Ausbaus der Applikation: Das Aufschalten weiterer Datenpunkte oder Teilnehmer, eine detailliertere Visualisierung oder die Implementierung weiterer Analysen und Alarmierungsfunktionen – alles kann Schritt für Schritt und ohne zusätzliche Hardware- und Softwarepakete erfolgen.

Autor: Andreas Benz ist Busines Development Manager bei der Firma Red Lion Controls in Speckhövel.