Visuelle Signalisierung für informiertes Management von Produktionslinien

Abbildung 1: Der Begriff „visuelles Management“ bezieht sich auf Mitteilungen, die das Personal zu Handlungen veranlassen sollen - im Gegensatz zu anderen visuellen Mitteilungen in den Betrieben, die lediglich Informationen vermitteln sollen. Warnleuchten wie diese zeigen das Vorhandensein eines gefährlichen Zustands an. (Bildquelle: Getty Images)

Abbildung 2: Ähnlich wie Ampeln das Verhalten von Autofahrern an Straßenkreuzungen steuern, zielen visuelle Managementgeräte in industriellen Anwendungen darauf ab, das Personal zu Reaktionen auf festgelegte Prozessanforderungen anzuregen. (Bildquelle: Banner Engineering)

Produktionslinien für die Verarbeitung, das Sortieren, Fördern, Montieren und Verpacken von Gütern umfassen in der Regel Gerätegruppen, die gleichzeitig miteinander verbundene, wenn auch getrennte Aufgaben ausführen. Solche Vorgänge erfordern die Einbeziehung von Komponenten für eine sichere und ununterbrochene Produktion. Hierbei spielen visuelle Signalkomponenten eine wichtige Rolle. Diese kommunizieren schnell und effektiv Maschinendaten und andere umsetzbare Informationen an das Anlagenpersonal durch Lichter oder andere visuelle (oft farbcodierte) Mittel - mit wenig oder gar keinem Verlass auf schriftliche Anweisungen oder Text.

Im Kontext der industriellen Automatisierung auch als visuelle Steuerung bekannt, unterstützt das visuelle Management die schlanke Fertigung und die Effizienz von IIoT-Ansätzen für die schlanke Fertigung. Ein solches visuelles Management kann in Form von einfachen Markierungen auf Fabrikböden, Aufklebern und Anhängern auf Kommunikationstafeln und Werkstückchargen, Lichtsäulen (so genannten Andon-Leuchten) und anderer beleuchteter Elektronik an Kontrollstationen oder Maschinen, Lichtleisten an Bauteilbehältern an Montagestationen und sogar an der Decke montierten Flachbildschirmen erfolgen, um dem Werkspersonal Zustände und Anweisungen in Echtzeit mitzuteilen.

Das primäre Ziel des visuellen Managements in Produktionslinien ist es, sicherzustellen, dass alle Produktions- und Montageprozesse so sicher und effizient wie möglich ablaufen, indem notwendige Bediener- oder Technikeraktionen rechtzeitig und proaktiv mitgeteilt werden.

Visuelle Verwaltungskomponenten

Die Komponenten des visuellen Managements in automatisierten Anlagen erfüllen drei verschiedene Funktionen: Sie übermitteln verwertbare Informationen über den Zustand der Maschinen und Prozesse in der Produktionslinie, sie geben Maschinenbedienern und anderem Anlagenpersonal kodierte Anweisungen und sie verfolgen die Leistung der Produktionslinie, um fundierte Entscheidungen auf Unternehmensebene zu ermöglichen. Jede dieser Funktionen ist mit sich überschneidenden Reihen spezieller visueller Verwaltungswerkzeuge verbunden.

Visuelle Alarme für das Anlagenpersonal

Abbildung 3: Visuelle Alarme beruhen auf Sensoren, die das Auftreten von Maschinenereignissen erkennen, und werden oft von akustischen Sirenen begleitet. Das Bild zeigt einen Piezo-Alarm mit LED-Beleuchtung für den Schalttafeleinbau und die CAN-Vernetzung über das Protokoll SAE J1939-15. Die Töne des Alarms sind konfigurierbar, um verschiedene Alarmzustände zu kommunizieren. (Bildquelle: Floyd Bell Inc.)

Visuelle Alarme sind LED-Leuchten, Anzeigelampen und beleuchtete Vorrichtungen, die die Aufmerksamkeit von Maschinenbedienern und Betriebsleitern optisch auf ein ganz bestimmtes Problem lenken, das in der Regel eine spezielle Warnung darstellt. Häufige Ursachen für Alarme sind Maschinenstau, Überlastung, Überhitzung, Leckagen, Druckabfall, elektrische Fehler, Behinderung von Sicherheitsfunktionen und Feuer. In besonders kritischen Situationen werden diese optischen Alarme von akustischen Sirenen begleitet.

