Case Study: KI in der Produktion

Optimierung einer
Kunststoff-Spritzgussanlage

Problemstellung

Ein Hamburger Spritzgusshersteller mit mehreren Werkstandorten möchte sich zur Sicherung der Marktposition neu aufstellen. Hierfür hat er eine neue Produktionsmanagementsoftware mit ERP-Verschmelzung und Stammdatenakkumulation eingeführt. Einige kritische Herausforderungen konnte der beauftragte Automatisierungsdienstleister nicht durch Fertigkonzepte lösen. Dies betrifft spezifische Prozessschritte wie die automatische Teilesortierung nach dem Formpressen und die PPS-Systemanbindung eines Zwischenlagers. Auch eine weitere Steigerung der Effizienz und der Arbeitsplatzsicherheit durch Technologieimpulse wurde aufgrund des immer schwieriger werdenden Arbeitsmarkts gewünscht.

Unser Vorgehen

Die Entwicklung und gemeinsame Plausibilisierung der Zukunftsvision bildet das erste Prozesselement. Durch die Konfrontation mit disruptiven Möglichkeiten wollen wir mit unserem Kunden zu einem kreativen Konsens gelangen. Wir verstehen uns in dieser Phase als Impulsgeber, der Kunde entscheidet über die Ausrichtung seiner Produktion und Produkte. Unsere Lösungen sollen möglichst viele Perspektiven unterschiedlichster Kundeninteressen reflektieren. Denn eines ist allen klar: Der Schatz an Kompetenzen, Verbesserungsvorschlägen und konstruktiver Kritik steckt in jeder und jedem einzelnen Mitarbeitenden – oft in einem Kontext, in dem man es zunächst nicht einmal vermuten würde.

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Nach der Konkretisierung der Vision mit allen Abteilungen und der Unternehmensführung werden die sich abgezeichneten technisch fundierten Konzeptmöglichkeiten konkretisiert. Dies erzwingt in der Konsequenz eine frühzeitige Klärung notwendiger Funktionalitäten und Schnittstellen sowie der Datensammlung (z. B. Mikrofoninstallation und Objektaufnahmen). Das geschieht in enger Zusammenarbeit mit den entsprechenden Inhouse-Abteilungen und gegebenenfalls in Absprache mit anderen Kundendienstleistern.

Denn auch das ist unser Credo: Dort, wo wir beim Kunden in der Beratungsphase technisch Potenzial sehen, die spezifischen Themen aber außerhalb unseres Entwicklungsfokus liegen, kommunizierten wir dies entsprechend klar, verweisen gern auf sinnvolle Dienstleister und stellen bei Bedarf auch den Kontakt her. Denn nichts ist bei einer nachhaltigen Digitalisierung wichtiger als ein Gesamtsystemdenken – ganz ohne Schranken.

Nach der Entscheidung für eine Konzeptstrategie durch Geschäftsführung und Produktionsleitung beginnt der übliche Projektablauf. In der Prototypenphase werden Audio- und Bilderkennung in der Umgebung trainiert und optimal platziert, hierbei findet auch das individuelle Proof-of-Concept der Konzeptbestandteile aus dem Schlusskonzept statt. In Testläufen werden die vorgenommenen Umstellungen intensiv geprüft und angepasst. Die durch AITAD entwickelten Embedded-Systembestandteile werden anschließend geliefert und beim Kunden nahtlos integriert. Über die (Serien-)Entwicklungsphase und die Lieferung hinaus ist die reibungslose Integration in die laufenden Prozesse besonders wichtig.

Die arbeitsschutzvorschriftsgerechte Ausführung ist bei solchen Projekten wesentlich. Elemente wie die Anbindung eines neuen Sortierprozesses an die Maschinenschnittstellen oder das PPS werden gemeinsam mit dem jeweiligen Anlagenhersteller vollzogen.

Unsere Lösung

Für die Teilesortierung wurde eine effiziente und schnelle lokale Kameralösung herangezogen. Diese Lösung ging nach einer zusätzlichen Ausleuchtung und einer Anbindung an die Formpresse zwecks Synchronisierung in der Integrationsphase in den Dauerbetrieb. Mithilfe semantischer Bildsegmentierung werden damit Formteile am gewünschten Produktionsschritt in Sekundenbruchteilen sortiert (>10 x schneller als der Mensch).

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Zur Erhöhung der Sicherheit wurden Keyword-Erkennungssysteme (KWS) in kritischen Produktionsbereichen parallel zu den vorhandenen Standardsystemen installiert. Die Systeme werden gezielt unter Umgebungsgeräuschen trainiert. Durch das Rufen von „Not-Aus“ kann umgehend ein Produktionsabschnitt stillgestellt werden. Damit entfällt der oftmals entscheidende Weg zum Notausschalter. Die Gesamtsicherheit erhöht sich somit über die Standards hinaus. Das Erkennen weiterer Schlagwörter wie „TS1 Start“ optimiert zudem die Maschinenkollaboration und verkürzt durch den Wegfall menschlicher Wege die Durchlaufzeiten.

Für das Verbrauchsteilzwischenlager des Kunden wurde zwecks Effizienzvorteilen einer Chaoslagerhaltung ein RFID-Tag-System (NFC-basiert) mit entsprechendem applikativem Backend für bestimmte Materialien vorgeschlagen.

Gleichzeitig wurden an bestimmten Produktionsabschnitten die Werkstücke mit aktiven, autonomen Tags zwecks Bewegungserkennung und Umgebungsmessungen (u. a. Feuchtigkeit, Temperatur) ausgestattet, um Abweichungen bei Durchlaufzeit und Bewegungsdichte – beispielsweise durch ein noch nicht eingespieltes Fertigungsteam oder falsche Prozesstemperaturen – frühzeitig als akute Flaschenhälse zu erkennen und folglich die Kapazitäten im Produktionsalltag dynamisch zu verschieben (z. B. mit einem Ampelsystem für den Überblick in der Werkhalle). Diese aktiven, holzschachtelgroßen Module sind abnehmbar und wiederverwendbar.

Ein weiterer Nutzen entstand durch das systematische Überdenken des Prozessflusses. So kann die Wegeführung für Gabelstapler und Menschen (Objekte) durch eine anonymisierte ML-Objekterkennung mit temporären Kameras zur Erstellung von Spaghetti-Diagrammen optimiert werden. Diese geschieht nur kurzzeitig und parallel zur Prototypenphase der dauerhaften Systembestandteile bzw. unabhängig davon.

Ausblick

Durch gezielte Wartung und Updates werden die Systeme langfristig auf dem neuesten Stand gehalten.

Die für das neue RFID-basierte Zwischenlagersystem passende werkinterne App für die zusätzliche halb automatische Materialrückmeldung durch Lageristen wurde mit einem passenden Dienstleister angestoßen.

Solch fundiert durchdachte Konzepte bieten durch offene Interfaces eine gute Basis für Zukunftsprojekte. Ein Beispiel im Bereich der Teilesortierung ist eine mögliche CSV-Schnittstellenanbindung an das SAP-PPS mit erweiterter Stammdatenakkumulation und individueller Dokumentation.

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