Eine „smarte“ Produktion kann für mehr Flexibilität und Transparenz in der Spritzgießfertigung sorgen. Der Maschinenbauer beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit diesem Thema und bietet zahlreiche Produkte und Services zur maßgeschneiderten Digitalisierung.
Vom kleinen Lohnspritzgießer bis zum großen Global Player stehen Kunststoffverarbeiter im aktuell wirtschaftlich schwierigen Umfeld vor ähnlich großen Herausforderungen: Sie müssen flexibel auf Marktveränderungen und steigenden Kostendruck reagieren, um wettbewerbsfähig und gewinnbringend fertigen zu können. Eine Digitalisierung der Spritzgießprozesse kann hierbei – richtig eingesetzt – deutliche Vorteile erzielen.
Arburg, Loßburg, verfügt über umfassendes Know-how sowie zahlreiche Produkte und Services, mit denen sich maßgeschneiderte digitale Lösungen realisieren lassen – von selbst entwickelter und gefertigter Steuerung und zugehörigen Assistenten über das eigene Leitrechner- und Scada-System bis zum Kundenportal.
In den digitalen Services und Produkten von Arburg steckt weitreichendes Know-how zur Optimierung von Produktionsabläufen, Erfassung von Daten in Echtzeit, Verbesserung der Qualität von Spritzteilen sowie der Steigerung von Effizienz und Transparenz. (Foto: Arburg)
Daten „intelligent“ handhaben
Die einzelnen Lösungsbausteine, je nach Anforderung und Umfeld richtig kombiniert, liefern die Antwort auf wichtigste Fragestellung der Arburg-Kunden im Zusammenhang mit Digitalisierung: Wie komme ich an die für mich relevanten Daten und wie kann ich damit genau meine Prozesse noch besser, effizienter und wettbewerbsfähiger gestalten? Dabei gilt: Nicht die schiere Menge der erfassten Daten, sondern deren Qualität und Relevanz bilden die Grundlage für erfolgreiche Optimierungen der Prozesse. Künstliche Intelligenz (KI) schafft ganz neue Perspektiven und Möglichkeiten, wenn es darum geht, große Datenmengen zu verarbeiten und daraus sinnvolle Schlüsse zu ziehen. Aus den relevanten Daten können z. B. Prognosen zu Wartungsbedarf (Predictive Maintenance) erstellt, Auswertungen und Dokumentation papierlos in Echtzeit generiert oder mit Hilfe KI-gestützter Apps Spritzgießwissen abgefragt werden. Auf diese Weise lassen sich in einer „smarten“ Produktion Abläufe dynamisch steuern und optimieren und damit verfügbare Ressourcen effizienter nutzen – etwa bei Auftragsplanung, Qualitätssicherung, Werkzeugverwaltung oder Instandhaltung.
Kommunikation in einheitlicher Sprache
In der Regel sind in den Spritzgießprozess auch Temperiergeräte, Robot-Systeme und weitere Peripherie eingebunden. Alle Komponenten sollten möglichst einfach und zuverlässig zusammenspielen – am besten von einer zentralen Steuerung aus und auf Basis synchronisierter Werte und Parameter. Voraussetzung dafür ist der Datenaustausch „in einer Sprache“. Die herstellerunabhängige Schnittstelle OPC UA ist hierfür die geeignete Lösung.
So können bspw. Spritzgießmaschine und Peripheriegeräte über Euromap 82.3 mit der Gestica-Steuerung kommunizieren. Dies erfolgt über Standard-Ethernet und einheitliche Steckverbinder. Mittels Plug & Play werden Geräte automatisch erkannt und in die Steuerung integriert. Für eine standardisierte Vernetzung sind alle Arburg-Spritzgießmaschinen serienmäßig mit einem IIoT-Gateway ausgestattet und verfügen über Basis Connectivity.
Idealerweise ist die „smarte“ Maschine umfassend vernetzt, überwacht ihre Prozesse, regelt sie adaptiv und unterstützt den Bediener aktiv dabei, Produktionsabläufe intuitiv einzustellen. Über „smarte“ Services kann dieser per Remote-Zugriff oder App bei Bedarf schnell und zielgerichtet Erläuterungen, Bild-für-Bild-Anleitungen und Fehleranalysen erhalten. Sollte es dennoch zu ungeplanten Stillstandzeiten kommen, lassen sich Ersatzteile per interaktiven Katalog zielgerichtet und rund um die Uhr online bestellen.
