Den Prozess im Blick – die Qualität im Griff

Der Spritzgiesser kennt das: Einerseits sorgen wechselnde Umgebungsbedingungen, plötzliche Änderungen der Materialeigenschaften und zunehmender Verschleiss von Werkzeug und Maschine für ständig neue Randbedingungen. Dazu kommen gar nicht so seltene Probleme bei Materialzufuhr und Automatisierung, die zu kurzen Unterbrechungen der Produktion führen. Diese stören das thermische Gleichgewicht in Massezylinder und Werkzeug. Andererseits wird in modernen Spritzgiessmaschinen vieles geregelt, beispielsweise Achsenbewegungen, Temperaturen und Drücke. Darüber hinaus sorgen zunehmend auch bei der Werkzeugtemperierung intelligente Wasserverteiler für geregelte Verhältnisse, und moderne Prozessregler wie iQ weight control kümmern sich darum, dass das Einspritzvolumen konstant bleibt.
Tatsache ist, dass viele, aber eben nicht alle Veränderungen ausgeregelt werden können. Wenn «nicht regelbare» Prozessveränderungen auftreten, werden sie oft zu spät oder gar nicht erkannt – die Produktion von Ausschuss ist vorprogrammiert. Die Suche nach den Ursachen ist zeitraubend und erfordert Experten. Experten mit Prozesswissen und Erfahrung sind jedoch Mangelware.

Prozessveränderungen erkennen – Ausschuss vorbeugen
Hundertprozentige Qualitätskontrolle ist teuer und deshalb nur für spezielle Anwendungen sinnvoll. Daher empfiehlt es sich, stattdessen den Prozess zu überwachen. Ein stabiler, sich nicht verändernder Prozess ist die Voraussetzung für eine gleichbleibende Teilequalität.
Doch wann ist ein Prozess stabil? Bisher war es üblich, bestimmte Prozessparameter auszuwählen, diese mit Toleranzen zu versehen und zu überwachen. Doch so einfach ist das nicht: Während es für die Qualität von Bauteilen klar definierte Spezifikationen und Toleranzen gibt, erfolgt bei der Prozessüberwachung die Auswahl der Parameter und die Festlegung von Toleranzen meistens subjektiv auf Basis von Erfahrung. Hier sind also wieder die Experten und Zeit gefragt.

Daten-Analyse – Ersatz oder Hilfe für den Experten?
Nun schafft ein bodenständiger und auf den ersten Blick ein wenig paranoid scheinender Daten-Analyse-Ansatz Abhilfe. Er lautet so: Man nehme alle relevanten Parameter, derer man habhaft werden kann, und überwache sie. Lieber alles überwachen, als etwas Wichtiges übersehen. Dadurch erhält man einen ganzheitlichen Blick auf den Prozess, eine Art Fingerabdruck also. «Alle relevanten Parameter» können allerdings sehr, sehr viele sein, daher wirft der Ansatz zwei Problemstellungen auf:

1. Der Aufwand zum Einstellen von Überwachungsgrenzen steigt mit der Zahl der überwachten Parameter.
2. Der Aufwand zum Interpretieren der Ergebnisse steigt ebenso.

iQ process observer von ENGEL beseitigt diese Probleme auf eindrucksvolle Art und Weise. Obwohl hunderte Parameter überwacht werden, geht der Einstellaufwand für den Benutzer gegen Null:

• Die verfügbaren Parameter sind werksseitig vorkonfiguriert. Die tatsächlich installierte Anlagenausrüstung ist dabei bereits berücksichtigt.
• Zur Laufzeit erkennt die Software, welche Zonen der Zylinder- oder Werkzeugheizung oder wie viele Punkte aus einem Geschwindigkeitsprofil gerade tatsächlich zum Einsatz kommen und daher wert sind, überwacht zu werden.
• Toleranzgrenzen werden auf Basis des aktuellen Prozesses automatisch erlernt. Der Lernvorgang wird jedoch vom «eingebauten Expertenwissen» überwacht und wenn nötig so korrigiert, dass es auf Basis von aktuell vorliegenden sehr kleinen oder sehr grossen Streuungen einzelner Parameter nicht zu unbrauchbar engen oder weiten Toleranzen kommt.

