Smart Factory für die Produktion von Spezialschmierstoffen der Zukunft Unterschiedliche Rezepturen und Gebindearten jederzeit im Griff - wirautomatisierer

Smart Factory für die Produktion von Spezialschmierstoffen der Zukunft

Unterschiedliche Rezepturen und Gebindearten jederzeit im Griff

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Im Bereich der Schmierfettproduktion hat Rhenus Lub in Mönchengladbach einen wichtigen Schritt zu Industrie 4.0 und damit der Smart Factory in der Prozesstechnik vollzogen. Schmierfette – gerade im Bereich hochbelasteter Lager ein wichtiges Konstruktionselement – lassen sich auf diese Weise noch besser auf die jeweiligen individuellen Kundenanforderungen abstimmen. Möglich macht dies eine durchgängige vertikale wie horizontale Vernetzung, die zusammen mit den Automatisierungsspezialisten von Process Automation Solution umgesetzt wurde.

Die Autoren: Stephan Engels ist Abteilungsleiter bei der Process Automation Solutions GmbH, Ellen-Christine Reiff Redakteurin im Redaktionsbüro Stutensee

Schlagworte wie Industrie 4.0 und ‚Smart Factory‘ sind heute in aller Munde. Doch lassen sich die dahinter stehenden Konzepte auch in der Prozessindustrie nutzen? In der Realität sind Umsetzungen rar, zumal die Voraussetzungen – eine wirklich durchgängige sowohl horizontale als auch vertikale Vernetzung – selten gegeben sind. Vielerorts Praxis sind dagegen manuelle Arbeitsabläufe: Arbeitsaufträgen in Papierform folgend wird der Prozess manuell abgearbeitet, Ergebnisse – wie beispielsweise tatsächlich dosierte Mengen – werden anschließend wieder ‚händisch‘ in die verwaltenden Systeme eingegeben. Das ist umständlich, fehleranfällig, ineffizient und erschwert Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit.
Die Smart Factory in der Prozessindustrie existiert allerdings schon: Der Mönchengladbacher Schmierstoffspezialist Rhenus Lub setzt auf moderne Automatisierungstechnik und hat damit einen wichtigen Schritt zu Industrie 4.0 vollzogen. Mit den Automatisierungsspezialisten der Process Automation Solution GmbH (vormals M+W Process Automation GmbH) als Partner wurden die entsprechenden Maßnahmen zur durchgängigen digitalen Vernetzung der Fettproduktion vom ERP-System bis hinein in die Produktionsanlage umgesetzt; von der Kommissionierung bis hin zur Abfüllung.
Hoch beanspruchte Lager erfordern angepasste Schmierstoffe
Schmierstoffe gelten in der Lebensdauerschmierung als unverzichtbares Konstruktionselement. Sie sorgen dafür, dass hoch beanspruchte Lager in Schienen- und Kraftfahrzeugen, Walzwerken und im Maschinenbau über Jahre und Jahrzehnte zuverlässig funktionieren. Allerdings steigen in diesen Anwendungsbereichen die Anforderungen ständig; die Fertigungsprozesse für die Schmierstoffe werden immer aufwändiger, verlangen aber gleichzeitig ein Höchstmaß an Flexibilität, um etwa das Verhältnis zwischen Nachfrage und Herstellung möglichst effizient in Einklang zu bringen.
Um hier auch zukünftig führend zu bleiben, setzt Rhenus Lub seinen Kurs konsequent fort, der 2006 mit der Eröffnung der hochmodernen Fettfabrik am Firmensitz in Mönchengladbach begann. Dazu wurden im nächsten Schritt nun die immer komplexer werdenden Fertigungsprozesse für Schmierfette mit neuester Prozessleittechnik (PLS) inklusive Batchsystem zur Chargensteuerung und einem Manufacturing Execution System (MES) automatisiert und diese mit dem ERP-System vernetzt.
Das besondere an der Lösung ist nicht nur die komplette vertikale Vernetzung des ERP-Systems über das MES bis hin zum PLS, sondern auch die horizontale Vernetzung (siehe Grafik).
  • Dies beginnt bei der Kommissionierung, bei dem die Mitarbeiter alle notwendigen Handzugaben vor Beginn des eigentlichen Produktionsvorgangs abwiegen und mit Barcodeausdrucken versehen.
  • Der nächste Schritt ist die batchgeführte Produktion mit den entsprechenden Verfahrensschritten, wie zum Beispiel automatischen Dosagen und Handzugaben, die mit den Handscannern verifiziert werden. Abschließend folgt ein Homogenisierungsschritt.
  • Das Abfüllen des Produktes geschieht wiederum mit extra Abfüllaufträgen in vielfältige Gebindeformen.
Die unterschiedlichen Rezepturen und vielen Gebindearten ermöglichen bis zu 1000 verschiedene Fertigungsvarianten, die im System abgebildet werden müssen. Da bei den Abfüll- und Homogenisierungsvorgängen die Anlagenteile neben den festen Rohrleitungsverbindungen auch mittels Schlauchleitungen verbunden sind, müssen diese Wege auch über das MES und Handscanner verifiziert werden.
