IPL-Magazin 49 | Oktober 2019 | Autor: Dr.-Ing. Thomas Dorn, TLD Shanghai

Erste erfolgreiche Schritte zu Industrie 4.0

 

 
TLD Shanghai
TLD Shanghai

TLD ist eine führende Industriegruppe, die sich seit 60 Jahren ausschließlich der Konstruktion, der Fertigung, dem globalem Vertrieb und dem After-Sales-Support von Flughafen-Vorfeldmaschinen widmet. Das Produktspektrum ist dabei sehr breit und umfaßt

 

  • Stangenlose und konventionelle Flugzeugschlepper
  • Luftstartgeräte, Bodenstromaggregate
  • Mobile und fest-installierte Klimageräte
  • Passagiertreppen, Arbeitsplattformen
  • Transporter, Gepäckschlepper
  • Luftfrachtverlademaschinen
  • Förderbandwagen, Gepäck- und Containeranhänger
  • Toilettenentsorgungs- und Frischwasserversorgungswagen
  • Catering- und Behindertenfahrzeuge

 

Dr.-Ing.Thomas Dorn
Dr.-Ing.Thomas Dorn

Dieses Produktspektrum ist – trotz Arbeitsteilung zwischen den Werken - eine Herausforderung für die jeweilige Produktion, insbesondere für deren Automatisierung. Diese Herausforderung wurde frühzeitig in den Werken Shanghai und Wuxi bewältigt: TLD China hat dafür den „International Industry 4.0 Award“ im Jahr 2017 erhalten.

Ausgangspunkt war ein „übliches“ ERP- System, bei dem die Arbeitsschritte noch überwiegend durch Papier- Dokumentation unterstützt wurden. Meist wurden die Vorgaben von Aufträgen und Arbeitsplänen als Ausdruck aus dem ERP- System in Papierform den Mitarbeitern übermittelt. Die Meldungen des Arbeitsfortschritts erfolgten handschriftlich auf dem Dokument und wurden zeitlich versetzt nochmals in das ERP- System manuell eingegeben. Erschwerend kam hinzu, dass Fehlteile durch verspätete Lieferantenlieferungen oder Qualitätsmängel erst während der Produktion auffielen und es so zu erheblichen Verzögerungen kam.

Die einzelnen Arbeitsschritte waren zudem nicht eindeutig geklärt und vorgegeben, so dass jede Zelle das jeweilige Produkt in unterschiedlicher Reihenfolge zusammen montierte.

Ziel des Industrie 4.0–Projekts war die Reduktion und Rationalisierung der Montageschritte sowie der Papierdokumentation durch Digitalisierung im Bereich der Mensch-Maschinen- Schnittstelle. Dieses Projekt wurde in enger Kooperation mit der Chinesisch-Deutschen Hochschule für Angewandte Wissenschft (CDHAW) and der Tongji Universität in Shanghai durchgeführt. Hierfür wurden durch Studenten des Fachbereiches Wirtschaftingenieurwesen in München in den Werken Shanghai und Wuxi Wertstromanalysen durchgeführt. Jeder einzelne Arbeitschritt wurde von den Praktikanten zeitlich aufgenommen und auch alle Nebentätigkeiten, ob sinnvoll oder nicht, berücksichtigt. Am Ende stand ein detaillierter Plan für den Arbeitsablauf eines jeden Produktes anhand dessen die Optimierung vorgenommen werden konnte.

Arbeitsschritte wurden zusammengefasst und parallel sowie in optimaler Sequenz angeordnet. Alle Zeitverschwendungen wurden vermindert, indem Werkzeuge, Befestigungselemente und Montageteile um die Maschinenmontagezelle herum angeordnet und mit einem Identifikationssystem versehen wurden. Langwieriges Suchen nach Teilen oder Werkzeugen wurde überflüssig und die numerierte Identifikation der Teile gab einen eindeutigen Montageablauf vor. Fehlteile sowie Qualitätsmängel wurden bereits an der Wareneingangskontrolle abgefangen, sodass entsprechende Meldungen zur Montagezelle und Schnelllieferungen den Baufortschritt weniger behinderten.