Feuermelder zum Beispiel enthalten Wärme- und Rauchpartikelsensoren sowie robuste Elektronik, die so programmiert ist, dass sie Töne und Blinksignale ausgibt. In einigen Fällen sind die Alarme auch mit einem übergeordneten Steuerungssystem vernetzt, das bei einer Reihe von bedrohlichen Ereignissen anordnen kann, dass ein bestimmter Alarm seine auffälligsten Alarme ausgibt.

Die meisten industriellen Alarme teilen nur mit, dass ein Fehler vorliegt - ohne Einzelheiten über die Ursache oder den genauen Ort des Fehlers. Optische Alarme in Industriequalität sind jedoch in der Regel so konzipiert, dass selbst ein unbedarfter Beobachter intuitiv erkennt, dass ein Problem vorliegt - und die besten können sofort ein Verständnis für die Art des Problems vermitteln. So könnte beispielsweise ein an einer Produktionslinie installierter Alarm blinken oder ein gleichwertiges Signal ausgeben, wenn die zugehörigen Sensoren eine vorprogrammierte Anzahl von Ausschüssen erkennen. Das wiederum informiert das Schichtpersonal über ein Problem an einer unbestimmten Stelle des Förderbandes oder der Linie. Bei anderen Maschinen sind die visuellen Alarme so programmiert, dass sie nach bestimmten Mustern auf- und abblinken - ähnlich wie die nautischen Kanalmarkierungen für den Schiffsverkehr - mit kodierten Bedeutungen für jedes Blinkmuster.

Indikatoren für den Maschinenstatus

Zu den Indikatoren für den Maschinenzustand in industriellen Umgebungen gehören die Zähler, Messgeräte und Zählwerke, an die viele Ingenieure denken, wenn sie das Wort Indikator hören. Zu den Statusanzeigen gehören auch andere Automatisierungskomponenten, wie z. B. Bedienfeldleuchten, Lichtsäulen und HMI-Funktionen, die das Auftreten eines Maschinenereignisses oder eine erforderliche Personalreaktion anzeigen.

Im Gegensatz zu Alarmen, die ausschließlich das Auftreten von gefährlichen, nicht routinemäßigen oder anderen prozessstörenden Ereignissen melden, sind Maschinenstatusindikatoren mit umsetzbaren Ereignissen oder Metriken verbunden, die für einen bestimmten Betrieb normal sind. Sie können zum Beispiel in Echtzeit den Stromverbrauch oder die Wärmeerzeugung eines Prozesses anzeigen, der mit einer einstellbaren Geschwindigkeit oder einem einstellbaren Drehmoment auf einer überwachten Geräteachse läuft.

Andon-Leuchten und -Lichtsäulen

Abbildung 4: Im Gegensatz zu Alarmen und Indikatoren sind Andon-Leuchten Geräte, die sich auf einen bestimmten Maschinenzustand beziehen. Andon-Lichtsäulen gibt es in verschiedenen Stapelzahlen (Lichtfarben) und Durchmessern. Branchenübliche Halterungen und Vorverkabelung beschleunigen die Integration. (Bildquelle: Menics)

Andon-Leuchten sind eine gängige Komponente für das visuelle Management in modernen Produktionsanlagen. Es handelt sich um Lichtsäulen mit verschiedenen vertikal gestapelten Farben. Der Begriff Andon stammt von einem japanischen Wort für eine Art stationärer Laterne - und seine Verwendung in der Fertigung geht darauf zurück, dass Toyota Andons für die lichtbasierten Problemsignalisierungssysteme seiner frühen modernen Fabriken verwendet hat.

