Von Industrie 4.0 zu Galvanik 4.1

Von den Forschungsergebnissen zur Umsetzung im ERP-System

Von Michael Hellmuth, Karlsruhe

Im Rahmen eines ZIM-geförderten Projekts entwickelte die Softec AG Schnittstellen sowie neue Tools zur Optimierung der Produktion einer Galvanik auf Basis von Produktionsdaten und Ressourcenverbräuchen. Ein wichtiger Bestandteil der neuen Funktionalität ist außerdem die Echtzeit-Kommunikation zwischen Anlagensteuerung und ERP-System, die in Zusammenarbeit mit der DiTEC GmbH entstand. Daraus resultiert die Bewertbarkeit von Planungsszenarien und durch die Rückmeldung einzelner Anlagen besteht die Möglichkeit der Optimierung der Planung. Gleichzeitig hilft die Auswertung von Verbräuchen dabei, Transparenz im Hinblick auf die REACh-Anforderungen zu schaffen und Ressourcen einzusparen.

Im vorhergehenden Artikel der Serie Von Industrie 4.0 zu Galvanik 4.1 befassten sich Forscher des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig mit einer Prozesskettensimulation einer Galvanikanlage und konnten über Stoffstrommodelle Energie-, Stromverbräuche und sogar die Konzentrationen einzelner Elektrolytbestandteile mit hoher Genauigkeit abbilden. In diesem Beitrag geht es darum, wie die Ergebnisse der Simulationen in einem ERP-System eingesetzt werden können, um Planungsprozesse zu optimieren. Zusätzlich zur Simulation der TU Braunschweig wurden Modelle des IFF der Universität Stuttgart und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) verwendet, die in Teil 5 der Artikelserie näher betrachtet werden.

ERP steht für Enterprise Resource Planning. Damit werden Systeme bezeichnet, die alle Unternehmensprozesse planen, steuern und optimieren können. In der Oberflächentechnik handelt es sich dabei nicht nur um kaufmännische Daten. Insbesondere die technische Abbildung der Produktionsprozesse mit allen Parametern ist wichtig, um eine effektive Planung und Optimierung zu ermöglichen. Diese Abbildung im Programm erfolgt auch für jeden einzelnen Artikel – jeder Artikel bekommt einen digitalen Zwilling. So können alle Artikel individuell im ERP-System überwacht werden. Damit alle notwendigen Daten an das ERP-System übermittelt werden können, wurden im Rahmen des Projekts Schnittstellen für den Informationsaustausch entwickelt. Ziel der Schnittstellen war es, die effektive Kommunikation im gesamten Produktionsprozess zu ermöglichen – mit Produktionsanlagen, Messgeräten, Zählwerken und mobilen Erfassungsgeräten als auch nach außen zu Kunden oder Lieferanten.

Dezentrale Planung mit Rückmeldung

Ein zentraler Bestandteil der Umsetzung für das Galvanik 4.1-Projekt war die Erweiterung der Planung durch Rückmeldung einzelner Anlagen. Normalerweise läuft die Planung in einem galvanotechnischen Unternehmen folgendermaßen ab: Disponenten planen Aufträge nach Wunschterminen von Kunden und priorisieren diese. Für jeden Artikel gibt es einen Bearbeitungsprozess mit einzelnen Prozessschritten. Aus Prozess- und Auftragsdaten lässt sich so die Dauer der Prozessschritte und die Anzahl benötigter Warenträger errechnen.

Um die Rückmeldung zu ermöglichen, werden diese vorgeplanten Daten dann an die einzelnen Anlagen gesendet, an denen die Feinplanung und Simulation des Durchlaufs stattfindet. Die Anlagensteuerung kann so die Reihenfolge der Aufträge optimieren – dezentral, an jeder einzelnen Anlage. Die dezentrale Optimierung und Simulation sind deshalb so wichtig, da jede Anlage unterschiedlich ist und eine genaue Abbildung beziehungsweise Modellierung im ERP-System nicht im notwendigen Detaillierungsgrad möglich ist.

Sobald die Optimierung abgeschlossen ist, werden die Ergebnisse zurück an die Planung im ERP-System gesendet, wo dann bereits der Durchsatz mit Ressourcenverbrauch und Umsatz angezeigt wird. Daraufhin kann in der Planung auf die Ergebnisse reagiert – und falls nötig – umgeplant werden. Außerdem können Anlagen bei Störungen die Auftragsreihenfolge so planen, dass der Ausfall einzelner Prozesspositionen möglichst gut kompensiert wird. Die veränderte Planungssituation wird zur Anlage übermittelt, diese optimiert die Planung und schickt die Daten zurück. So werden Planungsszenarien vergleichbar und damit auch bewertbar. Es findet eine kontinuierliche Optimierung durch die Rückmeldung einzelner Anlagen statt. Dies spart bereits Ressourcen ein. Doch um noch effizienter zu arbeiten, kann die Verschleppung von Chemikalien miteinbezogen werden.

