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Fraunhofer IPA: Digitalisieren von Lackieranlagen bietet hohen Benefit

Serie Oberflächentechnik: Digitalisierung
Industrie 4.0 – ein Schub für moderne Lackieranlagen

Industrie-4.0-Ansätze steigern Produktivität, Qualität und Umweltfreundlichkeit gerade auch in der Oberflächentechnik. Schon beim Planen sind sie von hohem Nutzen. Deswegen reicht die Digitalisierung bis in das Retrofit produzierender Lackieranlagen hinein. Trotzdem empfiehlt das Fraunhofer IPA immer eine vorherige Abschätzung, welche Maßnahmen sinnvoll sind und welche nicht.

» Dr. Volker Wegmann, Michael Nazar Bogdan, Metin Kuyucu vom Fraunhofer IPA in Stuttgart

Weiter verschärfte Umweltschutzanforderungen und der ungebrochene Trend zu höherer Wirtschaftlichkeit rücken auch Beschichtungsprozesse immer mehr in den Fokus. Industrie-4.0-Ansätze und die damit verbundene Digitalisierung der Prozesse bieten sich an, diesen Herausforderungen zu begegnen. In modernen Anlagen werden sowohl Automatisierung als auch Teilautomatisierung bereits in der Planung berücksichtigt. Auch bei Anlagen, die seit Jahren im Betrieb sind, lassen sich Digitalisierungslösungen im Rahmen eines Retrorofittings implementieren und damit Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Prozesse deutlich erhöhen.

Moderne Bussysteme steuern Anlagenkomponenten

Die Steuerung der Anlagenkomponenten übernehmen in der Regel moderne Bussysteme. Bei Retrofitlösungen ist gegebenfalls ein Nachrüsten von Sensorik, Datenspeicherung und Verarbeitung erforderlich, um eine Visualisierung und Auswertung von Daten aus dem Lackierprozess zu ermöglichen. Die Erfahrung zeigt, dass die Nutzung dieser Umfänge einen wesentlichen Beitrag leistet, um die Anlagenverfügbarkeit und die Beschichtungsqualität zu steigern sowie die Rückverfolgbarkeit und Robustheit der Prozesse zu gewährleisten.

Digitales Abbild des Lackierprozesses entsteht

Durch entsprechendes Ausrüsten der fördertechnischen Komponenten lässt sich ein digitales Abbild des Lackierprozesses erstellen. Dazu dienen RFID-Chips und Lesestellen sowie geeignete Steuerungs- und Visualisierungskomponenten. Damit können Informationen über die Position der Bauteile in der Anlage und sogar im gesamten Werk über das Visualisierungsinterface jederzeit in Echtzeit abgerufen werden. Prozessabläufe lassen sich individuell auf die Teile anwenden.

Die Verknüpfung von bauteilspezifischen Prozessdaten mit den Qualitätsdaten ermöglicht es, Fehler zurückzuverfolgen, Abweichungen von den Sollwerten frühzeitig zu erkennen und rechtzeitig Abstellmaßnahmen zu ergreifen. Als Ergebnis werden Ressourcen optimal eingesetzt und auch die Rückverfolgbarkeit der Produktion sichergestellt. Außerdem ist eine Ableitung und Umsetzung von Optimierungsmaßnahmen für die damit verbundenen Prozesse möglich.

Vorbeugende Instandhaltung wird möglich

Ein weiterer Nutzen, der durch die Digitalisierung der Prozesse entsteht, liegt in der vorbeugenden Instandhaltung. Prozessdaten wie beispielsweise Leistungswerte, Betriebsstunden und Schaltvorgänge von Betriebsmitteln werden erfasst und auf Basis dieser Daten voraussichtlich notwendige Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen prognostiziert und vorausschauend in den Produktionsprozess eingeplant.

Grenzwerte können definiert und bei Über- oder Unterschreitung frühzeitig Instandhaltungsmaßnahmen ergriffen werden, ohne dass es zu langen Produktionsausfällen kommt. Dies erhöht sowohl die Verfügbarkeit der Anlagen als auch die Wartungs- und Instandhaltungskosten.

Investitionen je nach gewünschtem Digitalisierungsgrad

Neben den reinen Investitionen in die Lackieranlage ist bei Retrofitlösungen in der Regel auch die IT-Infrastruktur zu modernisieren und das Personal zu schulen. Der notwendige Investitionsumfang hängt stark vom gewählten Digitalisierungsgrad ab. Eine Speicherung von Daten lediglich zu Dokumentationszwecken erfordert einen geringeren Aufwand als beispielsweise die komplexe Auswertung zur gesamten Prozessplanung und Steuerung inklusive Qualitätsdaten. Hierfür müssen die Prozesse visualisiert sowie die Signale der Sensoren verarbeitet werden.

Bei der Planung und Umsetzung von automatisierten Lackieranlagen gehört eine solche Visualisierung inzwischen zum Stand der Technik. Auch beim Umsetzen der Retrofitumfänge kann die Visualisierung einen entscheidenden Beitrag zur Optimierung der Prozesse leisten.

Abschätzung im Vorfeld empfiehlt sich

Eine vollständig automatisierte Prozessplanung sowie Prozesssteuerung realisiert die Digitale Fabrik: Deren Umsetzung kann durch Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) unterstützt werden. Dabei können Konzepte des Maschinellen Lernens wie Anomalie-Erkennung zum Einsatz kommen ebenso wie Deep-Learning-Methoden zur Objekterkennung.

Für industrielle Anwendungen ist jedoch eine Abschätzung im Vorfeld zu empfehlen. Sie sollte klären, welche Digitalisierungsmaßnahmen aus prozesstechnischer wie auch betriebswirtschaftlicher Sicht sinnvoll und damit notwendig sind. Nicht zu unterschätzen ist bei einem derartigen Transformationsprozess auch die Qualifizierung des Personals, damit ein problemloser Betrieb möglich wird.

Digitale Prozesse in Lackierbetrieben bieten Einsparpotenziale nicht nur für große Konzerne. Auch KMU erzielen eine nachhaltige Produktivitätssteigerung durch Digitalisieren ihrer Prozesse.

Das Fraun‧hofer IPA unterstützt Lackierbetriebe konzeptionell in der richtigen Auswahl digitaler Lösungen als unabhängiger Partner – sowohl bei Neuanlagen wie auch bei Retrofitlösungen. Darüber hinaus setzt das Fraunhofer IPA auch selbst auf digitale Planungs- und Analyseinstrumente.

Kontakt: Michael Nazar Bogdan, Tel. +49 711 970–1090, Michael.Nazar.Bogdan@ipa.fraunhofer.de

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