RAFI – IIoT-platform moneo voor transparantie in het spuitgieten van kunststoffen
|
|
Samenvatting Van intuïtie naar een data-basis: Bij RAFI in Bad Waldsee zorgen sensortechnologie en het IIoT-platform moneo voor transparantie in het spuitgietproces. Temperaturen, debiet, perslucht en energieverbruik worden continu gemeten, weergegeven en geanalyseerd. Zo signaleert RAFI afwijkingen in een vroeg stadium, optimaliseert het de koeling en het verbruik van media en legt het de basis voor een stabiele kwaliteit, een hogere efficiëntie en een duurzamere productie. |
Digitale inzichten in de tooling
Hoe sensortechnologie en IIoT de kwaliteit en de energie-efficiëntie bij het spuitgieten verbeteren
Steigende kwaliteitseisen, toenemende kostendruk en de vraag naar maximale processtabiliteit kenmerken de moderne kunststofverwerking. Met name bij het spuitgieten zijn reproduceerbare omstandigheden en een nauwkeurige procesregeling bepalend voor het uitvalpercentage, het energieverbruik en de rendabiliteit. Een belangrijke succesfactor hierbij is de beschikbaarheid van betrouwbare procesdata. Op de vestiging in Bad Waldsee laat de RAFI-groep zien hoe door het gerichte gebruik van sensortechnologie en het IIoT-platform moneo uit ruwe gegevens concrete optimalisatiemogelijkheden voor de productie kunnen worden benut.
RAFI produceert op de locatie in Bad Waldsee kunststof spuitgietonderdelen, zowel voor eigen standaard HMI-producten als voor klantspecifieke toepassingen. De toepassingsgebieden variëren van medische technologie en landbouwtechniek tot industriële en automobieltoepassingen. De eisen op het gebied van maatvastheid, oppervlaktekwaliteit en langetermijnstabiliteit van de onderdelen zijn dan ook zeer hoog.
Bij het spuitgietproces wordt voorgedroogd kunststofgranulaat gesmolten en onder hoge druk in de matrijs gespoten. De daaropvolgende afkoelfase is bepalend voor de kwaliteit van het onderdeel. De temperatuur van het tooling, het debiet van het koelmiddel en de temperatuurverschillen tussen de aanvoer- en retourleiding moeten nauwkeurig worden gehandhaafd. Zelfs kleine afwijkingen kunnen een negatieve invloed hebben op de cyclustijd, de vormvastheid of de optische eigenschappen.
Motivatie: Processen zichtbaar maken in plaats van er alleen maar vanuit te gaan
Het uitgangspunt van het project was het gerichte gebruik van sensortechnologie en het IIoT-platform moneo van automatiseringsspecialist ifm. Het doel was om het spuitgietproces niet langer uitsluitend op basis van ervaring en steekproeven te beoordelen. In plaats daarvan moet het op basis van gegevens transparant en controleerbaar worden gemaakt.
Guido Zoll, verantwoordelijk voor ontwikkeling en constructie bij RAFI, beschrijft de aanpak als volgt: „We wilden precies begrijpen wat er tijdens een spuitgietcyclus daadwerkelijk gebeurt – en welke parameters echt van invloed zijn op de kwaliteit en efficiëntie.”
De aandacht ging daarbij met name uit naar de thermische omstandigheden in de matrijs, de belasting van de koelcircuits en het verbruik van ondersteunende media zoals perslucht en elektrische energie. Het doel was om transparantie te creëren en daaruit concrete aangrijpingspunten voor verbeteringen af te leiden.
Afbeelding 2: Nauwkeurige temperaturen en een exacte timing vormen de basis voor de hoogste productkwaliteit in het spuitgietproces.
Afbeelding 3: De verschillende koelcircuits van de spuitgietmatrijs worden met behulp van temperatuursensoren in de aanvoer- en retourleiding met een nauwkeurigheid van een tiende graad bewaakt.
Sensoren als databron in de tooling en op de machine
Bij de praktische uitvoering zijn de verschillende koelcircuits van de spuitgietmatrijzen uitgerust met debiet-en temperatuursensoren . Deze meten continu de aanvoer- en retourtemperaturen en het bijbehorende koelwatervolume. Op basis hiervan kunnen temperatuurverschillen nauwkeurig worden bepaald en kunnen betrouwbare conclusies worden getrokken over de efficiëntie van de koeling van de tooling.
