Arburg: Digitalisierung - Smarte Lösungen für die Spritzgießfertigung

„Smarte“ Produktion: Mit den digitalen Services und Produkten von Arburg sollen sich z.B. Produktionsabläufe optimieren, Daten in Echtzeit erfassen, die Qualität von Spritzteilen verbessern und die Effizienz und Transparenz deutlich steigern lassen - (Bilder: Arburg).

Arburg will in der "arburgSolutionworld" und mit zahlreichen Exponaten live auf der Fakuma 2024 demonstrieren, wie sich Kunststoffteile mittels digitaler Technologien maximal effizient, flexibel, transparent und in einwandfreier Qualität fertigen lassen.

Die einzelnen Lösungsbausteine, je nach Anforderung und Umfeld richtig kombiniert, sollen die Antwort auf die wohl wichtigste Fragestellung der Arburg-Kunden im Zusammenhang mit Digitalisierung liefern: Wie komme ich an die für mich relevanten Daten und wie kann ich damit genau meine Prozesse noch besser, effizienter und wettbewerbsfähiger gestalten? Dabei gilt laut Arburg: Nicht die schiere Menge der erfassten Daten, sondern deren Qualität und Relevanz bilden die Grundlage für erfolgreiche Optimierungen der Prozesse. Künstliche Intelligenz (KI) schaffe ganz neue Perspektiven und Möglichkeiten, wenn es darum gehe, große Datenmengen zu verarbeiten und daraus sinnvolle Schlüsse zu ziehen. Aus den relevanten Daten sollen z.B. Prognosen zu Wartungsbedarf (Predictive Maintenance) erstellt, Auswertungen und Dokumentation papierlos in Echtzeit generiert oder mit Hilfe KI-gestützter Apps Spritzgießwissen abgefragt werden können.

Kommunikation in einheitlicher Sprache
In der Regel sind in den Spritzgießprozess auch Temperiergeräte, Robot-Systeme und weitere Peripherie eingebunden. Alle Komponenten sollten möglichst einfach und zuverlässig zusammenspielen – am besten von einer zentralen Steuerung aus und auf Basis synchronisierter Werte und Parameter. Voraussetzung dafür ist der Datenaustausch "in einer Sprache". Die herstellerunabhängige Schnittstelle OPC UA gilt hierfür als eine probate Lösung. Auf der Fakuma 2024 kommuniziert z.B. bei der Fertigung von Mehrkomponenten-Spateln mit einem Allrounder More 2000 die LSR-Dosieranlage über Euromap 82.3 mit der Gestica-Steuerung. Die Kommunikation erfolgt über Standard-Ethernet und einheitliche Steckverbinder. Mittels "Plug&Play" werden Geräte automatisch erkannt und in die Steuerung integriert. Für eine standardisierte Vernetzung sind alle Arburg- Spritzgießmaschinen serienmäßig mit einem IIoT-Gateway ausgestattet und verfügen über Basis Connectivity.

Idealerweise ist eine "smarte" Maschine umfassend vernetzt, überwacht ihre Prozesse, regelt sie adaptiv und unterstützt den Bediener aktiv dabei, Produktionsabläufe intuitiv einzustellen. Über "smarte" Services kann dieser per Remote-Zugriff oder App bei Bedarf schnell und zielgerichtet Erläuterungen, Bild-für-Bild-Anleitungen und Fehleranalysen erhalten. Sollte es dennoch zu ungeplanten Stillstandzeiten kommen, lassen sich Ersatzteile per interaktiven Katalog zielgerichtet und rund um die Uhr online bestellen.

"Predictive Maintenance" soll dafür sorgen, dass es gar nicht so weit kommt. Voraussetzung dafür ist laut Arburg eine "smarte" Kommunikation zwischen der Maschine bzw. Fertigungszelle und dem Spritzgießwerkzeug. Auf der Fakuma 2024 ist dazu ein Allrounder 720 E Golden Electric mit einem 24-fach-Werkzeug der Firma Hack und "Moldlife Sense" ausgestattet. Dieses Computersystem soll z.B. ein sensorgesteuertes Werkzeug-Monitoring über den kompletten Lebenszyklus ermöglichen und frühzeitig Veränderungen des Werkzeugs erkennen. In der Maschinensteuerung lassen sich die Messwerte verschiedener Sensoren visualisieren und einzelne Events – wie Warnungen, Alarme und Fehlerhinweise – anzeigen und dokumentieren. So soll der Anwender Auffälligkeiten im Prozess schnell erkennen und einschätzen, was zu tun ist.

