RFID-basiertes Identifikationssystem erleichtert die Teilerückverfolgung im Motorenwerk

Schreib-/Lesekopf

Balluff-BIS_C

Verlässliche Kennzeichnung schafft Transparenz in der Variantenvielfalt

Steigende Stückzahlen und eine sich stetig erweiternde Typenvielfalt veranlassten Fiat Powertrain Technologies, FPT, ihr Motorenwerk im französischen Bourbon-Lancy mit einem neuen System zur Bauteilkennzeichnung auszustatten. Weil die dort produzierten LKW-Motoren in 6.000 verschiedenen Varianten hergestellt werden, lässt sich mit dem Identifikationssystem auf RFID-Basis von Balluff nun auch der Fertigungsablauf geringer Mengen eines Typs automatisieren und die Qualitätskontrolle zugleich integrieren.

Die Qualitätskontrolle gleicher Komponenten verschiedener Zulieferer, die Rückverfolgbarkeit von Werkstücken innerhalb der eigenen Produktion oder eine lückenlose Logistik sind nur einige Gründe, weshalb Bauteile gekennzeichnet werden. Hierfür reichen Datenträger, die lediglich ausgelesen werden können, häufig aus. Sollen jedoch Prozessdaten laufend zugeordnet und zur Automatisierung der Fertigung an das nächste Bearbeitungszentrum weitergeleitet werden, müssen die Datenträger auch wiederholt beschreibbar sein. Findet die Codierung unter rauen Prozessbedingungen statt, wo Späne, Schmier- und Kühlmittel die Datenträger verunreinigen und die Bauteile eventuell gewaschen werden müssen, kann ein optisches Erkennungssystem ein eindeutiges und vollautomatisches Lesen nicht mehr garantieren. RFID lautet hier die Lösung zur Identifizierung, für die sich auch Fiat Powertrain Technologies entschieden hat.

Jeder Motor ist anders

Gegründet im März 2005, gehört FPT seit dem 1. Januar 2001 wie auch CNH und Iveco zu Fiat Industrial S.p.A. In acht Werken und fünf Forschungs- und Entwicklungszentren beschäftigt sich FPT neben der Produktion von Nutzfahrzeugen und Fahrzeugteilen auch mit der Herstellung von Motoren, Getrieben und Antriebssträngen für den Schiffsbau, landwirtschaftliche Maschinen, Bewässerungsgerätschaften, Sondermaschinen sowie Generatoren für den industriellen Einsatz. Mit einem jährlichen Produktionsvolumen von rund 2,9 Millionen Motoren und ca. 2,4 Millionen Getrieben zählt FPT zu den wichtigsten Herstellern im Dieselmotorenmarkt. Im Werk in Bourbon-Iancy sind 1.700 Mitarbeiter daran beteiligt, Dieselmotoren mit mehr als 200 PS für LKW, Landwirtschaftsmaschinen, Boote und Kräne herzustellen. Momentan liegt die Jahresproduktion bei 50.000 Stück, angestrebt werden jedoch 75.000. Dieses Ziel und eine Variantenvielfalt von 6.000 unterschiedlichen Motoren waren der Grund, weshalb das Identifikationssystem BIS von Balluff im April 2011 eingeführt wurde.

„Obwohl wir im Jahr mehrere Tausend Motoren herstellen, gleichen unsere Prozesse keinesfalls denen einer Großserienfertigung“, erklärt Jean-Bernard Arnauld, Technischer Projektmanager bei FPT, den Unterschied zum Fertigungsablauf eines Automobilherstellers. Einmal programmiert, koordiniert und überwacht dort die Prozesssteuerung die Fertigung einer großen Anzahl ein und desselben Motortyps. Änderungen der Prozessparameter sind nicht nötig. Bei FPT hingegen ist jeder Motor anders. Zum einen, weil die Motoren später in verschiedenen Maschinen und Fahrzeugen eingebaut werden, und deshalb schon in Abmessungen und Leistung variieren. Zum anderen sind kundenspezifische Lackierungen nötig oder es müssen unterschiedliche Abgasauflagen erfüllt werden. Letztendlich bedeuten all diese Faktoren, dass die Prozesssteuerung in der Lage sein muss, unterschiedliche Bearbeitungs- und Montageschritte den entsprechenden Varianten zuzuordnen und nach jedem Schritt auf vollständige und korrekte Ausführung hin zu kontrollieren. Hierfür ist eine Identifikation notwendig, die sowohl lesbar als auch beschreibbar ist.

