Die „Digitale Zelle“ für effizienteren Druckgießprozess

Bühler Die Casting hat auf der Gifa-Messe in Düsseldorf die Vision der Digitalen Zelle vorgestellt.

Sie zielt darauf ab, ohne Ausschuss, mit einer 40% kürzeren Zykluszeit und einer 24/7-Verfügbarkeit zu produzieren, was den Druckgießprozess profitabler und effizienter macht.

Die Digitale Zelle basiert auf drei Bausteinen. Der erste ist SmartCMS (Smart Cell Management System), das in jede künftige Druckgießzelle von Bühler eingepflanzt wird. Es kann Informationen von jedem Maschinenteil sowie jedem Peripheriegerät sammeln und verarbeiten. Damit verbessert es die Prozessleistung und die Gesamtanlageneffizienz signifikant, so Bühler. Die zweite Technologie ist eine Reihe digitaler Serviceleistungen, darunter Predictive Analytics, also prognostische Analysen. Sie können etwa dank vorausschauender Wartung Stillstandszeiten um das Zehnfache verringern. Die dritte Neuentwicklung ist Fusion: die neue Druckgießmaschine von Bühler.

Die Digitale Zelle zielt darauf, die Zelle als Ganzes zu überwachen, zu kontrollieren und zu betreiben. „Will man im Druckguss einen Quantensprung schaffen, darf man sich nicht nur auf einzelne Komponenten konzentrieren. Wenn wir die Produktivität maßgeblich steigern wollen, müssen wir das System als Ganzes betrachten“, sagt Jonathan Abbis, Managing Director von Bühler Die Casting. Gießereien werde dieser Ansatz wegweisende Vorteile verschaffen.

Die höhere Produktivität und die 24/7-Verfügbarkeit der Digitalen Zelle werden es Automobilherstellern und -zulieferern ermöglichen, Aluminium- und Magnesiumteile wirtschaftlich zu nutzen, und zwar für den gesamten Automobilbereich.

Durch Echtzeitanalyse der Datenpunkte aller Hauptprozesse wird die Digitale Zelle künftig in der Lage sein, Qualitätsprobleme zu erkennen und sich umgehend selbst zu optimieren, um das Problem zu lösen. Eine ausschussfreie Produktion wäre bahnbrechend für Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit in der Druckgussindustrie.

Gegenwärtig beansprucht das Temperaturmanagement etwa einen Drittel der durchschnittlichen Zykluszeit. Durch die geplante Implementierung von Infrarotkameras, Mikrosprüh-Technologie und einer konturnahen Kühlung in die Digitale Zelle wird die Zykluszeit wesentlich verkürzt – um bis zu 40 Prozent, so Bühler.

Heute kann die Zelle ein Problem im Druckgießprozess zwar erkennen, sie ist aber nicht fähig, es zu lösen. Sie kann nur den Prozess unterbrechen, bis die Störung behoben wurde. Künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und andere Technologien werden die Digitale Zelle in die Lage versetzen, selbständig Entscheidungen zu treffen. Eine störungsfreie Produktion rund um die Uhr würde starke Kosteneinsparungen und eine markant höhere Produktivität bedeuten.

Die Digitale Zelle vereint alle individuellen Druckgießkomponenten in einem intelligenten „digitalen Gehirn“, dem Smart CMS (Smart Cell Management System). „Stellen wir uns die Druckgießzelle als menschlichen Körper vor, in dem viele unterschiedliche Aufgaben von unterschiedlichen Organen übernommen werden. SmartCMS ist dessen Gehirn, das alle Aktivitäten höchst effizient koordiniert“, sagt Abbis. Das ist die Grundlage für das intelligente Management der kompletten Druckgießzelle. Es hat die Fähigkeit, von jeder Komponente und jedem Peripheriegerät in einem einzigen Kontrollsystem Informationen zu sammeln. Weiter verbessert es die Automatisierung und Bedienung von Zellen, die zentrale Alarmüberwachung, die Datenerfassung sowie die Flexibilität für den Teilefluss und die Verwaltung der Formprogramme. SmartCMS wird derzeit für einzelne Zellen angeboten. Es verbessert die Prozessleistung und die Gesamtanlageneffizienz signifikant.

Die Digitale Zelle mit ihrer Industrie 4.0- und IoT-Techologie bietet zahlreiche digitale Serviceleistungen, die auf die Verbesserung der Druckgießleistung abzielen. Das Die Casting Dashboard ist die visuelle Plattform für Maschinenüberwachung, Alarme, Fernunterstützung und Betriebshistorie. Es bietet den Gießereien Echtzeitinformationen und strategische Einblicke.

Predictive Analytics bzw. prognostische Vorhersagen nutzen maschinelles Lernen und greifen auf Sensordaten in der Zelle zu. An Stelle eines unerwarteten Ausfalls, der eine Gießerei für rund 30 Stunden stilllegen kann, reduziert Predictive Analytics diese 30 Stunden auf lediglich drei, verspricht Bühler. Das System berechnet die technischen Parameter von Schlüsselteilen und schlägt Zeitpunkte für Reparaturen und Services vor. Teure und zeitraubende Stillstandszeiten werden bis zu zehnmal kürzer. Die validierte Prognosegenauigkeit beträgt 95 Prozent. Predictive Analytics soll bald erweitert werden, um jene Komponenten zu erfassen, die bei einer Druckgießmaschine typischerweise rund 80 Prozent der unerwarteten Stillstandszeiten ausmachen.

Jede Stunde Betriebsunterbruch bei einer einzigen Zelle kostet einen Kunden rasch einige Tausend Euro und setzt Liefertermine unter Druck. Ein fundiertes Verständnis für die Gründe von Stillstandszeiten und deren proaktive Verhinderung führt zu beträchtlichen Kosteneinsparungen. Downtime Analysis ist ein umfassendes, cloud-basiertes Fehleranalysewerkzeug, das Berichte zu Fehlergründen bei Druckgießmaschinen liefert. Eine solche Analyse kann auf einer Einzelmaschine dazu beitragen, Betriebsunterbrüche zu reduzieren. Sie kann dann auch Informationen für nötige Anpassungen an anderen Maschinen in der Gießerei übermitteln. Derzeit werden Daten zu mehreren Druckgießmaschinenparametern geliefert. Die Erweiterung auf die gesamte Zelle ist bereits geplant. Alle Daten werden in der auf Microsoft Azure basierten IoT-Plattform Bühler Insights sicher gespeichert.

Fusion ist die neue Druckgießmaschine von Bühler mit einer Dreiplatten-Druckgießplattform. Sie liefert eine außergewöhnlich hohe Gesamtanlageneffektivität. Sie kann die künftigen Fähigkeiten von Smart CMS, also maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz, voll nutzen. Mit geschlossenem Regelkreis, dem modularen Energierahmen und neuen Möglichkeiten im Bereich Industrie 4.0 ist Fusion die flexible Lösung für hochwertige Aluminium- und Magnesiumdruckgussteile. Eine präzisere servogesteuerte Hydraulik verkürzt die Zykluszeit und senkt den Energieverbrauch um bis zu 40 Prozent.

„Mit dem Einsatz digitaler Technologien und dem Prozesswissen von Experten ist der Zeitpunkt für die Druckgießbranche gekommen, die volle Leistungsfähigkeit der digitalen Möglichkeiten auszuschöpfen“, so Bühler in einem Statement anlässlich der Präsentation in Düsseldorf. „Die Vision der Digitalen Zelle beinhaltet auch kommende wegweisende Entwicklungen. Die ersten Schritte bei diesem Durchbruch sind jetzt gemacht.“