Mit ASAP zur Klimaneutralität in der Oberflächentechnik

Der European Clean Deal ist ein wichtiges Projekt der EU-Klimapolitik und hat Auswirkungen auf alle Bereiche, insbesondere auf produzierende Betriebe.

Mit welchen Mitteln die Klimaziele in einer Galvanik erreicht werden können, war Thema zweier Workshops Ende November 2022 im B+T Headquarter im nordhessischen Hüttenberg. Dazu hatten die B+T Unternehmensgruppe, die Gravitech GmbH und das gemeinsame Tochterunternehmen, die BAG Analytics GmbH, eingeladen. Der Einladung folgten Oberflächenbeschichter verschiedenster Endprodukte, Vertreter der zuliefernden Chemieunternehmen der Branche und Studierende aus diesem Segment.

Abb 1: Die Optimierung der Badchemikalienkonzentration durch engmaschigere Analytik und engere min-/max-Prozessgrenzen steigert die Produktqualität und kann den CO₂-Fußabdruck für galvanische Bäder senken

Beim European Clean Deal sollen Verbraucherinnen und Verbraucher in ihren Kaufentscheidungen für nachhaltigen Konsum gestärkt werden und dafür einen digitalen Produktpass für alle physischen Waren an die Hand bekommen. Dieser digitale Produktpass soll sämtliche Informationen für den gesamten Lebenszyklus enthalten, vom Entwurf über die Produktion und Nutzung der Produkte bis hin zur Entsorgung. Dafür müssen auch Zulieferer ihre Prozesse effizienter, transparenter, umweltfreundlicher und kreislauffähiger machen.

Digitalisierung in der Oberflächentechnik

Abb 2: Mit „Best Brezel“ ist das bestmögliche Ergebnis gemeintBeim Mitmach-Workshop „Galvanik 4.1“ stellte zunächst Frank Benner, CEO der B+T Unternehmensgruppe und der BAG Analytics GmbH, am Beispiel seines Beschichtungsbetriebs Lösungen zur Einsparung von Energie und weiterer Ressourcen vor. Eine der tragenden Säulen auf dem Weg zur Klimaneutralität ist nach wie vor die Digitalisierung. Die konsequente Vernetzung während der gesamten Produktionskette ist der Schlüssel zum Erfolg. Dafür werden Messaufnehmer an allen einzelnen Stationen des Produktionsprozesses bis hin zur Peripherie installiert, Daten erfasst und über Schnittstellen ans ERP-System weitergegeben. Im Informations-Center werden die in einem definierten Zeitintervall erfassten Daten der Zu- und Abflüsse von Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffen visualisiert und abteilungsübergreifend bewertet.

Im Anschluss an die Vorträge führte B+T-Geschäftsführungsmitglied Norbert Kaufmann die Workshop-Teilnehmer lebhaft und anschaulich durch diese Kennzahlen. Hier können Einsparpotentiale auf einen Blick erkannt und Entscheidungen zur Optimierung schnellstmöglich getroffen werden. B+T ist an diversen zukunftsweisenden Forschungsprojekten beteiligt, die neben der Effizienz der Prozesse auch das Thema Nachhaltigkeit thematisieren.

Was hat Analytik mit Nachhaltigkeit zu tun?

Dieser Frage ging Dr. Elke Spahn, Geschäftsführerin der Gravitech GmbH und BAG Analytics GmbH, in ihrem Vortrag nach. Die klassischen Ziele eines Betriebes, wie sichere und stabile Prozesse, optimalste Qualität und effektive Produktion mit geringem Material- und Personaleinsatz, lassen sich unter der Formulierung „AAM – All about Money“ zusammenzufassen. Die aktuellen Lieferengpässe, die Energieverknappung, -verteuerung und gesetzlich geänderte Rahmenbedingungen, rücken allerdings das Thema Nachhaltigkeit in all seinen Facetten in den Vordergrund: Klimaneutralität, CO₂-Fußabdruck, Emissionsreduktion, Produktpass, Umweltverträglichkeit oder auch Ressourcenersparnis.

Abb 3: Agile Produktion erfordert neue Verfolgungssysteme: Das Lesegerät an der Schranke erkennt die spezifische RFID des Tags an der Wanne und gibt die Informationen an die Software zur weiteren Bearbeitung weiter

Dieses Ziel kann mithilfe von Analytik erreicht werden, also mit der systematischen Untersuchung von Prozessen. Neben der Analyse der Betriebsprozesse geht es in der Oberflächentechnik auch immer um die chemische Analyse. „So exakt wie möglich und so genau wie nötig“, definiert Dr. Elke Spahn die Anforderungen. Dabei müssen Genauigkeit und Frequenz der Betriebs- und Laboranalytik, manuell oder automatisiert überwacht, an die Qualifikation des Personals und das verfügbare Budget angepasst werden und unter realen Bedingungen reproduzierbar sein.

