Am Puls der Zeit – Zwischen Wissenschaft, Forschung und Industrie

Entscheidend für eine gelungene Automatisierung ist der Prozess

Vom Besuchersteg aus überblickt man die komplette, vollfunktionale Lern- und Musterfabrik. Mit oben auf der Galerie sind Prof. Schneider und zwei seiner wissenschaftlichen Mitarbeiter, Lisa Schuler (M. Sc.) und Tobias Ettengruber (M. Eng.), sowie Rudolf Buchner, Vertriebsingenieur Fabrikautomation bei Pepperl+Fuchs. „Mehr als das, was hier an Maschinen und Komponenten zu sehen ist, braucht es erst einmal nicht, um eine komplette interne Wertschöpfungskette vom Wareneingang bis zum Versand abzubilden“, erklärt Schneider. Von hier oben präsentiert sich Fachbesuchern aus aller Welt die perfekte Nachbildung eines Wertstroms aus Wareneingang, Lager- und Kommissionierzone, drei Fertigungsbereichen und Warenausgang. 

Prozesse vertikal betrachten

Dort setzt Schneider mit seiner Forschung im ersten Schritt an. Und zahlt dabei sogar auf Themen wie Nachhaltigkeit und Umweltschutz ein, da er die Prozesse durchaus auch vertikal „denkt“. Das könne Unternehmen auf lange Sicht dabei unterstützen, ihre Fertigungen nicht in die Fläche zu erweitern, sondern in die Höhe. Für den Wirtschaftswissenschaftler und sein Team ist eines zentral: „Mit dem TZ PULS haben wir eine gesicherte Basis in Deutschland geschaffen, an dem sich jedes fertigende Unternehmen prozessual orientieren kann. Mit unserer Lean Factory holen wir Unternehmen dort ab, wo sie heute stehen und zeigen, wie man mit einfachen strukturellen und organisatorischen Maßnahmen stabile Prozesse schafft.“ Denn, so Schneider: „Wir denken für den Mittelstand. Und der zeigt sich sehr vielfältig.“  

Produktionskonzepte und Sensorik flexibel gedacht

Schneider wird nicht müde zu betonen, wie wichtig es ist, Fortschritt nicht ausschließlich technisch zu betrachten, sondern stets und zuerst immer den Prozess. Die Ingenieure im TZ PULS versuchen deshalb, ihre Forschung so nah an der Arbeitsrealität anzulehnen, wie irgend möglich. „An dieser Fertigungsanlage in der Musterfabrik können wir z. B. 185.000 Bodenroller effizient herstellen. Wir können diese Anlage aber auch zu einer klassischen Werkstattfertigung umbauen und gemeinsam mit einem Kunden dann zu einer Fließfertigung umgestalten.“ So ließen sich Konzepte für Lean-Produktion am besten veranschaulichen. „Was hingegen unsinnig sei: Einfach mal RFID-Komponenten in einem alten Prozess verbauen“, darin sind sich Schneider, Schuler und Ettengruber einig. Vielmehr sei es für Unternehmen wichtig, sich beim Prozess an grundlegenden Prinzipien zu orientieren. „Und die“, so Ettengruber, „lassen sich auch auf die Technik anwenden.“ 

Für die Realisierung der intelligenten Lager- und Logistikprozesse in der Musterfabrik des TZ PULS kommen verschiedenste Technologien von Pepperl+Fuchs zum Einsatz. „Die Zusammenarbeit mit dem TZ PULS ist eine für beide Seiten befruchtende Kooperation. Bestes Beispiel ist das Lager in der Musterfabrik. Dort werden klassischerweise Distanzsensoren verwendet. Dennoch haben wir gemeinsam an dieser Stelle auch mit kapazitiven Sensoren und Ultraschallsensorik experimentiert“, erklärt Buchner und fügt hinzu: „Tests wie diese bringen beide Seiten voran, denn der hier abgebildete Intralogistikbereich erlaubt eine Live-Demo, die sich nahezu auf alle Bereiche und Branchen anwenden lässt.“

Warum fachlicher Austausch so wichtig ist

So konnte Buchner beispielsweise einen seiner Kunden, ein namhaftes deutsches Messtechnik-Unternehmen, mit den Experten vom TZ PULS verknüpfen. Das Ergebnis: Die ursprünglich vom Unternehmen für ihre Intralogistik favorisierte RFID-Lösung wurde in Betrachtung aller Prozesse hinterfragt. Zusammen mit dem Kunden und dem TZ PULS erarbeiteten Buchner und alle Beteiligten eine genau auf die Prozesse des Unternehmens abgestimmte Intralogistiklösung. Buchner ist ein Aspekt dabei besonders wichtig: „Die Kooperation mit dem TZ PULS eröffnet echte Chancen, den Erkenntnisgewinn aus Forschung und Sensorentwicklung in die breite Masse der Industrie zu transportieren. Unsere Kunden sind enorm vielfältig; nicht alle können sich diese neuen Prozesse immer vorstellen. Hier in der Musterfabrik des TZ PULS haben sie die Möglichkeit, sich moderne intralogistische Prozesse anzuschauen – von simpel bis sehr komplex.“