„Predictive Maintenance“ sorgt dafür, dass es gar nicht so weit kommt. Voraussetzung ist eine „smarte“ Kommunikation zwischen der Maschine bzw. Fertigungszelle und ihrem Herzstück, dem Spritzgießwerkzeug. Das Computersystem „Moldlife Sense“ ermöglicht z. B. ein sensorgesteuertes Werkzeug-Monitoring über den kompletten Lebenszyklus und erkennt frühzeitig Veränderungen des Werkzeugs. In der Maschinensteuerung lassen sich die Messwerte verschiedener Sensoren visualisieren und einzelne Events – wie Warnungen, Alarme und Fehlerhinweise – anzeigen und dokumentieren. So kann der Anwender Auffälligkeiten im Prozess schnell erkennen und einschätzen, was zu tun ist.
Stellschrauben für mehr Effizienz und Kostenreduktion
Um den Spritzgießalltag mittels digitaler Produkte und Services deutlich zu erleichtern, hat Arburg das Kundenportal arburgXworld mit seinen zahlreichen Apps entwickelt, die in der Basisversion kostenlos sind. Hinzu kommen die eigenen Selogica- und Gestica-Steuerungen samt zugehöriger Assistenz- und Pilotfunktionen, zu denen man auf der Fakuma an einem Gestica-Demonstrator mehr erfährt. Die Steuerung ist der „intelligente“ Kopf der Maschine und kann den Bediener beim Rüsten, Einrichten und Betrieb umfassend und aktiv unterstützen.
Mit Hilfe digitaler Features lässt sich an der Spritzgießmaschine Optimierungspotenzial hinsichtlich Produktions- und Kosteneffizienz erschließen. Die Premium-App „MachineFinder“ hilft, die passendste Maschine aus dem Bestand zu ermitteln und liefert gleich die zugehörigen Richtwerte für erste Kalkulationen. Um die Rüstzeiten kurz zu halten, unterstützt der „Einrichtassistent“ den Bediener Schritt für Schritt – vom menügeführten Werkzeugeinbau über die automatische Erstberechnung der Parameter bis zum Teachen des Ablaufs. Mit der App „Virtual Control“ erhält man Voransichten der Ablaufprogrammierung und kann Datensätze direkt am PC optimieren.
Die Assistenzfunktion „FillAssist“ mit KI-unterstützter Variantenanalyse ermöglicht eine Füllsimulation direkt in der Maschinensteuerung. (Foto: Arburg)
Mit Hilfe einer KI-unterstützten Variantenanalyse wird die Spritzgießsimulation mit der Assistenzfunktion „FillAssist“ automatisiert und „lernt“, welche Auswirkungen die Änderungen von Maschinenparametern haben. Die in die Steuerung integrierte Füllsimulation ist darauf ausgelegt, beim Anfahren schnell zum Gutteil und in eine stabile Produktionsphase zu kommen. Gleichmäßiges und kontrolliertes Aufheizen oder Abschalten von Zylindermodul und Werkzeug übernimmt automatisch der „EnergyAssist“. Und reduziert damit deutlich den Energiebedarf und Kosten.
Reduzierte Teilekosten durch optimierte Zykluszeiten ist der Kundennutzen des „CycleAssist“, durch den die Steuerung den programmierten Zyklusablauf kennt. Per Klick können unproduktive Zeiten eliminiert und die Zykluszeit optimiert werden. Der „MeltAssist“ wiederum berechnet automatisch die Auslastung der Plastifizierung und die Verweilzeiten und trägt aktiv zur Materialeinsparung bei.
Werkzeuge zur Verbesserung der Teilequalität
Eine Herausforderung hinsichtlich der Teilequalität ist die Verarbeitung alternativer und anspruchsvoller Kunststoffe, insbesondere von Post-Industrial- (PIR) und Post-Consumer-Rezyklaten (PCR). Auch bei Chargenwechsel oder inhomogener Neuware können Pilotfunktionen in der Gestica-Steuerung stabile Prozesse sicherstellen.