Abb 4: Vision und Umsetzung von ASAP stammen von Gravitech- Geschäftsführerin Dr. Elke Spahn und B+T-CEO Frank BennerBei der Betrachtung der möglichen Analyseverfahren des gesamten Beschichtungsprozesses kristallisierten sich die Photometrie zur Spurenanalyse im Abwasser und die gravimetrische Titration zur Badüberwachung als geeignete Verfahren heraus. Zur Durchführung der gravimetrischen Titration sind bei den Anwendern keine Laborkenntnisse nötig und sie bietet Einsparpotenziale bei Zeitaufwand und Chemikalienverbrauch (Abb. 1).

Dadurch ist die Stabilisierung und Optimierung der Badführung in engen Grenzen möglich, so dass auch im Betrieb die Prozesschemikalien für jedes galvanische Bad reduziert und spezifisch überwacht werden können.

Ein weiteres großes Einsparpotenzial an Chemikalien zur Reduzierung des CO₂-Fußabdruckes bietet die Betrachtung der „Abwasseranlagen“ in den Betrieben. Dazu ist die Analyse der Betriebswässer, bevor sie in den „Abwasserkreislauf“ gelangen, zwingend erforderlich, genauso wie die Trennung der unterschiedlichen Betriebswässer in separaten Behältern. Analyse und Trennung der Betriebswässer garantieren den richtigen qualitativen und quantitativen Einsatz von Fällungs- und Neutralisationschemikalien und verhindern eine Überschreitung der zugelassenen Parameterkonzentrationen laut Abwassergesetz.

Am Ende war man sich einig, dass die Analytik bereits bei den diversen Zwischenschritten vor der Einleitung in die Abwasseranlage der richtige Weg ist. Bringt das Zusammenspiel von Analytik in der Produktion, im Labor und den Abwässern mit der Digitalisierung der Prozesse das bestmögliche Ergebnis hervor, also „Best Brezel in Town“ (Abb. 2) bzw. „Best Beschichtung in Town“, wird neben dem Geldbeutel zudem die Umwelt geschont.

Agile Produktion mit RFID-Tracking

Jeder kennt sie, jeder nutzt sie: RFID-Codes. Was/wer ist zu welchem Zeitpunkt an welchem Ort? Passieren Personen oder Gegenstände, ausgerüstet mit einem batterielosen Tag eine Schranke, wird die Ortsveränderung erfasst. Bekannte Beispiele dafür sind die Zugangskontrollen für Fahrzeuge und Personen, die Zeiterfassung an der Stempeluhr oder auch das Tracking von Gegenständen in der Lagerverwaltung. Werden die Daten über Schnittstellen erfasst und zusammengeführt, können diese Informationen visualisiert werden und damit Basis zur Gewinnung von Erkenntnissen sein und Entscheidungshilfe bieten. Auch die Anbindung an vorhandene ERP-Systeme ist dabei möglich (Abb. 3).

Das Potential der cleveren Tags ist vielerorts jedoch noch längst nicht ausgeschöpft. Am Beispiel der B+T-Galvanik zeigte Fabian Herbst, CDO der B+T Unternehmensgruppe, wie Prozesse mithilfe der RFID-Technologie flexibler, schneller und damit agiler gestaltet werden können.

Abb 5: Die intelligente, modulare Software ASAP für die Analyse und Korrektur der Badchemie sowie Analytik sämtlicher Betriebsprozesse im Unternehmen liefert Informationen und Handlungsempfehlungen asap, as soon as possible (Fotos: BAG Analytics )

Im Lube-Center wurde die neue Anlage für Gleitmittelbeschichtung und Versiegelungen modular aufgebaut, so dass einzelne Wannen im Bedarfsfall getauscht werden können. Erfolgt ein Wannenwechsel, sendet der RFID-Sensor die Information ans System, es erfolgt ein Abgleich mit der Software der Auftragsplanung und eine Plausibilitätsprüfung. Erst nach der Freigabe läuft der Produktionsprozess wieder an.

