Digitale Qualitätssicherung

Handgeprüft war gestern

Während die Produktionsprozesse inzwischen meist hochgradig automatisiert sind, regiert bei der Qualitätssicherung oft noch Handarbeit. Die Kombination aus Sensoren und Manufacturing-Execution-Systemen ermöglicht Fertigungsunternehmen, diesen Rückstand aufzuholen.

Software-Manufacturing-Execution-Systeme (MES) spielen bei der Vernetzung der Systeme und der Auswertung der Maschinendaten die entscheidende Rolle. © Schleuniger

Bei der Digitalisierung der Industrieproduktion kommt der Sensorik eine entscheidende Rolle zu. Viele Maschinen bringen heute bereits von Haus aus Online-Schnittstellen mit, über die sich Sensorendaten an übergeordnete Systeme kommunizieren lassen. Ältere Maschinen, die diese Fähigkeit nicht haben, können heute meist mit entsprechenden Sensoren nachgerüstet werden. Da die Sensoren in den letzten Jahren massiv günstiger geworden sind, ist diese Nachrüstung inzwischen auch betriebswirtschaftlich darstellbar.

Damit bietet sich Fertigungsunternehmen unter anderem die große Chance, den Automatisierungsrückstand in der Qualitätssicherung aufzuholen. Während ihre Produktionsprozesse inzwischen meist hochgradig automatisiert sind, ist in der Qualitätssicherung nämlich oft noch Handarbeit an der Tagesordnung. Häufig werden einfach auf Basis statistischer Verfahren nach bestimmten Stückzahlen Proben entnommen und die Teile hinsichtlich der Einhaltung von Spezifikationen überprüft. Wird erst das x-te Teil geprüft und es ist aufgrund einer falschen Maschineneinstellung oder einer Fehlfunktion mangelhaft, können auch alle bis dahin produzierten Teile der Serie Qualitätsmängel aufweisen. Im Extremfell muss vielleicht sogar eine komplette Charge als Ausschuss verbucht werden.

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Den verschärften Anforderungen an die Qualitätssicherung können Fertigungsunternehmen damit kaum mehr gerecht werden. Um die steigenden Ansprüche der Kunden zu erfüllen und wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen die Unternehmen immer kleinere Losgrößen und vielfältigere Varianten produzieren, mit kürzeren Produktlebenszyklen umgehen und neue Produkte schneller auf den Markt bringen. Die herkömmlichen, schwerfälligen Verfahren in der Qualitätssicherung können die dafür nötige Flexibilität und Geschwindigkeit nicht unterstützen. Das Ziel von Fertigungsunternehmen muss es sein, Qualitätsprüfungen künftig nicht mehr nur nach Ende des Herstellungsprozesses sondern bereits während der laufenden Produktion durchzuführen.

Die Basis dafür liefert die Sensorik. So ermöglicht sie es beispielsweise, den von einer Presse ausgeübten Druck zu messen, zu überwachen, und bei Über- beziehungsweise Unterschreitung definierter Grenzwerte sofort einzugreifen. Zerstörerische Messungen sind damit weitgehend hinfällig, da sich nachvollziehen lässt, ob eine Pressung korrekt verlaufen ist beziehungsweise welche konkreten Teile fehlerhaft sind.

Bernd Jost ist Geschäftsführer von DiIT in Krailling bei München. © DiIT

Mit Hilfe von Sensoren lassen sich aber auch komplexere Informationen der Maschinen und ihrer Umgebung erfassen, beispielsweise Zustände wie Vibration, Noise, Lux oder CO2. Das ermöglicht Fertigungsunternehmen, Störszenarien frühzeitig zu erkennen und zu antizipieren. So können sie beispielsweise feststellen, dass immer dann, wenn bei einer bestimmten Umgebungstemperatur ein definiertes Vibrationsmuster auftritt, innerhalb der nächsten Stunde mit einer Störung des Typus X zu rechnen ist. Auf dieser Basis lassen sich Predictive-Quality-Anwendungen realisieren, die Qualitätsmängel von vornherein vermeiden, indem die Wartung einer Maschine oder eines Werkzeugs vorgezogen wird. Zudem können solche Daten aber auch dazu genutzt werden, um Maschinen zu „tunen“ und sie ohne Qualitätseinbußen schneller laufen zu lassen.

Die Sensoren allein sind für diese Anwendungsfälle aber natürlich nur die halbe Miete. Um sie in Echtzeit auswerten zu können, müssen alle beteiligten Systeme ohne Medienbruch miteinander vernetzt werden. Diese Vernetzung und Auswertung ist die Aufgabe der Manufacturing-Execution-Systeme (MES). Sie sind unterhalb der ERP-Systeme angesiedelt und direkt an die verteilten Systeme der Prozessautomatisierung angebunden, um die Produktion in Echtzeit zu steuern, zu kontrollieren und zu dokumentieren. Das macht die MES auch zur zentralen Datendrehscheibe für die digitalisierte Qualitätssicherung. Erhalten sie von den Maschinen auch qualitätsrelevante Daten, können sie daraus mit Hilfe von Algorithmen berechnen, ob es Qualitätsabweichungen gibt.

Die Voraussetzung dafür ist allerdings, dass sie die nötigen Schnittstellen zur Anbindung der Maschinen beziehungsweise ihrer Sensorendaten mitbringen. Nur dann ist sichergestellt, dass die Systeme untereinander Daten ohne Medienbrüche austauschen können. Ist das händische Ablesen von Daten aus dem einen und die Eingabe in ein anderes System durch Bedienungspersonal erforderlich, lässt sich natürlich keine Echtzeit-Auswertung realisieren.

Die Kombination aus Sensoren und einem geeigneten MES ermöglicht Fertigungsunternehmen die Digitalisierung ihrer Qualitätssicherung – und sie ist auch alternativlos, denn auf Dauer wird Industrie 4.0 nur mit Qualität 4.0 funktionieren. Nur durch eine digitale Qualitätssicherung ist gewährleistet, dass die Anforderungen der Digitalisierung wie kleine Losgrößen, kurze Produktlebenszyklen oder enge Time-to-Market nicht auf Kosten der Qualität erfüllt werden. An entsprechenden Investitionen der Fertigungsunternehmen in ihre Anlagen führt deshalb kein Weg vorbei. B. Jost/as

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