Quelle: IPG DXTRA (Germany) GmbH

Echtzeitvernetzung in explosionsgefährdeten Umgebungen

Publiziert

Die Smart Factory mit der Echtzeitvernetzung zwischen Lieferkette und Produktionsanlagen ist für sämtliche Industriezweige ein Gebot der Stunde. Das betrifft auch explosionsgefährdete Umgebungen, in denen die ATEX-Richtlinien (französisch: ATmosphères EXplosibles) gelten.

Dabei kommt es nicht nur auf Geräte, die gemäss ATEX zertifiziert sind, an, sondern auch auf intelligente Software-Systeme, die für eine hohe Transparenz entlang der Produktions- und Lieferkette sorgen. Daraus folgt nicht zuletzt auch eine lückenlose Rückverfolgbarkeit einzelner Chargen.

Pharma, Chemie, Öl, Gas oder Bergbau: In diesen, aber auch anderen Branchen wie der Lebensmittel-, Getränke- und Kosmetik-Industrie sowie der Luft- und Raumfahrt kommen Mitarbeiter*innen im Umfeld von Produktion und Logistik häufig mit brennbaren Stäuben, Gasen, Nebeln oder Dämpfen in Berührung, die potenziell explosiv sind. Um die damit verbundenen Gefahren zu minimieren, hat die Europäische Union die verbindlichen ATEX-Richtlinien formuliert. Demnach hat jeder Arbeitgeber im Rahmen einer Gefährdungsbeurteilung ein Explosionsschutzdokument zu erstellen und Bereiche mit gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in Zonen einzuteilen. Dabei werden zwei explosionsgefährdete Bereiche unterschieden: brennbarer Staub und brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel.

Als Zone 0 gelten Bereiche, in denen „ständig, über lange Zeiträume oder häufig eine explosionsfähige Atmosphäre“ herrscht. In Zone 1 ist die Explosionsgefahr „bei Normalbetrieb gelegentlich vorhanden“ und in Zone 2 „normalerweise nicht oder aber nur kurzzeitig“. Für explosionsfähige Atmosphären in Form einer „Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub“ werden die Bereiche analog in die Zonen 20, 21 und 22 eingeteilt. In Nordamerika und anderen internationalen Märkten gelten die Richtlinien NEC beziehungsweise IEC.

Auf dem Weg zur Smart Factory
Explosionsschutzmaßnahmen betreffen längst nicht mehr nur die eingesetzten Generatoren und Motoren, etwa in Gabelstaplern oder Stromaggregaten. Im Zuge der Digitalisierung rückt die Informationstechnologie zunehmend in den Fokus der Verantwortlichen. Laut einer Studie von Allied Market Research trägt dieser Bereich dazu bei, dass der Markt für explosionsgeschützte Geräte und Maschinen bis zum Jahr 2022 auf knapp 7,6 Milliarden Euro wachsen wird.

Der Trend zu Industrie 4.0 erweist sich als Wachstumsmotor, der zu weiteren Investitionen in ein durchgängiges Supply-Chain-Management führt: Hohe Transparenz, konsequente Fehlervermeidung sowie eine lückenlose Chargenrückverfolgbarkeit sind gerade in explosionsgefährdeten Produktionsumgebungen wichtig. Produktionsanlagen und Lieferketten müssen hierfür in Echtzeit miteinander vernetzt werden. Dieses Ziel – die sogenannte Smart Factory – kann nur mit integrierten Soft- und Hardware-Lösungen erreicht werden. Das effiziente Steuern und Überwachen der Prozesse erfordert eine zuverlässige Datenerfassung an genau definierten Punkten entlang der Supply Chain durch mobile Computer mit integrierten Scannern. Das beinhaltet das Dokumentieren von Zeiten, Ortsangaben und den beteiligten Mitarbeiter*innen.