Nachdem die Montagesequenzen optimal definiert und identisch replizierbar waren, konnten diese digitalisiert werden. Ticklisten mit den einzelnen Arbeitsschritten wurden mit Qualitätskontrollfragen ergänzt und virtualisiert. Alle Montagemitarbeiter wurden mit Tablettcomputer ausgestattet und dadurch der Informationsfluss der Produktion vollständig digitalisiert. Nachdem sich ein Mitarbeiter eingeloggt hat, erhält er von der Produktionsplanung einen Arbeitsauftrag übertragen. Dies kann ein neuer Montageauftrag sein oder ein noch nicht beendeter Auftrag an einem beliebigen Montageschritt. Üblicherweise werden bereits im Vorfeld durch das System die zukünftigen Montageteile aus dem Lager abgerufen, sodass diese von Lagermitarbeitern vorbereitet und auf mobilen Montagewagen auf vorbestimmten Regalplätzen an den Montagezellen abgestellt werden können. Über ein Auswahlmenü kann jeder Mitarbeiter Montagestand, nächsten Montageschritt, erforderliche Teile, Montageanweisung, offene Fehlerpunkte, Fehlteile sowie alle anderen notwendigen Unterlagen, z.B. Systemskizze, Komponentenzeichnung, Materialliste, Qualitätssicherungsfragen, Arbeitsschutzmaßnahmen etc. abrufen.

Der Mitarbeiter wird dann systemseitig nach seinem Fortschritt abgefragt und beantwortet entsprechende Fragen direkt am Bildschirm. Der Montagefortschritt wird im Hintergrund mitverfolgt und löst zeitgerecht neue Materiallieferungen aus. Die angelieferten Teile sind entsprechend der Montagesequenz mit eindeutigen Nummern gekennzeichnet. Damit sind alle Bauteile, die während des jeweiligen Montageschrittes verbaut werden sollen schnell und eindeutig identifizierbar.

 

Abbildungen: Arbeitsfortschritt in der Montage

TLD Shanghai Abb1   TLD Shanghai Abb2

TLD Shanghai Abb3  TLD Shanghai Abb4

 

Das System integriert praktisch alle wichtigen Prozesse in der Produktion, inklusive der Materialanlieferung sowie der Qualitätssicherung. Alle Schritte werden dabei digitalisiert, abgespeichert und sind auch noch Jahre nach der Fertigung vollkommen transparent abrufbar, z.B. bei Garantiefällen. Mit diesem Projekt konnte nicht nur der Zeitaufwand für Doppelarbeit vermieden werden, auch Übertragungsfehler werden komplett vermieden. Wichtig ist auch die Echtzeitaktualisierung des Produktionsfortschritts, wodurch die Produktion noch besser gesteuert und optimiert wird. Die Optimierung der Montagesequenzen und Vermeidung von Wartezeiten erbrachte eine Verdreifachung der Produktivität, die anschließende Virtualisierung und digitale Verknüpfung hob diese nochmals um Faktor zwei an. So werden heute z.B. in der Montagelinie der Gepäcktransportbänder 80-90 Maschinen pro Monat gebaut, vor 3 Jahren waren dies noch 15 pro Monat.

Die nächsten Schritte der Digitalisierung

TLD ruht sich aber nicht auf diesem Projekt aus, die Anforderungen werden nicht geringer. Deshalb werden die nächsten Schritte vorbereitet, die eine Parallelisierung der Informationsaufnahme wie der Informationsrückkopplung zu den jeweiligen Arbeitsprozessen ohne deren Unterbrechung erlauben.

