Anwen­dungs­fall für die Pro­du­zie­ren­de Industrie

Predictive Quality

Früh­zei­ti­ge Erken­nung von Qua­li­täts­ab­wei­chun­gen durch Über­wa­chung von Maschi­nen- und Sensordaten.

Typische Probleme in der Fertigung

Qua­li­täts­vor­ga­ben sind in der Pro­duk­ti­on wich­ti­ge Kri­te­ri­en, die für jedes Werk­stück und Bau­teil erfüllt und ein­ge­hal­ten wer­den müs­sen. Ent­schei­den­den Ein­fluss auf die Fer­ti­gungs­qua­li­tät haben Pro­duk­ti­ons- und Pro­zess­pa­ra­me­ter, der Ver­schleiß von Werk­zeu­gen, Umge­bungs­be­din­gun­gen und vie­le wei­te­re Fak­to­ren. Die Abhän­gig­kei­ten die­ser Fak­to­ren auf die Qua­li­tät sind viel­fäl­tig und kom­plex, vor allem bei moder­nen Pro­duk­ti­ons­pro­zes­sen am Ran­de des tech­no­lo­gisch Mach­ba­ren. Bei hohen Anfor­de­run­gen an die Pro­dukt­qua­li­tät müs­sen selbst mit gro­ßer Erfah­rung in der Fer­ti­gungs­tech­no­lo­gie kos­ten­in­ten­si­ve 100 %-Prü­fun­gen durch­ge­führt wer­den — und auch dann kön­nen Nach­ar­bei­ten und Aus­schuss nicht ver­hin­dert werden.

Gleich­zei­tig wird und kann in der Fer­ti­gung der Indus­trie aus wirt­schaft­li­chen Grün­den in der Regel nicht das Ziel ver­folgt, die fer­ti­gungs­tech­nisch maxi­ma­le Qua­li­tät mit der höchs­ten Prä­zi­si­on über alle Tei­le glei­cher­ma­ßen her­zu­stel­len. Die Kunst liegt dar­in, eine Güte inner­halb der ver­lang­ten bzw. erfor­der­li­chen Tole­ran­zen zu fer­ti­gen, damit das End­pro­dukt in Sum­me sicher und feh­ler­frei funk­tio­niert. Die gefer­tig­ten Ein­zel­kom­po­nen­ten vari­ie­ren inner­halb der gesetz­ten Tole­ranz­gren­zen in ver­schie­de­nen Eigen­schaf­ten, wie z.B. ihrer Grö­ße oder dem Durch­mes­ser von Boh­run­gen. Für den pass­ge­nau­en Zusam­men­bau von Bau­tei­len und Pro­duk­ten muss die­ser Aspekt mit Gewis­sen­haf­tig­keit berück­sich­tigt werden.

Trotz­dem kommt es beim Zusam­men­bau sehr eng tole­rier­ter Bau­tei­le immer wie­der vor, dass Ein­zel­tei­le nicht “rich­tig” pas­sen, obwohl alle Para­me­ter inner­halb der Tole­ranz­an­for­de­run­gen lie­gen. Grund hier­für ist bei­spiels­wei­se, dass eines der Tei­le an der obe­ren, das ande­re an der unte­ren Tole­ranz­gren­ze gefer­tigt ist und somit die Tole­ran­zen zwi­schen den Char­gen maxi­mal aus­ge­reizt sind. Zusätz­lich kom­men dann even­tu­ell noch Tem­pe­ra­tur­ein­flüs­se in der Pro­duk­ti­ons­hal­le hin­zu, die sich bei unter­schied­li­chen Mate­ria­len ver­schie­den stark aus­wir­ken. Wer­den die Tei­le dann den­noch zusam­men­ge­fügt, kön­nen Span­nun­gen ent­ste­hen und Tei­le im Lau­fe des Pro­dukt­le­bens schnel­ler als erwar­tet ver­sa­gen. Um das zu ver­hin­dern, müs­sen die Tei­le nach­ge­ar­bei­tet oder als Aus­schuss ent­sorgt werden.

Eine Lösung könn­te sein, im Vor­feld jene Tei­le mit­ein­an­der zu kom­bi­nie­ren, die hin­sicht­lich ihrer tat­säch­lich gefer­tig­ten Tole­ran­zen bes­ser zuein­an­der pas­sen. Wie kann das umge­setzt werden?

Was ist Predictive Quality?

Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty (Vor­her­sa­ge der Qua­li­tät) hat das Ziel, durch Daten­ana­ly­se die Qua­li­täts­ei­gen­schaf­ten gefer­tig­ter Tei­le vor­her­zu­sa­gen. Dies geschieht auf Basis der Erfas­sung von Pro­duk­ti­ons- und Pro­zess­pa­ra­me­tern, die Ein­fluss auf die Qua­li­tät haben. Um die gewünsch­ten Qua­li­täts­ei­gen­schaf­ten zu errei­chen, wer­den mit­hil­fe von Algo­rith­men selbst bei kom­ple­xen Abhän­gig­kei­ten gezielt die „rich­ti­gen“ Para­me­ter ange­passt. Ent­spre­chend wird durch Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty die Anzahl an Qua­li­täts­prü­fun­gen redu­ziert sowie Nach­ar­beit und Aus­schuss ver­mie­den — im Ide­al­fall wird die Null-Feh­ler-Quo­te erreicht.

Predictive Quality als Lösungsansatz

Um die kom­ple­xe Bezie­hung zwi­schen Pro­dukt- und Pro­zess­qua­li­tät nach­voll­zieh­bar zu gestal­ten, ist eine umfas­sen­de digi­ta­le Infra­struk­tur im pro­du­zie­ren­den Unter­neh­men not­wen­dig. Hier­für eig­net sich beson­ders der Ein­satz von RFID-Tech­no­lo­gie (engl., radio-fre­quen­cy iden­ti­fi­ca­ti­on). Dabei wer­den sowohl die Werk­zeu­ge und Mon­ta­ge­sta­tio­nen, als auch die Werk­stü­cke und zu fer­ti­gen­den Bau­tei­le mit ein­deu­tig zuor­den­ba­ren Iden­ti­fi­ka­ti­ons-Kenn­zei­chen ver­se­hen. Zudem kön­nen über RFID-Lese­ge­rä­te oder Bar­code-Scan­ner, die über die Anla­ge ver­teilt sind, die Werk­zeu­ge und alle Fer­ti­gungs­tei­le jeder­zeit ein­deu­tig iden­ti­fi­ziert wer­den. Auf­ge­zeich­ne­te Sen­sor­da­ten und erfass­te Para­me­ter kön­nen somit den Werk­stü­cken zuge­ord­net wer­den. Dies sind bei­spiels­wei­se Leis­tungs­da­ten von Robo­tern oder Dreh­mo­men­te von elek­tro­ni­schen Schraub­werk­zeu­gen an den Montagestationen.

RFID-Trans­pon­der, mit wel­chen jedes Werk­zeug ver­se­hen wur­de, die­nen dabei eben­falls zur ein­deu­ti­gen Iden­ti­fi­ka­ti­on. Bei der Nut­zung jedes Werk­zeugs wer­den die His­to­rie und alle Bear­bei­tungs- und Pro­zess­pa­ra­me­ter auf­ge­zeich­net und gespei­chert. Als Daten­quel­le die­nen vor­han­de­ne Sen­so­ren in der Maschi­ne oder Anla­ge. Zusätz­li­che Sen­so­ren kön­nen Mess­wer­te zu Schwin­gun­gen, Geräu­schen, Umge­bungs­be­din­gun­gen sowie zu den Eigen­schaf­ten des Kühl- oder Schneid­mit­tels erfas­sen. Über Kame­ras kön­nen Daten zur Span­bil­dung und Tem­pe­ra­tu­ren auf­ge­zeich­net wer­den. Zusätz­lich lie­fern die Steue­run­gen direkt Pro­zess­da­ten wie zum Bei­spiel Dreh­zahl, Vor­schub oder Leistung.

Alle Sen­so­ren, Lese­ge­rä­te und Steue­run­gen der Anla­ge wer­den über das Indus­tri­al Inter­net of Things ver­netzt, um eine kon­ti­nu­ier­li­che Daten­er­he­bung und Daten­spei­che­rung sicher­zu­stel­len. Dadurch ist eine ein­deu­ti­ge und lücken­lo­se Zuord­nung aller Bear­bei­tungs- und Pro­zess­da­ten mit den ein­ge­setz­ten Werk­zeu­gen und den gefer­tig­ten Arbeits­stü­cken in Echt­zeit mög­lich. Zur Unter­stüt­zung bei der Kon­fi­gu­ra­ti­on und der Erfas­sung der rele­van­ten Qua­li­täts­da­ten, sowie vor allem zu deren Aus­wer­tung, ste­hen intel­li­gen­te Soft­ware­lö­sun­gen zur Ver­fü­gung, wie z. B. die IIoT Buil­ding Blocks

Bei Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty ist die zeit­li­che Syn­chro­ni­sa­ti­on der unter­schied­li­chen Daten beson­ders wich­tig. Nur unter die­ser Vor­aus­set­zung ist eine Ver­gleich­bar­keit der Daten sicher­ge­stellt. Alle Para­me­ter und Mess­da­ten wer­den mit­ein­an­der in Ver­bin­dung gesetzt. Das ein­ge­setz­te IIoT-Soft­ware­tool kann nun selbst gerings­te Abhän­gig­kei­ten zuord­nen und Ano­ma­lien erken­nen. Über die Ana­ly­se von Ver­gan­gen­heits­da­ten ist es mög­lich, bei Ver­än­de­run­gen der Mess­wer­te auf die zu erwar­ten­den Aus­wir­kun­gen zu schlie­ßen. Mit einem sol­chen Modell kön­nen Pro­gno­sen getrof­fen und bereits vor dem Ein­tritt einer Qua­li­täts­ver­schlech­te­rung die Para­me­ter ange­passt oder ande­re Maß­nah­men ergrif­fen werden.

Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty als inno­va­ti­ver Ansatz für die Pro­duk­ti­on in Unter­neh­men steht für eine vor­aus­schau­en­de Qua­li­täts­si­che­rung. Auf Basis von Abwei­chun­gen wer­den mit­tels intel­li­gen­ter Algo­rith­men Vor­her­sa­gen zu den zu erwar­ten­den uner­wünsch­ten Qua­li­täts­ei­gen­schaf­ten gemacht und prä­ven­tiv gegengesteuert.

Vorteile durch Predictive Quality

Das Qua­li­täts­ma­nage­ment ist schon heu­te ein zen­tra­les Organ in der Ana­ly­se und Ver­bes­se­rung sowohl der pro­du­zier­ten Pro­duk­te, als auch der unter­neh­mens­in­ter­nen Pro­zes­se. Durch die Anwen­dung von Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty kann über die Daten­ana­ly­se schon bei gerings­ten Mess­wert­ver­än­de­run­gen auf geeig­ne­te Maß­nah­men geschlos­sen wer­den, um Nach­ar­beit oder Aus­schuss von Tei­len zu ver­mei­den. Mit der vor­aus­schau­en­den Anpas­sung von Steu­er­grö­ßen kön­nen somit selbst anspruchs­vol­le Fer­ti­gungs­to­le­ran­zen sicher ein­ge­hal­ten wer­den. Manu­el­le und kos­ten­in­ten­si­ve Qua­li­täts­kon­trol­len kön­nen deut­lich redu­ziert wer­den. Mit Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty und der Vor­her­sa­ge der Qua­li­tät von Pro­duk­ten ist es nicht nur mög­lich Kos­ten zu spa­ren, son­dern auch der Null-Feh­ler-Pro­duk­ti­on deut­lich näher zu kommen.

Mit Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty erfolgt zudem eine früh­zei­ti­ge und recht­zei­ti­ge Mel­dung, wenn ein ver­schleiß­ab­hän­gi­ger, prä­dik­ti­ver Aus­tausch von Werk­zeu­gen ange­zeigt ist, noch bevor Werk­stü­cke außer­halb der Tole­ranz gefer­tigt wer­den. Der Aus­tausch nach star­ren Vor­ga­ben wie der Ein­satz­dau­er, unge­ach­tet der Not­wen­dig­keit und des tat­säch­li­chen Ver­schlei­ßes, gehört der Ver­gan­gen­heit an. Außer­dem kön­nen regel­mä­ßi­ge Über­prü­fun­gen der Werk­zeu­ge auf ein Mini­mum redu­ziert wer­den. Stand­zeit und Lebens­dau­er der Werk­zeu­ge wer­den opti­mal aus­ge­schöpft und damit die Wirt­schaft­lich­keit erhöht und der Res­sour­cen­scho­nung Ver­ant­wor­tung getragen.

Zusam­men­fas­send zeigt sich, dass mit Pre­di­ci­ti­ve Qua­li­ty nicht nur die Arbeit im Qua­li­täts­ma­nage­ment unter­stützt und teil­wei­se auto­ma­ti­siert wer­den kann, auch dar­aus resul­tie­ren­de Poten­tia­le kön­nen unter­neh­mens­weit zur Ver­fü­gung gestellt wer­den und die­nen als Grund­la­ge für wei­te­re Anwen­dungs­fäl­le, wie bei­spiel­wei­se Pre­dic­ti­ve Main­ten­an­ce oder Track & Trace

Mit der Anwen­dung von Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty kön­nen Sie die Abhän­gig­kei­ten selbst kom­ple­xer Ein­fluss­fak­to­ren auf die Fer­ti­gungs­qua­li­tät im Vor­aus erken­nen und recht­zei­tig gegensteuern.

Errei­chen auch Sie in Ihrer Fer­ti­gung mit unse­rem Data Collec­tor ein höhe­res Qualitätsniveau.

Ihr Ansprech­part­ner

Möch­ten Sie nähe­re Infor­ma­tio­nen oder Bera­tung zu Pre­dic­ti­ve Qua­li­ty in Ihrem Unter­neh­men?
Wir ste­hen für Ihre Fra­gen ger­ne zur Verfügung.

Wolf­ram Schä­fer
Tel.: +49 (0) 7127 / 92 31–0
E‑Mail: start@iiotbuildingblocks.io

Bild von Wolfram Schäfer, Geschäftsführer iT Engineering Software Innovations GmbH

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