Die Maschinen rüsten sich selbst

Die Vision einer smarten Produktion nimmt bei vielen mittelständischen Unternehmen bereits konkrete Züge an. Das Familienunternehmen Spelsberg macht erfolgreich vor, wie der Einstieg zur smarten Produktion optimal gelingt.

„Industrie 4.0 ist durchaus machbar und bringt einen großen Nutzen, aber man muss den Weg wirklich konsequent gehen“, so Cynthia Schmeißer, ERP-Verantwortliche bei der Günther Spelsberg GmbH Co. KG. Der Mittelständler ist marktführend im Bereich der Elektroinstallations- und Gehäusetechnik.

Pro Tag stellt das Unternehmen an den Produktionsstätten in Schalksmühle und Buttstädt 150.000 Kunststoffgehäuse für die Elektrotechnik und Industrie her. Während im thüringischen Buttstädt die Serienproduktion erfolgt, orientiert sich Spelsberg im nordrhein-westfälischen Schalksmühle zunehmend an individuellen Kundenwünschen – etwa aus dem Maschinenbau. Das bedeutet kleinere Losgrößen, mehr Auftragswechsel sowie steigende Rüstzeiten. Damit wächst der Druck auf die Produktivität.

Um dem entgegenzuwirken und die Produktions- und vor allem die Rüstzeiten auch bei kleinen Losgrößen zu minimieren, setzte sich Spelsberg zum Ziel, die Automatisierung in der Fertigung für alle Bereiche voranzutreiben. Im ersten Schritt wollten die Verantwortlichen das ERP-System so mit den Anlagen kommunizieren lassen, dass sich die Maschinen auftragsspezifisch selbst rüsten, sobald die Bediener den Auftrag gestartet haben.


Neue Montagelinie wird zum Industrie 4.0-Piloten

Den konkreten Anlass gab der anstehende Relaunch eines der wichtigsten Produkte: Gehäuse für Sicherungsautomaten. Diese neue Montagelinie, die in Buttstädt seriell in wenigen Varianten gefertigt wird, wurde zum Industrie 4.0-Pilotprojekt.

Sobald die Automatengehäuse die Endmontage erreichen, übermittelt proALPHA die Auftragsdaten direkt an die Maschine. Für die Qualitätssicherung prüft eine integrierte Kamera zunächst die Größe des eingelegten Kastens. Die Maschine meldet einen Fehler, wenn sie nicht dem aktuellen Auftrag entspricht. Stimmt alles, wird eine Rückmeldenummer eingedruckt, um die lückenlose Rückverfolgbarkeit zu gewährleisten. Je nach Kastentyp erfolgt dann der Einbau von Doppelmembranstutzen und die Montage eines Belüftungselements an den Handarbeitsplätzen sowie kurz vor dem Verpacken die Ergänzung des Zubehörbeutels. Die zugehörigen Gehäusedeckel durchlaufen die entsprechenden Arbeitsschritte.


Kleiner Rahmen für große Pläne

Im Pilotprojekt lief der Informationsaustausch über RFID-Chips, die auf Gehäusen und Deckeln angebracht wurden. Per RFID-Reader nahmen die Maschinen die Auftragsdaten entgegen. So „wusste“ die Maschine für die Deckelmontage beispielsweise, wie viele Schrauben sie in welcher Position am Deckel anbringen muss und justierte sich automatisch.

Allerdings ging das nicht ohne Hürden. Die RFID Reader hatten eine zu große Reichweite: Sie erfassten anfangs auch Daten, die nicht für sie bestimmt waren. Als sich per RFID-Signal etwa die Etikettiermaschine in Gang setzen sollte, rüstete sich stattdessen die Maschine gegenüber um. Erst als Spelsberg den RFID Reader entsprechend fein justierte, kamen die Signale dort an, wo sie sollten.


 


Sechsmal so schnell gerüstet

Das Konzept des Pilotprojekts hatte sich in seinem beschränkten, abgeschlossenen Rahmen bewährt, denn der positive Effekt der Automatisierung zeigte sich unmittelbar: Die Rüstzeiten pro Auftrag konnten in Buttstädt auf ein Sechstel reduziert werden – eine Ersparnis von fünf Minuten pro Rüstvorgang bzw. durchschnittlich einer Stunde pro Maschine auf den Tag gerechnet. Im Rahmen des Pilotprojekts entspricht ein Los mindestens einer Palette mit maximal 70 Stück. Dementsprechend ist die Anzahl an Rüstvorgängen begrenzt.

In Schalksmühle dagegen wird teilweise über mehrere Schichten in Losgröße 1 gefertigt. Hier will Spelsberg die RFID-Technologie zusammen mit den Erfahrungen aus dem Pilotprojekt gezielt nutzen. Jeder Kasten soll dann mit einem Smart Label versehen werden, das die Maschine bei der kundenindividuellen Montage weitestgehend steuert.