Umsetzung erfordert detaillierte Analysen und Planung
Um die Herstellung der Schmierfette in der beschriebenen Weise abzubilden, war es zunächst notwendig, sämtliche Arbeitsabläufe zu analysieren und die im ERP-System hinterlegten Herstellanweisungen als normenkonforme Rezeptur zu formulieren. Neben genau definierten Mengen an Rohstoffen und Additiven zählen dazu insbesondere auch Prozessparameter wie
  • Temperatur,
  • Rührwerkseinstellungen,
  • Reaktionszeiten oder
  • präzise Zeitpunkte für die Zugabe von Einsatzstoffen.
Hier kamen die Spezialisten der Process Automation Solution ins Spiel. Als Grundlage für diese Aufgabe analysierten sie zunächst die Arbeitsprozesse, erstellten ein Umsetzungskonzept und entwickelten auf Basis der bereits vorhandenen Hardware in der Produktionsanlage die neue Automatisierungsstruktur. Im nächsten Schritt wurden detaillierte Spezifikationen für das Prozessleitsystem – inklusive flexibler Chargensteuerung – und für das MES erstellt, nach denen das System umgesetzt wurde. Die MES-Funktionen umfassen Auftrags- und Materialverwaltung ebenso wie die Vorkommissionierung, die Verifizierung der manuellen Zugaben der Rohstoffe in den Rührkessel, Qualitätskontrollen im Labor, Wegeverifizierung für die Abfüllung, Protokollfunktionen und natürlich die Schnittstelle zum ERP-System und zum Prozessleitsystem.
Das ERP-System und die Automatisierungsebene der Produktion sind nun durch Chargensteuerung und MES miteinander verbunden – womit die Automatisierungslücke zwischen Bürowelt mit Auftragsannahme und der Produktionsanlage geschlossen ist. Das gewährleistet eine durchgängige Dokumentation und zeitgenaue Verfolgbarkeit des kompletten Fertigungsprozesses. Eine Herausforderung bei der Installation der neuen Automatisierungslösung war allerdings, dass der laufende Produktionsbetrieb so wenig wie möglich beeinträchtigt werden sollte. Dazu wurde das neue System an verschiedenen Wochenenden während der üblichen Abstellphasen getestet. Dies, der hohe Einsatz aller Beteiligten und ein Funktionstest der Applikation bei Process Automation Solutions im Vorfeld trugen dazu bei, dass das System im Dezember 2014 in Betrieb genommen werden konnte.
Bedienerführung für definierten Ablauf und Nachvollziehbarkeit
Arbeitsabläufe, die sich auch weiterhin nicht automatisieren lassen, werden übrigens heute durch die Bedienerführung am System unterstützt. Für die einzelnen Aufträge und die entsprechenden Rezepturen gibt es Aufforderungen, die der Bediener chronologisch ausführen muss. So lässt sich ein bestimmter Rohstoff erst dann zufügen, wenn der entsprechende Arbeitsschritt ansteht und per Scanner die Identifikationsnummer des entsprechenden Behälters und des Stoffes korrekt erfasst wurde. Ist dieser Job erledigt, wird quittiert und der nächste Ablaufschritt freigeschaltet.
An den Bedienstationen des Prozessleitsystems und MES sind alle relevanten Informationen auf einen Blick verfügbar und in Hinblick auf Übersichtlichkeit dargestellt. Dabei wurden viele Elemente des sogenannten ‚High Performance HMI‘ umgesetzt. Das ermöglicht ergonomisches, ermüdungsfreies Arbeiten und vermeidet Fehler. Durch die Bedienerführung ist zudem jederzeit dokumentiert, wer welchen Arbeitsschritt wann und wo ausgeführt hat. Die Bedienanforderungen werden im Prozessbetrieb aus den Rezepten angestoßen und an das MES übermittelt. Der Ablauf des Prozesses ist nur einmal im System, nämlich im Rezeptursystem, hinterlegt. Das vereinfacht die Synchronisation des MES mit dem Prozessleitsystem erheblich und die Prozesse bleiben weiterhin flexibel.
Für die Schmierfettproduktion ergibt sich durch die neue Automatisierungslösung gleich eine ganze Reihe an Verbesserungen. Die Gefahr von Fehlchargen ist minimiert, der Anlagennutzungsgrad steigt, weil sich die Auftragsabwicklung besser planen lässt, und die Online-Prozessüberwachung ermöglicht eine kontinuierliche Prozessoptimierung. Letztendlich steigt durch all dies die Kundenzufriedenheit, denn Qualität, Liefertreue und kurze Lieferzeiten weiß schließlich jeder zu schätzen. Rhenus Lub ist mit der hochmodernen und intelligenten Fettproduktion in Mönchengladbach somit erfolgreich im Industriezeitalter 4.0 angekommen und weiter in Richtung Zukunft unterwegs. co
„Schmierstoffe werden immer aufwändiger, verlangen aber gleichzeitig ein Höchstmaß an Flexibilität, um etwa das Verhältnis zwischen Nachfrage und Herstellung möglichst effizient in Einklang zu bringen.“
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