Die 5 Automatisierungstrends in der Verpackungsindustrie

Autor Hans Michael KrauseErstellt am Keine KommentareKategorien Connected Automation

i4.0 konkret: die 5 Automatisierungstrends in der Verpackungsindustrie

Die Verpackungsmaschinen der nächsten Generation gehen in Richtung schaltschranklos und sind zunehmend vertikal und horizontal vernetzt. Big Data-Analysen, Smart Maintenance und modellbasiertes Engineering setzten enorme Potentiale frei. Aber auch klassische Automatisierungsaufgaben lassen sich mit offenen Schnittstellen und integrierten Funktionen leichter bewältigen. Wie sehen die fünf großen Automatisierungstrends im Detail aus?

Das sollen die Verpackungslinien von morgen können

Wenn ich mir die überaus dynamische Verpackungsbranche ansehe, erkenne ich vier große Herausforderungen, mit denen sich die Auftraggeber der Maschinenbauer beschäftigen: mehr Individualität für die Verpackung, mehr Flexibilität bezüglich Formaten, höhere Verfügbarkeit und weniger Platzbedarf für Maschinen und Linien. Davon lassen sich fünf große Trends für die Automatisierung ableiten:

(1) Vernetzt – der Connectivity-Trend

Egal, ob ich als Anwender die Anlagenverfügbarkeit durch Smart Maintenance verbessern, meine Linie flexibler machen oder komplexe Verpackungsprozesse optimieren möchte – ich brauche dafür Transparenz. Ohne Kenntnis über Teilprozesse und Anlagenzustände kann ich nichts auswerten – weder on premise noch mithilfe der Cloud. Moderne Automatisierungstechnik und Sensorik liefert heute alle erforderlichen Daten. Bestehende Anlagen muss ich nachrüsten, aber bitte ohne Programmieraufwand und Eingriff in die Automatisierung! Das IoT Gateway erfüllt diesen Anspruch äußerst elegant und ist in nur fünf Minuten eingerichtet. Im Rahmen des Starter Kits mit der Software Production Performance Manager (PPM) bekommen Maschinenbauer auf Wunsch aus einer Hand eine komplette Analyseplattform mit dazu.

Die Schokoladenseite von Industrie 4.0

Enormes Potenzial liegt ferner in der hersteller- und systemübergreifenden Vernetzung über IIoT-Protokolle wie MQTT oder dem offenen i4.0 Standard OPC UA. Auf der interpack zeigen vier Maschinenbauer und Bosch Rexroth mit dem Projekt „ChoConnect“ ein spannendes Beispiel für echte M2M-Kommunikation: Vier örtlich verteilte Messemaschinen von LÖSCH Verpackungstechnik, SOLLICH, THEEGARTEN-PACTEC und WINKLER und DÜNNEBIER Süßwaren tauschen als virtuelle Fertigungslinie für Schokoladenprodukte mittels OPC UA Informationen in Anlehnung an den Weihenstephaner Standard aus und erzeugen auf Shopfloor-Ebene einen durchgängig transparenten Wertstrom – und das ohne Einbindung eines MES oder Leitsystems. Die Einzelschritte Masseaufbereitung, Formanlage, Primär- und Sekundärverpackung die Linienleistung passen die Leistung automatisch an die Einzelkapazitäten an. Der Produktionsprozess wird flexibler, die Anlageneffektivität steigt.

Verschmelzung von Automatisierung, IT und IIoT

Dass unflexible Linien-SPS bald ausgedient haben, ist auch eine Folge der begonnenen Verschmelzung von Automatisierung, IT und IIoT. Mit offenen Schnittstellen wie Open Core Interface lassen sich ERP-Systeme direkt an Maschinen-Automation anschließen, was unter anderem die Inventarisierung von Maschinenkomponenten vereinfacht. Natürlich darf dabei das notwendige Sicherheitskonzept nicht fehlen, das den Zugriff auf die Steuerung reglementiert.

(2) Einfach – Make it simple!

Die aktuelle Entwicklung zu weniger Personal pro Line erhöht die Nachfrage nach intuitiven Bedieneinheiten wie etwa HMI mit Multitouch. Um Prozesse kontinuierlich zu verbessern und bei Bedarf rasch reagieren zu können braucht es zudem transparente und lückenlose Visualisierungen – an der Fertigungslinie selbst und an weiteren Stellen im Unternehmen. Dass auch solche Lösungen heute schon erhältlich sind, zeigt die interaktive Kommunikationsplattform ActiveCockpit.

Neue Maschinen oder Linien einfach in bestehende Anlagen integrieren – dieser häufige Wunsch lässt sich bereits mechanisch mithilfe standardisierter Kettenfördersysteme wie VarioFlow plus in Kombination dem Planungstool MTpro erfüllen. Für eine unkomplizierte elektrische Integration bieten sich künftig offene M2M-Schnittstellen an.

Um Diagnose und Wartung zu vereinfachen, werden wir künftig noch mehr als heute Web-basierte Service-Tools und innovative LED-Konzepte an Maschinen sehen. Augmented und Virtual Reality kommen mit Sicherheit dazu. Auf Grundlage offener Schnittstellen wurde auf Messen bereits mehrfach gezeigt, wie sich der digitale Zwilling in das reale Bild einfügt, um komplexe technische Zusammenhänge visuell zu erfassen und schneller zu verstehen. Auf der interpack ist hierzu ein Orientierungsmodul für Getränkeprodukte von WestRock zu sehen.

