Integration schafft Produktivitätsvorteile

Eine erhebliche Mengensteigerung in der Fertigung bei gleicher Produktionszeit und hohem Qualitätsnivau - das bewirkte die vollständige Automatisierung des Bereichs Bauchemie und der Kreisdissolveranlage bei der Hilti Industriegesellschaft für Befestigungstechnik mbH. Damit können Verbunddübel und Brandschutzmassen künftig wesentlich effizienter hergestellt werden.

Hilti AG, ist in der Baubranche ein Begriff. Das Systemangebot umfasst unter anderem Produkte der Laser-Messtechnik, der Direktmontage und der Bohr- und Dübeltechnik. Dazu kommen die Bereiche Bohr- und Abbaumaschinen, Installationstechnik, Elektrobefestigungssysteme, Bauchemie und Holzbearbeitungsgeräte. Als führendes Unternehmen für Befestigungs- und Abbautechnik unterliegt Hilti allerdings auch der Konjunktur und dem herrschenden Wettbewerbsdruck in der Baubranche. Deshalb müssen Fertigungsprozesse möglichst effizient und störungsfrei ablaufen. Produktivitätsverbesserungen sind wichtiger denn je, um die führende Position am Markt verteidigen zu können.

Das Werk in Kaufering mit 500 Mitarbeitern stellt Brandschutzmassen und Massen fürVerbunddübel her. Expansionspläne und damit die Beschaffung einer Dissolveranlage - einer Dosier- und Mischeinheit zur Herstellung verschiedener Produkte und Teilprodukte von Verbunddübeln und Brandschutzmassen - führten 1999 bei Hilti zu komplexeren Fertigungsabläufen: zusätzliche Komponenten wurden dem Dissolver zugeführt, neue Lager- und Dosiersilos sowie Tanks angebunden.
Die Steuerung der Produktionsanlage, beispielsweise das Verwiegen, Mischen und Dosieren der Fest- und Flüssigkomponenten, wurde bis dato von kleinen Einzellösungen realisiert. Die Daten, beispielsweise über Mischungsverhältnisse, Fertigungstemperatur oder Vakuumgehalt, konnten während der Produktion nicht automatisch protokolliert und archiviert werden. Die Insellösungen in der Mischanlage sollten deshalb durch den Einsatz eines Prozessleitsystems über den gesamten Produktionsprozess hinweg integriert werden. Zusätzlich wurde auch der neue Bereich Brandschutzmasse - in dem zwei verschiedene Produkte gefertigt werden - in das Steuerungssystem eingebunden.
Mit der Realisierung des Prozessleitsystems für beide Bereiche wurde die ProLeiT AG, Herzogenaurach, beauftragt. Die Software-Spezialisten standen vor ehrgeizigen Projektzielen: Hilti wünschte sich im Rahmen der Erneuerung des veralteten Steuer- und Kommunikationssystems eine integrierte Daten- und Chargenrückverfolgung, eine vollautomatische rezeptgesteuerte Dosierung mit Nachdosierimpulsen sowie eine Visualisierung der Prozessdaten und die Möglichkeit des Handbetriebs jedes einzelnen Stellgliedes. Eingriffe in teil- und vollautomatische Prozesse sollten genauso möglich sein wie die Kontrolle und der Abgleich von Anlagen- und Dosierparametern.