Bisher wurde ein Barcode-System für die Teilerückverfolgung eingesetzt. Ein Scanner las die bedruckten Etiketten, die an die Werkstücke gehängt wurden, automatisch oder manuell aus. Die Steuerung erhielt darauf hin die Identifizierungsnummer des Teils. Diese Methode brachte zahlreiche Nachteile mit sich: Die Etiketten sind nicht nur anfällig für Verschmutzungen, sie können auch verloren gehen oder durch Wasch- oder Lösemittel zerstört werden. Weil die Daten nicht direkt am Werkstück gespeichert werden können, lässt sich bei ausgeschleusten Teilen ihr Bearbeitungsstatus nicht ablesen. Hinzu kommt, dass ein aufwändige Justage der optischen Scanner notwendig ist, welche zudem sehr erschütterungsempfindlich sind. Da die Daten auf einem zentralem Server gespeichert werden müssen, sind bei einem EDV-Ausfall keine Informationen mehr verfügbar, und es kommt unweigerlich zu einem Produktionsstopp.

„Mit dem Balluff-Identsystem haben wir nicht nur transparentere Prozesse geschaffen und die Qualitätskontrolle integriert“, beschreibt Arnauld die Vorteile, „wir profitieren auch von einem schnelleren Durchlauf.“ Verkürzte Produktionszeiten durch automatisches, schnelles Schreiben und Lesen der Daten, ein direktes Einlesen in die Maschinensteuerung, die Qualitätsverbesserung und die Erhöhung der Produktionskapazitäten runden das Benefit-Paket ab.

Manuelle Schreib-/Lesestation

 

 

 

 

 

BIS – das industrietaugliche Identifikationssystem

BIS, das Balluff Identsystem auf RFID-Basis, besteht standardmäßig aus drei Komponenten: Passiver Datenträger, aktiver Schreib/Lesekopf und Auswerteeinheit mit handelsüblichen Busschnittstellen zur Kommunikation mit der Peripherie. Verbindungskabel und ein Handheld mit integriertem Schreib-Lesekopf als Zubehör ergänzen die Produktpalette. Über eine USB-Schnittstelle oder WLAN lassen sich mit diesem Service- und Testgerät die Daten in den Datenträgern prüfen und verändern. Dank der mitgelieferten und bereits installierten Software ist das Gerät sofort einsatzbereit. Die Schreib/Leseköpfe sind in verschiedenen Bauformen erhältlich, sodass sie sich in nahezu jede Applikation integrieren lassen. Das System, das mittlerweile als Industrie-Standard gilt, ist so vielfältig, dass es den Einsatz der Datenträger im Vakuum ebenso wie in Werkzeugmaschinen mit viel Kühl- und Schmiermitteln oder gar den Sterilisationseinsatz im Autoklaven gestattet. Die Auswerteeinheiten bietet Balluff in unterschiedlichen Gehäusematerialien und Befestigungsmöglichkeiten an.

Schreib-/LesekopfIn dem FPT-Werk, welches unterteilt ist in die Fertigungsbereiche Zylinderkopf, Zylinderblock und Montage, wurde das System BIS C integriert. Zu diesem gehören auch Datenträger, die bereits in speziellen M8-Schrauben verarbeitet sind. Ideal also, um sie direkt, fest und sicher an den Zylinderköpfen bzw. Zylinderblöcken anzubringen. In beiden Bereichen sind jeweils 500 Stück davon in Gebrauch, jeder mit einer Speicherkapazität von 2 kByte. Von großer Bedeutung ist hier die geringe Bauhöhe der Datenträger. Bei der Zylinderkopfbearbeitung fährt nämlich ein Fräskopf auf 10 mm an das Werkstück heran. Die flache Ausführung der Datenträger verhindert, dass sie dabei versehentlich beschädigt werden.

Neuer Handheld hat alles im Griff

Sowohl am Anfang als auch am Ende beider Fertigungsbereiche befinden sich neben einer Auswerteeinheit Schreib/Lesepistolen zum manuellen Eingeben bzw. Auslesen der Daten. Hier erhalten die Datenträger-Rohlinge erstmals die Informationen über das Werkstück, mit dem sie den kompletten Fertigungsprozess gemeinsam durchlaufen. Gespeichert werden die Werkstücknummer, das Bearbeitungsdatum im Format JJMMTTHHMMSS und die einzelnen Fertigungsschritte. Da die Fertigungsschritte sehr unterschiedlich sind, kommt dem Mitarbeiter, der den Datenträger manuell beschreibt, die Überarbeitung des Handhelds sehr entgegen. Größter Vorteil der Neuerung: die variable Programmauslegung. Bisher verfügte der Handheld mit 4-zeiligem Display über eine feste Struktur, welche nur von Balluff geändert werden konnte. Ein grafisches Display, Windows „Look & Feel“, Touchscreen, Bluetooth sowie ein modularer Aufbau erhöhen die Bedienerfreundlichkeit des neuen Modells mit Schutzart IP 65 enorm.