Andons unterscheiden sich von anderen Komponenten des visuellen Managements dadurch, dass sie jeweils mit einer bestimmten Maschinenverriegelung, einer Stopptaste oder einem Gerät zur Betriebsverfolgung verbunden sind. Das herausragendste Merkmal von Andon-Systemen ist, dass sie dem Personal die Möglichkeit geben, die Produktionslinie anzuhalten, wenn ein Problem auftritt. Die Hauptfunktion der Anzeigelampen besteht darin, dem Personal in der Nähe mitzuteilen, dass es ein Problem in der Produktlinie gibt.

Auf einer Andon-Lichtsäule vermittelt jede Farbe eine branchenübliche Botschaft.

• Grün zeigt an, dass eine Produktionslinie in Betrieb ist und dass kein Problem festgestellt wurde.
• Gelb zeigt an, dass die Maschinenlogik ein Problem erkannt hat ... obwohl die Produktion noch laufen kann. Das gelbe Licht eines Andon leuchtet in der Regel auf, wenn eine Anomalie in der Produktionslinie vorliegt, z. B. eine zu hohe Temperatur, Engpässe, eine Maschinenstörung oder eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Ausschuss. Probleme, die das gelbe Licht auslösen, sind unkritisch, können aber zu schwerwiegenderen Problemen führen, wenn sie nicht behoben werden.
• Rot zeigt an, dass die Produktion gestoppt ist - häufig, weil ein Maschinenbediener eine Maschinenverriegelung ausgelöst oder eine Not-Aus-Taste gedrückt hat. Wenn ein Andon-System entweder ein kritisches Problem erkennt oder eine Warnung erhält, die sofortige Aufmerksamkeit erfordert, leuchtet das rote Licht der Andon-Säule auf - und das Andon-System stoppt die Produktion. Wenn die Produktion gestoppt wird, aber nicht über das Andon-System (oder aus irgendeinem Grund, der vom Andon-System nicht erkannt wird), blinkt die rote Andon-Leuchte. Die Produktion bleibt bis zur Behebung des Problems gestoppt.

Zu den gängigsten Andon-Lampen gehören Stapel mit roten, gelben und grünen Lichtern, aber es gibt auch welche, die nur rot und grün leuchten. Andere wiederum haben ein weißes Licht und ein blaues Licht im Stapel. Die branchenübliche Bedeutung eines blau leuchtenden Lichts an einer Andon-Säule ist ein Hilfeersuchen - sei es für die Lieferung von Materialnachschub, für Wartungspersonal oder für das Management. Eine weiß leuchtende LED an einer Andon-Lichtsäule hingegen signalisiert in der Regel einen maschinenspezifischen Zustand im Zusammenhang mit einer überwachten Produktivitätsmaßnahme.

Einfachere Markierungen und Anlagenbeschilderung

Abbildung 5: Bei der Sicherheitsbeschilderung wird eine von der National Electrical Manufacturers Association (NEMA), dem American National Standards Institute (ANSI) in der Norm Z535 und der International Organization for Standardization (ISO) in der Norm 7010 genormte Symbolik verwendet. (Bildquelle: Getty Images)

Abbildung 6: Ein bescheidenes visuelles Management auf der Grundlage von Schildern kann die Sicherheit des Anlagenpersonals gewährleisten. (Bildquelle: Clarion Safety Systems)

Visuelles Management in industriellen Umgebungen muss nicht elektronisch sein. Bescheidene (technisch einfache) Markierungen, Schilder und Etiketten in und um Arbeitszellen und Maschinen sind wesentliche Elemente einer gut konzipierten schlanken Produktionsanlage. Diese Beschilderung dient der Unterweisung und Anleitung des Betriebspersonals. So können beispielsweise Bodenmarkierungen den Fußverkehr auf sicheren Wegen durch die Produktionsstätten leiten. An anderer Stelle können auf Symbolen basierende Beschriftungen die korrekten Positionen von Werkzeugen, gelagerten Teilen für die Montage, Geräteachsen, Schutztüren und anderen Objekten deutlich anzeigen.

