SmartCan by KHS/Ferrum:
Der Schlüssel zur Transformation
bei Ferrum Packaging AG
Fotocredits: KHS GmbH/Reinhold Images. Aufmacherbild: Roth und Schmid Fotografie
Branche
Lebensmittel
Fact Box
Transformation der Maschine von mechanischem auf mechatronisches System
Vollständige Softwareentwicklung am digitalem Zwilling, Erstinbetriebnahme an der Pilotanlage
Mehrwerte in den Bereichen Flexibilität, Effizienz und Bedienung
Services
Requirements Engineering
Software Framework
Umsetzung des Entwicklungsprojektes
Ausgangssituation
Ferrum Packaging AG, weltweit führender Hersteller von Dosenverschließern für Getränke- und Lebensmitteldosen, hatte bei dem gemeinsam mit der KHS GmbH entwickelten Füller-Verschließer-Block SmartCan by KHS/Ferrum ein klares Ziel vor Augen: Eine schnellere und flexiblere Maschinenumrüstung ohne spezifisches Know-how beim Operator. Diese Vision war nicht nur ein technisches Unterfangen, sondern eine strategische Entscheidung, um sich im globalen Markt zu behaupten und Kunden eine deutlich effizientere Lösung zu bieten.
„SmartCan by KHS/Ferrum“ – Füller-Verschließer-Block voller Innovationen. Steuerungstechnik des Verschließersystem von Pantec konzipiert und umgesetzt. Fotocredits: KHS GmbH / Reinhold Images
Herausforderungen der Vergangenheit
Traditionell war der Prozess der Maschinenumstellung zeitaufwendig und kostspielig. Ferrum lieferte seine Maschinen an die Kunden und musste dann eigene Techniker entsenden, um diese auf die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Kunden einzustellen. Bei jedem Auftragswechsel war ein erneuter Eingriff der Techniker erforderlich. Dieser Prozess führte zu unnötigen Verzögerungen und zusätzlichen Kosten sowohl für Ferrum als auch für ihre Kunden. Die Notwendigkeit, diesen Prozess zu optimieren, war offensichtlich.
Ein zusätzlicher Motivator für die Entwicklung der Blocklösung aus Hightech-Dosenfüller und leistungsfähigem Verschließer war die Tatsache, dass das gesamte Know-how zur Einstellung des herkömmlichen Verschließers ausschließlich in den Köpfen der erfahrenen Mitarbeiter verankert war. Dieses Wissen transparent darzustellen und entsprechend zu dokumentieren, war von vitalem Interesse für die Unternehmensleitung.
Die Idee SmartCan by KHS/Ferrum
Die Vision für SmartCan by KHS/Ferrum war die Entwicklung einer „Blue Box [1]“ Verschließertechnologie. Diese sollte klar definierte Schnittstellen haben, die eine einfache Integration in bestehende Verpackungsanlagen wie jene des Dortmunder Systemanbieters KHS ermöglichen. Das erste Konzept von Ferrum zielte darauf ab, die Maschine mit mechatronischen Konzepten zu erweitern und somit eine flexible Bedienung zu gewährleisten. Dies war ein wichtiger Schritt weg von der rein mechanischen Lösung hin zu einer integrierten, intelligenten Lösung.
[1] „Blue Box“ meint eine Black Box in der Version Ferrum (blaue CI Farbe).
Requirements Engineering für soliden Start
Um eine solide Basis für die Entwicklung zu schaffen, beauftragte Ferrum Pantec Automation mit einem Requirements Engineering Projekt. Dies war ein entscheidender Schritt, um die Anforderungen und das Konzept auf professionelle Weise zu dokumentieren und weiterzuentwickeln. Gemeinsam mit den Ferrum Ingenieuren wurden die Grundzüge des Konzepts in Enterprise Architect übertragen. Die Anforderungen wurden in einer transparenten Form dargestellt, was eine detaillierte Erfassung der für den Betrieb des Systems kritischen Punkte ermöglichte.
Ferrum beauftragte Pantec Automation ein einem ersten Schritt mit einem Requirements Engineering Projekt. Gemeinsam wurden die Grundzüge des Konzepts in Enterprise Architect übertragen und die kritischen Systemanforderungen transparent erfasst.
