ProcessMonitoring: Wie funktioniert es?

Unter ProcessMonitoring versteht man die Überwachung von Produktionsabläufen im Maschinen- und Werkzeugbaubereich. Das gesamte Verfahren basiert auf regelmäßiger und permanenter Erfassung des Maschinenzustandes in Form von Messung und Analyse aussagefähiger physikalischer Parameter (etwa Vibrationen, Temperaturen, Lage/Näherung usw.). Mit verschiedenen Messsystemen werden die Belastungen an Maschinen und Werkzeugen in Produktionsstraßen gemessen und mit empirisch ermittelten Referenzmesskurven verglichen.

Der Einsatz von ProcessMonitoring dient zwei verschiedenen Zwecken:

1. zur Erhöhung der Sicherheit
2. zur Verbesserung der Maschineneffizienz

Einflussgrößen sind dabei:

• Materialstärken (sie können schwanken)
• Maschineneinstellungen (sie können variieren, oder aber es ist Wartung nötig)
• Werkzeugabnutzung
• Kühlmittel (ist gut oder schlecht gekühlt? Das wirkt sich wiederum auf den Werkzeugzustand aus)
• Werker (Ist der Werker motiviert? Ist er gut oder schlecht ausgebildet? Wie geht er mit den Voreinstellungen um?)

All das gehört zum Prozess, die Summe der Parameter beeinflusst die Qualität des Produkts. Und: Der Werker kann zwar seine eigenen Sinne nutzen. Die sind für diesen Zweck allerdings nicht gut genug ausgeprägt. Er hat keinen Röntgenblick (bei vielen Prozessen kann man kaum sehen, was in der Maschine passiert) und in einer lauten Werkshalle zu hören, wenn in einer schallisolierten Maschine das Werkzeug eine Störung hat, ist auch eine Herausforderung. Der Werker kann also nicht alles sehen, hören und messen. Daraus resultiert der Bedarf an speziellen Messmitteln.

Die Firma Brankamp bietet solche Messmittel an. Ein prozessnah montierter Sensor erfasst alle prozessrelevanten Größen. Zeigen die in Echtzeit analysierten Sensordaten, dass kritische Werte überschritten werden, schaltet das ProcessMonitoring-System die Maschine in Sekundenbruchteilen ab (Notabschaltung, engl. auch "Trip" genannt).
Vergleichbare Systeme wie die einfachen Schwingungssensoren in so genannten "Earthquake"-Switches sind meist nicht so präzise, außerdem erheben sie keine Datensätze anhand derer später Rückschlüsse auf die Entstehung des Problems möglich sind. Der wirtschaftliche Vorteil für die Produktion liegt darin, dass teure Maschinenkollisionen vermieden werden und dass, wenn Probleme auftreten, Störfaktoren später analysiert werden können.

Die wichtigste Größe hierbei ist die Prozessqualität, die bei BRANKAMP auch PQ-Faktor genannt wird. Dieser PQ-Faktor wird auf dem Überwachungsgerät angezeigt. So kann der Werker Rückschlüsse auf den Prozessverlauf ziehen. Durch die Visualisierung des Prozesses (LCD des Überwachungsgerätes) kann der Werker bei unerwünschten Prozessveränderungen schnell eingreifen. Er lernt die Maschine und den Prozess besser kennen.

Welche Vorteile hat ein Unternehmen, das ProcessMonitoring einsetzt? Ein menschlicher Bediener kann niemals so schnell reagieren wie solch ein System, das mit Druck und Akustik-Sensoren oder Lichtschranken etc. arbeitet. So werden durch den Einsatz von ProcessMonitoring kostenintensive Folgen von Spontanausfällen vermieden oder eingedämmt. Während wertvolle Sekunden bis zum "Not-Aus" durch den menschlichen Bediener verstreichen, treten ungeheure Kräfte auf, die teure Rohmaterial-Chargen wie zum Beispiel Edelstahl oder Aluminium soweit beschädigen können, dass sie unbrauchbar werden. Noch schlimmer ist es, wenn wertvolle, in den Maschinen installierte Werkzeuge so stark in Mitleidenschaft gezogen werden, dass sie ersetzt werden müssen. Schäden von mehreren zigtausend Euro bis in den sechsstelligen Bereich kommen rasch zusammen, arbeiten doch gängige Industrieautomaten unter Umständen mit mehreren hundert oder tausend Hüben pro Minute. Nur ein Abschaltsystem, das binnen Millisekunden nach dem Schaden reagiert und die Maschine herunterfährt, kann hier Abhilfe schaffen. Erfahrungsgemäß führt das Weiterfahren schadhafter Maschinen zu höheren Kosten als der eigentliche Erstdefekt.

Aber auch für die Wirtschaftlichkeit und damit für den Betrieb ergeben sich Pluspunkte aus der Prozessbeobachtung: Von schnellerer Einarbeitung bei der Inbetriebnahme neuer Maschinen über höhere Maschinennutzung durch Reduzierung von Stillstand- und Reparaturzeiten und kürzere Umrüstzeiten bis hin zur Reduzierung der Reparaturkosten und Reduzierung der Werkzeugkosten.

Die Optimierung der Prozessgrößen führt zu stabileren Prozessen, stabilere Prozesse wiederum ermöglichen Mehrmaschinenbedienung und Laufzeitverlängerung durch Weiterproduktion. Der konkrete Nutzen für den Werker durch Visualisierung des Prozesses liegt in

• Maschinenschutz durch fest programmierte Sicherheitsgrenzen. Folgeschäden werden vermieden.
• Werkzeugschutz durch einstellbare Warn- und Abschaltgrenzen. Folgeschäden werden vermieden.
• Wirtschaftlichkeit durch Pausendurchläufe und personalverdünnte Zusatzschichten (BRANKAMP bezeichnet das als Geisterschicht®).
• Qualitätssicherung durch In-Prozess-Kontrolle bei Fertigung jedes Teils.

Im Bereich Maschineneffizienz zahlt sich ProcessMonitoring doppelt aus: Dadurch, dass die Produktion überwacht wird, kann sie nämlich oftmals effizienter gestaltet werden. Beispielsweise wird aus Furcht vor oben genannten Schäden vielerorts mit angezogener Handbremse produziert. Der Einsatz von ProcessMonitoring-Systemen ermöglicht es, Produktionsstraßen in höherem Tempo zu fahren. Der Einsatz solcher Systeme kann also Unternehmen schlicht wettbewerbsfähiger machen.

Er ist auch Voraussetzung für "zustandsorientierte Instandhaltung". Mit ihr werden Stillstandszeiten vermieden, da die klassische rein "reaktive" Wartung entfällt. Bei ihr werden wie bei Pkw-Inspektionen Maschinen in bestimmten Zeitabständen heruntergefahren und auf Herz und Nieren geprüft. ProcessMonitoring-Tools hingegen ermöglichen spezifische Problemerkennung im laufenden Betrieb. Mitunter kann eine Abschaltung vermieden werden, weil ein Problem sogar behoben werden kann, während die Maschine läuft, mindestens aber wird die Ruhezeit verkürzt.