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01.11.1985 - 

Papierhersteller in Baienfurt optimiert seine Anwendung:

ClM-Konzept bei der Feldmühle verwirklicht

Ein ganzheitliches Organisationskonzept erarbeitete die Feldmühle AG, Baienfurt, für ihre Papierproduktion. Mit Siemens-Prozeßrechnern, PDP- und VAX-Systemen von Digital Equipment sowie 4300-Systeme von IBM bewältigt der Holz-Verarbeiter die DV-Aufgaben. Chaotisch geht's im Rollenlager zu: Hier weiß nur noch der Rechner, wo's langgeht.

Man fühlt sich nach San Gimignano versetzt. In diesem Manhattan der Toskana hätten jahrhundertelang die Patriziergeschlechter gewetteifert, wer den höchsten Turm auf seinen Palazzo bauen würde. Im Zwischenlager des Feldmühle-Werkes Baienfurt wird die Turmlandschaft dagegen geräuschlos von einem Kran umgesetzt, den Geisterhand bewegt, denn der Sitz des Kranführers bleibt leer. Allerdings wird die Geisterhand von einem Computer geführt, mit der der Kran seine Arme positioniert, millimetergenau mittels Vakuumsaugglocke. Auch bestehen die Türme nicht aus Mauerwerk, sondern aus tonnenschweren Kartonrollen (bis zu 7,3 Tonnen die Rolle), im Durchmesser bis zu zwei Metern und einer Rollenhöhe von maximal 2,82 Metern. Aus diesen Kartonrollen stapelt der Kran von Baienfurt fahrerlos und ferngesteuert Rollentürme bis zu einer Gesamthöhe von 11,50 Metern.

Das fahrerlose Transportsystem (FTS) arbeitet unermüdlich, rund um die Uhr, in einem Lagerhaus von etwa 1500 Quadratmetern Grundfläche und einer Hallenhöhe von etwa 20 Metern. Verkehrswege oder "Regelgänge" gibt es nicht. Der Kran zentriert seine Türme dicht gedrängt in einem bienenwaben-ähnlichen Rastermaß von 1,80 Metern Achsabstand. Bis zu 350 Türme zeigt die "Skyline" des Baienfurter Rollen Zwischenlagers. Zwischen diesen Türmen kann sich niemand mehr durchzwängen; bei einem Abstand von nur 10 Zentimetern bedarf es schon einer sehr ruhigen Hand, wenn der Kran seine Türme von der Höhe eines dreigeschossigen Wohnhauses umstapelt. Dabei baut das fahrerlose Transportsystem seine Türme "chaotisch" - wie es im Fachchinesisch der Logistiker heißt. Aber ganz so "chaotisch" ist diese Lagerbewirtschaftung auch wieder nicht denn der Kran kennt seine Türme. Er kennt die unterschiedliche Höhe je der Rolle in jedem Turm. Soll eine neue Kartonrolle auf einen bestehenden Turm "getürmt" werden, so kennt der Kran die bisherige Turmhöhe genau. Und dabei ist er sehr pingelig. Findet der Kran die Turmspitze nicht in der erwarteten Höhe (Höhentoleranz nur 15 Zentimeter), so schlägt er Alarm. In Baienfurt wird versichert, daß dieser Fall noch nicht aufgetreten sei. Daß dies so ist und fehlerhafte Einlagerungen nicht vorkommen, dafür sorgt eine ausgeklügelte Betriebsdatenerfassung, die über Barcode-Leser jede Kartonrolle mit ihren Charakteristika eindeutig identifiziert. Natürlich weiß der Kran auch genau, ob eine neue Rolle noch auf einen ausgewählten Turm gestapelt werden kann, ohne daß die zulässige Gesamthöhe des Turmes dadurch überschritten wird.

Diese Leistungsfähigkeit des Krans stellt hohe Anforderungen an die Präzision. Durch eine Fotozelle am Vakuum-Hebezeug des Kranes wird ein Dorn genau in die Mitte der Hülse gesenkt, bevor die Kartonrolle angesaugt wird. Die Saugglocke muß jedoch das tonnenschwere Gewicht sicher halten können, weil sonst Kartonrollen mit Bombenwirkung abstürzen könnten: Daher müssen die Kartonrollen mit außerordentlich glatten Schnittflächen im Rollenschneider aus den Tambours herausgeschnitten werden. Das stellt hohe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen, ermöglicht zugleich aber eine sehr schonende Behandlung dieses empfindlichen Zwischenprodukts in der Faltschachtelherstellung. Als Ergebnis dieser Lagertechnik konnten die erheblichen Transportschaden bei konventioneller Zwischenlagerung praktisch ausgeschlossen werden. Um wirklich präzise arbeiten zu können, muß der Computer bei der Ansteuerung seines Krans auch Schwankungen der Außentemperaturen berücksichtigen. Gebäude und Stahlkonstruktion dehnen sich bei Temperaturschwankungen unterschiedlich aus. Daher schickt der Computer den Kran stündlich einmal zur Selbstjustage in seine Null-Position.