Evaluierung des Steuerungslieferanten
Die erfolgreiche Zusammenarbeit mit Pantec während der Requirements-Phase führte zur Entscheidung, auch die Evaluierung des Steuerungsherstellers mit Pantec durchzuführen. In einem mehrstufigen Prozess wurden fünf potenzielle Hersteller sukzessive reduziert und durch ein detailliertes Programm bewertet. Dieser Prozess umfasste umfassende Tests und Benchmarks, um sicherzustellen, dass der ausgewählte Hersteller die hohen Anforderungen von Ferrum erfüllen konnte. Schließlich wurde B&R ausgewählt, da sie die Anforderungen am besten erfüllten und ein überzeugendes Gesamtpaket boten.
Implementierung und Einführung des neuen Steuerungssystems
Die Implementierung des neuen Steuerungssystems war ein komplexer Prozess, der jedoch dank der Erfahrung und des Know-hows von Pantec reibungslos verlief. Wie schon in vorangegangenen Projekten konnte durch die Nutzung eines digitalen Zwillings (umgesetzt im B&R Scene Viewer) die Softwareentwicklung ohne physisch vorhandene Maschine durchgeführt werden. Erst die finalen Tests fanden an der Maschine statt und konnten in kürzester Zeit erfolgreich abgeschlossen werden. Projektleiter Ruedi Hauser berichtete von einem vollen Erfolg: „Dank der Begleitung durch Pantec konnten wir unsere hauptsächlich mechanische Maschine erfolgreich in ein flexibles, mechatronisches System transformieren. Die Erstanlage wurde nur wenige Tage nach der Inbetriebnahme in einer Schweizer Großbrauerei für den Produktivbetrieb übergeben.“ Diese schnelle Umstellung und erfolgreiche Inbetriebnahme unterstreichen die Effizienz und Zuverlässigkeit des neuen Systems.
Durch den Einsatz eines digitalen Zwillings im Scene Viewer konnte Pantec die Softwareentwicklung des neuen Steuerungssystems reibungslos und ohne physische Maschine durchführen.
Technologische Schwerpunkte
Bei der Entwicklung des Steuerungssystems standen zwei zentrale Bereiche im Mittelpunkt: Servoantriebstechnik und Bedienschnittstellen.
Servoantriebstechnik
Das angestrebte Ziel, die Flexibilität der Maschine im Einsatz zu erhöhen, machte die gezielte Integration mechatronischer Elemente erforderlich. Besonders herausfordernd war dabei, die hohe Dynamik der bestehenden Maschine beizubehalten.
1. Grundlage/Definition Antriebe:
Antriebsauslegung aufgrund der hohen Dynamiken mit dem Tool "Servosoft"
Ideale Auslegung hinsichtlich Leistungsbedarf, Fahrprofile und resultierender Herstellkosten.
2. Simulation der gekoppelten Achsen
Um mögliche Schwachstellen frühzeitig zu erkennen, wurden die Achskopplungen mit SceneViewer simuliert.
3. Dynamische Rezepturvorwahl
Um eine vollautomatische Anpassung der Antriebe an die jeweiligen Dosenparameter zu ermöglichen, wurde eine dynamische Rezepturvorwahl implementiert.
Bedienschnittstellen
Durch die genannten mechatronischen Erweiterungen wurde die Voraussetzung geschaffen, die Maschinen schnell und effizient auf neue Aufträge umzurüsten. Um dies auch für Operator und Servicetechniker ohne spezielles Prozesswissen zu ermöglichen, wurde entsprechende Benutzeroberflächen entwickelt.
1. Vollständigen Operator-Userführung für Fehlervermeidung und kurze Einrichtzeit
- Konzeption und Implementierung eines Job-Wizzards an zwei unterschiedlichen Bedienstellen (Fokus Fehlervermeidung und kurze Einrichtzeit)
- Umsetzung mit neuester B&R Technologie auf Basis mappView
2. Optimiertes Handbediengerät für Inbetriebnahme und Service
Parallel zum Entwicklungsprojekte: Kompetenzaufbau bei Ferrum
Während des Projekts wurden bei Ferrum sukzessive Ressourcen aufgebaut, die schließlich das gesamte Projekt übernahmen. Dieser Wissenstransfer war entscheidend für die langfristige Nachhaltigkeit des Projekts. Ferrum konnte dadurch die notwendige Expertise intern aufbauen, um zukünftige Projekte eigenständig durchführen zu können. Dies stärkte nicht nur die interne Kompetenz, sondern auch das Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten, komplexe mechatronische Systeme zu entwickeln und zu betreiben.