„Wenn – wie in Schalksmühle – die Produkte in der Montage kontinuierlich wechseln, macht es tatsächlich Sinn, dass jeder einzelne Kasten per RFID-Tag alle Fertigungsinformationen mit sich führt, also seine Montageanleitung, den Arbeitsplan und die Stückliste“, erläutert Cynthia Schmeißer.


Die Einbindung der Maschinen ins Netz 

In Buttstädt hat Spelsberg den Informationsaustausch inzwischen umgestellt: Was im Pilotprojekt noch auf den RFID-Tag geschrieben wurde, wird mittlerweile über LAN direkt an die Maschine übermittelt. Dies vermeidet nicht nur Umwege, die Zeitersparnis schlägt bereits bei kleinen Serien zu Buche. Noch werden nur die Auftragsdaten über Open Database Connectivity (ODBC) aus dem proALPHA ERP eingespeist. In konkreter Planung ist aber ein Ausbau dieser Kommunikation: Dann soll die Maschine dem ERP rückmelden, was mit welcher Taktzeit erledigt wurde.

Die Herausforderung liegt hier noch darin, die Maschinensteuerung per OPC (Open Platform Communications) oder OPC UA anzusprechen, um Daten vom OPC-Server direkt zu übermitteln. Dies ist bisher nicht möglich, da der Hersteller die LAN-Verbindung in der Vergangenheit nur für die Fernwartung genutzt hatte.

„Wir lernen laufend dazu und gehen damit jedes neue Industrie 4.0-Projekt viel effektiver an.“ Cynthia Schmeißer, ERP-Verantwortliche bei Günther Spelsberg GmbH & Co. KG:  „Der OPC-Standard ist bei unseren Maschinenherstellern noch nicht angekommen, da fehlt definitiv noch das Umdenken“, bedauert Cynthia Schmeißer. Der Datenaustausch zwischen dem OPC-Server und den Maschinen musste damals vorerst über ASCII-Dateien erfolgen. „Auf diese Weise sind wir in unserem Pilotprojekt schneller zum Ziel gekommen, obwohl eine elegantere Lösung technisch durchaus schon möglich wäre.“


Maschinensteuerung via Produktionsportal

Mehr Effizienz und Nutzerkomfort bringt indessen das proALPHA Webportal. Es dient als Oberfläche, über die die Mitarbeiter den Montageprozess per Touch-Funktion an ihren Tablets oder Touchscreens manuell steuern. Dies war vordem nur eingeschränkt über ein Fremdprodukt möglich. In diesem „Produktionsportal” finden die Mitarbeiter alle wichtigen Informationen zu den Produktionsaufträgen – beispielsweise die Teiledokumente aus dem DMS oder eine bebilderte Stückliste für die Stücklistenkontrolle. Aktuell sind zwei Maschinen an das auf Spelsberg zugeschnittene Portal angebunden – der weitere Ausbau ist geplant.

Und damit nicht genug: Spelsberg erprobt derzeit als Pilotkunde die Maschinendatenerfassung über die zentrale Kommunikationsplattform „Integration Workbench“ (INWB) von proALPHA mit dem Raspberry Pi als “Schnittstellenmanager”. Auf diesem Weg sollen Maschinen mit den verschiedensten Protokollen in Zukunft per INWB unmittelbar mit dem ERP-System kommunizieren – in beide Richtungen. Als Pilot nutzt Spelsberg die bewährte Montagelinie in Buttstädt.

„Die Erfahrungen, die wir in unseren bisherigen Pilotversuchen gesammelt haben, sind unbezahlbar. Wir lernen laufend dazu und gehen damit jedes neue Industrie 4.0-Projekt viel effektiver an“, sagt Cynthia Schmeißer.  „Was beim ersten Produkt mit einer Einsparung von einer Stunde Rüstzeit pro Maschine begonnen hat, summiert sich, je mehr Maschinen in unsere Industrie 4.0 Szenarien eingebaut werden.“


Highlights:

    Das ERP-System übermittelt Auftragsdaten direkt an die Maschinen

    Maschinen rüsten sich auftragsspezifisch selbst

    Rüstzeiten pro Auftrag konnten auf ein Sechstel reduziert werden

    „Produktionsportal“ steuert Maschinen

    Erfahrungen aus Pilotprojekten fließen in weitere Fertigungsbereiche ein

 

Name:  Günther Spelsberg GmbH & Co. KG

Branche: Kunststoffindustrie

proALPHA-Kunde: seit 1998

Website: www.spelsberg.de

Produkte: Kunststoffgehäuse und -kästen für Elektrotechnik und Industrie

Standorte: Schalksmühle, Buttstädt, Tochtergesellschaften in England, Tschechien, Spanien, Niederlande, Dänemark, Schweden, Norwegen 

Mitarbeiter: rund 450 (2017)

Umsatz: rund 70 Mio. € (2017)

 

Kontakt
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Web: www.proalpha.de