Die ALD Vacuum Technologies GmbH aus Hanau ist ein weltweit führender Anbieter im Bereich Vakuumtechnologien. Um eine gleichbleibend hohe Produktionsqualität sicherstellen zu können und gleichzeitig den Aufwand und die Kosten für die Qualitätssicherung gering zu halten, entwickelt das Unternehmen unter der Marke ALD EXPERT innovative digitale Lösungen. Ein Beispiel ist das hauseigene kamerabasierte Qualitätssicherungssystem, das beim Einsatz in Beschichtungsanlagen für erhebliche Einsparungen sorgt.
Die Herausforderung: Aufwendige und teure Qualitätssicherung durch hohe Anforderungen und Nachweispflichten
Im Maschinen- und Anlagenbau stellt die kontinuierliche Überwachung und Optimierung der Produktionsprozesse eine große Herausforderung dar. Unternehmen wie ALD sind ständig bestrebt, die Effizienz ihrer Anlagen zu maximieren und gleichzeitig eine hohe Produktqualität zu gewährleisten. Dies erfordert eine fortlaufende Prozessüberwachung, um Anomalien frühzeitig zu erkennen und Maßnahmen zur Vermeidung von Ausfällen zu ergreifen.
Ein wichtiger Aspekt ist auch die Nachweispflicht, der Unternehmen im Maschinenbau unterliegen. Insbesondere in regulierten Industrien wie der Automobil- oder Luftfahrtbranche müssen Unternehmen umfassend dokumentieren, dass ihre Produktionsprozesse den hohen Qualitätsstandards und gesetzlichen Anforderungen entsprechen. Dies bedeutet, dass jede einzelne Phase des Produktionsprozesses lückenlos nachweisbar und rückverfolgbar sein muss.
Ein Beispiel: In Beschichtungsanlagen werden Turbinenschaufeln aus Titan für Flugzeugtriebwerke mit einer mikrometerdünnen Keramikschicht versehen. Dadurch halten die Schaufeln, die in den Triebwerken eingesetzt werden, höheren Verbrennungstemperaturen stand. Außerdem können so die Geräuschentwicklung und der Kerosinverbrauch des Triebwerks reduziert werden. Dazu wird die Keramik mit einem Elektronenstrahl beschossen. Dabei verdampft die Keramik. In dieser Verdampfungswolke werden dann die Turbinenschaufeln translatorisch und rotatorisch hin- und herbewegt, um eine homogene dünne Keramikschicht zu erhalten.
Die Qualitätsanforderungen in einem solchen speziellen Business Case sind außerordentlich hoch – die Kosten einer mangelhaften Produktionscharge aufgrund von Fehlern bei der Beschichtung ebenfalls.
Traditionelle Methoden stoßen dabei oft an ihre Grenzen, da sie nicht die notwendige Flexibilität und Präzision bieten können, die in modernen Produktionsumgebungen erforderlich sind. Ohne den Einsatz moderner digitaler Lösungen ist dies oft mit erheblichem manuellem Aufwand und hohen Fehlerquoten verbunden, was wiederum die Effizienz der Produktion beeinträchtigen kann. Im oben genannten Anwendungsfall musste der Operator während der gesamten achtstündigen Schicht (im Dreischichtbetrieb) den Verdampfungsprozess des Materials durch einen kleinen Viewport beobachten und kontrollieren.
Die Lösung: Kamerabasierte Prozessüberwachung und Bilderkennungssystem AOS
Als weltweit führender Hersteller von vakuumtechnischen Anlagen im Bereich Metallurgie und Wärmebehandlung beschäftigen ALD Vacuum Technologies ca. 900 Mitarbeiter in zehn Ländern. Das Unternehmen setzt Standards durch innovative Produkte, modernste Technik, umfassenden Service sowie höchste Flexibilität. Als Zulieferer für Ausrüstung und Systeme für thermische und thermochemische Behandlung von metallischen Materialien in fester und flüssiger Form ist ALD eines der marktführenden Unternehmen in der Stahlindustrie. Das Firmenportfolio reicht von fundiertem Wissen in der Vakuumprozess-Technologie bis hin zur Gestaltung von maßgeschneiderten Systemlösungen für den Einsatz in diesem Bereich.