SmartCan by KHS/Ferrum – Füller-Verschließer-Block voller Innovationen.
SmartCan by KHS/Ferrum ist ein Füller-Verschließer-Block, der gemeinsam von der KHS Gruppe und dem Schweizer Maschinenbauer Ferrum entwickelt wurde.“ Dank zahlreicher Optimierungen im Hygienic Design überzeugt die kompakte Lösung mit einer optimalen Produktqualität und -sicherheit. Zudem bietet sie eindeutige Mehrwerte in den Bereichen Flexibilität, Effizienz und Bedienung.
- Teilautomatisierte Umstellung: Die Maschine kann nun teilautomatisch auf unterschiedliche Dosenformate und -größen umgestellt werden, was die Produktionsflexibilität erheblich erhöht.
- Remote Monitoring und Wartung: Dank der integrierten Sensorik und Datenbank können Wartungsarbeiten proaktiv und remote durchgeführt werden, was die Ausfallzeiten minimiert und die Betriebszeit maximiert.
- Benutzerfreundlichkeit: Die intuitive Bedienschnittstelle ermöglicht es auch weniger erfahrenen Bedienern, die Maschine effizient zu steuern und zu überwachen.
Erfolgreiche Erstinbetriebnahme bei Schweizer Großbrauerei
Ein herausragendes Beispiel für die erfolgreiche Implementierung von SmartCan by KHS/Ferrum ist eine Schweizer Großbrauerei, die als Pilotkunde fungierte. Die Brauerei konnte die neuen Maschinen nur wenige Tage nach der Installation in den Produktivbetrieb überführen. Dies ermöglichte eine nahtlose Integration in den bestehenden Produktionsprozess und zeigte die Zuverlässigkeit und Effizienz des neuen Systems. Die Brauerei profitierte von einer schnelleren Umstellung und einer höheren Produktionsflexibilität, was zu einer gesteigerten Produktivität und Kosteneffizienz führte.
Langfristige Auswirkungen und Visionen
Die Einführung von SmartCan by KHS/Ferrum markiert einen bedeutenden Schritt in der Evolution von Ferrum Packaging AG. Durch die Transformation von einer hauptsächlich mechanischen zu einer mechatronischen Lösung konnte Ferrum seine Position als Technologieführer in der Branche weiter festigen. Die langfristigen Auswirkungen dieser Transformation sind weitreichend:
- Innovationstreiber: Ferrum hat bewiesen, dass sie in der Lage sind, innovative Lösungen zu entwickeln und erfolgreich in den Markt zu bringen. Dies stärkt ihre Position als Marktführer und Innovationstreiber in der Branche.
- Kundenzufriedenheit: Die erhöhte Flexibilität und Effizienz von SmartCan by KHS/Ferrum führt zu einer höheren Kundenzufriedenheit. Kunden profitieren von einer schnelleren und einfacheren Maschinenumrüstung, was ihre Produktionsprozesse optimiert.
- Wettbewerbsvorteil: Die erfolgreiche Umsetzung des Projekts verschafft Ferrum einen klaren Wettbewerbsvorteil. Sie können ihren Kunden nun eine Lösung anbieten, die nicht nur technisch überlegen ist, sondern auch betriebswirtschaftliche Vorteile bietet.
Es ist ratsam, bei Innovationsprojekten frühzeitig einen Partner wie Pantec einzubeziehen, um effizientere und kostengünstigere Lösungen zu erhalten. Unsere „lessons learned“ aus der Kooperation mit Pantec: Traditionell startet eine Maschinenentwicklung zumeist aus mechanischer Sicht. Ich empfehle jedoch, bereits nach der Definition des Produktes durch das Produktmanagement ein Konzept aus mechatronischer Sicht zu erstellen. Dies legt das Fundament für eine teilweise wesentlich einfachere technische Umsetzung.
Ruedi Hauser, Projektleiter Ferrum Packaging AG