Maximale Transparenz durch nachvollziehbare Arbeitsschritte
Was die Software betrifft, gelten in explosionsfähigen Atmosphären prinzipiell die gleichen Herausforderungen wie in allen anderen industriellen Umgebungen: Der Materialfluss entlang der gesamten Lieferkette zwischen Wareneingang, Lager, Kommissionierung bis hin zum Versand muss in jeder Phase nachvollziehbar sein. Dies lässt sich durch eine durchgängige Digitalisierung erreichen. Erst mit einer End-to-End-Prozesseffizienz entstehen reibungslose Abläufe mit Echtzeitzugriff auf Daten zu Produkten, Anlagen und Standorten.

Je grösser das potenzielle Risiko aufgrund fehlender Informationen ist, desto dringender ist der Handlungsbedarf. Durch den digitalen Prozess können Schwachstellen im System – wie zum Beispiel immer wiederkehrende Fehler beim Kommissionieren – schnell erkannt werden. Gleiches gilt für kritische Arbeitsschritte im Produktionsprozess: Mobile Endgeräte führen Mitarbeiter*innen über Display Schritt für Schritt durch den jeweiligen Vorgang. Jeder hinzugefügte Rohstoff wird per Scan verifiziert und freigegeben. Die so erzeugte Prozess-Sicherheit minimiert Haftungsrisiken und vereinfacht etwaige Rückrufaktionen, da jede Charge in Echtzeit transparent rückverfolgt werden kann. Die Vorteile der Digitalisierung gegenüber den analogen, papiergebundenen Prozessen sind hier besonders deutlich.

Datengesteuert können aber auch kontinuierliche Verbesserungen in Produktion und Logistik umgesetzt werden, während die Einhaltung von Richtlinien erleichtert wird. Hier geht es nicht nur um eine lückenlose Rückverfolgung, sondern auch um die Serialisierung oder Überprüfung der De-Kommissionierung.

Ein weiterer Treiber ist der monetäre Wert von Rohstoffen und Produkten, denn die Digitalisierung minimiert unter anderem Aus- und Überschüsse. Die neuen Prozesse erhöhen die Transparenz im Supply-Chain-Netzwerk und ermöglichen ein agiles Anpassen an Bedarfsschwankungen und optimierte Bestände.

Bestehende Systeme erweitern ohne großen Aufwand
Bei aller Einsicht in die Notwendigkeit der Digitalisierung stellt sich die Frage, wie die Digitalisierung möglichst effizient umgesetzt werden kann. Viele Unternehmen befürchten, dass sie im Zuge der Digitalisierung ihre bestehende ERP- und Lagerverwaltungs-Software komplett ersetzen oder aufwändig individuell anpassen müssen.

Diese Bedenken sind unbegründet: Die Funktionen bestehender Systeme lassen sich mit einer End-to-End-Lösung, zum Beispiel von Zetes, ohne grossen Aufwand erweitern. Der Prozess zwischen Warenannahme und Versand wird dabei mit modernster Technologie ausgestattet, um Effizienz und Transparenz zu sichern. Die in der Cloud oder auf einer lokalen Infrastruktur laufenden Lösungen bieten einen agilen, modularen Ansatz für die Optimierung der Produktionsprozesse.

Einheitlicher Gerätetyp und gemeinsame Software
Viele typische Anwendungen entlang der Produktions- und Logistikkette spielen sich in Zone 2 ab. Vor diesem Hintergrund fällt es leicht, sich für einen einheitlichen Gerätetyp für das gesamte Unternehmen zu entscheiden – und zwar innerhalb und ausserhalb der explosionsfähigen Atmosphären. Gemäss ATEX-Vorschriften soll der Einsatz von Mobilcomputer in Zone 2 und Zone 22 möglich sein. In diesem Zusammenhang empfiehlt sich, eine genaue Analyse durchzuführen, in welchen Zone die Handhelds tatsächlich benötigt werden. Darüber hinaus sollten die Geräte auch für den Einsatz in Nordamerika (USA und Kanada) und anderen internationalen Märkten gemäss der dort gültigen Richtlinien NEC und IEC zertifiziert sein, wie zum Beispiel die Modelle CT60 XP und CK65 von Honeywell. Dadurch lassen sie sich auch in global agierenden Unternehmen problemlos und einheitlich einführen.