Um Platz zu sparen, werden die Kartonrollen nicht auf festen Lagerplätzen gestapelt, sondern dort wo gerade Platz ist (variable oder "chaotische" Lagerplätze). Dabei optimiert der Computer die Lagerspiele des Kranes: Da alle Kartonrollen auftragsbezogen eingelagert sind, werden möglichst alle Rollen eines Auftrages zu einem Turm gestapelt. Dabei muß der Rechner beachten, daß immer nur Kartonrollen mit gleichem oder kleinerem Durchmesser aufeinander getürmt werden. Um die Fahrtbewegungen des Krans zu vermindern, werden die Kartonrollen entsprechend der Zugriffshäufigkeit gestaffelt auf die Lagerfläche verteilt eingelagert. Durch derartige Zugriffsoptimierung ist es gelungen, die Zeit für ein Lagerspiel, das heißt eine Lagerbewegung auf durchschnittlich 3 Minuten zu senken. Da der Kran im "Dreischicht-Betrieb" ohne Pausen arbeitet, fährt er mit einer Tageskapazität von etwa 480 Lagerspielen pro Tag. Infolge Beschickung von oben entfallen alle Transportwege im Rollen Zwischenlager. Die millimetergenaue Positionierung der Kartonrollen-Türme erlaubt eine unglaubliche "Packungsdichte" von 350 Türmen auf 1500 Quadratmetern Ladefläche. Außerdem ermöglicht sie eine wesentlich bessere Höhenausnutzung, als dies bei Staplerbetrieb mit einer Lastaufnahme von 7,5 Tonnen pro Kartonrolle möglich wäre.

Die Vorteile dieses kühnen Logistik-Konzepts, von dem die Baienfurter meinen, daß es bisher einmalig sei in der Welt, addieren sich zu einem stolzen Ergebnis: Gegenüber konventioneller, staplerbedienter Regalstapelung ermöglicht die Turmstapelung von Baienfurt eine viermal größere Lagerhaus-Nutzung, und das bei fahrerlosem Betrieb.

Das Baienfurter Rollen-Zwischenlager arbeitet nicht nur vollautomatisch als fahrerloses Transportsystem (FTS). Es ist auch voll integriert in den Fertigungsablauf der Kartonherstellung. Der Hauptrechner, die VAX-11/750, steuert den gesamten Auftragsdurchlauf durch die Fertigung, also auch den innerbetrieblichen Transport und die "chaotische" Lagerbewirtschaftung des Rollen-Zwischenlagers. Die VAX übergibt ihre Befehle an zwei Prozeßrechner S5 von Siemens.

Der erste Prozeßrechner kontrolliert die Kranbewegungen entsprechend den von der VAX festgelegten Prioritäten für Ein- und Auslagern beziehungsweise Umlagern im Rollen-Zwischenlager. Der andere Prozeßrechner steuert die Transportanlage, durch die das Rollen-Zwischenlager in den Fertigungsablauf eingebunden ist (siehe Abbildung Datenflußplan).

Für die Herstellung von Faltschachtelkarton, dem Hauptprodukt des Werkes, wird zunächst auftragsneutral ein sogenanntes Tambour in der Kartonmaschine erzeugt. Darunter versteht man Rohkarton-Rollen mit einer Arbeitsbreite von etwa 4,50 Metern. Aus diesem auftragsneutralen Tambour in erforderlicher Qualität und Flächengewicht werden im sogenannten Rollenschneider auftragsbezogen Kartonrollen unterschiedlicher Breite (bis maximal 2,80 Meter) abgetrennt. Aus diesen Kartonrollen werden im sogenannten Querschneider die Kartonformate zugeschnitten, die zur Herstellung der Faltschachteln (Verpackung) entsprechend den individuellen Kundenwünschen benötigt werden. Dazu muß die VAX eine zweidimensionale Verschnittoptimierung durchführen.