(3) Effizient – durchgängig digitales Engineering

Immer komplexere Designwünsche und kürzere Time-to-Market Vorgaben befeuern die Nachfrage nach modellbasiertem Engineering mit Simulation und virtuellen Inbetriebnahmen. Als branchenerfahrener Technologiepartner wird mit Open Core Engineering nicht nur für die lückenlose Anbindung der Steuerung an Simulationsplattformen wie MATLAB/Simulink oder 3DEXPERIENCE von Dassault Systèmes gesorgt. Für die unverzügliche Erstellung eines digitalen Zwillings, an dem Mechaniker, Elektriker und Software-Programmierer simultan arbeiten, liefert Bosch Rexroth standardmäßig digitale Verhaltensmodelle seiner Automatisierungskomponenten aus.

Bosch Rexroth stellt zudem mit der Steuerung eine umfassende Bibliothek an vorbereiteten Technologiefunktionen bereit. Nach dem Motto Parametrieren statt Programmieren lassen sich damit FlowWrapper, Zweitverpackungsanlagen, Füller oder Verschließmaschinen schneller in Betrieb nehmen. Dazu kommen integrierte Standardkinematiken und Funktionen für Delta-, Parallel- und Palettierroboter. Beim Erstellen des Steuerungscodes helfen objekt-orientierte SPS-Programmierung und Hochsprachen wie Java, C++. Zur einfachen Nutzung von Internet-Technologien, etwa Visualisierungen mittels HTML5 bringen die Steuerungen einen Web-Server mit. Standarisierte Programmiertemplates erleichtern die Software-Erstellung, auch nach OMAC / PackML, Weihenstephaner Standards und mit Hilfe von PLCopen Funktionen.

(4) Adaptiv – der Anpassungstrend

Wie wäre es, wenn die Verpackungslinie bei einer Störung anstelle eines Staus und vielen Fehlermeldungen den Produktstrom automatisch anpassen würde? Auch für solch richtungsweisende M2M-Szenarien sind heute schon vorgefertigte Software-Funktionen wie etwa für intelligente Infeeds oder Produktgruppierungen verfügbar. Für den verstärkten Einsatz von Robotik oder flexiblen Transportsystem ist heutzutage keine separate Steuerung mehr notwendig, dies erledigt die Maschinensteuerung gleich mit, die Anzahl der Schnittstellen sowie der Aufwand zum Einsatz von Transportsystemen oder Robotik verringern sich.

Angesichts immer komplexerer Verpackungsprozesse ist auch eine automatische Anpassung der Maschinen gegenüber ihrer Umwelt notwendig. Um aus ihrem jeweiligen Zustand zu „lernen“ braucht es Smart Sensor Nodes mit MEM-Technologie wie den XDK. Hilfreiche Informationen liefern zudem virtuelle Sensoren wie Servomotoren und -antriebe, darunter der intelligente Servomotor MS2N.

Last but not least stellt sich die Verpackungsmaschine der nächsten Generation automatisch auf das aktuelle Format ein und regelt neben der Prozessgeschwindigkeit auch das Produkt-Handling. Auch für diese Vision wurden bereits adaptive Softwarefunktionalitäten entwickelt. Das Spektrum reicht von flexiblen Kurvenscheiben in der Steuerung (FlexProfile), über Antriebsfunktionen wie Auto-Tuning und Anti-Vibration bis hin zu Frequenzgangmessungen und innovativen Filterfunktionen zur Minimierung von Resonanzfrequenzen in der Mechanik.

(5) Schaltschranklos – weit mehr als bloße Platzersparnis

Bei diesem Trend im Packaging geht es nicht nur um Platzersparnis in der Antriebs- und Steuerungstechnik, Maschinen- und Schaltschrankfläche, sondern vielmehr um einen modularen Maschinenaufbau, mit dem Maschinenbauer und Kunden flexibel auf unterschiedliche Anforderungen reagieren können. Die einzelnen Module sind nur über ein einziges Hybridkabel miteinander verbunden und lassen sich sowohl einfach in die Maschine bringen, als auch nachträglich ergänzen. Das senkt die Aufstellfläche und erhöht die Servo-Dichte zugunsten einer höheren Flexibilität. Bauraum, Verkabelungs- und Wartungsaufwand nehmen ebenfalls ab. Solche modularen Ansätze sind insbesondere attraktiv für Zweitverpackungs- und Rundlaufmaschinen wie Füll- und Verschließmaschinen, sowie für Retrofit-Projekte.

Die Lösungen für die Packaging-Trends sind bereits da. Jetzt umsetzen!

Herstellern und Anwendern von Verpackungsmaschinen bieten sich schon heute zahlreiche Chancen, ihre Wettbewerbsposition durch intelligente und vernetzte Automatisierungslösungen zu stärken. Was es dazu jedoch braucht, ist ein zugleich branchenerfahrener und fachlich kompetenter Partner mit einem breiten Ökosystem an Lösungen. Auf der interpack 2017 gibt Bosch Rexroth Gelegenheit, das Messemotto Connected Automation i4.0 now in allen Facetten live zu erleben – einschließlich zeitgemäßer Vernetzung, einfachem Design, modellbasiertem Engineering und wegweisendem Service. Die Zukunft der Automatisierung hat bereits begonnen und ist bereit für den „Einbau“ in die Verpackungsmaschine der neuesten Generation. Jetzt!

 

Über den Autor:

ist der Leiter des Markt- und Produktmanagements PLC and IoT Systems bei der Bosch Rexroth AG in Lohr am Main. Er ist Diplom-Ingenieur für Elektrotechnik und Master of Science in Industrial Management. Seine Karriere startete er in Argentinien mit seinem Ingenieurbüro für Automatisierungstechnik. Seit 2007 arbeitet er bei Bosch Rexroth zunächst mit Maschinenbaukunden und FMCG Endkunden im Marktsegment der Verpackungsmaschinen, seit Juli 2017 verstärkt im Bereich der SPS und IoT Lösungen.

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