Der „RecyclatePilot“ in der Gestica-Steuerung sorgt bei der Verarbeitung von schwankenden Materialqualitäten für ein stabiles Schussgewicht und hohe Teilequalität. (Foto: Arburg)
Der „aXw Control RecyclatePilot“ nutzt die vorhandene Maschinen-Sensorik, um schwankende Materialqualitäten zuverlässig auszugleichen und das Schussgewicht konstant zu halten. Störungen des Füllverlaufs lassen sich mit dem „ScrewPilot“ kompensieren und so eine stabile Formfüllung sicherstellen, während der „PressurePilot“ für eine bionisch optimierte Druckregelung sorgt, um Unterfüllungen oder Gratbildung zu vermeiden. Beide Pilotfunktionen sind bei der Fertigung medizinischer Spritzenkolben mit einem hybriden Allrounder 570 H aktiv. Die exakte Nachdruckregelung mit Hilfe von Werkzeuginnendrucksensoren ermöglicht der „ReferencePilot“.
Die Daten aus dem Spritzgießprozess sowie qualitäts- und servicerelevante Daten können auch an übergeordnete Software-Tools und Plattformen bereitgestellt werden. Mit dem Scada-System Arburg Turnkey Control Module (ATCM) lassen sich Prozess- und Qualitätsdaten teilespezifisch zusammenführen und wichtige Anlagenfunktionen visualisieren. Dazu liefern die Spritzgießmaschine, Automation und Peripherie jeweils alle relevanten Daten an das ATCM. Auf diese Weise kann jedes einzelne Spritzteil zu 100 % rückverfolgt werden. Darauf baut die Initiative R-Cycle auf: Mittels digitaler Produktpässe werden relevante Recycling-Daten während des Produktlebenszyklus in Echtzeit erfasst und die Grundlage für datenbasierte Materialströme geschaffen.
Mehr Planungseffizienz und Transparenz
Voraussetzung für die informationstechnisch vernetzte Spritzgießproduktion ist die Anbindung der Maschinen an ein Manufacturing Execution System (MES). Das Arburg Leitrechnersystem ALS ist ein zentrales MES, mit dem sich die gesamte Fertigung digital planen, optimal auslasten und steuern sowie alle relevanten Informationen rückverfolgen lassen.
Bereits in der Planungsphase kann ein Assistent dank intelligentem Algorithmus auf Basis gesammelter Produktionsdaten und benutzerabhängiger Kriterien Vorschläge für eine „Best-Fit“-Maschine machen. Sämtliche Informationen zu Aufträgen, Produktionsfortschritt sowie Rüstzeiten und Wartungen sind zentral verfügbar. Die zugehörigen Datensätze können vollautomatisch auf die Spritzgießmaschine übertragen werden. Mit dem Trend zur papierlosen Fertigung steigt auch die Zahl der verknüpften Produktionsdokumente. Relevante Dokumente werden orts- und medienunabhängig passend zum jeweiligen Auftrag bereitgestellt.
Ein großer Vorteil ist, dass die Produktionsdaten in Echtzeit erfasst und analysiert werden können. Sogenannte KPIs (Key Performance Indicators), Kennzahlen und Produktionsreports helfen, auf Management-Ebene die richtigen Entscheidungen zu treffen und sich agil an verändernde Bedingungen anzupassen. Für eine kontinuierliche Qualitätssicherung ist eine statistische Prozessüberwachung (SPC) und ortsunabhängige Auswertung von Prozessparametern der Spritzgießmaschinen in Echtzeit möglich.
Über mobile Anwendungen des Arburg Leitrechnersystems ALS sind Kennzahlen z. B. zu Maschinen, Aufträgen und Qualität direkt und übersichtlich verfügbar. (Foto: Arburg)
Insgesamt sorgt ALS so für mehr Flexibilität, Effizienz und Transparenz in der Fertigung. Durchschnittlich lässt sich mit ALS die OEE-Kennzahl (Overall Equipment Effectiveness) und die Gesamtanlageneffizienz um rund 26 % mehr als deutlich steigern. Noch mehr Möglichkeiten ergeben sich aus der Verknüpfung mit dem Kundenportal arburgXworld. ALS und das Kundenportal gibt es auch in mobilen Versionen für Smartphones und Tablets. Neu und wegweisend ist z. B. die KI-gestützte App „Ask Arburg“, die einfach abrufbares, umfangreiches Spritzgießwissen von Arburg enthält und konkrete Fragen zu allen Arburg-Produkten und Prozessen rund um das Spritzgießen.