Durch die zentrale Zwischenlagerung der Kartonrollen ist der Querschneider (auftragsbezogener Formatzuschnitt) nicht mehr vom Fertigungsrhythmus der Kartonmaschine (auftragsgebündelte Herstellung von Rohkarton) abhängig. Durch die Integration des vollautomatischen Rollen-Zwischenlagers in den Fertigungsablauf wird natürlich die Flexibilität des Werkes wesentlich erhöht, -kurzfristig auf Marktschwankungen zu reagieren. Durch den dialoggestützten Fertigungsablauf stellt das Rollen-Zwischenlager auftragsbezogen die erforderliche Kartonrolle dem Querschneider genau im Zeitpunkt des Formularzuschnitts zur Verfügung. Die Kartonrollen rollen aus dem Rollenschneider auf die Transportanlage. Dabei werden alle wichtigen Informationen barcodefähig in die Rollenbegleitkarte eingetragen: Kunde, Auftrag, Produktqualität und Flächengewicht, Rollendurchmesser und Bahnbreite ( =Rollenhöhe für die Stapelung zu Türmen). Durch den Barcodeleser wird eine eindeutige Identifikation und Wegeverfolgung jeder Kartonrolle im Fertigungsfluß beziehungsweise im Rollen-Zwischenlager fehlerfrei ermöglicht (Betriebsdatenerfassung).

Bereits am Rollenschneider entscheidet der Hauptrechner, ob die Kartonrolle direkt zur Packmaschine transportiert wird - als Tapetenrohpapier oder als versandfertiges Halbfabrikat. Die VAX kann die Kartonrolle jedoch auch direkt dem Querschneider für den Formatzuschnitt oder dem Rollenlager für die Zwischenlagerung zuteilen. Diese Transportaufgabe überträgt der Hauptrechner dem Prozeßrechner S5, der die Transportanlage steuert. Dazu muß die Kartonrolle zunächst bei Ein- und Auslagerung im Rollen-Zwischenlager die Kontrollpunkte (K-Punkte) passieren, wo dem Hauptrechner mittels Barcode-Identifikation der Vollzug der Transportbewegung mitgeteilt wird. Verwechslungen von Kartonrollen werden dadurch ausgeschlossen. Außer an den K-Punkten (Betriebsdatenerfassung) arbeitet die Transportanlage voll integriert in dem Fertigungsablauf. Vollautomatisch laufen die Förderbänder, vollautomatisch werden die Kartonrollen an der Kippstation zum Querschneider gehievt oder vom Kran aufgenommen. Den drei Querschneidern übergibt das Transportsystem die Kartonrollen dabei zeilengerecht (das heißt auf Transportbahnen) auf einer Pufferbühne. Dadurch wird sichergestellt, daß auftretende Warteschlangen problemlos bearbeitet werden können, die entstehen, wenn im Transportfluß zwei Engpaßsysteme (Zwischenlager und Querschneider) gekoppelt werden.

Ausreichendes Sicherheitskonzept

Die Anwendung des Feldmühle-Werkes Baienfurt ist ein integriertes Dialogsystem für Auftragsabwicklung (ab Karton-Herstellung), Fertigungssteuerung mit Verschnitt-Optimierung, Produktionsverfolgung über Betriebsdatenerfassung (Barcode-Leser) und Prozeßleitsysteme, vollautomatische Lagersteuerung des "chaotischen" Rollen-Zwischenlagers sowie Auslieferungssteuerung Packstraße und Versand mit Transportkosten-Optimierung. Über die Fortschreibung des Auftragsstatus hat der Verkauf jederzeit am Bildschirm vollen Überblick, welche Aufträge sich auf welcher Fertigungsstufe (Rollenschneider, Querschneider, Planschneider, Sortieren, Packstraße) befindet und welche Liefertermine sich daraus ergeben. Freie Werkskapazitäten und Lagerbestände können für Liefertermin-Zusagen jederzeit eingesetzt werden. In der Qualitätskontrolle werden die Meßwerte der Tambours (nach Feuchtigkeit, Flächengewicht, Dicke, Weiße, etc.) verfolgt, so daß daraus Mittelwerte für die Fertigungstoleranzen gewonnen werden können. Bei Reklamationen ist dadurch der Einzelnachweis mit Auftragsnummer, Laufnummer, Tambournummer möglich. Dies ist besonders wichtig, weil natürliche Rohstoffe unvermeidbar Qualitätsunterschiede verursachen.

