Fachartikel

9.05.2018
erschienen in GIESSEREI Heft 5|2018

MES-System sichert Zukunftsfähigkeit

Bild 1: Aktuell arbeiten 230 Mitarbeiter in der Eisengießerei – von der Beratung und Entwicklung bis hin zu technisch perfekt ausgelegten Gussteilen steht dabei der Kunde mit seinen Anforderungen im Mittelpunkt.

Die Eisengiesserei Baumgarte GmbH, Bielefeld, als eine der großen deutschen Gießereien mit drei Formanlagen und vielfältigen Referenzen in ganz unterschiedlichen Branchen, steht seit vielen Jahrzehnten für anspruchsvolle, zeitgemäße Gusstechnik sowie für höchste Qualität und zukunftsweisende Technologien. Diesem Vorsprung fühlt sich die Eisengießerei verpflichtet – auch in Zukunft. Ein wichtiger Schritt in Richtung Zukunft war dabei die Einführung eines MES-Systems des Softwareunternehmens Fastec.

VON ALINE EFFENBERGER, PADERBORN

Aktuell arbeiten 230 Mitarbeiter auf einer Produktionsfläche von ca. 20 000 m² in der Eisengiesserei Baumgarte, die auf hochmodernen Produktionsanlagen jährlich ca. 30 000 t Gussteile gießen und verarbeiten (Bild 1). Dabei wird großer Wert auf umfassende Kundenorientierung gelegt: Von der Beratung und Entwicklung über die Wertanalyse und Konstruktion bis hin zu technisch und wirtschaftlich perfekt ausgelegten Gussteilen steht der Kunde mit seinen Anforderungen im Mittelpunkt.

Dabei behält Baumgarte die sich wandelnden Marktbedingungen immer im Blick, passt seine Fertigungs- und Produktionstechnologie stets zeitgemäß an und entwickelt im technischen und administrativen Bereich Prozesse weiter im Hinblick auf Nachhaltigkeit, Leistungsfähigkeit und die Zukunft. Ein wichtiger Schritt in Richtung Zukunft war dabei die Einführung eines Manufacturing Execution Systems (MES). Diese Notwendigkeit sah auch Volker Spruch, Leiter des Technischen Controllings bei der Eisengießerei Baumgarte: „Mit einem MES-System können wir auf wechselnde Marktbedingungen reagieren und die steigenden Kundenanforderungen an Gussteile bei gleichbleibend hoher Qualität umsetzen. Mit dem MES-System haben wir jederzeit aktuelle Leistungen und damit Kostendaten.“

So fiel Ende 2010 der Startschuss zur Einführung des MES-Systems Fastec 4 Pro des Paderborner Softwareunternehmens Fastec. An zwei Kernschießanlagen wurde das Modul zur Maschinendatenerfassung (MDE) als Pilotinstallation implementiert (Bild 2). Dieser MDE-Baustein konnte dank der vorab klar herausgearbeiteten Anforderungen an das MES-System problemlos und schnell in Betrieb genommen werden. Bereits im Frühjahr 2011, also 6 Monate nach der Pilotinstallation, konnte das System auf die restlichen 12 Maschinen im Bereich Kernmacherei erweitert werden. Im August des gleichen Jahres folgten die drei Formanlagen der Eisengiesserei Baumgarte. Zwei der Formanlagen wurden „klassisch“ über Fastec-I/O-Module angebunden, bei einer Formanlage erfolgte die Anbindung über eine spezielle Webschnittstelle auf XML-Basis.

Mit MES-System mit XML-Webschnittstelle nachkalkulieren

Im nächsten Schritt des Projektes sollte eine Schnittstelle zum vorhandenen Enterprise Ressource Planning (ERP)-System realisiert werden, damit ERP- und MES-System miteinander kommunizieren können. Bei Baumgarte wird das speziell für Gießereien- und die Metallbearbeitungsbranche entwickelte ERP-System GUSS info der sd software GmbH, Schloß Holte-Stukenbrock, genutzt. Die Schnittstelle für die Auftragsübernahme aus dem ERP-System bildete das Kernstück in diesem Projektschritt. Im Unterschied zu den bereits implementierten Kernschießmaschinen können bei den Formanlagen verschiedene Aufträge in einem Formkasten produziert werden.

