Verpackung 4.0 Wie intelligente Verpackungsmaschinen Endkunden einen Wettbewerbsvorteil verschaffen

Autor / Redakteur: Steve Mulder / Dr. Jörg Kempf

Um ihre Marktstellung zu sichern, müssen Verpacker ihre Betriebsabläufe optimieren und die Produktivität steigern. Dies gelingt nur mit ganzheitlich intelligenten Verpackungsmaschinen. Was zeichnet diese aus? Der Beitrag führt die vier wesentlichen Vorteile auf.

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Verpackungsabläufe werden immer leistungsfähiger. Auch die betriebliche Flexibilität erhöht sich, wodurch mehr Produktvarianten und unterschiedlichste Verpackungsgrößen möglich werden.
Verpackungsabläufe werden immer leistungsfähiger. Auch die betriebliche Flexibilität erhöht sich, wodurch mehr Produktvarianten und unterschiedlichste Verpackungsgrößen möglich werden.
(Bild: Rockwell Automation)

Vorteil Nr. 1: Steigerung von Produktivität und Effizienz

Eine der wichtigsten Maßnahmen, die Endkunden zur Optimierung ihrer Verpackungsmaschinensysteme ergreifen, ist die Vernetzung der Maschinen, Sensoren und Geräte sowie der Einsatz intelligenter Software zur Verbesserung der Steuerung. Eine weitere Möglichkeit, um kontinuierliche Verbesserungen der Gesamtanlageneffektivität über mehrere Standorte zu erreichen, stellt die Kombination aus standardisierter Maschinenfunktionalität und standardisierten Berichtsfunktionen dar.

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Je höher die Konnektivität in einem intelligenten Fertigungskonzept ist, desto mehr neue Möglichkeiten zur Steigerung der Produktivität ergeben sich. Mittels dezentraler Überwachung lassen sich beispielsweise Betriebsabläufe überwachen, Echtzeitdiagnosen durchführen und Fehler beheben.

Premier Tech Chronos bietet beispielsweise eine Cloud-fähige Lösung zur Fernüberwachung seiner Verpackungsanlagen. Die Lösung ermöglicht Endanwendern den mobilen Zugriff auf Maschinenzustandsdaten und gewährleistet den Austausch von Diagnosedaten. Sie kann sogar die erforderlichen Teilenummern bereitstellen, Teilebestellungen durchführen und im Falle von Problemen Wartungsarbeiten planen.

Vorteil Nr. 2: Steigerung der Flexibilität

Durch die Erweiterung von Produktportfolios und verschiedenen Verpackungsgrößen sind die Produktionsläufe kürzer und Produktionsumstellungen finden häufiger statt. Aus diesem Grund sind Endkunden auf eine erhöhte Flexibilität ihrer Maschinen angewiesen, damit Umstellungszeiten so kurz wie möglich gehalten und gleichzeitig Durchsätze maximiert werden können.

Herkömmliche Motorlösungen, die auf rotationsgetriebenen Ketten, Riemen und Spindelantrieben basieren, sind oftmals starr und komplex aufgebaut, wobei sie wenig Flexibilität bieten. Neue Maschinenlösungen können die heutigen Produktionsanforderungen besser erfüllen. Ein intelligentes Schienensystem kann beispielsweise ein skalierbares Achssteuerungssystem sein, das die unabhängige Steuerung magnetisch angetriebener Mover auf einer Schiene ermöglicht. Es ersetzt herkömmliche Mechanik durch einfache Softwareprofile, mit denen sich die Geschwindigkeit und Flexibilität in unterschiedlichsten Verpackungsanwendungen verbessern lassen.

Delkor Systems, ein Hersteller von Verpackungsmaschinen für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, setzt ein intelligentes Schienensystem für die flexible Kartonverpackungsanlage HSP-400 ein. Dank der unabhängigen Steuerung der Produkt-Mover des Schienensystems lassen sich mit der HSP-400 dreimal schnellere Durchschnittsgeschwindigkeiten erzielen als mit anderen Präzisions-Verpackungsmaschinen.

Vorteil Nr. 3: Verringerung der Design-Komplexität

Wenn Endkunden intelligente Geräte von verschiedenen Herstellern einsetzen, können die Kommunikation und der abgestimmte Betrieb dieser Geräte eine Herausforderung darstellen. Das kann den Zeit- und Kostenaufwand bei der Planung und Inbetriebnahme der Maschine sowie auch bei künftigen Wartungsarbeiten erhöhen.

Eine verbesserte Integration von Steuerung und Gerät(en) trägt zur Lösung dieses Problems bei. Bei der als Premier Integration bekannten Funktionalität sind Steuerungsprogrammierung, Gerätekonfiguration sowie Maschinenbetriebs- und Wartungsaktivitäten in eine einzige Softwareumgebung integriert. Premier Integration wird durch den Einsatz modernster intelligenter Geräte in einer Logix-basierenden Steuerungsarchitektur ermöglicht.