„Naast het koelcircuit analyseren we ook het stroomverbruik van de machine om piekbelastingen vroegtijdig te herkennen. Daarnaast houden we de persluchttoevoer naar de robotarm en de spuitgietmachine in de gaten, aangezien lekkages of losgeraakte schroefverbindingen direct zichtbaar zijn in de karakteristieken. Deze gegevens worden met moneo verzameld en voortdurend geanalyseerd. Als de meetwaarden de vastgestelde grenswaarden overschrijden, activeert de software automatisch een alarmmelding. „Zo kunnen storingen in realtime worden opgespoord – bijvoorbeeld wanneer een robot een onderdeel verliest vanwege onvoldoende druk”, aldus Guido Zoll. Aangezien perslucht tot de duurste energievormen behoort, hebben zelfs kleine lekkages aanzienlijke economische gevolgen.
moneo als centraal IIoT-platform
Een grote hoeveelheid sensordata op zich levert nog geen meerwaarde op. Het is van cruciaal belang dat deze gegevens op een gestructureerde manier worden vastgelegd, geanalyseerd en geïnterpreteerd. En precies daar komt moneo in beeld: „Ons IIoT-platform zorgt voor transparantie in de installatie en laat zien hoe machines daadwerkelijk worden gebruikt”, legt Christoph Schneider, Vice President Productmanagement Applicaties bij ifm solutions, uit.
Guido Zoll voegt hieraan toe: „Bovendien hebben alle teamleden – van de groepsleider tot de ploegleider – toegang tot de kengetallen. "Iedereen ziet aan de karakteristieken meteen of een proces stabiel verloopt of dat er iets uit de hand loopt."
De gebruikte IO-Link-sensoren communiceren via IO-Link-masters, die de gegevens bundelen en via Ethernet naar het bedrijfsnetwerk verzenden. Van daaruit worden de meetwaarden in moneo ingevoerd. Al bij de ingebruikname bleek de modulaire opzet van het platform een voordeel te zijn:
„Met de softwaremodule moneo configure konden we de sensoren vooraf instellen en vervolgens zonder noemenswaardige stilstandtijden in bedrijf nemen”, aldus Christoph Schneider, die namens ifm de uitvoering van het project heeft ondersteund.
moneo is modulair opgebouwd en bestrijkt verschillende niveaus – van apparaatbeheer en dataverzameling tot analyse en alarmering.
Afbeelding 4: Alle digitale en analoge sensorsignalen worden via de IO-Link I/O-modules AL2301 gebundeld en als IO-Link-signalen doorgestuurd naar de besturing en naar moneo.
Afbeelding 5: Digitale transparantie: moneo registreert, visualiseert en analyseert alle sensordata en geeft automatisch een waarschuwing wanneer grenswaarden worden overschreden of er afwijkingen optreden.
Dataverzameling, analyse, visualisatie en archivering
In moneo worden alle sensorgegevens geregistreerd, centraal opgeslagen en op een manier verwerkt die het mogelijk maakt om de historie inzichtelijk te maken. Via dashboards kunnen de huidige processtatussen numeriek en grafisch worden weergegeven. Gebruikers zien in één oogopslag of temperaturen, debieten of verbruikswaarden binnen de vastgestelde toleranties vallen.
Deze transparantie en de verwerking van de meetwaarden tot veelzeggende kengetallen vormen een cruciale stap, zoals Christoph Schneider, Vice President Productmanagement Applicaties bij ifm solutions, benadrukt: „Pas als de gegevens zichtbaar zijn, zie je waar je kunt beginnen.”
Naast de pure visualisatie maakt moneo een volledige overzicht van de historie mogelijk. Hiermee kunnen procesverloop over uren, dagen of weken worden geanalyseerd en in verband worden gebracht met de kwaliteitskenmerken van de geproduceerde onderdelen.
Drempelwaarden, alarmen en detectie van afwijkingen
Een centraal onderdeel van moneo is de automatische bewaking van vastgestelde grenswaarden. Als deze waarden worden overschreden of niet worden gehaald, activeert het systeem waarschuwingen – bijvoorbeeld via e-mail of als melding in het dashboard. Zo kunnen afwijkingen in een vroeg stadium worden opgemerkt en verholpen, nog voordat ze tot gevolg hebben dat er defecte onderdelen worden geproduceerd.
Daarnaast ondersteunt moneo het opsporen van afwijkingen in het proces. Veranderingen in de temperatuur- of debietcurves en de analyse van de berekende warmtehoeveelheid maken bijvoorbeeld sluipende vervuiling van koelkanalen zichtbaar.
„Men gaat er vaak van uit dat alles in orde is als het onderdeel er goed uitziet. "Uit de gegevens blijkt echter of er misschien te sterk of ongelijkmatig wordt gekoeld", aldus Christoph Schneider. Deze intelligente analysefuncties van moneo dragen in belangrijke mate bij aan het waarborgen van stabiele processen en een constant hoge productkwaliteit.
Afbeelding 1: Kunststofspuitgietmachine inclusief robot voor de verwerking van de spuitgietonderdelen.
Van monitoring naar actieve procesoptimalisatie
De meerwaarde van moneo ligt niet alleen in de monitoring, maar ook in het afleiden van concrete maatregelen. Bij RAFI zijn op basis van de gegevens al mogelijkheden voor optimalisatie vastgesteld, bijvoorbeeld wat betreft de hoeveelheid koelwater.