Um den Herausforderungen seiner Kunden zu begegnen, hat ALD Vacuum Technologies unter der Marke ALD EXPERT eine Reihe digitaler Services und Lösungen entwickelt. Für den genannten Anwendungsfall, dem Verdampfungsprozess, hat ALD eine kamerabasierte Prozessüberwachung und ein spezielles Bilderkennungssystem, das ALD EXPERT – Advanced Observation System (AOS), entwickelt. Kameras überwachen dabei kontinuierlich die Abläufe und erkennen durch moderne Analysetechniken und Algorithmen frühzeitig Abweichungen und Anomalien. Über einen Monitor werden die Prozessvideos in Echtzeit für den Anlagenbediener angezeigt. Da die vom Algorithmus detektierten Anomalien direkt in den Live-Videos angezeigt werden, ermöglicht dies dem Anwender den Produktionsprozess stets im Blick zu behalten und bei Bedarf sofort einzugreifen. Die Prozessvideos werden in einer Datenbank mit entsprechendem Zeitstempel und Chargennummer gespeichert, was den Dokumentationsaufwand erheblich reduziert und gleichzeitig die Nachverfolgbarkeit der Produktionsschritte verbessert.
In modernen Produktionsprozessen fallen enorme Mengen an Daten an, die aus verschiedenen Quellen stammen, wie Sensoren, Kameras und Maschinensteuerungen. Bei der Erfassung und Aufbereitung der relevanten Daten setzt ALD EXPERT technologisch auf eine Kombination aus On-Premise-Lösungen und Open-Source-Software. Verwendung finden hier Technologien wie InfluxDB zur Speicherung von Zeitreihendaten, die eine effiziente Abfrage und Verarbeitung großer Datenmengen erlaubt. Python-basierte Analysetools kommen zum Einsatz, um die Rohdaten zu filtern, zu bereinigen und in verwertbare Informationen umzuwandeln. Diese Informationen werden dann in Echtzeit auf Grafana-Dashboards visualisiert, die den Anwendern eine intuitive und interaktive Überwachung der Produktionsprozesse ermöglichen.
Ein wichtiger Teil der ALD-Lösung ist die unternehmenseigene Plattform ALD EXPERT GRID: Diese ermöglicht es, Daten aus verschiedenen Quellen, wie z. B. die SPS oder verschiedene Sensoren, zusammenzuführen und sie auf einer gemeinsamen Plattform zu analysieren. Der ALD EXPERT GRID erleichtert nicht nur die Erfassung und Verarbeitung der Daten, sondern bietet auch eine robuste Infrastruktur für die Integration und Skalierung der Anwendungen. Die Plattform läuft entweder virtualisiert auf dem Server des Kunden; alternativ kann sie aber auch auf einem kleinen Industrie-PC im Schaltschrank der Anlage betrieben werden.
Ein großer Vorteil der Lösungen von ALD EXPERT ist die offene Architektur: Sie erlaubt eine einfache Installation in bestehende Anlagen und ermöglicht, verschiedenste Datenquellen und Systeme nahtlos miteinander zu verbinden und so eine umfassende Datenerfassung und -analyse zu gewährleisten.
Das Ergebnis: Erhöhte Produktionsqualität bei verringerten Kosten
Die Implementierung dieser digitalen Lösungen hat den Kunden von ALD bisher erhebliche Vorteile gebracht. Durch die frühzeitige Erkennung von Anomalien und die Möglichkeit rechtzeitig Parameter im Anlagenprozess ändern zu können, konnten Stillstandzeiten der Anlagen deutlich reduziert werden. Dies hat nicht nur zur Erhöhung der Produktionskapazität beigetragen, sondern auch zur Vermeidung von kostspieligen Ausfällen. Die Echtzeitüberwachung und die detaillierten Datenanalysen führten außerdem zu einer signifikanten Verbesserung der Produktionsqualität. Kunden profitieren von einer gleichbleibend hohen Qualität ihrer Produkte, was wiederum ihre Wettbewerbsfähigkeit stärkt. Die automatisierten Qualitätssicherungsdokumente erleichtern zudem die Einhaltung von Industriestandards und Vorschriften, was für viele Unternehmen eine wesentliche Voraussetzung für den Marktzugang darstellt.
ALD EXPERT arbeitet kontinuierlich an der Weiterentwicklung seiner digitalen Lösungen. Im Fokus steht dabei immer die Anpassung an die spezifischen Anforderungen der Kunden. Die Vision ist klar: Durch innovative Technologien hilft ALD seinen Kunden, ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern und die Produktion nachhaltig zu verbessern.
