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In der Spritzgussproduktion sind Fehler bei Werkzeug, Material oder Maschine die häufigsten Ursachen für Ausschuss oder Stillstände. Schätzungen zufolge stehen Spritzgießmaschinen bis zu einem Viertel der geplanten Produktionszeit still.

Ursachen für Maschinenstillstände im Spritzguss

Häufige Gründe für Maschinenstillstände sind beispielsweise:

  • eine zu hohe oder zu niedrige Einspritzgeschwindigkeit
  • die Massetemperatur oder die Schmelztemperatur stimmen nicht
  • die Zuhaltekraft, der Nachdruck oder die Nachdruckzeit sind nicht korrekt
  • das Massepolster bewegt sich außerhalb der Toleranz

Um die Fertigung produktiver zu gestalten, setzen viele Unternehmen auf die Digitalisierung von Prozessen. So auch bei Spritzgießmaschinen.

Verschiedene Spritzguss-Digitalisierungslösungen am Markt

Die Auswahl an Lösungen ist groß: Ob „arburgXworld“, „myconnect“ bei Sumitomo Demag, „TIG“ bei Engel oder „smartCube“ bei KraussMaffei – jeder Hersteller bietet sein eigenes System an. Allen ist gemein, dass mit ihrer Hilfe Spritzgießmaschinen befähigt werden, Daten zu generieren und zu analysieren, damit die Produktion besser planbar und produktiver wird.

Darüber hinaus sollen die Anlagen untereinander kommunikationsfähig werden. Der gesamte Maschinenpark kann permanent überwacht werden, alle Prozessparameter sind unter ständiger Kontrolle und werden erfasst. Bei Abweichungen ist ein sofortiger Eingriff möglich. Informationen über den Zustand der Maschinen ermöglichen zudem eine vorausschauende Wartung.

In einem Manufacturing Execution System (MES) laufen alle Produktionsdaten zusammen und die Fertigung kann geplant werden. Hier hat der Kunde die Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE) ständig im Blick. Bei Bedarf kann er umgehend korrigierend eingreifen. So wird die Produktivität der Spritzgießmaschinen mit Hilfe von Digitalisierung erhöht.

Hersteller-Lösungen beseitigen das Problem nur bedingt

Die Ansätze zur Digitalisierung sind vielfältig. Auf jeder Messe werden neue Systeme präsentiert, die es dem Nichtspezialisten erschweren, sich einen Überblick zu verschaffen.

Mit dem einen Paket gelingt etwa die vertikale Integration mit Anbindung an das Enterprise-Resource-Planning-System (ERP). So gibt es beispielsweise modulare Systeme, die alle relevanten Produktionsdaten der Spritzgießmaschine und der angeschlossenen Peripherie sammeln und diese an kundenspezifische Systeme zur Auswertung schicken.

Andere Anbieter setzen auf die Abbildung und Simulation von Prozessen, unter anderem mit digitalen Zwillingen. Hierbei lassen sich Simulationsdaten aus einer komplexen Spritzguss-Software direkt in die Maschine übertragen und umgekehrt Messdaten ins Simulationsprogramm importieren.

Gemeinsam ist vielen am Markt angebotenen Systemen, dass sie nur auf den Maschinen eines Herstellers funktionieren.

Wer drei Arburg-, zwei Engel- und vier Haitian-Maschinen hat, benötigt drei Lösungen. Er muss drei verschiedene Pakete kaufen, sie zeitaufwendig installieren lassen und seine Mitarbeiter auf ihnen schulen.

Weiterhin können bei den Hersteller-Systemen tiefe Eingriffe in die Maschine und die Steuerung nötig werden, sodass sich sogar die Bedienung verändern kann. Ältere Steuerungsversionen werden eventuell gar nicht angesprochen, und wenn, dann kommt es zu unterschiedlichen Visualisierungen und Bedienungen. 

Sollen Maschinen mit unterschiedlichen Schnittstellen wie Euromap, OPC UA und IO-Link angebunden werden, wird die Digitalisierung rasch zu einem aufwendigen Integrationsprojekt – mit all seinen finanziellen und zeitlichen Unwägbarkeiten.

 

Digitalisierung bedeutet in vielen Fällen hohe Anforderungen an die eigenen Mitarbeiter

Die Tools der Maschinenanbieter sind häufig komplex. Mit einer großen und unüberschaubaren Informationsvielfalt und -tiefe überfordern sie so manchen Bediener. Sie setzen erfahrene Mitarbeiter mit einem großen Fachwissen voraus, welche die Software nach intensiver Schulung beherrschen.

Was aber tun in Zeiten chronischen Facharbeitermangels, wenn beispielsweise nur angelerntes Personal an der Maschine steht oder bei Auftragsspitzen Leiharbeiter eingesetzt werden müssen? Zeitintensive Schulungen und lange Lieferzeiten von über einem halben Jahr machen die Einführung vieler proprietären Hersteller-Systeme sehr aufwendig. Ein Lösungsansatz ist die Vereinfachung und Vereinheitlichung von Erfassungs- und Optimierungsprozessen.

