Mit RFID zur Kennzahl

0

Das Ermitteln der Overall Equipment Efficiency (OEE) gestaltet sich immer dann extrem schwierig, wenn in Prozessabläufen ein steuerungstechnisches Erfassen von Parametern nicht möglich ist. Dies gilt häufig für Montagelinien mit überwiegend manuellen oder teilautomatisierten Prozessen. Hier lassen sich oft keine zusätzlichen Messsysteme wie etwa Druckluft-Durchflusssensoren oder Stromzähler integrieren, deren Messwerte über eine Steuerung zusammen mit anderen Parametern den einzelnen Produkten zugeordnet werden könnten.
Im Rahmen eines Revista-Projekts (Revista steht für „ressourcen- und verfügbarkeitsorientierte Instandhaltungsstrategien“) hat sich Michael Kreide mit einer Montagelinie für Heizkessel gezielt den am schwierigsten zu erfassenden Bereich ausgesucht, um das bestehende Monitoring des Energiemanagementsystems mittels Bauteilidentifizierung durchgängig bis auf die Produktebene zu realisieren. Revista soll eine material- und energieeffiziente Produktion ermöglichen und eine bedarfsgerechte Verfügbarkeit im Betrieb sicherstellen. Letztlich geht es auch um die Steigerung der Prozesseffizienz, die bei Weso auf dem Grundgedanken des Unternehmensziels des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) basiert.
Weso mit Sitz im mittelhessischen Gladenbach ist eine der großen deutschen Gießereien mit mehr als 400 Mitarbeitern. Das Unternehmen fertigt seit über 120 Jahren Grauguss-Produkte für den Weltmarkt. Heute versteht sich die Viessmann-Tochter als Komplettdienstleister rund um den Guss. Das Unternehmen liefert Präzisionsgussteile für Maschinen und Getriebe, für Pumpen und Armaturen, für Kältemaschinen und Traktoren, für Schienenfahrzeuge und Heizkessel. Letztere werden in besagter Montagelinie in derzeit 135 unterschiedlichen Varianten für 15 bis 270 Kilowatt montiert. Die Durchlaufzeiten liegen zwischen 7,4 und 122 Minuten.

Heikle Anforderungen

„Zu den besonderen Anforderungen aus stark variierenden Bauteildimensionen und wechselnden Montagelagen kommt, dass wir teilweise mit flüssigen Arbeitsstoffen hantieren, die in der ohnehin schon vergleichsweise rauen Umgebung jegliche Teileerkennung mit optischen Systemen zusätzlich erschweren“, ergänzt Kreide. Aus diesem Grund hat er nach einer RFID-Lösung gesucht, um die Heizkessel in den jeweiligen Stationen der Montagelinie einzeln zu identifizieren und so die tatsächlichen Betriebsstoffverbräuche wie Strom, Druckluft und Arbeitsstoffe exakt jedem Heizkessel zuordnen und daraus OEE-Kennzahlen ermitteln zu können.

RFID – ideal angepasst

RFID, sprich Radio Frequency Identifi­cation, ist für Michael Kreide angesichts der Bedingungen die richtige Technologie, weil damit eine Identifizierung von Objekten sogar ohne direkten Sichtkontakt zwischen Datenträger und Lesegerät gewährleistet ist. Das bedeutet auch, dass im Vergleich zur optischen Erkennung selbst die Informationen von möglicherweise verschmutzten Datenträgern dank der Funk-Datenübertragung lesbar sind. Von den fünf verschiedenen, mit unterschiedlichen Übertragungsfrequenzen arbeitenden, RFID-Systemen von Balluff ist für die Montagelinie bei Weso die ultrahochfrequente (UHF) Version die optimale Lösung. Mit 865 (EU) beziehungsweise 915 (US) Megahertz deckt sie einen Lesebereich von bis zu sechs Metern ab.

Dichtigkeitsprüfung.

Während der Dichtigkeitsprüfung fordern die Bedingungen eine besonders gute Einstellung der Leseparameter. Bis zu vier Heizkessel befinden sich in der Prüfzone.

