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Henkel digitalisiert Abfüll- und Verpackungslinie

Gesteigerte Anlageneffizienz bei der Flüssigwaschmittelproduktion
Henkel digitalisiert Verpackungslinie

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Um bis zum Jahr 2020 und darüber hinaus nachhaltig profitabel zu wachsen, verfolgt der Henkel-Konzern die Strategie Henkel 2020+ und setzt dabei große Priorität darauf, die Digitalisierung zu beschleunigen. Innerhalb des Henkel-Konzerns gilt das Werk im spanischen Montornés del Vallés als eine der modernsten Anlagen. Bei den Abfüll- und Verpackungslinien für Flüssigwaschmittel wurde eine maßgeschneiderte Digitalisierungslösung von Siemens implementiert.

Henkel produziert jährlich in weltweit über 30 Produktionsstätten Waschmittel für rund 25 Mrd. Waschladungen. Bisher kommunizierten die Maschinen der Abfüll- und Verpackungslinie von Flüssigwaschmitteln wenig systematisch und eher individuell miteinander. Unterschiedliche Hardware und heterogene Kommunikationsstrukturen erschwerten bislang die Integration, den Datenaustausch und damit die Vergleichbarkeit der einzelnen Linien. 2015 wurde gemeinsam mit Siemens-Experten von Digital Industries aus Deutschland, Österreich und Italien eine Lösung entwickelt, die die Abfüll- und Verpackungslinien effizienter gestaltet. Diese umfasste zum einen die Definition einer Standardschnittstelle und die Integration der Steuerungen in der Produktion. Die Linieninformation als weiterer Schritt der digitalen Transformation beinhaltete die Überwachung, Steuerung und Kontrolle der Abfüll- und Verpackungsanlagen vor Ort. Das System wurde unter anderem im Henkel-Werk in Montornés del Vallés bei Barcelona implementiert, in dem Flüssigwaschmittel für den europäischen Markt hergestellt werden. Die Produktion ist eine der modernsten des Unternehmens.

Automatisierte Verpackung

Der Verpackungsprozess folgt im Anschluss an den eigentlichen Herstellungsprozess des Waschmittels. Die Linie startet mit der Zuführung der Flaschen, die entsprechend ausgerichtet werden. In der nächsten Maschine werden die Flaschen befüllt und die Verschlusskappe aufgeschraubt. Dies erfolgt bei bis zu 300 Flaschen pro Minute in hoher Geschwindigkeit. Das Waschmittel muss in der korrekten Menge und mit dem vorgegebenen Druck eingefüllt werden, dabei ist jedoch die Dehnung der Kunststoffflaschen zu berücksichtigen. Im nächsten Arbeitsschritt werden die Label appliziert. Währenddessen faltet eine Maschine Kartonverpackungen auf, in die die befüllten und etikettierten Flaschen nun roboterunterstützt einsortiert werden. Ist die Schachtel voll, wird diese automatisch verschlossen und mit den erforderlichen Informationen bedruckt. Schließlich werden die Kartons palettiert und die volle Palette foliert. Zwischen den einzelnen Verpackungsstationen sind Kontrollpunkte eingerichtet, die z. B. die Füllmengen oder die korrekte Positionierung des Labels überwachen. Dabei variieren sowohl die Art des Waschmittels als auch die Flaschengröße – und damit auch Kartonverpackung, Etikettierung und das Packmuster der Palette. Ein Wechsel von Produkt- bzw. Verpackungsgrößen erfordert zum Teil auch ein mechanisches Umrüsten der Maschinen.

Fehlerfreie Kommunikation

Ziel von Henkel war es, die Maschinen unterschiedlicher Hersteller mit eigenen Softwarelösungen zu harmonisieren und zuverlässige Kommunikationsstandards festzulegen. Die Maschinendaten, z. B. Energiewerte, Status- oder Produktionsdaten, werden über eine Schnittstelle an das zentrale Datensystem übertragen und dort ausgewertet. Der Informationsaustausch zu und von der einzelnen Maschine sowie die LIS-Funktionalität (Simatic IT Line Integration System) wurde vereinheitlicht und steht nun als modularer Baukasten zur Verfügung. Die einzelnen Maschinen stehen zudem im Verbund mit vor- und nachgelagerten Maschinen und tauschen über die standardisierte Schnittstelle Daten untereinander und mit überlagerten Systemen, u. a. dem ERP-System, aus. Als gemeinsame Automatisierungsplattform wurden TIA Portal V14, WinCC V7.2, Simatic-S7–1500-Controller, Bedien- und Beobachtungssysteme (HMI) sowie Netzwerk- und Kommunikationskomponenten wie Profibus, Profinet, TCP/IP oder S7-Kommunikation festgelegt.