Die wichtigste Art des visuellen Managements auf der Grundlage von Schildern ist diejenige, die sich auf die Sicherheit des Personals bezieht. Eine solche Beschilderung ist überall dort gesetzlich vorgeschrieben, wo es heiße Oberflächen, elektrische Gefahren, nasse Böden oder das Risiko einer Strahlenbelastung gibt. Sicherheitsschilder weisen die Arbeiter auch auf die erforderliche persönliche Schutzausrüstung (PSA) für einen bestimmten Arbeitsbereich hin ... und darauf, dass sie sich Bereichen nähern, die für nicht autorisiertes Personal gesperrt sind. Weitere Beispiele für Schilder zur visuellen Steuerung von Produktionslinien sind laminierte oder Hartplastik-Etiketten und -Schilder, die beschreiben, welche Schritte als Reaktion auf einen bestimmten Maschinen- oder Anlagenzustand zu unternehmen sind oder wie ein einfaches Gerät oder eine Anlage zu bedienen ist.

Grafische Tafeln und HMIs für KPIs

Abbildung 7: Betriebs- und KPI-Tafeln in Fabriken nehmen zunehmend die Form von digitalen, mit dem IIoT verbundenen Bildschirmen an, um die Leistung einzelner Arbeitszellen und der gesamten Anlage zu kommunizieren. (Bildquelle: Getty Images)

Obwohl es den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, ist es erwähnenswert, dass in den letzten Jahren vermehrt auf HMIs (Mensch-Maschine-Schnittstellen) zurückgegriffen wurde, um Warnungen und Alarme auf Maschinenebene zu übermitteln. Bei diesen HMI-Warnmeldungen handelt es sich um auffällige Bildschirmsignale, die häufig mit Symbolen versehen sind und den physischen Kuppel- und Anzeigelampen ähneln, mit denen das Anlagenpersonal bereits vertraut ist.

Für die Übermittlung von Daten im Zusammenhang mit Metriken auf Werks- und Unternehmensebene (zusammen mit Informationen über die Leistung und die aktuelle Situation einer oder mehrerer Produktionslinien) sind grafische Tafeln auf dem Werksgelände Standard. Es gibt nicht-elektronische und elektronische Varianten dieser Tafeln.

Nicht-elektronische grafische Tafeln sind Whiteboards und Pinnwände, auf denen handschriftliche Informationen und Computerausdrucke von Produktionsstatistiken über die Durchsatzraten der Arbeitszellen, die fertiggestellten und versendeten Teile, Sicherheitsvorfälle und mehr angezeigt werden.

Einfache elektronische Grafiktafeln sind LED-Anzeigetafeln, die Zahlen auf Punktmatrix-Bildschirmen anzeigen können. Im Gegensatz dazu gehören zu den anspruchsvolleren elektronischen Grafikanzeigen digitale Flachbildschirme, die mit Maschinen vernetzt sind und Daten in Echtzeit anzeigen, sowohl in der Fabrik als auch auf Unternehmensebene. In vielen Fällen werden der Soll-Durchsatz und andere Betriebsgrößen mit dem Ist-Durchsatz und den entsprechenden Größen verglichen. Solche Werte werden als Key Performance Indicators (KPIs) bezeichnet - Indikatoren für Betriebsraten und Verbesserungsmessungen, die der Entscheidungsfindung auf Unternehmensebene dienen. Neben den KPIs enthalten visuelle Managementtafeln häufig Leistungsstatistiken über die Auftragsabwicklung an den Arbeitsplätzen, die Anzahl der produzierten Teile, Maschinenausfälle, Betriebsstunden ohne Unterbrechung und die Anzahl der Tage ohne Unfall.

Fazit

Visuelles Management im Kontext der industriellen Automatisierung umfasst Systeme und Signalisierungskomponenten, die dem Anlagenpersonal nicht-textliche Anweisungen übermitteln. Komponenten für visuelle Managementfunktionen vermitteln entweder Informationen über Prozess- und Maschinenzustände oder vermitteln umsetzbare Details über die Leistung und den Durchsatz einer Produktionslinie. Die inhärente Auffälligkeit von farbigen, leuchtenden und blinkenden Zeichen und Signalen ist entscheidend für den Erfolg des visuellen Managements und die Produktivitätsvorteile einer visuellen IIoT-Fabrik.