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Eine klare Bezeichnung der Stillstände ist der erste notwendige Schritt bei der Digitalisierung

Die Gründe für den Stillstand einer bestimmten Maschine lassen sich durch Mitarbeiter häufig schwierig selbstständig identifizieren. Oft ist dabei schon die Fehlerdefinition unklar. So beschreibt jeder Spritzgussmaschinennutzer oder -bauer einen Vorfall anders. Bei unterschiedlichen Steuerungsversionen sind Fehler dann nochmals anders bezeichnet. Allein für den Fachbegriff der „Inbetriebnahme“ einer Maschine gibt es zahlreiche Varianten wie Inbetriebsetzung, Probebetrieb, Warmstart, usw.

Dieser Wirrwarr an Bezeichnungen und die unterschiedliche Bedienung bei verschiedenen Softwareversionen erschweren es, Fehler zu erkennen, zu analysieren und zu beheben.

Die meisten Spritzgießunternehmen erfassen ihre Stillstände maschinenübergreifend, also bisher entweder gar nicht oder dokumentieren sie unzureichend. Das liegt in den meisten Fällen an fehlenden, einheitlichen Erfassungsmöglichkeiten: Viele Unternehmen nutzen für die Dokumentation einfache Tools wie Excel und erfassen Informationen manuell.

Die Möglichkeiten einer automatisierten, digitalen, maschinenübergreifenden Datenerfassung sind häufig entweder nicht bekannt oder werden aufgrund des Alters der Maschinen, des fehlenden Technologiegrades oder aus Angst vor einem aufwendigen Eingriff in die IT-Struktur von vorneherein ausgeschlossen.

Innovative Lösungen greifen nicht in die Steuerung der Spritzgussmaschine ein

Dabei gibt es bereits Digitalisierungslösungen, die zum Beispiel an der Schließeinheit einer Spritzgussmaschine eigene Daten erheben und so nicht auf die Steuerung zugreifen müssen. Auch ein Eingriff in die IT-Struktur ist hier nicht nötig. Diese Lösungen eignen sich so für eine Vielzahl von Maschinen unterschiedlicher Hersteller, Modelle und Steuerungen.

Die Felder und Gründe können bei der Erfassung mit solchen Lösungen individuell angepasst werden. Die Ereigniskategorien (Stillstandsgründe) lassen sich genau so festlegen, wie sie im Unternehmen benötigt werden. Der Bediener kann definieren, welche Kategorien zur direkten Stillstandserfassung an der Maschine angezeigt werden. So können Daten einfacher analysiert werden. Die erfassten Daten unterstützen bei der Fehlersuche und ihrer Behebung – und das auch bei kleinsten Vorkommnissen, die häufig vielleicht sogar übersehen oder ignoriert werden.

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Mit Reportingstandards zur Optimierung der Produktion

Browserbasierte Marktlösungen sorgen für ein effizientes Produktionsmonitoring: OEE-Dashboards über die Gesamtanlageneffektivität ermöglichen es, alle Schwachstellen der Produktionsprozesse zu erkennen. So können Produktivitätsreserven von Maschine und Werkzeug angehoben werden. Gerade auch die Erfolgsmessung ist ein wesentlicher Faktor für die Steigerung der Produktivität und der Motivation von Mitarbeitern. Fehlende Reportingstandards verhindern jedoch die Messung der Effizienz von Optimierungsmaßnahmen.

Nicht zu vernachlässigen ist bei der Optimierung der Produktion auch der Faktor Nachhaltigkeit. In der Kunststoffindustrie sind etwa 80 Prozent der Kosten variabel: Energie, Granulat und Personal. Bis zu 15 Prozent aller Produkte sind Ausschuss. Diese sinnlose Verschwendung kann mit Digitalisierungslösungen durch die Spritzgussmaschinenbetreiber selbstständig angegangen werden. Das bedeutet einen wesentlichen Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Produktion geleistet werden.

Herstellerunabhängige Lösungen für die Digitalisierung von Spritzgießmaschinenparks

Herstellerunabhängige Komplettlösungen wie zum Beispiel AISEMO Analytics sind eine Alternative, die nicht von Maschinenbauern kommt, sondern von Ingenieuren aus der Softwareentwicklung.

AISEMO Analytics ist für sämtliche Spritzgussmaschinen geeignet – unabhängig von Hersteller, Baujahr, Antrieb, Steuerungstyp und verwendetem Werkzeug oder verarbeitetem Material. Zudem ist die Software einfach zu bedienen und auf wenige, aber aussagekräftige Daten zu Temperatur und Bewegungen einer Spritzgussmaschine beschränkt. Der Sensor zur Datenerfassung ist in wenigen Minuten installiert. Er misst Bewegung, Vibrationen und Temperatur und reagiert auf kleinste Veränderungen. Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz mit selbstlernenden Algorithmen liefert schnelle und zuverlässige Ergebnisse, die leicht verständlich sind.

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Dabei muss nicht die in Steuerung der Spritzgussmaschinen eingegriffen werden. Die IT-Infrastruktur wird nicht verändert und es gibt keine Schnittstellenproblematik. Alle notwendigen Daten werden durch das System selbst ermittelt.

Maschinenstillstände und die Produktion von Ausschuss im Kunststoffspritzguss können mit Hilfe von digitalen Lösungen wie AISEMO Analytics deutlich verringert werden. Anhand der erhobenen Daten werden Produktionsunregelmäßigkeiten und Stillstände bereits in einer sehr frühen Phase erkannt. Die Gründe dafür können rasch analysiert werden. Das senkt den Ausschuss und verringert Ausfallzeiten. Gleichzeitig lassen sich die Verfügbarkeit einzelner Maschinen und die Produktionsprozesse im ganzen Unternehmen besser und sicherer planen.