Nun zur Interpretation der Ergebnisse. Da durch zu viele Details der Blick auf das Wesentliche schnell verloren geht, stellt der iQ process observer die Ergebnisse der Überwachung zunächst aus der Vogelperspektive dar, als eine Art «executive summary». Für jeden der vier Prozessschritte Plastifizieren, Einspritzen, Kühlen und Entformen bringen Ampel-Symbole den aktuellen Zustand auf den Punkt. Alles grün bedeutet, alles ist okay. Eine gelbe Ampel zeigt, dass es Veränderungen oder Abweichungen vom Referenzzustand gibt. Wenn der Anlagenverantwortliche eine gelbe Ampel sieht, will er wissen: Was genau weicht ab? Wie kam es dazu? Ein Klick auf die Ampel führt zur Detailansicht, in der der Verlauf des Geschehens entlang der letzten Zyklen dargestellt ist.
Der iQ process observer macht das, was auch ein Prozesstechniker bei einer Problemanalyse machen würde, nämlich Daten so aufbereiten, dass man aus ihnen etwas herauslesen kann. Der Prozesstechniker kann sich voll und ganz auf die Interpretation der Story konzentrieren, die ihm sein zuverlässiger Spritzgiess-Assistent erzählt, und sich über mögliche Problemlösungen Gedanken machen.

Der Observer spricht Klartext
Hersteller von Spritzgiessmaschinen entwickeln immer mehr Lösungen, die einen konstanteren oder besser eingestellten Prozess zum Ziel haben. Auf den ersten Blick drängt sich also die Frage auf: Wozu braucht man da noch eine Überwachungslösung wie den iQ process observer? Die Antwort lautet: Alle diese Assistenzsysteme – bei ENGEL «iQ Produkte» genannt – ergänzen sich und wachsen mit dem iQ process observer zusammen. Optionale Sensoren im Werkzeug oder in den Kühlwasserkreisen vervollständigen das Bild, das der iQ process observer vom Prozess liefern kann. Die Prozessregelung «iQ weight control» und der Sollwertassistent «iQ clamp control» liefern mit dem Einspritzvolumen, der Viskositätsänderung oder der Werkzeugatmung wertvolle Zusatz-Kennzahlen für den Prozess, ohne dass zusätzliche Sensorik erforderlich wäre.
Wie zuvor beschrieben, besteht das Grundprinzip des iQ process observer darin, dem Benutzer die Daten so zu visualisieren, dass er diese bestmöglich interpretieren kann und Schlüsse und Aktionen daraus ableiten kann. Die Software geht aber noch einen Schritt weiter und greift dem Benutzer etwas unter die Arme, wenn er vielleicht nicht gleich Lösungsmöglichkeiten erkennt: In jedem Zyklus wird geprüft, ob aus dem aktuellen Beobachtungsbild bestimmte bekannte Fehlerbilder oder Optimierungsmöglichkeiten erkannt werden können und ob es ratsam wäre, eine Massnahme zu setzen. Wenn ein solcher Zustand erkannt wird, wird dem Benutzer Hilfestellung angeboten. Durch einen Klick erhält der Benutzer Hinweise auf die Ursache oder Vorschläge zur Prozessoptimierung beziehungsweise Behebung des Problems.

Ein «lebendes» Produkt
Das Entwickler-Team bei ENGEL hat es sich zum Ziel gesetzt, den iQ process observer kontinuierlich weiterzuentwickeln. So werden unter anderem die Prozesshinweise laufend um neue Fehlerbilder und Optimierungsvorschläge erweitert, sodass das Produkt im Laufe der Zeit wächst und immer mächtiger wird.
Aus diesem Grund wurde besonderes Augenmerk auf die einfache Updatebarkeit der Software gelegt. Die Berechnungen erfolgen in einer eigenen Hardware, dem Edge-Device von ENGEL. Damit wird die Rechenlast für die Datenanalyse von der Steuerung der Maschine ferngehalten. Die Berechnungsergebnisse werden an die Maschinensteuerung zurückgegeben und dort visualisiert. Der iQ process observer nutzt die moderne und sichere IoT-Infrastruktur des Edge-Devices. Mithilfe einer Verbindung zum Internet sucht das Edge-Device – nach Freigabe durch den Benutzer – automatisch nach verfügbaren Updates.
Konnektivität bildet die Basis für zukünftige Produkte. Auch beim iQ process observer hat die Vernetzung enorme Vorteile für den Benutzer, die über die einfache Update-Möglichkeit weit hinausgehen. iQ process observer wird in Zukunft auch als Webversion verfügbar sein. Hier hat der Benutzer nicht nur die einzelne Maschine im Blick – sondern alle Maschinen sind mit allen notwendigen Informationen übersichtlich dargestellt. Zudem wird es eine Vielzahl zusätzlicher nützlicher Features geben, welche es auf der Maschine gar nicht geben kann.

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