Um diese Aufträge aus dem ERP- in das MES-System übertragen zu können, wurde eine komplexe und anspruchsvolle Schnittstellenlösung auf XML-Basis realisiert. Hierbei werden alle Aufträge für die Formanlage zusammengefasst und daraus ein sogenannter Überauftrag gebildet. Die Vorgabezeit dieses Überauftrages wird dabei aus der langsamsten Vorgabezeit der Unteraufträge ermittelt, die Sollmengen wiederum ergeben sich aus der Summe der Sollmengen der Unteraufträge. Dieser Überauftrag lässt sich dann wie die regulären Aufträge direkt am MES-System an- und abmelden (Bild 3).

Um das Ganze zu visualisieren, wurde eine spezielle Monitoring-Ansicht für die Produktionsterminals an den Formanlagen erstellt. Hier sieht der Abteilungsleiter im oberen Bereich den Überauftrag mit den für ihn relevanten Daten und direkt darunter sämtliche Unteraufträge mit Soll-Stückzahl, IO- und NIO-Stückzahl, Teilenummer usw. Nach Abschluss des Überauftrages, wenn die festgelegte Sollmenge erreicht ist und der Maschinenbediener den Auftrag im MES-System als „beendet“ zurück gemeldet hat, erfolgt die Auftragsrückmeldung an das ERP-System. Dabei wird für jeden MES-Datensatz ein Datensatz für das ERP-System generiert. Bei Auftrags-, Schicht-, Werker- und Tageswechsel werden diese unterteilt, wobei dann in jedem dieser Blöcke Zustände, Zeiten, Zählerstände usw. summiert enthalten sind. Dank dieser detaillierten Datenübergabe ist so eine exakte Nachkalkulation der Aufträge direkt im ERP-System möglich: Maschinen- und Rüstzeiten, Stillstände sowie Gut- und Ausschussmengen werden genau erfasst und entsprechend aufbereitet dem SD-System zur Verfügung gestellt.

Die Verantwortlichen von der Eisengiesserei Baumgarte überzeugten die Möglichkeiten der ursprünglich für die Formanlagen implementierten Schnittstellenlösung, sodass eine Anbindung aller Maschinen über die SD-Schnittstelle beschlossen und realisiert wurde. „Dank unserer speziellen SD-Schnittstelle zwischen Fastec 4 PRO und unserem ERP-System ist es uns nun möglich, Aufträge detailliert nachkalkulieren zu können“, so Volker Spruch. Eine Ausnahme hinsichtlich der ERP-Anbindung bilden die 6 Bearbeitungszentren (BAZ). Um die Bediener von unnötigen Eingaben zu entlasten, werden hier zusätzliche digitale Signale von den Maschinensteuerungen der Bearbeitungszentren an das MES-System übertragen. Diese Signale stellen eine Artikelcodierung für das System bereit, mit deren Hilfe der Zugriff auf sämtliche Stammdaten erfolgt, unter anderem auch auf Rüst- und Bearbeitungszeiten. Die Bediener geben deshalb lediglich noch die Stillstandgründe ein.

Die Dokumentenverwaltung mit MES sorgt für die richtigen Informationen

Für ein leichteres und vor allem papierloses Arbeiten wurde zusätzlich das MES-Modul Dokumentenanzeige bei Baumgarte lizenziert. „Da wir bereits Windream, ein Programm zur elektronischen Dokumentenverwaltung, bei uns im Unternehmen einsetzen, war für uns auch hier eine Schnittstelle zwischen Fastec 4 PRO und Windream notwendig“ so die Anforderungen an Fastec.

Bei der Eisengiesserei Baumgarte ist die Kopplung zu Windream folgendermaßen realisiert: Wenn der Maschinenbediener einen Auftrag am Produktionsterminal anmeldet, wird mit den Auftragsdaten automatisch ein Speicherort in Windream mit übermittelt, sodass Fastec 4 PRO ad hoc die aktuellen Dateien mit dem angemeldeten Auftrag übernehmen kann. So werden dem Mitarbeiter direkt auf dem Terminal bei Auftragsanmeldung alle für ihn relevanten Dokumente angezeigt (Arbeitsanweisungen, Infos zum Rüsten, Hinweise zur Bearbeitung usw.). Für die Eisengiesserei Baumgarte bedeutet diese Vorgehensweise, dass stets aktuelle Dokumente direkt am benötigten Einsatzort bzw. dem Terminal zur Verfügung stehen. Von Vorteil ist außerdem, dass mit dieser Kopplung eine doppelte Datenhaltung vermieden wird.