Das plattformunabhängige Protokoll OpenTCP mit optimierter Übertragung vereinfacht die herstellerübergreifende, standardisierte Kommunikation, reduziert den Programmieraufwand und schafft Transparenz über die Effizienz und Auslastung der Linien. Man muss lediglich das OPC-UA-Protokoll kennen, ohne detaillierte Informationen zur Anlage und deren Geräte zu berücksichtigen. Jede Maschine verfügt über dieselbe PLC-Schnittstelle, und es ist sichergestellt, dass Daten nur über die PackML-Schnittstelle der OMAC (Organization for Machine Automation and Control) ausgetauscht werden. Der große Vorteil für Henkel ist, dass mittels Standardisierung sowohl auf der Maschinen- als auch auf Datenseite eine Vergleichbarkeit verschiedener Abfüll- und Verpackungslinien – innerhalb eines Werkes und global – erreicht wird. Einzelne Maschinen bzw. Komponenten innerhalb der Verpackungslinie können bei Bedarf über Linien und Werke hinweg flexibel ausgetauscht und neue Maschinen schnell eingebunden werden, ohne dass Veränderungen am MES-System bzw. bei der Erfassung der Kennzahlen nötig sind.

Anlagen optimal auslasten

Das Line-Monitoring-System (LMS)ist die Basis dafür, die Abfüllung und Verpackung zu optimieren. Früher kam bei kurzzeitigen Problemen auch an nur einer Maschine meist die gesamte Verpackungslinie zum Stillstand. Das LMS bestimmt nun definierte Kennzahlen. Erfasst werden Qualität in Form der Höhe des Ausschusses, Verfügbarkeit der Maschinen in Form des Verhältnisses der produktiven zur Gesamtzeit und die Produktionsleistung in Form des Verhältnisses der aktuellen zur maximalen Geschwindigkeit. Aus diesen drei Werten wird die Gesamtanlageneffektivität in Abhängigkeit des verpackten Produkts errechnet. Das übergeordnete MES-System reagiert flexibel auf die Gegebenheiten und berücksichtigt geplante Pausen für die Wartung, Unterbrechungen für Produktwechsel und ungeplante Stillstände. Die Auswertung kann einzelne Tage, Wochen, Schichten etc. je nach Anforderung flexibel abrufen und visualisieren. Aus den Reports sind Verbesserungspotenziale rasch ersichtlich, z. B. wenn eine Maschine innerhalb der gesamten Verpackungslinie nicht optimal eingestellt ist.

Nun können auch einzelne Maschinen innerhalb der Verpackungslinie in ihren Geschwindigkeiten flexibel an die Gegebenheiten angepasst werden. Maschinenfehler lassen sich schnell identifizieren und die Linie ist nach Stillständen rasch wieder hochgefahren. Ist ein Start/Stopp etwa im Zuge eines Produkt- oder Verpackungsgrößenwechsels erforderlich, werden die einzelnen Maschinen innerhalb der Verpackungslinie sinnvoll und nach jeweils vorgegebenen Mustern praktisch auf Knopfdruck herunter- bzw. wieder hochgefahren.

Visualisierung der Betriebszustände

Der dritte Teil der Lösung ist die lokale Visualisierung der Betriebszustände. Bisher musste der Bediener nach einem Stillstand zuerst an den Bediengeräten der betroffenen Maschinen die Fehlerursachen lokal identifizieren. Nun werden Abweichungen automatisch übersichtlich in einem zentralen Visualisierungssystem angezeigt. Auch Auftragsdaten sind für das Bedienpersonal direkt verfügbar. Dank weltweit standardisierter Darstellung für jede Linie und jedes Henkel-Werk sind Betriebszustände, Abweichungen, Produktionsziele und deren Zielerreichung einfach zu erkennen.

Das Visualisierungssystem stellt zudem Informationen für das Henkel Digital Backbone, das globale System zur Sammlung und Visualisierung aller produktionsrelevanten Daten, zur Verfügung und ermöglicht die Nutzung von Netzwerkeffekten und Best Practice Sharing. Die Erfahrungen aus den Maschinenverbesserungen bei realisierten Linien können auf neue Anlagen übertragen werden. Die Digitalisierungslösung eingebettet in das Henkel-IT-System führte zu einer Effizienzsteigerung von über 10 %.

