Smart Factory für die Produktion von Spezialschmierstoffen der Zukunft:

Neue Maßstäbe bei der Automatisierung

Pyramidenmodell des Zustands nach dem Ausbau. Durch die Vernetzung der Systeme und die Einführung modernster Automatisierungstechnik werden sowohl die Kommissionierung als auch die Produktions- und Abfüllprozesse in all ihren Abläufen durchgängig automatisiert und vernetzt. Bild: Process Automation Solutions

Schlagworte wie Industrie 4.0 und „Smart Factory“ sind heute in aller Munde. In der Realität fehlen in der Prozessindustrie die Umsetzung und auch die Voraussetzungen dafür noch an vielen Stellen. Ist doch eine wirklich durchgängige horizontale und auch vertikale Vernetzung immer noch eher die Ausnahme als die Regel.

Manuelle Arbeitsabläufe sind vielerorts gängige Praxis. Der Umgang mit Arbeitsaufträgen in Papierform, bei dem der Prozess manuell abgearbeitet wird und bei dem die Ergebnisse, wie z.B. tatsächlich dosierte Mengen, dann wieder „händisch“ in andere Systeme eingegeben werden müssen, ist vielerorts noch üblich. Das ist umständlich, fehleranfällig, ineffizient und erschwert die Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit. Es gibt sie aber schon, die real existierende „Smart Factory“ in der Prozessindustrie: Der Schmierstoffspezialist Rhenus Lub setzt auf modernste Automatisierungstechnik und hat damit einen wichtigen Schritt zu Industrie 4.0 vollzogen. Mit dem richtigen Partner an Bord ließen sich die entsprechenden Maßnahmen zur durchgängigen digitalen Vernetzung der Fettproduktion vom ERP-System bis zur Produktionsanlage und von der Kommissionierung bis hin zur Abfüllung realisieren.

Mit modernster Automatisierungstechnik führend in der Fettchemie

Mit der weiteren Automatisierung der Fettfabrik beginnt ein neues Kapitel in der Produktion von Hochleistungsschmierfetten. Kunden profitieren von Qualität, Liefertreue und kurzen Lieferzeiten. Bild: Rhenus Lub

Mit der weiteren Automatisierung der Fettfabrik beginnt ein neues Kapitel in der Produktion von Hochleistungsschmierfetten. Kunden profitieren von Qualität, Liefertreue und kurzen Lieferzeiten.
Bild: Rhenus Lub

Schmierstoffe des Mönchengladbacher Schmierstoffspezialisten Rhenus Lub gelten in der Lebensdauerschmierung als unverzichtbares Konstruktionselement. Sie sorgen dafür, dass hoch beanspruchte Lager in Schienen- und Kraftfahrzeugen, Walzwerken und im Maschinenbau über Jahre und Jahrzehnte zuverlässig funktionieren. Allerdings steigen in diesen Anwendungsbereichen die Anforderungen ständig; die Fertigungsprozesse für die Schmierstoffe werden immer aufwändiger, verlangen aber gleichzeitig ein Höchstmaß an Flexibilität, z.B. um das Verhältnis zwischen Nachfrage und Herstellung möglichst effizient in Einklang zu bringen.

Um hier auch zukünftig führend zu bleiben, setzt das Familienunternehmen seinen Kurs konsequent fort, den es 2006 mit der Eröffnung der hochmodernen Fettfabrik am Firmensitz in Mönchengladbach begann. Im nächsten Schritt wurden nun die immer komplexer werdenden Fertigungsprozesse für Schmierfette mit neuester Prozessleittechnik (PLS) inklusive Batchsystem zur Chargensteuerung und einem Manufacturing Execution System (MES) automatisiert, sowie mit dem ERP-System vernetzt. Das besondere an der Lösung ist nicht nur die komplette vertikale Vernetzung des ERP-Systems über das MES bis hin zum PLS, sondern auch die horizontale Vernetzung.

