Industrial Internet of Things, Industrie 4.0 oder digitale Vernetzung, zu diesen Schlagworten existieren zahlreiche Definitionen und Interpretationen. Unabhängig davon steht am Ende der vierten industriellen Revolution die Smart Factory – eine Produktionsumgebung, die sich weitgehend ohne menschlichen Eingriff selbst organisiert und flexibel auf sich verändernde Anforderungen reagiert. Die Basis dafür bilden Daten von Prozessen oder zum Zustand von Maschinen und Anlagenkomponenten, die mittels Informations- und Kommunikationstechnologie erfasst und anschließend intelligent verarbeitet werden. Das Ziel ist, die betriebliche Effizienz zu optimieren, weiteres Wachstum zu generieren und dadurch die Zukunftsfähigkeit von Unternehmen zu sichern. Um das zu erreichen, müssen sowohl industrielle Fertigungsprozesse als auch nachgelagerte Geschäftsbereiche angepasst werden.
Die Zustände sind meist schon bekannt
Um reinigungstechnische Herausforderungen analysieren und meistern zu können, wurden in den letzten Jahren verschiedene Verfahren und Lösungen entwickelt, mit denen sich umfangreiche Daten zu Fertigungsprozessen in Echtzeit inline erfassen lassen. Im Bereich der nasschemischen Reinigung ist die permanente Erfassung, Kontrolle und Dokumentation verschiedener Anlagenparameter häufig bereits Stand der Technik. Dazu zählt unter anderem das automatische Überwachen und Nachsteuern von Drücken und Temperaturen. Entsprechende Lösungen existieren auch, um den Zustand wässriger Reinigungs- und Spülbäder hinsichtlich der Konzentration der Reinigerbestandteile sowie der Verschmutzung mit Partikeln und Ölen zu überwachen. Dies ermöglicht, dass unabhängig vom Aufenthaltsort des Maschinenführers die Reinigerdosierung automatisch bedarfsgerecht angepasst oder ein Badwechsel ausgelöst werden kann.
Das Überwachen des Filterzustands und ein selbständiger Wechsel zwischen entsprechend ausgeführten Filtersystemen sind ebenfalls realisierbar. Auch die Auswahl unterschiedlicher, teilespezifischer Programme kann automatisiert beispielsweise durch Barcodes und integrierte Barcode-Scanner, RFID-Chips oder Transponder erfolgen.
Automatisierte Restschmutzprüfung
Sowohl für die partikuläre als auch filmische Sauberkeitskontrolle stehen inzwischen Lösungen zur Verfügung, mit denen sich eine Restschmutzprüfung automatisiert inline durchführen lässt. Innovative Generatoren für die Ultraschallreinigung sind in der Lage, sich selbst zu konfigurieren, zu überwachen, zu optimieren und mit übergeordneten Systemen zu kommunizieren. So wird beispielsweise die Arbeitsfrequenz vor der Schallabgabe automatisch ermittelt und selbstständig eingestellt.
Durch einfache intelligente Regelungskreise lassen sich also bereits heute Reinigungsprozesse teilweise digitalisieren und automatisieren, wobei erhebliche Einspar- und Qualitätspotenziale ausgeschöpft werden können.
Rückschlüsse auf vorgelagerte Prozesse
Da in der Reinigungsanlage praktisch der aus dem Vorprozessen stammende Schmutz „gesammelt“ wird, erlauben die bei der Prozessüberwachung gewonnenen Daten zum Teil auch Rückschlüsse auf die Qualität dieser Fertigungsschritte. Verändern sich beispielsweise die bei der partikulären Sauberkeitskontrolle erfassten Partikel, kann dies ein Zeichen sein, dass ein Werkzeugwechsel erforderlich ist.