Darüber hinaus wird auch der Zustand der jeweiligen Inhalte über die eigenentwickelte Datenbank auf Verwendung, Analysedaten, Durchsatz und Verfallsdatum hin überwacht. Die Datenbank informiert das Labor bei längerem Nicht-Gebrauch von Bädern über die Durchführung notwendiger, spezifischer Analysen, Bewegung, etc. bevor sie für die erneute Verwendung freigegeben werden.

Die Handhabung ist einfach, standardisiert und unabhängig vom Faktor „Mensch“, sprich seiner Qualifikation oder seiner Sprachkenntnisse. Die Abläufe werden automatisch dokumentiert und können jederzeit nachvollzogen werden. Angenehmer Nebeneffekt: Laufzettel, deren Druck sowie das Ausfüllen von Formularen entfallen. Auch bei der Lagerverwaltung der Chemikalien hilft RFID, die Abläufe zu verschlanken und Transparenz in den Prozess zu bringen.

Weitere Beispiele: Verfolgung kritischer Ersatzteile, Bestandskontrollen mit vorausschauender Materialnachbestellung oder auch – ein Smart Farming-Beispiel aus der Bio-Landwirtschaft – das Tracking von Kühen. So einfach sich diese Technologie in der Anwendung darstellt, so komplex ist sie jedoch in der Planung und Konzeptionierung. Die Grundfrage muss lauten: Welche Prozesse sollen erfasst und abgebildet werden? Welche Erkenntnisse sollen daraus gewonnen werden? Unterstützung bei der Implementierung bieten die Experten aus dem Hause B+T ID Solutions.

Warum ASAP – das Analysesystem für automatisierte Prozesse?

Insellösungen aus PDB (Production Database), LIMS (Laborinformations- und Management-System) und ERP (Enterprise Resource Planning) waren gestern, morgen wird es ASAP (Analyzing System for Automated Processes).

Die Gründer der BAG Analytics Frank Benner und Dr. Elke Spahn teilen eine gemeinsame Vision und Leidenschaft für Innovationen und optimierte Prozesse in der Oberflächentechnik und darüber hinaus. Das war der Antrieb, um ASAP zu entwickeln (Abb. 4). Hier kommen Jahrzehnte an Erfahrung aus den Bereichen Analytik, Oberflächentechnik, Automation und IT zusammen.

Fabian Herbst stellte zunächst das Analysensystem für automatisierte Prozesse vor. ASAP ist eine Plattform, die alle Teilbereiche – Produktion, Labor, Unternehmensplanung – verbindet.

Was macht ASAP? ASAP …

• erfasst und bewertet Analyseergebnisse und Daten
• strukturiert Prozess- und Betriebsabläufe
• ermöglicht die Nachverfolgung
• steigert die Effizienz aller Prozesse in der Produktion und beim Energieverbrauch
• dokumentiert Daten aus sämtlichen Betriebsbereichen und
• normiert die 100%ige Produktqualität als Standard. Gespeichert wird jeder Parameter, der dazu geführt hat.

Im Ergebnis garantiert ASAP die Prozesssicherheit sowie den definierten Qualitätsstandard, das optimale Produkt, also die „best Brezel“. ASAP hilft damit bei der Überwachung und Einsparung von Energie, Chemikalien und Material. Schlussendlich kann durch ASAP der CO₂-Fußabdruck der Produkte verifiziert, kontrolliert und damit auch gesteuert, also reduziert werden.

ASAP ist modular aufgebaut. Jeder Baustein, jedes einzelne Modul muss zunächst mit Stammdaten ausgerüstet werden, ehe es zum Arbeiten genutzt werden kann. Die Module werden miteinander verknüpft, bilden im Zusammenspiel die vorher genannten Kennzahlen ab und automatisieren die Prozesse.

Mögliche Module werden sein: Labor-Analytik, Berechnung/Bewertung der Analysen, Definition der Produktqualität, Dosierung/Peripherie, Produktion, Aufträge, Kundenmanagement, Logistik, Lagerverwaltung, KPI, Audits, Qualitäts- und Umweltmanagement, Daten-Cloud u. v. m. (Abb. 5).

Abb 6: Auf einen Blick soll sichtbar sein, bei welchen Bädern Handlungsbedarf besteht

Die Entwickler haben es sich zum Ziel gesetzt, die Software in der Bedienung einfach und intuitiv zu gestalten. Für jeden Nutzer sollen lediglich diejenigen Informationen sichtbar gemacht werden, die für ihn interessant und relevant sind. Die Dashboards werden individuell konfiguriert und die anfallenden Aufgaben nach dem Ampelsystem priorisiert (Abb. 6).