Verschleppung und Ressourceneffizienz

Im vorigen Artikel wurde beschrieben, wie aufwendig bisher die Konzentration und Zusammensetzung von Elektrolyten in Galvanikproduktionen analysiert wurde. Eine Schlussfolgerung aus der Analyse war, dass eine Einteilung in Verschleppungskategorien helfen kann, den Ressourcenverbrauch mit vergleichsweise wenig Aufwand zu verfolgen. Im ERP-System werden die Verschleppungskategorien umgesetzt, indem jedem Artikel eine der Kategorien zugewiesen werden muss. Allerdings muss für die sinnvolle Auswertung der Daten ein weiterer Schritt erfolgen. In Galvanikautomaten werden normalerweise 20 bis 30 Warenträger oder Trommeln gleichzeitig bearbeitet, wodurch die Zuordnung zu einem einzelnen Artikel erschwert wird. Daher muss der Ressourcenverbrauch pro Position und Warenträger ermittelt und für den Durchlauf artikel- beziehungsweise auftragsbezogen summiert werden. Die Daten dafür erfasst die Steuerung der Anlage. Dabei besteht auch die Möglichkeit, für einzelne Anlagen einen Korrekturfaktor zu hinterlegen. Dieser dient der Anpassung der vom ERP vorhergesagten Verschleppung an der entsprechenden Anlage: Beispielsweise führen bei Trommelanlagen unterschiedliche Bohrungen zu verändertem Verschleppungsverhalten.

Im ERP-System werden zur Auswertung der übermittelten Daten zwei Journale geführt: ein Produktionsjournal und ein Ressourcenjournal. Betriebsdaten wie Auftrag, Artikel und Zeitraum befinden sich im Produktionsjournal und werden ergänzt durch das Ressourcenjournal, in dem Informationen über den Ressourcenverbrauch hinterlegt sind. Dazu gehören die eingesetzten Chemikalien und Elektrolyte, aber auch der gemessene Stromverbrauch. Um die Vergleichbarkeit zu ermöglichen, werden diverse Indikatoren verwendet. In diesem Fall handelt es sich dabei um das Global Warming Potential (GWP), Cumulative Energy Demand (CED) und die Kosten in Euro. Für jede Ressource kann für einen bestimmten Zeitraum die verbrauchte Menge über diese Indikatoren angegeben werden. Je nach Detailgrad der Erfassung lassen sich Aussagen für verschiedene Zeiträume treffen. So kann beispielsweise der monatliche Verbrauch angegeben werden; bei warenträgergenauer Erfassung sind Auswertungen bis auf Artikelebene möglich. Die entsprechenden Daten können bei der Bearbeitung an der Anlage zusammen mit den Betriebsdaten an das ERP-System rückgemeldet werden, wodurch die artikelgenaue Auswertung realisiert werden kann.

Ausblick und Zusammenfassung

Durch eine Planung mit Rückmeldung von Planungsdaten einzelner Anlagen, werden Planungsszenarien bewertbar und lassen sich optimieren. Mit geeigneten Schnittstellen und der Einführung von Verschleppungskategorien kann die Anlage proaktiv über kommende Aufträge und die zu erwartende Belastung der Arbeitspositionen informiert werden. Durch eine passende und genaue Zudosierung kann die Anlage den Ressourcenverbrauch auf das notwendige Maß reduzieren. Die zentrale Verfügbarkeit der Daten im ERP-System vereinfacht die Einhaltung der Anforderungen von REACh. Komplexe Vorgänge in einer Galvanikproduktion können nun mit Zahlen belegt werden und Bewertungen müssen nicht mehr nach Gefühl vorgenommen werden. Mit einer größeren Datenbasis können möglicherweise noch weitere Optimierungsnotwendigkeiten aufgezeigt werden. Ein ERP-System kann allerdings nicht alleine für die Optimierung in der Produktion in diesem Detaillierungsgrad sorgen. Erst durch das Zusammenspiel der Anlagensteuerung und des ERP-Systems entsteht der Mehrwert. Damit ist Galvanik 4.1 möglich.

Veröffentlicht in WoMag 02/19