Von der U-Zelle zur O-Zelle: so kann das Morgen aussehen

Professor Schneider deutet auf zwei weitere wichtige „Mitarbeiter“ seines Teams: lebensgroße Puppen in Arbeitskleidung, die dem Besucher täuschend echt die Arbeit an Werkbank und Planungstafel suggerieren. „Wir stellen immer den Menschen in den Mittelpunkt – ob Werker oder Führungskraft.“ Auch deshalb haben er und sein Team die starre U-Zelle in der Fertigung aufgebrochen und daraus eine O-Zelle gemacht. Das Ziel: Der Werker soll automatisiert mit Material, aber auch Informationen versorgt werden. Aufwendiges Holen und Bringen soll künftig entfallen. Schneider betont: „Wir nutzen die einzigartigen Fähigkeiten des Menschen und automatisieren stattdessen die Logistik.“ Kein leichtes Unterfangen, aber möglich. Auch dank der hochwertigen Automatisierungstechnik von Pepperl+Fuchs. Ein RFID-System, optoelektronische Sensoren, der 2-D-LiDAR-Sensor R2000, Ultraschallsensoren, induktive und kapazitive Sensoren sowie die IO-Link-Master der Serien ICE2 und ICE3 – all diese Komponenten machen das virtuose Jonglieren von Daten auf der Meta-Ebene möglich und den Prozess in der Musterfabrik damit beherrschbar. 

Digitalisierte Fertigungsprozesse

Der Arbeitsalltag von Lisa Schuler gestaltet sich nach dem Prinzip „Trial and Error“, sprich Probieren und Optimieren. Die wissenschaftliche Mitarbeiterin hat, u. a. durch Programmierung einer Schnittstelle, das softwareseitige Konzept mitentwickelt, um den Werker kontinuierlich automatisiert mit Material für die Fertigung versorgen zu können. „Der Clou: Ein manuelles Eingreifen im Sinne von ,Teile-Nachschub holen‘ entfällt. Möglich machen es RFID-Komponenten von Pepperl+Fuchs, die über moderne Schnittstellen und Protokolle verfügen“, erklärt Schuler.

IO-Link-Master: der Weg in die digitale Vernetzung

Ettengruber betont: „Wenn wir neue Prozesse etablieren, denken wir auch in die Zukunft. Die IO-Link-Systemlösungen von Pepperl+Fuchs ebnen uns den Weg in die digitale Vernetzung.“ Der Mannheimer Sensorikhersteller bietet ein durchgängiges Portfolio vom Sensor bis in die Cloud. Insbesondere hervorzuheben ist der IO-Link-Master mit MultiLink™-Technologie. Basierend auf dem Mehrfachzugriffskonzept können Sensordaten parallel zur gleichen Zeit klassisch an eine SPS übermittelt werden sowie z. B. über MQTT an Cloud-basierte Systeme, übergeordnete Steuerungen oder auch an Warehouse-Management-Systeme. Bestehende Anlagen können so erweitert werden, ohne in die eigentliche Automatisierungssteuerung einzugreifen. Die im IO-Link-Master integrierten Standards wie OPC UA oder MQTT vereinfachen das Aufsetzen von Prozessen und halten den Programmieraufwand gering. Lisa Schuler, zuständig für die Integration und Vernetzung der Systeme am TZ PULS, zeigt was Ettengruber meint: Mit zwei Klicks navigiert sie sich in ihr Programm und kann die Daten aller in der Fabrik verbauten Sensoren abgreifen und weiterverarbeiten. 

Intelligente Intralogistik nicht ohne fahrerlose Transportfahrzeuge

So ist etwa das fahrerlose Transportfahrzeug (FTF) von Jungheinrich mit einem 2-D-LiDAR-Sensor R2000 von Pepperl+Fuchs bestückt, um sich gefahrenfrei bewegen zu können und z. B. die Übergabe der Großladungsträger (GLT) zuverlässig zu realisieren. Der R2000 basiert auf dem Messverfahren PRT (Pulse Ranging Technology) und ist ideal geeignet für exakte und hochdynamische Positionsbestimmungen. „Mit Hilfe des R2000 kann sich der Stapler 360° frei in der Halle bewegen. Darüber hinaus garantieren die sehr hohe Winkelauflösung und der besonders kleine Lichtfleck des 2-D-LiDAR-Sensors höchste Präzision und somit einen sehr genauen Positionswert – perfekt für moderne und dynamische Produktions- und Logistikabläufe wie hier im TZ PULS“, fügt Buchner hinzu.

Spielwiese Hochregal

Das mehrere Meter hohe Regal mit den GLT, welches das FTF anfährt, ist für den Ingenieur Ettengruber besonders wichtig, zeigt es doch die Vielfalt an Automatisierungsoptionen: „Hier am Regal haben wir jetzt testweise viele Pepperl+Fuchs Sensoren unterschiedlichster Funktionsprinzipien an verschiedenen Positionen verbaut. Zum einen sind klassische induktive Näherungsschalter, zum anderen optoelektronische Sensoren im Einsatz; auch Ultraschallsensoren befinden sich an den Verstrebungen. Dabei ist es aber nicht so, dass diese, einmal montiert, dauerhaft an einer Position verbleiben.“ Vielmehr testet Ettengruber Platzierungen, demontiert, setzt diese anderenorts neu und eröffnet sich und seinem Team so immer wieder neue Denkansätze für eine zukunftsweisende Intralogistik und deren Prozesse.