Handheld Der PSION-basierte Handheld erlaubt nun selbst die Nutzung mehrerer kundenspezifischer Anwendungsprogramme für verschiedene Applikationen. Beispiel: Zusätzlich zur Klartextanzeige auf Basis der vom Kunden vorgegebenen Datenstruktur, dem Mapping, für die Teilerückverfolgung (Teiledaten, Arbeitsfolgen, Status etc.) lassen sich parallel Programme für die Nutzung der Werkzeugidentifikation (Werkzeugnummer, Standzeit Ist/Soll, Maschinennummer, etc.) installieren. Gegebenenfalls können diese Programme sogar über ein Benutzerberechtigungskonzept miteinander verbunden werden. Datensätze lassen sich mittels Windows Explorer leicht über das Netzwerk austauschen und auf den Datenträger laden. Ebenfalls eine freie Gestaltung erlaubt der Bildschirm, wodurch sich vielfältige Möglichkeiten zur Einbindung von Logos oder standardisierten Schaltflächen analog der bereits bekannten Standardprogramme im Fertigungsbereich ergeben. Durch logische Verknüpfungen in der Software lassen sich somit sogar bisher notwendige separate PCs, beispielsweise an Messplätzen oder in Messräumen, ersetzen und Unterprogramme aufrufen.

Innerhalb der jeweiligen Bearbeitungslinien befinden sich 35 bzw. 36 Profibus-fähige Auswerteeinheiten mit ebenso vielen Schreib/Leseköpfen. Letztere übergeben dem Datenträger neben der Uhrzeit der Bearbeitung zusätzlich den Werkstückstatus i.O./n.i.O., die Nummer der Maschine, welche das Werkstück gerade bearbeitet hat, sowie Informationen über die abgearbeiteten Schritte und die weitere Arbeitsfolge. Kommt nun beispielsweise ein Zylinderkopf an eine Bearbeitungsstation und enthält der Datenträger die Information, dass der vorherige Arbeitsschritt nicht ausgeführt wurde, meldet dies die Steuerung sofort. Das Werkstück kann der Prozesskette entnommen und an der Stelle wieder eingesetzt werden, die den versäumten Arbeitsschritt ausführt. So lässt sich Ausschuss effektiv verringern.

Eindeutige Zuordnung bei paralleler Fertigung

Die Kontrolle darüber, ob die Bearbeitung auch mit den richtigen Parametern ausgeführt wurde, geschieht an so genannten Ausschleussstationen. Diese werden an bestimmten Stellen des Prozesses automatisch durchlaufen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, Werkstücke dort stichprobenartig zu vermessen. Eventuelle Datenänderungen erfolgen hier mit dem Handheld, dessen Software zum Auslesen und Ändern von Daten von FPT selbst geschrieben wurde. Am Ende jeder Fertigungslinie werden die Daten wieder manuell ausgelesen und extern gespeichert. Nach der Montage tritt der gelöschte Datenträger dann seine Reise durch die Produktion erneut an.

„Gerade bei unseren Ausschleussstationen, wo wir nachmessen, ob auch wirklich alle Prozessschritte abgearbeitet und vor allem auch korrekt ausgeführt wurden, hilft uns die Rückverfolgbarkeit mit der BIS-Lösung sehr“, erklärt Arnauld. Weil nämlich mehrere Linien parallel gefertigt werden, sei eine Fehlerquelle nur dann eindeutig zuzuordnen, wenn jede Station am Ende auf dem Datenträger quasi den OK-Stempel samt Maschinennummer hinterlässt. Dank der induktiven Datenkommunikation erzielt FPT bei ständig wechselnden Motorvarianten einen wesentlich schnelleren Durchlauf als mit dem alten System und kann sich auf eine 100%-ige Lesbarkeit trotz rauer Prozessbedingungen verlassen.

John Großpietsch

Autor: John Großpietsch

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