Mit dem MES-System die Gussproduktion im Blick

Die größten Energieverbraucher in der Gießerei sind die Mittelfrequenz-Induktionsöfen (Bild 4). Deswegen war es für die Eisengiesserei Baumgarte wichtig, vor allem in diesem Bereich mögliche Einsparpotenziale aufzeigen zu können. Fastec realisierte hierfür eine spezielle Monitoring-Ansicht. Auf einem Großbildschirm direkt am Leitstand der Öfen werden den Mitarbeitern die aktuellen Zustände der Anlagen und die nächsten zu bearbeitenden Aufträge angezeigt. Die Auftragsdaten hierfür werden über die SD-Schnittstelle direkt aus dem ERP-System übernommen. In der Schmelzofenansicht sind Auftragsnummer, Artikel, Kunde, Temperaturen, Werkstoffe, Gewicht und Formanlagenstörung bzw. Stillstand auf einen Blick ersichtlich. Die Mitarbeiter können dadurch entsprechende Rüstvorbereitungen treffen, das Einsatzmaterial verwiegen und bereitstellen.

Zusätzlich hat der Abteilungsleiter die Möglichkeit, direkt am Produktions-Client die standardmäßig von der Übergabe aus dem ERP-System abhängige Reihenfolge der Aufträge zu ändern. Hierfür markiert er einfach die nächsten beiden Aufträge und in der Schmelzofenansicht wird die Sortierung unmittelbar und automatisch entsprechend angepasst. Tauchen dabei unvorhergesehene Lücken im kommenden Produktionsablauf auf, kann unmittelbar ein energiereduzierender Eingriff vorgenommen werden. Die Mitarbeiter der Abteilung sind von der Schmelzofenansicht begeistert: „Mit dieser Ansicht können wir nachfolgende Aufträge perfekt vorbereiten. Wir haben dank des großen Monitors und der übersichtlichen Ansicht genau die Daten im Blick, die wir benötigen. Dadurch konnten wir allein in diesem Bereich Energieeinsparungen von ca. 7 % erzielen.“

Mit MES-System für die Zukunft gerüstet

Schritt für Schritt wurden im MES-System alle Bereiche der Produktion integriert. So wurden zu Beginn des Jahres 2013 sechs Bearbeitungszentren und sieben spezielle Kernschießmaschinen in Fastec 4 PRO eingebunden. Diese Bicor-Maschinen können gleichzeitig drei Aufträge verarbeiten, da diese über drei unterschiedliche Kernkästen (Aufnahmestationen) verfügen, die im Kreis durch die Maschine laufen. Daher ist es zwingend notwendig, dass immer drei (unterschiedliche) Aufträge bearbeitet werden. Die Auftragsgrößen müssen nicht gleich sein, da ein Auftragswechsel auch lediglich für eine Station vorgenommen werden kann. Die Durchlaufzeit der Maschinen setzt sich aus der Summe der maximalen Bearbeitungszeiten der einzelnen Aufnahmestationen zusammen. Meist werden jedoch drei zu bearbeitende Artikel mit verschiedenen Vorgabezeiten angemeldet.

2014 erfolgte die Inbetriebnahme eines neuen Bearbeitungszentrums zur Bearbeitung von Pumpengehäusen. „Durch die einfache Konfiguration von Fastec 4 PRO können wir neue Maschinen und Anlagen einfach und schnell in das System einbinden“ fasst Volker Spruch zusammen. „Unterm Strich können wir feststellen, dass uns mit Fastec 4 PRO sofort verwertbare Daten in Echtzeit zur Verfügung stehen, mit denen wir jederzeit innerhalb von 5 Minuten ein Audit durchführen können. Mit unserem MES-System sind wir für die Zukunft gerüstet und können unsere Stellung auf dem hart umkämpften Gießereimarkt weiterhin behaupten“ fasst Eckhard Winter, einer der Geschäftsführer der Eisengiesserei Baumgarte abschließend zusammen.

www.eisengiesserei-baumgarte.de