Die Assistenzfunktion „FillAssist“ mit KI-unterstützter Variantenanalyse ermöglicht eine Füllsimulation direkt in der Maschinensteuerung.

Stellschrauben für mehr Effizienz und Kostenreduktion
Neben zahlreichen Apps, die Arburg innerhalb des Kundenportals "arburgXworld" bereitstellt, präsentiert Arburg auf der Fakuma die eigenen Selogica- und Gestica-Steuerungen samt zugehöriger Assistenz- und Pilotfunktionen. Die Steuerung gilt als der "intelligente" Kopf der Maschine und kann den Bediener beim Rüsten, Einrichten und Betrieb umfassend und aktiv unterstützen. Mit Hilfe digitaler Features sollen sich an der Spritzgießmaschine deutlich Optimierungspotenzial hinsichtlich Produktions- und Kosteneffizienz erschließen lassen:

Die Premium-App "MachineFinder" hilft, die passendste Maschine aus dem Bestand zu ermitteln und liefert gleich die zugehörigen Richtwerte für erste Kalkulationen.
Um die Rüstzeiten kurz zu halten, unterstützt der "Einrichtassistent" den Bediener Schritt für Schritt - vom menügeführten Werkzeugeinbau über die automatische Erstberechnung der Parameter bis zum Teachen des Ablaufs.
Mit der App "Virtual Control" erhält man Voransichten der Ablaufprogrammierung und kann Datensätze direkt am PC optimieren.
Mit Hilfe einer KI-unterstützten Variantenanalyse wird die Spritzgießsimulation mit der Assistenzfunktion "FillAssist" automatisiert und "lernt", welche Auswirkungen die Änderungen von Maschinenparametern haben. Die in die Steuerung integrierte Füllsimulation ist darauf ausgelegt, beim Anfahren schnell zum Gutteil und in eine stabile Produktionsphase zu kommen.
Gleichmäßiges und kontrolliertes Aufheizen oder Abschalten von Zylindermodul und Werkzeug übernimmt automatisch der "EnergyAssist" und soll so Energiebedarf und Kosten reduzieren.
Reduzierte Teilekosten durch optimierte Zykluszeiten ist das Ziel des "CycleAssist", durch den die Steuerung den programmierten Zyklusablauf kennt. Per Klick können unproduktive Zeiten eliminiert und die Zykluszeit optimiert werden. Das wird auf der Fakuma 2024 z. B. bei der Verpackungsanwendung mit einem elektrischen Allrounder 520 A gezeigt.
Der "MeltAssist" berechnet automatisch die Auslastung der Plastifizierung und die Verweilzeiten und soll so aktiv zur Materialeinsparung beitragen.

„Intelligente“ Pilotfunktionen in der Gestica-Steuerung: Der „RecyclatePilot“ soll bei der Verarbeitung von schwankenden Materialqualitäten für ein stabiles Schussgewicht und hohe Teilequalität sorgen.

Teilequalität verbessern
Als Herausforderung hinsichtlich der Teilequalität gilt die Verarbeitung alternativer und anspruchsvoller Kunststoffe, insbesondere von Post-Industrial- (PIR) und Post-Consumer-Rezyklaten (PCR). Auch bei Chargenwechsel oder inhomogener Neuware sollen Pilotfunktionen in der Gestica-Steuerung stabile Prozesse sicherstellen können:

Der "aXw Control RecyclatePilot" nutzt die vorhandene Maschinen-Sensorik, um schwankende Materialqualitäten auszugleichen, das Schussgewicht konstant zu halten und so die Ausschussrate zu reduzieren.
Störungen des Füllverlaufs sollen sich mit dem "ScrewPilot" kompensieren lassen und so eine stabile Formfüllung sicherstellen, während
der "PressurePilot" für eine bionisch optimierte Druckregelung sorgt, um Unterfüllungen oder Gratbildung zu vermeiden. Beide Pilotfunktionen sind bei der Fertigung medizinischer Spritzenkolben mit einem hybriden Allrounder 570 H aktiv.
Die exakte Nachdruckregelung mit Hilfe von Werkzeuginnendrucksensoren soll der "ReferencePilot" ermöglichen.