In einer weiteren Entwicklungsstufe ist geplant, KI zu implementieren, die den Menschen bei Entscheidungen unterstützt. Der Mensch wird jedoch immer das Ziel definieren und ihm wird letztendlich jede Entscheidungsgewalt obliegen.

Mit großem Interesse lauschten die Workshop-Teilnehmer den Rednerinnen und Rednern, hinterfragten die Aussagen und setzten sich mit den Themen auseinander. In angenehmer Atmosphäre fand der Austausch mit dem Fachpublikum auf Augenhöhe statt. Die Teilnehmer waren bestrebt, Ansatzpunkte zur Optimierung der Prozesse für ihren jeweiligen Betrieb auszumachen und Lösungen zu finden.

Action-Time

In zwei Gruppen, angeführt von Frank Benner und Edgar Kaufmann, hatten die Gäste Gelegenheit, die im Vortrag beschriebenen Prozesse beim Rundgang durch die Galvanik live und in der Praxis zu erleben.

Dabei fiel die geringe Zahl an Bedienern für die Anlagen am Standort Hüttenberg ins Auge. Tatsächlich ist dieses Phänomen der stringenten Digitalisierung des gesamten Produktionsprozesses geschuldet, so dass Computer und Maschinen den Menschen die teils körperlich anspruchsvollen und unangenehmen Tätigkeiten abnehmen. An den Hallenmonitoren werden direkt die anstehenden Aufgaben und eventuelle Fehlermeldungen angezeigt, sodass die Mitarbeiter zielgerichtet ihrer Tätigkeit nachgehen können.

Wieder zurück im Event-Center konnten die Workshop-Teilnehmer an den eingerichteten Stationen selbst mit Hand anlegen. Auf großes Interesse stieß der patentierte alino-Titrator aus dem Hause Gravitech. Johannes Spahn, Gesellschafter der BAG stellte den gravimetrischen Titrator vor und zeigte Interessenten die einfache Bedienung.

Monika Hofmann-Rinker, Key-Account Manager der B+T K-Alpha GmbH, präsentierte bei der Betriebsbesichtigung den Online-Röntgenanalysator RF-200 CF Pro, der mit bis zu vier Linien dort bei der Analyse helfen kann, wo dem alino Grenzen gesetzt sind, nämlich bei der Analytik von Metallen und Metalllegierungen in den Elektrolyten. Auf Wunsch kann die Probenanalyse hier zudem im Minutentakt erfolgen und die Nachschärfung direkt im Anschluss – ein solch direktes Eingreifen in den Produktionsprozess ist mit keiner anderen Methode möglich.

Das größte Interesse jedoch weckte ASAP. Hier hatten die Interessenten die Möglichkeit, selbst einige Module auszuprobieren und über die Software sogar die Modellpumpe anzusteuern.

Fazit:

Wird die Programmierung der Plattform ASAP weiter so kräftig vorangetrieben und kann mit den angedachten Funktionen bzw. Modulen in Betrieb genommen werden, so ist sie ein starkes Tool für die Erfassung des CO₂-Fußabdruckes und kann zur Erstellung des Produktpasses genutzt werden. Auch alle anderen Ansätze zur Reduzierung von Kosten, eingesetztem Material oder Analysenmethoden sind wichtige Schritte für die Dekarbonisierung unserer Industrie und zur Erreichung der Klimaziele. Einer der wichtigsten Schritte mit dem größten Effekt wird jedoch die Umstellung der energieintensiven Produktion von Gas, Öl und sonstigen CO₂-Emittenten auf einen klimafreundlichen Energielieferanten sein, nämlich auf Wasserstoff.

In den Gesprächen im Laufe der Workshops kristallisierte sich zudem auch heraus, dass bei den Menschen neben dem vorhandenen Bewusstsein für Kosten und Effizienz, auch noch das für Nachhaltigkeit geschaffen werden muss: Von „AAM – All about Money“ hin zu „AAS – All about Sustainability“. Dabei dürfen keineswegs die wichtigsten Akteure aus dem Blick verloren werden – die Menschen.

Voller Eindrücke und mit einem Snack-Paket für den Heimweg ausgestattet, in dem natürlich die Spahn'sche „Best Brezel in Town“ nicht fehlen durfte, wurden die Teilnehmer weit später als geplant verabschiedet. Man war sich einig, dass der Workshop produktiv war und man miteinander in Verbindung bleiben möchte.