Der nächste Schritt für eine Weiterentwicklung von Industrie 4.0 ist eine Evaluation ergänzender Industrie 4.0 – Elemente, hier sind einige beispielhaft genannt:

Optische Leitsysteme unterstützen den Lagerbereich (pick by light) als auch die Teilefertigung und Montage. Hier können lasergeführte Light-Guide-Systeme direkt auf dem zu bearbeitenden Werkstück die korrekte Position anzeigen, z.B. beim Schweißen und Montieren. Die Arbeitsprozesse der Werker werden direkt durch die Lichtprojektion geführt. Eine andere Möglichkeit in der Prüfung sind VR-Brillen, welche die zu montierenden Komponenten auf den Maschinen abbilden.

Für die Digitalisierung der Eingabe von Mess- und Prüfwerten in der Qualitätssicherung sind Tests mit der Sprachsteuerung von Prüf-Checklisten von Visual Technologies vorgesehen. Diese Technologie kann später auch im technischen Service auf den Flughäfen eingesetzt werden, der für TLD eine Schlüsselstellung innehat.

In die Evaluation der nächsten Industrie 4.0–Schritte wird auch die Digitalisierung des Informationsträgers parallel zum Materialfluss einbezogen. Hier wird die bisherige Materialbegleitkarte über Barcode, QR-Code, RFIDTag oder einem Sende- und Empfangsmodul ersetzt. Damit kann eine Vernetzung zwischen dem Material und maschinellen Einrichtungen vollständig digitalisiert werden.

 

TDL Shanghai Abb. 5

 

 

Aber es verbleiben Montageschritte von Kleinteilen, die keinen Platz für einen Informationsträger haben. Deshalb erfolgt der Informationsaustausch auf der nächsthöheren Ebene des Kleinteilebehälters. Hier kommen die funkgesteuerten Smart Label von Visual Technologies infrage, die die Auftragsdaten und Arbeitsschritte am Display anzeigen, und über einen Taster Rückmeldungen in das System erlauben. Damit können weitere Arbeitsplätze digitalisiert werden, für die Eingabegeräte wie Tabletts zu teuer sind.


Vor Ort – Tests sind notwendig

Wichtig ist eine sehr ausführliche Vorbereitung der Stufen der Digitalisierung, möglichst mit Tests der Produkte und Technologien vor Ort in den eigenen Werken. Dies gilt vor allem für den Einsatz der Sprachsteuerung wie für funkvernetzte Behälter und ähnliche Objekte. Nur vor Ort kann unter den unternehmensspezifischen Rahmenbedingungen die Leistungsfähigkeit der Produkte und Technologien geprüft werden. Dies ist nicht nur für Produktionsstandorte außerhalb Zentraleuropas wichtig, sondern auch für ältere Industriegebäude im Hochlohnland Deutschland. Funkvernetzung von Maschinen und mobile Materialträger und Materialien sind nicht trivial, sondern müssen individuell an die Bedingungen einer Maschinenhalle angepasst
werden.

Es gibt auch andere Störquellen, die zunächst als nicht so relevant erscheinen, z.B. Stromausfälle, die in Deutschland meist nach kurzer Zeit behoben werden. Funkgesteuerte Lösungen wie Smart Labels müssen hier nur für kurze Zeitspannen Suchsignale senden, bis die Kontaktaufnahme zum Sender wiederhergestellt werden kann. Entsprechend sind diese Smart Labels programmiert.

Aber längere Stromausfälle würden bei dieser Programmierung zu einem überdurchschnittlichen Energieverbrauch führen, was die Lebensdauer der Batterie stark reduziert. Diese längeren Stromausfälle kann es aber nicht nur jenseits der hochindustrialisierten Welt geben. Auch in Deutschland ist ein Stromausfall am Freitagnachmittag kurz nach Betriebsende denkbar. Das Hochfahren der Energieversorgung am Montagvormittag hat den gleichen Effekt wie ein längerer Stromausfall in einem Schwellenland. Hier sind Smart Labels von Visual Technologies von Vorteil, da sie für beide Störfällen programmtechnisch vorbereitet sind. Deshalb sind Evaluation von Industrie 4.0 – Lösungen und nachfolgende Tests unabdingbar, um den erreichten hohen Stand nicht nur zu halten, sondern weiter zu entwickeln und die Vorreiterrolle zu behalten.