Nachhaltige Linieneffizienz

Henkel und Siemens sind mit der digitalen Transformation der Abfüll- und Verpackungslinien von Flüssigwaschmitteln noch lange nicht am Ende. Erweiterungen des bestehenden LIS/LMS um Produktinnovationen und digitale Funktionen für eine noch stärker zukunftsweisende Industrie-4.0-Lösung sind in der konkreten Planung. Angedacht sind zum Beispiel eine stärkere Roboterintegration an den Verpackungsstationen oder die Simulation und Einführung eines digitalen Zwillings. Condition Monitoring und Predictive Maintenance können helfen, Störungen an der Maschine zu vermeiden oder zumindest besser zu planen und damit Stillstände zu verringern sowie die Produktqualität weiter zu verbessern. Hier kommen dann auch Smart Sensors oder Smart-Data-Applikationen (APPs) sowie die weitergehende Analyse der Daten aus dem Henkel Digital Backbone ins Spiel.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: Siemens


Wolfgang Weber, Corporate Director International Engineering and Digital Transformation Henkel Laundry & Home Care (links), und Dr. Dirk Holbach, Corporate Senior Vice President International Supply Chain Henkel Laundry & Home Care (rechts), sprechen über die Beschleunigung der Digitalisierung bei Henkel
Wolfgang Weber, Corporate Director International Engineering and Digital Transformation Henkel Laundry & Home Care (links), und Dr. Dirk Holbach, Corporate Senior Vice President International Supply Chain Henkel Laundry & Home Care (rechts), sprechen über die Beschleunigung der Digitalisierung bei Henkel

Nachgefragt: Digitale Transformation bei Henkel

Wie sehen die Henkel-Zielvorstellungen im Hinblick auf die Digitalisierung aus?

Wolfgang Weber: Die Digitalisierungslösung im Werk Montornés del Vallés war für uns ein strategisch wichtiger Schritt. Wir haben nicht nur unsere Produktionsmaschinen mit dem ERP-System verbunden, sondern auch die Kommunikation der Maschinen untereinander ermöglicht. Zusammen mit einer Lösung zur Steuerung der Linie können wir die Anlageneffizienz besser analysieren und sie mithilfe künstlicher Intelligenz in Echtzeit positiv beeinflussen. Um den Zustand der Linie zu bestimmen, nutzen wir Sensorik. Anhand von Algorithmen können simultan Verbesserungen des Betriebszustands berechnet und angewendet werden. Die effizientere Nutzung unserer Maschinen ermöglicht es uns, Produktionskosten gering zu halten und damit die Wettbewerbsfähigkeit unserer Lieferkette zu steigern.

Mit der „Digital Supply Chain” wollen Sie Produkte schneller und maßgeschneidert produzieren. Wo sehen Sie dabei die größten Hebel für die Digitalisierung?

Dr. Dirk Holbach: Für die Digitalisierung der Lieferkette setzen wir auf weitere Automatisierung, vor allem mit dem Einsatz von Robotik, mit der Nutzung von Sensorik sowie mit der Visualisierung von Daten und deren analytischer Verarbeitung. Unser Ziel ist es immer, konkrete Handlungsvorgaben abzuleiten und unsere KPIs bezogen auf Kosten und Service zu verbessern. Die digitale Transformation bietet uns große Möglichkeiten, diese entlang der gesamten Lieferkette zu optimieren – von der Planung über die Produktion bis hin zur Logistik.

Inwieweit sind die Maschinenanbieter bereit, die Digitalisierungsstrategie von Henkel und Siemens mitzutragen?

Weber: Es gibt heute viele Lösungen, die Systeme unterschiedlicher Anbieter zu verbinden und in Echtzeit miteinander kommunizieren zu lassen. Bei Henkel brauchen wir eine ausreichende Datenbasis, um daraus Optimierungsvorschläge abzuleiten. Daher sollen unsere OEMs das gemeinsam mit Siemens implementierte Konzept einer Henkel PackML in neuen Maschinen umsetzen. Aus unserer Sicht bietet das doppelten Mehrwert: Nicht nur Henkel kann von den Daten profitieren, sondern auch die Lieferanten. So können die Maschinendaten aus der Produktion dem Lieferanten Verbesserungspotenziale aufzeigen, die er in die Entwicklung neuer Maschinen einfließen lassen kann.

Haben Sie ein Team für die Erarbeitung der Digitalisierungsstrategie?

Weber: In der Supply Chain unseres Bereichs Laundry & Home Care haben wir ein spezialisiertes Team dafür. Natürlich nutzen wir Synergieeffekte und sind in enger Abstimmung mit den Supply-Chain-Organisationen der anderen Unternehmensbereiche von Henkel. So stellen wir sicher, dass nicht mehrere Abteilungen parallel an der Entwicklung einer Lösung für die gleiche Problemstellung arbeiten.

Holbach: Unser Digitalisierungsteam im Bereich Laundry & Home Care besteht aus mehr als zehn Kollegen, die unter anderem in den Niederlanden, Spanien und Singapur arbeiten. Außerdem hat jeder unserer Standorte einen Digitalverantwortlichen, der sich um die Implementierung der Projekte vor Ort kümmert. So treiben in unserem Unternehmensbereich mindestens 30 bis 40 Mitarbeiter die Digitalisierung der Supply Chain voran.


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