Vertikale und horizontale Vernetzung

Handzugaben werden mit den Handscannern verifiziert. Bild: Rhenus Lub

Handzugaben werden mit den Handscannern verifiziert.
Bild: Rhenus Lub

Dies beginnt bei der Kommissionierung, bei dem die Mitarbeiter alle notwendigen Handzugaben vor Beginn des eigentlichen Produktionsvorgangs abwiegen und mit Barcodeausdrucken versehen. Der nächste Schritt ist die batchgeführte Produktion mit den entsprechenden Verfahrensschritten, wie z.B. automatischen Dosagen und Handzugaben, die mit den Handscannern verifiziert werden. Abschließend folgt ein Homogenisierungsschritt.

Das Abfüllen des Produktes geschieht wiederum mit extra Abfüllaufträgen in vielfältige Gebindeformen. Die unterschiedlichen Rezepturen und vielen Gebindearten ermöglichen bis zu 1.000 verschiedene Fertigungsvarianten, die im System abgebildet werden müssen. Da bei den Abfüll- und Homogenisierungsvorgängen die Anlagenteile neben den festen Rohleitungsverbindungen auch mittels Schlauchleitungen verbunden sind, müssen diese Wege auch mit dem MES-System und Handscannern verifiziert werden.

Analysieren, Planen und Realisieren

Dafür war es jedoch zunächst notwendig, sämtliche Arbeitsabläufe zu analysieren und die im ERP-System hinterlegten Herstellungsanweisungen als normkonforme Rezeptur zu formulieren. Neben genau definierten Mengen an Rohstoffen und Additiven zählen dazu insbesondere auch Prozessparameter wie z.B. Temperatur, Rührwerkseinstellungen, Reaktionszeiten oder präzise Zeitpunkte für die Zugabe von Einsatzstoffen. Hier kamen die Automatisierungsspezialisten der Process Automation Solution GmbH als Partner ins Spiel.

Als Grundlage für diese Aufgabe analysierten sie zunächst die Arbeitsprozesse, erstellten ein Umsetzungskonzept und entwickelten auf Basis der bereits vorhandenen Hardware in der Produktionsanlage die neue Automatisierungsstruktur. Im nächsten Schritt wurden detaillierte Spezifikationen für das Prozessleitsystem, inklusive flexibler Chargensteuerung, und für das MES erstellt, nach denen das System umgesetzt wurde. Die MES-Funktionen umfassen Auftrags- und Materialverwaltung ebenso wie die Vorkommissionierung, die Verifizierung der manuellen Zugaben der Rohstoffe in den Rührkessel, Qualitätskontrollen im Labor, Wegeverifizierung für die Abfüllung, Protokollfunktionen und natürlich die Schnittstelle zum ERP-System und zum Prozessleitsystem.

Die Automatisierungslücke schließen ohne Produktionsausfall

Statt der bisherigen Automatisierungslücke zwischen der Bürowelt mit Auftragsannahme und der Produktionsanlage, sind nun das ERP-System und die Automatisierungsebene der Produktion durch Chargensteuerung und MES miteinander verbunden. Das gewährleistet eine durchgängige Dokumentation und zeitgenaue Verfolgbarkeit des kompletten Fertigungsprozesses. Die Installation der neuen Automatisierungslösung durfte dabei den laufenden Produktionsbetrieb so wenig wie möglich beeinträchtigen.

Um diese Herausforderung zu meistern, wurde das neue System an verschiedenen Wochenenden während der üblichen Abstellphasen getestet. Dies, der großartige Einsatz aller Beteiligten und ein Funktionstest der Applikation bei Process Automation Solutions im Vorfeld trugen dazu bei, dass das System im Dezember 2014 in Betrieb genommen werden konnte.

Bedienerführung: Definierter Ablauf und Nachvollziehbarkeit

Arbeitsabläufe, die sich auch weiterhin nicht automatisieren lassen, werden heute durch die Bedienerführung am System unterstützt. Für die einzelnen Aufträge und die entsprechenden Rezepturen gibt es Aufforderungen, die der Bediener chronologisch ausführen muss. So lässt sich ein bestimmter Rohstoff erst dann zufügen, wenn der entsprechende Arbeitsschritt ansteht und per Scanner die Identifikationsnummer des entsprechenden Behälters und des Stoffes korrekt erfasst wurde. Ist dieser Job erledigt, wird quittiert, und der nächste Ablaufschritt wird freigeschaltet.

