Wärmebehandlung In-Line-Qualitätsprüfung reduziert Produktionszeit

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Keine Schraube locker: Eine zentral gesteuerte In-Line-Qualitätsprüfung reduziert die Produktionszeit durch automatische Zuordnung von Fertigungsaufträgen. Dabeigewährleistet ein übergeordnetes Leitsystem eine lückenlose CQI9-Dokumentation.

Selbst anspruchsvolle Fahrzeuge werden größtenteils durch kosteneffiziente Verbindungselemente wie Schrauben zusammengehalten. Da diese in hoher Stückzahl gefertigt werden, müssen die Chargen im Zuge der Wärmebehandlung sehr genau geprüft werden, um etwaige Toleranzabweichungen einzelner Elemente rechtzeitig festzustellen. Fällt eines später aufgrund von Mängeln aus, kann dies den Fahrzeugbetrieb stören. Damit die hohen Anforderungen hinsichtlich Überwachung, Steuerung und Dokumentation der Wärmebehandlung erfüllt werden, ist ein leistungsfähiges Prozessleitsystem erforderlich, das trotz hoher Chargenzahl jeden Prozessparameter genau erfassen, zuordnen und dokumentieren kann. Hierfür setzt der in Altena ansässige Zulieferer Nedschroef mit Hauptsitz in Helmond (NL) auf das flexibel anpassbare Scada-Win CC von Avion: Das übergeordnete Leitsystem gewährleistet eine automatische CQI9-konforme Dokumentation und beschleunigt die Produktion dank Artikel- und Rezeptdatenbanken für die automatisierte Zuordnung von Fertigungsaufträgen. Die Bedienung erfolgt über eine zentrale Steuerung, welche die gesamte Wärmebehandlung digital abbildet und automatisch Ereignisse sowie Alarme anzeigt.

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Zulieferer wie Nedschroef sehen sich von zwei Seiten unter Druck gesetzt: Einerseits müssen sie mithilfe effizienter Fertigungsprozesse flexibel auf häufiger auftretende Krisen und kurzfristige Anfragen reagieren können. Andererseits erfordern die immer strengeren Regularien in Bezug auf das Qualitätsmanagement eine möglichst lückenlose Dokumentation sowie Rückverfolgbarkeit sämtlicher produzierter Verbindungselemente. Dies macht den verstärkten Einsatz digitaler Systeme notwendig. „Vor der Lösung von Avion erfolgte die Datenübergabe der einzelnen Steuerungen bei uns teilweise analog“, berichtet Philipp Scholand, Produktionsleiter bei Nedschroef. „Die Chargenverfolgung im Ofen wurde rechnerisch ermittelt und nicht sensorisch überwacht, was z.B. bei Soll-Ist-Abweichungen immer wieder zu Korrekturaufwand geführt hat.“ Zudem operierte das vorherige Leitsystem auf einem separaten, lokalen Server, was die Ausfallwahrscheinlichkeit aufgrund fehlender Redundanzen erhöhte. Dies bekam Nedschroef bei einem Flutereignis im Jahr 2021 zu spüren, bei dem die Wärmebehandlungsabteilung schwer beschädigt wurde.

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Den Wiederaufbau, mit dem unter anderem Avion Europa beauftragt wurde, nutzte der Zulieferer, um die Produktionsabläufe weiter zu optimieren und die Effizienz zu steigern. Im Zuge dessen fiel die Entscheidung, ein neues Prozessleitsystem einzuführen. Anstatt auf ein vorkonfiguriertes Setup zu setzen, entwickelte Avion eine maßgeschneiderte Steuerungslösung, die speziell auf die Anforderungen von Zulieferern wie Nedschroef ausgelegt ist. „Das System sollte auf Windows basieren und mit den bestehenden Steuerungsprogrammen kompatibel sein“, berichtet Sebastian Köchling, Geschäftsführer der Avion Europa. „Wichtig war es, die Bedienung übersichtlich und intuitiv zu gestalten, damit die Mitarbeitenden sich zügig umstellen und bei ihrer Arbeit unterstützt werden konnten.“ Darüber hinaus musste das System eine CQI9-konforme Dokumentation gewährleisten, die für die Automobilindustrie erforderlich ist. Die Vorgaben dieses Regelwerks machen es notwendig, dass jedes verbaute Teil im Fahrzeug vom ersten Produktionsschritt an überwacht und dokumentiert wird.

