Projektbeispiel: Entwicklung eines Walzeninformationssystems

Ausgangssituation

Das Einsatzumfeld des Walzeninformationssystems ist eine Warmwalzstraße, in welcher erhitzte Materialrohlinge („Brammen“) über mehrere hintereinander angeordnete Walzgerüste zu langen, für den Transport zusammengerollten, Stahlbändern gewalzt werden. Kundenspezifische Varianten unterscheiden sich dabei hauptsächlich durch die eingesetzte Stahllegierung, die Oberflächenqualität, sowie die Dicke des resultierenden Stahlbandes.

In den Gerüsten kommen verschiedene Walzentypen zum Einsatz, u.a. Arbeitswalzen, Stützwalzen, Duowalzen, Reversierwalzen, Staucher und Treiber. Diese verformen den Stahl ausgehend von einer ca. 10m langen und 20x40cm großen Bramme in mehreren Schritten zu einem oftmals mehrere Hundert Meter langen aber dafür nur wenige Millimeter dicken Band, das anschließend aufgerollt, abgekühlt und zum Kunden zur Weiterverarbeitung transportiert wird. Da das Walzen des Stahls nur durch enormen Krafteinsatz möglich ist, ist ein Verschleiß der eingesetzten Walzen nicht zu vermeiden.

Aus diesem Grund verfügt die Warmwalzstraße über eine teilweise direkt angeschlossene und teilweise ausgelagerte Walzenschleiferei und einen direkt angeschlossenen Walzenbau. In diesen Bereichen werden Walzen aufbereitet („geschliffen“ oder „abgedreht“) sowie beim Erreichen der Verschleißgrenze durch neue ersetzt.
Der Einsatzzyklus einer Walze hängt von ihrem Walzentyp und somit von ihrer Funktion und Belastung im Walzprozess ab. So werden z.B. Arbeitswalzen, die einen unmittelbaren Kontakt zum Stahlband haben, weitaus häufiger aufbereitet als Stützwalzen, die der mechanischen Unterstützung dienen und das Stahlband nicht direkt berühren.

Zielsetzung

Ziel des Projekts war die Entwicklung eines integrierten Systems zur Verwaltung und Dokumentation von Walzen, Baustücken und Lagern.

Das Walzeninformationssystem soll den gesamten Lebenszyklus aller in der Walzstraße eingesetzten Walzen von der Anlieferung über die Einsätze und Abschliffe bis hin zur endgültigen Verschrottung dokumentieren. Die lückenlose und fehlerverhindernde Erfassung aller im Bezug zu den Walzen stehenden Informationen, Anmerkungen, Anhängen und Bildern nimmt dabei einen hohen Stellenwert ein. Sie ermöglicht bei aufgetretenen Störungen des Walzbetriebs mithilfe umfangreicher Recherchefunktionen eine effiziente Ursachenanalyse und die anschließende Verbesserung des Walzprozesses. Vorgefertigte und teilweise automatisch per E-Mail versandte Reports sollen dabei einen umfassenden Überblick über Zustand und Performance der eingesetzten Walzen geben.

Die Abbildung des gewünschten Walzeneinsatzzyklus und die Steuerung der Aktivitäten in den unterschiedlichen Bereichen der Walzstraße soll über eine spezifische Darstellungsform erreicht werden. Diese sollen dem Benutzer einen schnellen Überblick über den aktuellen Zustand des Walzenparks geben und somit eine zielgerichtete Arbeitssteuerung ermöglichen. Dafür ist es wichtig, dass jeder Benutzer des Systems möglichst einfach an alle für seinen Tätigkeitsbereich relevanten Informationen gelangen kann, ohne dabei durch die Menge der gesammelten Daten abgelenkt zu werden.

Durch Integration mit externen Systemen soll eine hohe Datenintegration und Datenqualität erreicht werden, um ein möglichst vollständiges Situationsbild zu haben. Durch externe Systeme initiierte Zustandswechsel stellen dabei eine zeitnahe Aktualisierung der Daten des Walzeninformationssystems sicher.

Umsetzung

Das Projekt zur Umsetzung des Walzeninformationssystems war in zwei Phasen unterteilt. Während der Analyse- und Pflichtenheftphase wurde das System zusammen mit Fachverantwortlichen, technischen Verantwortlichen und Endbenutzern detailliert spezifiziert und mithilfe von Designwerkzeugen visualisiert. Die daran anschließende Realisierungs- und Inbetriebnahmephase konzentrierte sich auf die spezifikationsgemäße Umsetzung der Funktionalitäten sowie auf die Feinabstimmung notwendiger Anpassungen des Systems. Das Ergebnis war ein Walzeninformationssystem, das nicht nur den ursprünglichen Anforderungen vor Projektbeginn entsprach, sondern auch die während der Umsetzung erkannten Verbesserungsmöglichkeiten enthielt.

factoryHub Übersicht
Abbildung 1 - FactoryHub Produktplattform

Technisch basiert das Walzeninformationssystem auf der Produktplattform „FactoryHub“, die eine Softwarebasis für die Erstellung integrierter Unternehmensanwendungen für Produktion und Logistik darstellt. Die Bestandteile dieser Produktplattform sind weitestgehend frei miteinander kombinierbar und umfassen Querschnittsfunktionen und fachliche wie technische Funktionsblöcke. Die Querschnittsfunktionen enthalten dabei grundlegende Dienste wie z.B. Authentifizierung, Protokollierung, Service-Orchestrierung und Reporting. Als fachliche Funktionsblöcke sind z.B. ein Optimierungsmodul, ein Simulationsmodul, Maschinenüberwachung und Datenerfassungsmodule miteinander kombinierbar, um die Bandbreite von reinen Informationssystemen über Planungssysteme bis hin zu umfassenden Fertigungssteuerungssystemen zu realisieren. Die Menge der technischen Funktionsblöcke rundet die Bausteinpallette ab und liefert Integrationsbausteine für die Anbindung an ERP-Systeme, die Maschinenebene (SPS), Authentifikationssysteme sowie proprietär angebundene Systeme.