An den Bedienstationen des Prozessleitsystems und MES sind alle relevanten Informationen auf einen Blick verfügbar. Bild: Rhenus Lub

An den Bedienstationen des Prozessleitsystems und MES sind alle relevanten Informationen auf einen Blick verfügbar.
Bild: Rhenus Lub

An den Bedienstationen des Prozessleitsystems und MES sind alle relevanten Informationen auf einen Blick verfügbar und in Hinblick auf Übersichtlichkeit dargestellt. Dabei wurden viele Elemente des sogenannten „High Performance HMI“ umgesetzt. Das ermöglicht ergonomisches, ermüdungsfreies Arbeiten und vermeidet Fehler. Durch die Bedienerführung ist zudem jederzeit dokumentiert, wer welchen Arbeitsschritt wann und wo ausgeführt hat. Die Bedienanforderungen werden im Prozessbetrieb aus den Rezepten angestoßen und an das MES übermittelt. Der Ablauf des Prozesses ist nur einmal im System, nämlich im Rezeptursystem, hinterlegt. Das vereinfacht die Synchronisation des MES mit dem Prozessleitsystem erheblich und die Prozesse bleiben weiterhin flexibel.

Für die Fettproduktion ergibt sich durch die neue Automatisierungslösung gleich eine ganze Reihe an Verbesserungen. Die Gefahr von Fehlchargen ist minimiert, der Anlagennutzungsgrad steigt, weil sich die Auftragsabwicklung besser planen lässt, und die Online-Prozessüberwachung ermöglicht eine kontinuierliche Prozessoptimierung. Letztendlich steigt durch all dies die Kundenzufriedenheit, denn Qualität, Liefertreue und kurze Lieferzeiten weiß schließlich jeder zu schätzen. Rhenus Lub ist mit der hochmodernen und intelligenten Fettproduktion in Mönchengladbach somit erfolgreich im Industriezeitalter 4.0 angekommen und weiter in Richtung Zukunft unterwegs.

Über Rhenus Lub
Rhenus Lub ist ein international operierender Systemanbieter von Spezialschmierstoffen. Das 1882 in Mönchengladbach gegründete Unternehmen entwickelt und produziert wassermischbare und nichtwassermischbare Kühlschmierstoffe für die anspruchsvolle Zerspanung, Spezialprodukte für die Umformung sowie Spezialfette und Spezialöle. Kunden sind führende Unternehmen im Maschinenbau, in der Automobil- und Automobilzulieferindustrie, in der Wälzlager- und Lebensmittelindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrt. Im Jahr 2013 wurden rund 26.000 Tonnen Spezialfette und Hochleistungskühlschmierstoffe verkauft. Der Umsatz lag bei rund 82 Mio. Euro. Als Innovationsführer investiert das Unternehmen überdurchschnittlich in Forschung und Entwicklung. Mehr als 20 Prozent aller Mitarbeiter sind in diesem Bereich beschäftigt. Rhenus Lub ist mit Tochterunternehmen und Auslandsvertretungen in 31 Ländern weltweit präsent.

Über die Process Automation Solutions GmbH
Der Name Process Automation Solutions GmbH (vormals M+W Process Automation) steht für innovative, individuelle und zukunftssichere Automatisierungslösungen in der Prozess- und Fertigungsindustrie. Dabei können die Spezialisten für Komplettlösungen aus einem Guss bereits auf über 25 Jahre Erfahrung zurückgreifen. Schwerpunkte der Tätigkeit sind die Projektierung von Steuerungs- und Prozessleitsystemen und deren vertikale Integration in den gesamten Unternehmensprozess. Process Automation Solutions ist ein Tochterunternehmen von ATS Automation und verbindet so die Flexibilität eines Mittelständlers mit der Leistungsfähigkeit eines großen Unternehmens.

Titelbild: Process Automation Solutions

Ellen-Christine Reiff

Ellen-Christine Reiff

Studium der deutschen Philologie, danach tätig bei Theater und Fernsehen, seit 1986 freie Journalistin beim Redaktionsbüro Stutensee mit Schwerpunkt Optoelektronik, elektrische Antriebstechnik, Elektronik und Messtechnik.

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Stephan Engels

Abteilungsleiter bei der Process Automation Solutions GmbH

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