Schnellere Produktion dank automatisierter Zuordnung von Fertigungsaufträgen

Das Scada-Leitsystem aus dem Hause Avion basiert auf dem Standard WinCC und verfügt über eine hohe Schnittstellenkompatibilität. „Dies gibt uns die Möglichkeit, auch in der Zukunft gemeinsam mit dem Kunden Anpassungen vorzunehmen oder im Zuge einer Erweiterung neue Härterei-Linien zu integrieren“, so Köchling. Die Bedienung wird durch ein Grafiksystem vereinfacht, das sämtliche Prozesslinien digital spiegelt und auf der Zugriffskonsole übersichtlich abbildet. „Unser Anspruch war: Wer mit einem Smartphone umgehen kann, darf auch mit diesem Leitsystem keine Probleme haben“, erklärt Köchling. Nun ist der Bediener in der Lage, die gesamte Wärmebehandlung über einen zentralen Steuerungsbildschirm zu planen und zu steuern. Dabei erhält das Personal Zugriff auf den Status der Prozesslinie sowie der Bauteile. Alarme und Warnungen werden ebenso automatisiert dargestellt wie einzelne Ereignisse und können direkt im System kommentiert werden. Über ein Menüsystem lassen sich nach Bedarf separate Fenster für Teilabschnitte wie das Härten, den Prozessmedienzulauf oder das Anlassen aufrufen.

Darüber hinaus sind im Leitsystem Datenbanken hinterlegt, in denen beispielsweise Rezepturen, Artikel und vordefinierte Prozessreihen gespeichert werden können. Hierzu lassen sich über einen Scanner einzelne Bauteile abtasten und die gewünschten Materialeigenschaften wie der Härtegrad abspeichern. Auf diese Weise ist der Bediener in der Lage, flexibel von einem Punkt aus auf veränderte Produktionsanforderungen zu reagieren. Wird z. B. eine neue Charge in die Wärmebehandlung eingeführt, die sich in den Materialeigenschaften von der vorherigen unterscheidet, lässt sich die Prozesslinie über das Touchpanel schnell darauf einstellen und die gewünschte Prozesskonfiguration aus der Datenbank laden. „Dank der automatisierten Zuordnung von Fertigungsaufträgen ist keine Überwachung und Steuerung der einzelnen Stationen mehr notwendig“, so der Produktionsleiter Scholand. “Seit der Modernisierung der Wärmebehandlung haben wir den Durchsatz der Anlagen somit um 15 Prozent steigern können.“

Hohe IT-Sicherheit durch Zugriffskontrolle und Redundanz

Für die automatische CQI9-konforme Dokumentation ist das Leitsystem mit verschiedenen Sensoren verbunden, die an den einzelnen Stationen der Wärmebehandlung installiert sind. In Kombination mit dem Handscanner für die Teileerfassung wird der Weg der einzelnen Chargen positionsgenau erfasst. Wichtige Prozessparameter werden dabei ebenso dokumentiert wie die Artikelnummer oder Zeiträume. So lässt sich nachvollziehen, ob jedes Teil innerhalb der vorgegebenen Toleranzen behandelt wurde. „Selbst bei einer Massenware wie Schrauben kann ein möglicher Bruch schnell auf das entsprechende Bauteil zurückgeführt werden“, erklärt Köchling.

Um die Systemintegrität für die automatische Datenübertragung sicherzustellen, hat Avion das System redundant ausgelegt und die IT-Sicherheit verbessert. So liegt es nun auf dem ausfallsicheren Nedschroef-Server. Zudem speichert das Prozessleitsystem die gewünschten Parameter aller Bauteile redundant, sodass eine lückenlose Dokumentation jederzeit gesichert ist. „Zusätzliche Sicherheit bieten die flexibel definierbaren Zugriffsrechte“, beschreibt Köchling. Mit bis zu 128 Benutzergruppen kann jede Komponentenberechtigung einer entsprechenden Einheit wie Administratoren oder Wartungspersonal zugeordnet werden, sodass unbefugte Eingriffe zuverlässig vermieden werden. „Avion lieferte genau die richtige Mischung aus Sicherheit und Einfachheit. So hat uns nicht nur das Scada-System selbst überzeugt. Auch die Kommunikation verlief stets zielorientiert und partnerschaftlich – vom Ersatzteilhandling bis hin zu komplexen Anfragen bezüglich der Steuerung und nachträglichen Optimierungswünschen“, resümiert Scholand.

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