Für das Walzeninformationssystem wurden neben dem Basismodul vor allem der Baustein BDE/MDE verwendet und kundenspezifisch angepasst, um die fachlichen Anforderungen zu erfüllen. So verwaltet das System ca. 30 verschiedene Stammdatentabellen sowie mehrere Datenbanktabellen mit Bewegungsdaten, die über komfortable Bearbeitungsdialoge gepflegt werden können. Hierbei waren insbesondere die Fehlervermeidung sowie die Effizienz der Bearbeitung im Fokus, um eine hohe Datenqualität zu gewährleisten und gleichzeitig den Schulungsaufwand zu minimieren.

Die Darstellung der Daten erfolgt dabei sowohl tabellarisch als auch grafisch. Als Besonderheit wurden vier spezifische Übersichten auf den Walzenpark erstellt, in denen eine Vielzahl Parameter komprimiert dargestellt werden. Diese Übersichten dienen den meisten Werkern als Hauptansichten und erlauben je nach Benutzerrolle die Ausführung verschiedenster Aktionen:

  • Anzeige umfangreicher Details, inkl. Walzenstammdaten, Historie aller bisherigen Walzeinsätze, Historie aller bisherigen Abschliffe, evtl. Reklamationen, Bildanhänge und Ultraschall- und Wirbelstromscans.
  • Protokollieren von Schleifvorgängen (walzentypspezifisch) mit Plausibilitätsprüfungen.
  • Bereitstellen, Ein- und Ausbau von Walzen in die Gerüste mit Kopplung an das Prozessleitsystem der Walzstraße.
  • Sperren und Entsperren von Walzen mit Angabe von Gründen.
  • Ein- und Ausbau von Walzen und Lagern aus Baustücken.

 

Walzeninformationssystem
Abbildung 2 - Übersicht Arbeitswalzen

Zusätzlich existieren eine Vielzahl an Bildschirmmasken und Funktionen zur Steuerung und Überwachung des Walzenparks. Diese umfassen:

  • Protokollierung von potentiell produktionsstörenden Ereignissen mit einstellbaren E-Mail- und SMS-Benachrichtigungen.
  • Umfangreiche Reports zu Einzelwalzen (z.B. komplette Historie aller zu einer Walze erfassten Einsätze, Abschliffe, Reklamationen, etc.) und zu Walzenmengen (z.B. herstellerübergreifender Vergleich von Walzenqualitäten, betriebswirtschaftliche Sicht auf den Walzenpark, etc.).
  • Möglichkeiten zum Einstellen des Systemverhaltens, z.B. der automatischen Walzenzuordnung zu Gerüsten.

Die Integration des Walzeninformationssystems in die Systemumgebung erfolgt über mehrere Schnittstellen:

  • Das Materialverfolgungssystem übermittelt Informationen zur aktuellen und zu geplanten Walzfolgen und somit zu anstehenden Walzenwechseln.
  • Schleifmaschinen übertragen Durchmesser, Schliffprofil, Wirbelstrom- und Ultraschalldaten eines getätigten Abschliffs.
  • SAP ERP übermittelt Informationen zu Walzenbestellungen, die zur Neuanlage von Walzen bei Anlieferung verwendet werden.
  • Die Kommunikation mit dem Prozessleitrechner der Walzstraße erfolgt bidirektional. Vom Prozessleitrechner werden physikalische Parameter von erfolgten Walzeinsätzen übermittelt. Zum Prozessleitrechner werden geplante Auslegeeinsätze übertragen.
  • Der E-Mail Server und das SMS-Gateway dienen zum Versand von Benachrichtigungen über kritische oder potentiell produktionsstörende Zustände des Walzenparks.

Systemumgebung Walzeninformationssystem
Abbildung 3 - Systemumgebung

Ergebnis

Das Walzeninformationssystem führt alle zur Steuerung und Dokumentation benötigten Informationen an einer zentralen Stelle zusammen und verknüpft diese zur effizienten und komfortablen Übersicht und Analyse miteinander. Die von externen Systemen übermittelten Daten sowie die zur Fehlervermeidung implementierten Vorkehrungen sichern effektiv eine hohe Datenqualität, was aussagekräftigen Reports erst möglich macht. Die Benutzer des Systems bekommen je nach Arbeitsbereich auf sie zugeschnittene Funktionen und Informationen bereitgestellt, um die anstehenden Tätigkeiten möglichst effizient umsetzen zu können.

Haben wir Ihr Interesse geweckt? Falls Sie Fragen zu unserem Leistungsspektrum haben, freuen wir uns über Ihre Kontaktaufnahme.

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