Die Daten aus dem Spritzgießprozess sowie qualitäts- und servicerelevante Daten können auch an übergeordnete Software-Tools und Plattformen bereitgestellt werden. Mit dem Scada-System Arburg Turnkey Control Module (ATCM) lassen sich Prozess- und Qualitätsdaten teilespezifisch zusammenführen und wichtige Anlagenfunktionen visualisieren. Dazu liefern die Spritzgießmaschine, Automation und Peripherie jeweils alle relevanten Daten an das ATCM. Auf diese Weise soll jedes einzelne Spritzteil zu 100 Prozent rückverfolgt werden können. Auf der Fakuma 2024 ist dazu ein vertikaler Allrounder 375 V zu sehen, der Vakuumgehäuse fertigt. Die teilespezifischen Daten aus dem Spritzgießprozess sowie der Automation werden mit den Ergebnissen der optischen Überprüfung des Einlegeteils verknüpft. Die vollautomatisierte Anwendung nennt Arburg zudem als Praxisbeispiel für die Initiative R-Cycle: Mittels digitaler Produktpässe werden relevante Recycling-Daten während des Produktlebenszyklus in Echtzeit erfasst und die Grundlage für datenbasierte Materialströme geschaffen.

Über mobile Anwendungen des Arburg Leitrechnersystems ALS sind Kennzahlen z.B. zu Maschinen, Aufträgen und Qualität verfügbar.

Planungseffizienz steigern und Transparenz schaffen
Voraussetzung für die informationstechnisch vernetzte Spritzgießproduktion ist laut Arburg die Anbindung der Maschinen an ein Manufacturing Execution System (MES). Das Arburg Leitrechnersystem ALS ist ein zentrales MES, mit dem sich die gesamte Fertigung digital planen, optimal auslasten und steuern sowie alle relevanten Informationen rückverfolgen lassen sollen.

Bereits in der Planungsphase könne ein Assistent dank intelligentem Algorithmus auf Basis gesammelter Produktionsdaten und benutzerabhängiger Kriterien Vorschläge für eine "Best-Fit"-Maschine machen. Sämtliche Informationen zu Aufträgen, Produktionsfortschritt sowie Rüstzeiten und Wartungen sind zentral verfügbar. Die zugehörigen Datensätze können vollautomatisch auf die Spritzgießmaschine übertragen werden. Mit dem Trend zur papierlosen Fertigung steigt auch die Zahl der verknüpften Produktionsdokumente. Relevante Dokumente werden orts- und medienunabhängig passend zum jeweiligen Auftrag bereitgestellt.

Ein großer Vorteil sei, dass die Produktionsdaten in Echtzeit erfasst und analysiert werden können. Sogenannte KPIs (Key Performance Indicators), Kennzahlen und Produktionsreports sollen helfen, auf Management-Ebene die richtigen Entscheidungen zu treffen und sich agil an verändernde Bedingungen anzupassen. Für eine kontinuierliche Qualitätssicherung sei eine statistische Prozessüberwachung (SPC) und ortsunabhängige Auswertung von Prozessparametern der Spritzgießmaschinen in Echtzeit möglich.

Insgesamt könne ALS so für mehr Flexibilität, Effizienz und Transparenz in der Fertigung sorgen. Durchschnittlich lasse sich laut Arburg mit ALS die OEE-Kennzahl (Overall Equipment Effectiveness) und die Gesamtanlageneffizienz um rund 26 Prozent steigern. Noch mehr Möglichkeiten sollen sich aus der Verknüpfung mit dem Kundenportal arburgXworld ergeben. ALS und das Kundenportal gibt es auch in mobilen Versionen für Smartphones und Tablets. Die neue KI-gestützten App "Ask Arburg" enthält umfangreiches Spritzgießwissen von Arburg und soll konkrete Fragen zu allen Arburg-Produkten und Prozessen rund um das Spritzgießen beantworten.

Fakuma 2024, Friedrichshafen, 15.-19. Oktober 2024, Halle A3, Stand 3101

Weitere Informationen: www.arburg.com

Arburg GmbH + Co KG, Loßburg

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