Individuelle Rezepturänderung möglich
Für die Automatisierung der Prozesse wurde für beide Bereiche die Steuerung Simatic S7-400 implementiert. PC-seitig ist das System mit einem Datenserver zur Haltung, Protokollierung und Archivierung der Prozessdaten sowie mit zwei Bedienstationen zur Überwachung, Visualisierung und Bedienung der Anlagen ausgestattet worden. Das eingesetzte Plant Batch iT-System von ProLeiT ist auf die spezifischen Anforderungen chargengesteuerter Prozesse abgestimmt. Ein Konfigurationstool dient der Parametrierung der technologischen Anlagenstruktur. Spezielle Parameter der Dissolveranlage sowie einzelne Grundfunktionen können hier festgelegt werden. Damit entsteht ein Anlagenmodell, das die technischen Gegebenheiten wiederspiegelt und die Basis ist, um Herstellvorschriften und Steuerrezepte zu erstellen und auszuführen. Der Server führt als Systemdienst zentrale Kommunikations- und Koordinierungsfunktionen auf der Anlagenebene aus. Ein weiterer Vorteil ist, dass Steuerrezepte chargenbezogen generiert und zur ausführenden Steuerung transferiert werden können.
Wichtiger Bestandteil der Steuerung war für Hilti vor allem die Möglichkeit der Auftrags- und Chargenprotokolle. Bislang wurden die verwogenen Produkte händisch protokolliert, die Chargennummern aus dem Produktions- und Auftragssteuerungs-System hinzugezogen. Das Batch-iT-System gewährleistet nun eine automatische Protokollierung aller Auftrags- und Chargendaten, so dass eine optimale Rückverfolgung der Chargendaten mit Messwertaufzeichnung möglich ist. Zusätzlich ermöglicht die lückenlose Protokollierung der Chargennummern für Rohstoffe und Produkte eine durchgängige Chargenverfolgung vom Lieferanten des Rohstoffs bis hin zum Endprodukt.
Eine weitere Anforderung war auch die Möglichkeit der individuellen Änderung der Rezepturen, teilweise während des Produktionsprozesses. Dadurch sollen erlangte Erfahrungen und Erkenntnisse eingearbeitet und damit genauere Herstellvorschriften gewonnen werden. Wichtig ist aber auch, bereits im Vorfeld bekannte Rohstoffchargendifferenzen eines Artikels auszugleichen. Dem Anlagenbediener werden anhand einer Matrix alle aktuell in der Anlage laufenden Chargen als Übersicht gezeigt. In der Detailansicht einer Charge kann der Bediener jederzeit laufende und noch anstehende Prozesse anhalten oder auch abbrechen, sowie deren Sollwerte und Steuerparameter ändern. Um verschiedene Rohstoffchargen eines Artikels auszugleichen, werden Grundrezepturen mit anteiligen Toleranzgrenzen für die einzelnen Komponenten erstellt. Hierbei bleibt der wichtige Gesichtspunkt des Grundmischungsverhältnises eines Produktes im Vordergrund. Es bleibt stets erhalten, dem Anlagenbediener ist es nur mit Einschränkungen möglich, Komponentenanteile eines Produktes in festgelegten Grenzen zu variieren. Die Struktur der Gesamtrezeptur wird hiervon aber nicht beeinflusst, da das System dies durch die Prüfung von Benutzerrechten abfängt und unterbindet. Hierdurch wird die Hauptzusammensetzung eines Produktes sowie das Mitwirken des Anlagenbedieners aufgrund des geschaffenen Freiraumes zum Rohstoffchargenausgleich gewährleistet und dadurch eine ständige gleichbleibende Produktqualität erzielt.
Die gesamte Anlage wird am PC visualisiert. Dadurch ist eine optimale Fertigungsüberwachung und Störungsanalyse möglich. Auf den visualisierten Prozessbildern sind nun beispielsweise die verschiedenne Stadien von Stellgliedern, Werte von Drehzahlen, Fertigungstemperaturen, Druck, Waagengewichte und Füllstände sowie anstehende Warnungen und Meldungen ersichtlich. Bei Handverwiegungen werden dem Anlagenbediener über ein integriertes Display des Waagenterminals vor Ort die Komponenten mit Sollwert sowie ein Unter- beziehungsweise Überschreiten des zulässigen Toleranzfensters angezeigt. Alle automatischen Dosierungen werden durch einstellbare Dosierparameter (Grobstrom- u. Feinstromvorhalt, Nachdosierimpulsdauer, Waagenberuhigungszeit) optimiert und somit an den Sollwert geführt.
Für die Anbindung der Wägezellen sind Waagenterminals vom Typ IT9000 im Einsatz. Diese dezentralen Profibus-Teilnehmer sind über Profibus-DP an die Simatic S7-400 gekoppelt. Die automatischen Dosierungen mit gleichzeitigem Unterrühren auf einer Waage werden hierbei vollautomatisch vom ProLeiT BatchiT koordiniert, überwacht und gesteuert. Dieses synchrone Abarbeiten beider Prozesse erzielt erhebliche Zeiteinsparungen bei der Produktion.

Meldung an die Qualitätssicherung
Um dauerhaft eine hohe Produktqualität garantieren zu können, setzt Hilti ein internes CAQ-System ein. Die Produktionswerte und Qualitätsdaten der Fertigungsprozesse werden aus dem neuen Steuerungssystem als Textfile an das CAQ-System gesendet. Nach jeder produzierten Charge erfolgt auf diesem Weg eine Rückmeldung der Ist-Werte an das Qualitäts-Sicherungssystem. Dies geschieht sehr detailliert, indem der Minimum- und Maximum-Wert jeder Komponente erfasst wird, alle Soll- und Ist-Werte sowie die Chargennummern. Dadurch wird die Fehleranalyse erheblich erleichtert. Zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit trägt ebenfalls bei, dass Störungen, beispielsweise an Peripheriegeräten, Netzwerkverbindungen oder innerhalb von Programmabläufen sofort gemeldet und schnell behoben werden können. Durch die Visualisierung der gesamten Anlage an der Bedienstation können Fehler- und Störmeldungen ebenfalls sehr schnell erkannt werden. Auch die Möglichkeit der Handbedienung jedes einzelnen Stellgliedes und des Eingriffs in alle Prozesse wirkt sich unmittelbar auf die Produktivität aus. Heute fertigt die Dissolveranlage im Vergleich zur Vorläuferanlage die dreifache Menge an Verbunddübelkomponenten in der gleichen Zeit. Möglich wird dies unter anderem durch den parallelen Wiege- und Mischprozess, eine Grundfunktion im Batch iT-System. Integriert werden künftig auch das komplette Tanklager, ein zweiter Dissolver, alle Innen- und Außensilos sowie ein weiterer Bereich für die Verbunddübel-Fertigung. Durch die Einbindung der ProLeiT-Materialwirtschaft, ein Programm zur Verwaltung, Koordinierung und Kontrolle von Artikel- und Produktbeständen in ihren jeweiligen Lagerorten, werden künftig auch zeitintensive Bestandsabgleichungen und Inventuren effektiver durchgeführt werden können. Die neuen Projekte in der Hilti-Fertigung stehen also schon fest: Künftig werden fünf SIMATIC S7-400 mit insgesamt 6 PC's zum Einsatz kommen.