Fertigung in Echtzeit überwachen und Ausschuss reduzieren

node-divider
4 Minuten Lesezeit
4 Minuten Lesezeit
Um bei Fertigungsprozessen aufwendige kosten- und zeitintensive Qualitätssicherungsmaßnahmen zu sparen, muss die Werkstückqualität bereits während der laufenden Produktion überwacht werden, damit Fehler nicht erst am Ende der Prozesskette erkannt werden. Eingriffe in den Prozess sollen idealerweise direkt in Echtzeit erfolgen. Schaeffler Digital Solutions erklärt am Beispiel der Getriebeproduktion, wie sich Herstellungsfehler durch Vibrationsanalyse in Echtzeit vermeiden lassen.

Die Herausforderung

Bei der Getriebeproduktion kommen Feinbearbeitungsverfahren wie beispielsweise Honen oder Schleifen zum Einsatz. Diese Verfahren können Probleme hervorrufen, etwa periodische Geometrieabweichungen wie Mikrowelligkeiten. Ursache sind Schwingungen während des Herstellungsprozesses durch Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück. Mikrowelligkeiten führen bei Zahnrädern häufig zu Geräuschproblemen. Werden diese erst bei der End-of-Line-Prüfung entdeckt, müsste im Zweifelsfall das gesamte Getriebe wieder demontiert werden. Ein weiteres Problem beim Honen ist der Honringbruch. Wird dieses Ereignis nicht rechtzeitig bemerkt, können Fragmente des zerbrochenen Honrings in der Maschine Folgeschäden verursachen. Zusätzlich würden fehlerhafte Teile weiter im Produktionsprozess bleiben. In der Praxis der zerspanenden Bearbeitung sind auch Anwenderfehler möglich. Beim Abrichtvorgang können Einspannfehler passieren – Unwuchten beim Anlaufen der Spindel sind die Folge.   

Die Lösung

Ziel ist die Teilekontrolle in der Maschine über alle Arbeitsschritte und Fertigungsprozesse hinweg, und zwar live während der Produktion. Softwarelösungen wie autinityVC von Schaeffler Digital Solutions leisten genau das: autinityVC ist eine Software zur Schwingungsanalyse, die während der laufenden Produktion Daten von Vibrationssensoren auswertet, mit hinterlegten Referenzwerten vergleicht und bei Abweichungen sofort reagiert, indem sie über eine Schnittstelle auf die Maschinensteuerung zugreift. Ein Werkzeugbruch würde beispielsweise zu einem plötzlichen Peak der Schwingungen führen, sodass die Stoßüberwachung von autinityVC Alarm schlägt, eine Benachrichtigung auslöst und die Maschine stoppt. Die Software erkennt auch automatisch Bauteile, die durch ausgeprägte Mikrowelligkeiten als akustisch kritisch zu betrachten sind. Das betroffene Werkstück wird ausgeschleust oder zur Nachverfolgung markiert.  

Installiert wird die Software auf einem Industrie-PC direkt an der Maschine. Sie zeichnet die analogen Signale mehrerer Schwingungssensoren auf, zerlegt sie mithilfe der Fast-Fourier-Transformation (FFT) in einzelne Frequenzen und gleicht sie mit zuvor hinterlegten Referenzspektren ab. Werden auf Basis dieser Soll-Ist-Vergleiche Abweichungen von Grenzwerten festgestellt, wird ein Alarm ausgelöst. Darüber hinaus zeichnet autinityVC benötigte Prozessparameter aus der speicherprogrammierbaren Steuerung auf, welche automatisch mit den erfassten Spektren verknüpft werden. Somit können arbeitsschritt- und materialspezifische Referenzen erstellt und vergleichen werden. Die direkte Kommunikation mit der Maschine ermöglicht das sofortige Ausschleusen von Teilen und den Notrückzug in Falle eines Stoßalarm. Alle Spektren- und Stoßdaten inklusive der iO/NiO-Bewertung werden lokal oder auf einem Netzlaufwerk gespeichert. Zur weiteren Datenanalyse und Visualisierung dient der „VibroAnalyzer“, ein Desktop-Tool mit Campbell-Diagramm, Trendauswertung und Filterfunktionen, um Auffälligkeiten im Schwingungsbild zu finden. Drittsysteme können ebenfalls zur Analyse eingesetzt werden, da alle Vibrationsdaten im CSV- und/oder im Q-DAS-ASCII-Transferformat vorliegen. Für die zentrale Datenablage, Benachrichtigungsfunktion und Anzeige von NiO-Trends kommt eine Serverlösung zum Einsatz, die alle angebundenen Maschinen auf einen Blick vereint. Die aufgezeichneten Daten werden On-Premises zur Verfügung gestellt – das bedeutet, dass die sensiblen Daten lokal gespeichert werden und nicht auf externen Servern. Das gewährleistet eine hohe Datensicherheit. Bei Bedarf stellt Schaeffler Digital Solutions aber auch Off-Premises-Lösungen (Cloud/Rechenzentrum) bereit.

Das Ergebnis

Die Qualität von Teilen und Material wird in Echtzeit während der Produktion festgestellt. Fehlerhafte Teile können ausgeschleust werden, ohne weitere Produktionsschritte zu durchlaufen. Am Beispiel der Prozessüberwachung an Honmaschinen lassen sich erhebliche Reparaturkosten pro Schadensfall durch den Einsatz von autinityVC einsparen. Bei eventuellen Produktionsfehlern oder Werkzeugbruch stoppt autinityVC die Maschine und veranlasst das Ausschleusen der betroffenen Teile. Die nachfolgenden Werkstücke bleiben unversehrt – Ausschuss wird reduziert. Durch das schnelle Erkennen von Abweichungen im Produktionsprozess werden Folgeschäden und damit lange, ungeplante Stillstandzeiten vermieden. autinityVC bietet ein Analysetool, mit dem Produktionsprozesses ausgewertet und verbessert werden können – dadurch kann die Taktzeit optimiert werden. Des Weiteren wird Werkzeug-Verschleiß erkannt und das Werkzeug kann rechtzeitig getauscht werden. autinityVC kann außerdem als Datenquelle für Traceability genutzt werden, denn es ermöglicht, die Teile im Nachgang zu identifizieren. 

In Anwendung

NEWSLETTER

Jetzt unser IoT Use Case Update erhalten

node-divider

Erhalten Sie kostenlos das monatliche Update zu spannenden Use Cases, aktuellen Podcastfolgen und News aus unserer IoT-Community.