 

Herausforderung ist allerdings, die Prozessparameter des Lesesystems (Arbeitspunkt) so einzustellen, dass immer nur der Datenträger erfasst wird, der erfasst werden soll, selbst bei weiteren Datenträgern im unmittelbaren Umfeld – das lässt sich in der Montaglinie bei Weso nicht vermeiden. Die Lösung ist hier eine Variation der Antennenleistung, die den Einstellwert bestimmt, bei dem die Transponderfunktion gerade noch gewährleistet ist. Andere Transponder werden so nicht mehr angesprochen. Durch ein applikationsabhängiges Erhöhen der Antennen-Sendeleistung über die minimal notwendige Ansprechfeldstärke hinaus wird der Arbeitspunkt so eingestellt, dass das Identifikationssystem – also Transponder und Auswerteeinheit – immun ist gegen Veränderungen der Umgebung und Bauteil- oder Montageschwankungen. Dieser Wert bestimmt dann auch den tatsächlichen Lesebereich einer Antenne. Die richtige Einstellung ist also Voraussetzung für einen selektiven Erfassungsprozess.
Bei der Einstellung der Prozessparameter gilt es allerdings, den realen Verlauf der Felddämpfung unbedingt zu berücksichtigen. In einer realen Umgebung treffen die von einer Antenne ausgesandten elektromagnetischen Wellen auf Objekte in unterschiedlicher Form, Größe und Materialbeschaffenheit. Dies führt zu Streuungen und Reflektionen, wodurch sich sogenannte „vagabundierende“ Wellen mit den Primär- oder mit bereits an anderen Objekten reflektierten Wellen überlagern können. Da sich die Umgebungssituationen der einzelnen RFID-Lesestellen voneinander unterscheiden, müssen die Ansprechfeldstärke und/oder die korrespondierende Antennen-Sendeleistung für jeden Erfassungspunkt einzeln bestimmt werden. Die RFID-Experten vom System-Lieferanten Balluff machen dies vor Ort nach einem speziellen Scan-Verfahren, das von einer für die Inbetriebnahme solcher Applikationen entwickelten Software unterstützt wird.
Dabei wird die Sensitivität der Datenträger an einem Montagepunkt im Raum vor der Antenne gemessen und so die minimal notwendige Antennen-Sendeleistung ermittelt. Bei Kenntnis des sogenannten „charakteristischen Anregungskennfeldes“ lässt sich  der Lesebereich nun so festgelegen, dass ein ungewolltes Auslesen von Datenträgern im näheren Umfeld unterbleibt.

Vier Antennen, eine Einheit

Bei Weso wurden einhergehend mit der Einstellung der Prozessparameter über das Scan-Verfahren auch die idealen Positionen der Antennen und die am besten geeignete Anbringung der austauschbaren Datenträger an den Heizkesselgehäusen ermittelt. Insgesamt sind zur Überwachung der Arbeitsstationen in der Montagelinie vier Antennen installiert, die alle an eine einzige, gemeinsame Auswerteeinheit angeschlossen sind.
Die erste Antenne deckt den Bereich der Einschleusung ab. Hier werden die Einzelsegmente der Heizkessel manuell aufgelegt und ein Datenträger mit einer festen Identifikationsnummer am Grundkörper befestigt. Dazu entnimmt der Werker einen Transponder aus einer Vorratsbox und hält diesen in den Lesebereich der Antenne. Deren Sendeleistung ist so gedrosselt, dass der Leseabstand des Transponders nur etwa 30 Zentimeter beträgt. Mit dieser Einstellung ist sichergestellt, dass nur der unmittelbar vor die Antenne gehaltene Transponder gelesen und im System angemeldet wird. Die nebenan in der Vorratsbox liegenden Transponder werden dagegen nicht erfasst.
Beim Einfahren des Kessels in die folgende Fügestation registriert eine zweite Antenne den Transponder. Nach dem Verpressen erfolgt die Montage von Anbauteilen, bevor der Heizkessel in eine Prüfstation zur Dichtigkeitsprüfung kommt. Eine dritte Lesestation ermöglicht wieder die selektive Zuordnung der Betriebs- und Hilfsstoffverbräuche. „Die Einstellung der Lesestation in diesem Bereich erwies sich als besonders anspruchsvoll, weil sich je nach Kesselvariante bis zu vier Kessel auf engem Raum innerhalb der Prüfstation befinden und sich wegen der kontinuierlich laufenden Vormontage unmittelbar vor dem Einlauf der Prüfstation weitere Kessel ansammeln“, erklärt Kreide.
Ist die Dichtigkeitsprüfung abgeschlossen, gelangen die Heizkessel in die Verpackung, wo auch der Transponder wieder entfernt wird und gleichzeitig die Fertigmeldung über die vierte an dieser Stelle installierte Antenne erfolgt. (jbi) 

John Großpietsch ist freier Autor aus Zell am Harmersbach.

RSS Feed

Neuen Kommentar schreiben

Entdecken Sie die Printmagazine des WIN-Verlags