Ein Problem beim Digitalisieren von Reinigungsprozessen stellt häufig die Vielzahl unterschiedlicher digitaler und analoger Schnittstellen dar. Darüber hinaus erweist sich die automatisierte Erfassung relevanter Prozessdaten oft als unwirtschaftlich oder technisch nicht möglich. Hier eröffnet eine modular aufgebaute Systemlösung zur Prozessdatenerfassung die universelle Nutzung entlang der Prozesskette. Sie basiert auf modularer, kostengünstiger Hardware sowie Software-Bausteinen für jeden Schnittstellentyp, die – per Kabel oder WLAN – an einen gemeinsamen OPC-Server angebunden sind. Der Datenaustausch erfolgt im OPC UA-Datenformat. Der Einsatz handelsüblicher, mit einer anwendungsspezifischen App ausgestatteten Smartphones oder Tablets ermöglicht die Ein- und Ausgabe von Daten sowie das Erfassen von QR-Codes, etwa für das Teile-Tracking.
Apps zur Steuerung der Reinigungsanlage
Zur Überwachung und Steuerung von Reinigungsanlagen haben Hersteller inzwischen auch verschiedene intelligente Apps wie beispielsweise Reinigermanagement, Abluftmanagement, Trocknersteuerung, Werkstückidentifikation oder Data Logger entwickelt. Dahinter verbergen sich letztendlich verschiedenste automatische Steuerungen, die Operationen übernehmen die bisher manuell durchgeführt wurden. So regelt beispielsweise die App Abluftmanagement den Frischluftbedarf der Anlage, der sich unter anderem abhängig von der Temperatur der Hallenluft und dem Feuchtegrad der Bauteile in der Anlage ändert. Dies trägt zu einer energiesparenderen Betriebsweise bei. Neu dabei ist auch die Werkstückidentifikation mit einem bildgebenden System, das nicht nur das Bauteil erkennt, sondern auch dessen richtige Platzierung im Warenträger kontrolliert.
Schneller Zugriff über die Cloud
Die Anbindung an eine Cloud-Lösung in Verbindung mit Augmented Reality ermöglicht insbesondere für Service und Wartung bei einem ungeplanten Stillstand gezielte und schnelle Unterstützung. Dabei werden sämtliche Anlagenkomponenten und erfasste Prozessdaten in die Cloud eingespielt. Auf die virtuell dargestellte Anlage und die eingeblendeten Daten kann über Handy, Tablet oder VR-Brille praktisch von überall in Echtzeit zugegriffen werden. Dabei lassen sich aktuelle Pumpendrücke oder Volumenströme ebenso anzeigen wie Wartungsintervalle oder die zuletzt durchgeführte Wartung. Darüber hinaus können die für eine Störungsbehebung oder die Wartung der Anlage erforderlichen Informationen und Instruktionen übermittelt werden. Der Servicetechniker des Anlagenherstellers kann die Arbeiten dabei genau verfolgen und unmittelbar einschreiten, falls sich Parameter aus dem Soll-Bereich bewegen.
Forschungsprogramm QSRein 4.0
Adaptive Reinigungsprozesse, bei denen die Anlage erkennt, wie stark die gerade zu behandelnden Werkstücke verschmutzt sind, und den Prozess automatisch entsprechend anpasst, sind derzeit noch nicht realisierbar. Doch Unternehmen und Verbände arbeiten an Lösungen, um die maßgeschneiderte Teilereinigung Realität werden zu lassen. Zu den Aktivitäten zählt das vom Fachverband industrielle Bauteilreinigung gestartete Forschungsprogramm „QSRein 4.0 – Chancen für die Reinigungstechnik“. Schwerpunkt der F&E-Arbeiten ist das Erschließen von Industrie 4.0-Innovationen zur Qualitätssicherung in der Teilereinigung. Das Programm gliedert sich in drei Etappen. In deren Mittelpunkt stehen die Steuerung der Prozessqualität, Lösungen zur Inline-Verschmutzungs- und Sauberkeitskontrolle sowie innovative Systemlösungen für adaptive Reinigungsprozesse mit maßgeschneiderter Prozessführung.