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Bei der Integration erkennt die Logix-basierende Steuerung die Profile anderer Logix-basierender Geräte und ruft diese automatisch ab. Sobald das jeweilige Gerätemodul ausgewählt ist, liest die Software automatisch alle Geräteparameter ein. Dadurch kann in erheblichem Maße Zeit gespart werden, denn die Techniker müssen in den Gerätehandbüchern nicht mehr nach der Bedeutung von Parameterfeldern in der Steuerungssystemsoftware suchen.

Das Bibliotheks-Management ist eine weitere Funktionalität von Premier Integration. Es ermöglicht den Herstellern von Verpackungsmaschinen die Ablage, Verwaltung und Wiederverwendung von Codes aus ihren Programmen. Dadurch verkürzt sich die Entwicklungszeit und die Ergebnisse bereits erfolgreich umgesetzter Projekte können genutzt werden.

Vorteil Nr. 4: Meistern personalbezogener Herausforderungen

Die Personalstruktur in der Fertigung befindet sich weltweit im Umbruch. Ein Mangel an qualifizierten Arbeitskräften bedroht Wachstum und Produktivität in vielen Regionen rund um den Globus. Damit Endkunden diese Herausforderungen meistern können, sollte bei der Planung von Verpackungsmaschinen darauf geachtet werden, dass sie für neue wie auch erfahrene Mitarbeiter leicht zu bedienen sind. Arbeitssicherheit und Produktivität sollten optimiert werden.

Moderne Maschinensicherheitssysteme können Sicherheitsrisiken reduzieren und die Produktivität steigern. Diese Sicherheitssysteme sind in die Maschinensteuerungssysteme integriert und weniger störanfällig als fest verdrahtete Systeme. Sie sind außerdem ergonomischer, sodass die Wahrscheinlichkeit geringer ist, dass Mitarbeiter die Systeme übersteuern und sich selbst Risiken aussetzen.

Darüber hinaus unterstützen Bedienerschnittstellen-Faceplates mit systemweiten Diagnosefunktionen und gut verständliche Bildschirmanzeigen jüngere, weniger erfahrene Mitarbeiter bei der Erkennung und Behebung von Fehlern. Integrierte Hilfefunktionen und Bedienungsanleitungen erleichtern ebenfalls den Umgang mit der Maschine.

Überlegungen bei der Planung

Ein intelligentes Maschinendesign beruht auf dem gewünschten Maß an Konnektivität und Leistung. Auf der Netzwerkebene sollte die Echtzeitkommunikation der Maschine über eine IP-basierende, nicht modifizierte Standard-Ethernet-Netzwerkinfrastruktur sichergestellt sein. Ethernet/IP unterstützt z.B. eine einfache Netzwerkarchitektur, die diskrete, kontinuierliche Prozess-, Batch-, Sicherheits-, Antriebs- und Achssteuerungsanwendungen handhaben kann.

Auf der Systemebene sollte die Maschine mit den neuesten integrierten Steuerungs- und Informationstechnologien ausgestattet werden. Diese Technologien eignen sich ideal für intelligente Maschinen, da sie höhere Leistung, vereinfachten Datenzugriff und reduzierte Maschinenkomplexität gewährleisten.

Neue Kompaktsteuerungen bieten eine um bis zu 20 Prozent gesteigerte Anwendungskapazität, um die wachsenden Anforderungen der intelligenten Fertigung zu unterstützen. Neue E/A-Module bieten zwei 1-Gigabit-Ethernet-Ports für eine schnellere Abtastung und die Anbindung von bis zu 31 Modulen ohne Erweiterungsbedarf.

Sicherheit ist eine unverzichtbare Eigenschaft intelligenter Maschinen. Mit der Anzahl der Verbindungen nehmen auch die Sicherheitsbedrohungen zu, ob physikalischer oder elektronischer Natur, böswillig oder unbeabsichtigt, dezentral oder vor Ort. Intelligente Verpackungsmaschinen sollten eine Defense-in-Depth-Sicherheitsstrategie anwenden, um geistiges Eigentum sowie den Betrieb zu schützen und Fernzugriffs-Verbindungen zu sichern. Defense-in-Depth-Sicherheit basiert auf der Idee, dass eine punktuelle Sicherheitsmaßnahme umgangen werden kann und zwangsläufig wird, während eine Kombination aus physikalischen, elektronischen und verfahrenstechnischen Sicherheitsmaßnahmen zu einem mehrschichtigen Schutz führt.

Intelligente Fertigung hält Einzug

Intelligente Fertigung verfügt über transformatives Potenzial. Sie trägt dazu bei, Menschen, Prozesse und Technologien zu verbinden und die Zusammenarbeit wie auch Entscheidungsprozesse auf allen Ebenen zu optimieren. Sie kann die arbeitsintensive manuelle Datenerfassung durch automatische Datenerfassung ersetzen, um Zeit zu sparen und Risiken durch menschliche Fehler zu reduzieren. Sie nutzt Produktionsintelligenz, um die Produktivität zu steigern, die Qualität zu verbessern, Sicherheitsrisiken zu verhindern und mehr. Den Maschinenbauern kommt die zentrale Aufgabe zu, all dies im Verpackungsbetrieb durch Einsatz intelligenter, sicherer, Ethernet-fähiger Hochleistungsmaschinen zu ermöglichen.

* Der Autor ist Regional Sement Manager für den Verpackungsbereich, Rockwell Automation.

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