Gemeinsam eingesetzt, lassen sich mit den End-zu-End-Lösungen von Zetes und der zertifizierten Hardware von Honeywell die Prozesse entlang der Produktions- und Lieferkette in explosionsgefährdeten Umgebungen Stufe für Stufe digitalisieren: Innerhalb der Produktion können zum Beispiel die tatsächlich verwendeten Rohstoffe und die einzelnen Fertigungsschritte verfolgt und in Echtzeit kontrolliert werden. Sobald eine Abweichung vorliegt, kann gehandelt werden, wodurch der Wunsch zu „agieren statt reagieren“ erfüllt wird. Im Wareneingang kommt es hingegen häufig darauf an, in Echtzeit den Versand- und Ankunftsstatus von Rohmaterialien und Komponenten zu überblicken. Mit Echtzeittracking kann frühzeitig auf Engpässe und Verspätungen reagiert werden, um Produktionsausfälle zu verhindern.

Bei der Bestandsverwaltung steht das effiziente und fehlerfreie Ausführen der Lagerprozesse im Vordergrund. Über mobile Computer werden Mitarbeiter*innen mit eindeutigen Dialogen und Anweisungen durch die Arbeitsschritte geführt. Einlagern, Umlagern, Auslagern, Kommissionieren, Versenden erfolgt dadurch in hoher Präzision. Die Auswirkungen umfassen eine genaue Kontrolle des Lagerbestands an Rohmaterialien, Halb- und Fertigerzeugnissen.

Durchgängige Digitalisierungs-Strategie
Im Zuge der Digitalisierung lassen sich komplexe Verpackungs- und Etikettier-Prozesse bis hin zur Serialisierung automatisieren. Daran anschliessend können auch die Warenausgangsprozesse und die Auftragskonsolidierung optimiert werden. Mit einer evidenzbasierten Datenerfassung lässt sich dabei eine hohe Liefergenauigkeit erreichen. Das optimierte Beladen von Fahrzeugen bei kurzen Wartezeiten sowie das Einhalten der Lieferkennzahlen runden die durchgängige Digitalisierungsstrategie ab.

Während des gesamten Prozesses zwischen Wareneingang, Lager und Versand können einzelne Komponenten und Artikel jederzeit getrackt werden. Verluste von Vermögenswerten gehen dadurch ebenso zurück wie der Suchaufwand für verlegte Gegenstände. Sobald ein Artikel den für ihn vorgesehenen Bereich verlässt, wird automatisch eine Warnmeldung erstellt. Diese und weitere Statusmeldungen werden in Echtzeit im Supply-Chain-Netzwerk ausgetauscht.

Fazit
Die Digitalisierung in explosionsgefährdeten Atmosphären unterscheidet sich nicht grundlegend von herkömmlichen Umgebungen. Aufgrund der steigenden Sicherheitsanforderungen und den oft überdurchschnittlichen Rohstoff- und Warenwerten haben diese Projekte allerdings eine hohe Priorität. Dank moderner, modular aufgebauten Softwarelösungen, wie zum Beispiel von Zetes, lassen sie sich ohne grosse Eingriffe in die bestehende IT-Landschaft integrieren. Der für die Zone 2 lieferbare Honeywell-Mobilcomputer aus der Grossserie ist zudem budgetschonend. Es empfiehlt vorab die einzelnen Zonen exakt zuzuordnen, denn in der Praxis finden die meisten Rohstoff- und Warenbewegungen ausserhalb von Zone 0 und Zone 1 statt.

Weitere Informationen unter: www.webershandwick.de

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Bezugsquellenverzeichnis