In één geval bleek dat in plaats van het beoogde temperatuurverschil van twee graden Celsius slechts 0,8 graden werd bereikt – een duidelijke aanwijzing voor een te hoog debiet.
Door het koelcircuit aan te passen, kon energie worden bespaard zonder dat dit ten koste ging van de processtabiliteit. Tegelijkertijd bieden de gegevens de mogelijkheid om cyclustijden gericht te verkorten en zo in dezelfde tijd meer producten te produceren.
„De meerwaarde ontstaat pas wanneer je op basis van de gegevens maatregelen afleidt en deze weer in het proces inbouwt”, aldus Christoph Schneider. Guido Zoll van RAFI is het daarmee eens: „Het uitgangspunt was om zuinig om te gaan met hulpbronnen en alleen zoveel te gebruiken als daadwerkelijk nodig is – dat wil zeggen: koelwater, elektriciteit of perslucht doelgericht in te zetten. Bovendien wilden we piekstromen vermijden. Wanneer meerdere machines tegelijkertijd hun verwarmingselementen inschakelen, ontstaan er hoge belastingspieken. Met de verzamelde gegevens kunnen we er in de toekomst voor zorgen dat de machines met een tijdsverschil opstarten. Zo kun je deze pieken afvlakken en energie besparen.”
Op lange termijn is het de bedoeling om externe systemen, zoals bijvoorbeeld temperatuurregelaars, rechtstreeks aan te sluiten om de regelgrootheden automatisch te beïnvloeden.
Energie-efficiëntie en duurzaamheid
Naast kwaliteits- en procesoptimalisatie komt ook energie-efficiëntie steeds meer in de schijnwerpers te staan. Met moneo kunnen energie- en mediumverbruik gedetailleerd worden geregistreerd, geanalyseerd en economisch worden beoordeeld. Op deze manier worden besparingsmogelijkheden niet alleen zichtbaar, maar ook meetbaar. Een concreet voorbeeld is het verbruik van perslucht: „Al kort na de ingebruikname zagen we dat het persluchtverbruik gestaag toenam – we konden daar meteen de oorzaak van achterhalen en passende maatregelen nemen”, aldus Christoph Schneider.
Zelfs de kleinste lekkages, bijvoorbeeld tijdens een machinestilstand, worden dankzij de continue dataregistratie betrouwbaar gedetecteerd. Op basis van de verkregen informatie kan nauwkeurig worden bepaald vanaf welk punt onderhoudsmaatregelen economisch rendabel zijn. Naast de directe kostenbesparing levert deze op gegevens gebaseerde aanpak tegelijkertijd een meetbare bijdrage aan de vermindering van het energieverbruik en de CO₂-uitstoot.
Schaalbaarheid en verdere ontwikkeling
Het project is bij RAFI bewust zo opgezet dat het schaalbaar is. Er zullen geleidelijk aan meer machines worden aangesloten; extra sensoren – bijvoorbeeld voor de temperatuur in de hal of de luchtvochtigheid – staan al op de planning. Het doel is om alle kwaliteitsrelevante factoren in moneo samen te brengen en met elkaar te koppelen.
„Momenteel zijn we van plan om dit uit te breiden naar andere machines. Daarnaast willen we extra sensoren integreren, bijvoorbeeld om de vochtigheid in de droger, de druk in het gereedschap, de temperatuur in de hal of de airconditioning te meten. "Het doel is om in moneo alle parameters vast te leggen die van invloed kunnen zijn op de kwaliteit van de spuitgietonderdelen", aldus Guido Zoll.
Toekomstige uitbreidingen, zoals machinestatus gebaseerd onderhoud, automatische aanbevelingen voor maatregelen of AI-gestuurde analyses, moeten de overgang van louter transparantie naar een zelf optimaliserende productie verder ondersteunen.
Afbeelding 6: De persluchtmeter SD8500 meet uiterst nauwkeurig het debiet, het verbruik, de druk en de temperatuur van het medium. Alle meetwaarden worden via IO-Link digitaal naar de besturing en naar moneo verzonden.
Conclusie
Het voorbeeld van RAFI laat zien dat het gebruik van sensortechnologie bij het spuitgieten pas zijn volledige potentieel ontplooit dankzij een krachtig IIoT-platform. moneo fungeert daarbij als het centrale systeem van de productie: Het verzamelt, structureert en interpreteert procesdata en maakt deze bruikbaar voor verschillende gebruikersrollen. De verkregen transparantie maakt niet alleen een stabiele kwaliteitsborging mogelijk, maar ook gerichte energiebesparingen en een voortdurende optimalisatie van de cyclustijden. Hiermee wordt moneo een essentieel hulpmiddel voor datagestuurde besluitvorming en duurzaam concurrentievermogen in de kunststofspuitgietindustrie.
