Wenn Produkte sich eigenständig ihren Weg durch die Fertigung suchen, sprechen wir von Industrie 4.0. Das bedeutet, dass Bauteile, Prozesse und Systeme über Produktionsstätten hinweg selbstständig miteinander kommunizieren und beispielsweise bei Bedarf eigenständig Reparaturen, Nacharbeiten oder logistische Prozesse veranlassen. Ein zentraler Bestandteil davon sind Cyber Physical Systems (CPS). Sie zeichnen sich durch einen sehr hohen Grad der Vernetzung, Interoperabilität und der Fähigkeit aus, (teil-)autonom zu agieren. Ein wichtiges Kriterium für CPS ist, dass die jeweiligen Systeme als smarte, individuelle Bausteine konstruiert sind, die sich ohne große Anpassungen in bestehende Fertigungseinheiten oder Fabriken integrieren lassen.
Wie Industrie 4.0 in der Messtechnik heute schon funktioniert, zeigt eine hochflexible Kolbenmess- und Montageanlage von Philipp Hafner (Halle 3, Stand 3104). Entwickelt wurde ein flexibel, komplett modular skalierbarer und ressourcenschonender Prozess. Durch den Einsatz verschiedener Lokalisierungs-, Identifikations-, Navigations- und Kommunikationstechnologien lässt sich die Anlage kundenseitig in einen bereits bestehenden CPS-Verbund integrieren. Auch kann sie als initialer Baustein für den Aufbau eines CPS-Verbunds eingesetzt oder autark betrieben werden. Somit lassen sich alle denkbaren Einsatzszenarien abbilden.
Zu den Vorteilen der Gesamtanlage gehört die deutliche Reduzierung von Rüstzeiten: Durch die Vereinfachung vormals komplexer Rüstvorgänge (Einsatz von einstellfreien Wechselteilen) und durch automatisierte, RFID-gestützte Einstellmechanismen lassen sich bei zwei Rüstvorgängen pro Woche Einsparungen in Höhe von rund 3,5 Mann-Monaten pro Jahr gegenüber herkömmlichen Mess- und Montageanlagen realisieren.
Ein weiterer Vorteil ist die lückenlose Rückverfolgbarkeit von Kolben: Durch den Einsatz von RFID-Chips und Data Matrix Codes (DMC) lassen sich Mess- und Prozessdaten wie zum Beispiel Oberflächenprüfbilder einzelnen Komponenten – zum Beispiel Kolben, Kolbenringe und Kolbenbolzen – zuordnen. Sollten einzelne Komponenten nicht codiert sein, ist mittels codierter Nachfüllpackung immer noch eine lückenlose Chargen-Rückverfolgung sichergestellt.
Die Kolbenmess- und Montageanlage zeichnet sich durch eine hohe Integrations- und Skalierungsfähigkeit aus: Die individuelle Skalierbarkeit ergibt sich durch den modularen Aufbau der Anlage. Sie kann zu einem späteren Zeitpunkt etwa durch zusätzliche Bearbeitungsstationen kürzere Taktzeiten realisieren beziehungsweise durch neue Funktionalitäten ergänzt werden. Ebenso kann eine nicht mehr benötigte Station entnommen und einer anderen Anlage zugefügt werden, ohne dass die Gesamtanlage an Performanz verliert.
Die erste Kolbenmess- und Montageanlage, die Hafner für einen Kunden realisiert hat, besteht aus 12 autarken Stationen, die mit eigenen Steuereinheiten ausgestattet sind. Dadurch ist die Anlage, je nach Anforderung, individuell skalierbar, sowohl was unterschiedliche Bearbeitungsabläufe als auch unterschiedliche simultan prozessierte Kolbentypen angeht. Jeder Werkstückträger ist mit einem RFID-Chip ausgestattet, auf dem neben dem Rezept auch der aktuelle Status des Kolbens gespeichert ist. Mit diesen Informationen wird das Werkstück bedarfsorientiert durch den Produktionsprozess geleitet. Nach jedem durchlaufenen Prozessschritt wird der Status über den RFID Chip in der Datenbank aktualisiert. Auf Basis dieses intelligenten Informationsaustauschs müssen die im Rezept definierten Stationen nicht in einem festen Takt sequenziell durchlaufen werden. Jede Station holt sich auf Basis individueller Entscheidungen – zum Beispiel Belegung der Zielstation, Produktionsstau, Materialengpass, angeforderte Wartung – vollautomatisch den nächsten Werkstückträger vom Transportband. Ist ein Bearbeitungsergebnis nicht in Ordnung, wird der entsprechende Werkstückträger aus dem Produktionsprozess ausgeschleust und auf eine separate Nacharbeitspur befördert – ohne weitere Prozessschritte zu durchlaufen. Nachgearbeitete Kolben können anschließend durch den Bediener wieder in den Prozess eingeschleust werden und durchlaufen anschließend die restlichen Bearbeitungsschritte.
Ein weiterer Vorteil ist die schnelle Anpassung an unterschiedliche Produktionsspezifikationen durch eine Vereinfachung der Rüstvorgänge. Die zu rüstenden Stationen beinhalten nur wenige Wechselteile und erfordern vom Bediener beispielsweise keine Einstellarbeiten an Messtastern mehr. Kalibriervorgänge in Mess- und Prüfsystemen werden dank der RFID-Kennung typspezifisch und vollautomatisch im laufenden Produktionsprozess vorgenommen. Dadurch ist ein ressourcenschonendes Umrüsten möglich ohne den Betrieb der Gesamtanlage zu unterbrechen. Alle im Rahmen der Anlage erstellten Mess- und Prüfergebnisse – einschließlich 360° Kamerabilder der Montagequalität – werden zentral in einer Datenbank abgelegt. Auf diese Weise ist eine vollständige Rückverfolgbarkeit aller Einzelkomponenten beziehungsweise Chargen möglich – ganz im Sinne von Industrie 4.0. ■
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