Die Anwendung kann ihren vollen Nutzen nur dadurch entfalten, daß von den beiden VAX-11/750 eine direkte Verbindung über das Datex-P-Netz mit den Vertriebsbereichen und der Hauptverwaltung der Feldmühle AG in Düsseldorf besteht.

Diese Verbindung ist Teil eines Netzwerkes über alle Papier- und Kartonwerke der Feldmühle AG von Flensburg bis Baienfurt.

In der Hauptverwaltung in Düsseldorf stehen neben zwei VAX-11/ 750, die als Kommunikationsrechner arbeiten, ein Zentralrechner IBM 4381, der über Standleitung mit den Kommunikationsrechnern verbunden ist.

Dieses Datenverarbeitungsnetzwerk arbeitet unter DECnet über das Datex-P-Netz. Datex-P zeigt dabei passable Antwortzeiten.

Die Anwendung im Feldmühle-Werk Baienfurt ist ein beeindruckendes Beispiel des vielbemühten Computer Integrated Manufacturing (CIM), vor allem weil hier eine akzeptable Verbindung von Prozeßautomation und händischer Eingriffsmöglichkeit gesucht und gefunden wurde. Natürlich erfordert ein derartiger dialoggestützter Betriebsablauf ein ausreichendes Sicherheitskonzept. In Baienfurt verfährt man derzeit nach dem Grundsatz der passiven Redundanz, das heißt es wird ein zweiter VAX-Rechner als Back-Up-System mit unkritischen Anwendungen gefahren, wobei die Magnetplatten mit Dual Port umschaltbar sind (cold stand-by); der Einsatz von VAX-Cluster (Rechnerverbund) ist jedoch geplant. Angesichts des ganzheitlichen Organisationskonzepts ist die Frage interessant, warum man sich in diesem Anwendungsbeispiel für Digital Equipment entschieden hat. Die Antwort liegt in der Aufgabenstellung begründet: Gesucht wurde ein Lösungskonzept, das die kommerziellen Aufgaben der Auftragsabwicklung und Fertigungssteuerung mit den Aufgaben der Prozeßsteuerung der Fertigungsmaschinen sowie der Transport- und Lagersysteme verbinden konnte. Dazu mußten Interfaces für die prozeßnahe Betriebsdatenerfassung und Barcode-Systeme eingebunden werden.

Außerdem wurde ein Datenverarbeitungssystem gesucht, das sowohl die Datenkommunikation über Netzwerke als auch ein überzeugendes Sicherheitskonzept in Richtung Fehlertoleranz bieten konnte. Angesichts dieses Anforderungsprofils wurde bei einigen Herstellern eine Ausschreibung vorgenommen. Man entschied sich schließlich für den Computerbauer aus Massachusetts.

Die Anwendung

Anwendungspaket

Integriertes Dialogsystem für Auftragsabwicklung, Fertigungssteuerung mit Verschnitt-Optimierung, Produktionsverfolgung über Betriebsdatenerfassung und Prozeßleitsysteme, vollautomatische Lagersteuerung des Rollen-Zwischenlagers, Auslieferungssteuerung für die Packstraße und den Versand mit Transportkosten-Optimierung, Qualitätskontrolle und -verfolgung, Lagerbestandsführung, Eingangsrechnungs-Prüfung, Fakturierung, Kosten-Datenerfassung.

Datenfernverarbeitungs-Netzwerk

Rechnerverbund für Bildschirmdialog über Datenfernverarbeitung zwischen Verkauf und Werken über Datex-P unter Steuerung durch DECNet.

Bildschirmdichte

Rund 50 Prozent der Büroarbeitsplätze arbeiten im Bildschirmdialog.

Betriebssystem

Einsatz von VMS mit der Programmiersprache Cobol (Assembler für die Schnittstellen der Prozeßleitsysteme).

Software-Erstellung und Software-Wartung

Eigenprogrammierung durch Organisationsabteilung der Feldmühle-Hauptverwaltung. Programmentwicklung und -wartung erfolgt zentral mittels Remote-job-Entry (RJE). Aufwand für Erstellung des gesamten Anwendungspaketes: zirka 10 Mannjahre, ständiger Aufwand für die Programmwartung und -weiterentwicklung: ungefähr ein bis zwei Mannjahre.

Die Hardware

Rechnersysteme

Im Werk Baienfurt zwei VAX- I 1/ 750, in allen Papier- und Kartonwerken rund 35 PDP-11-Systeme sowie VAX-11/750.

Sicherheitskonzept

In Baienfurt zur Zeit passive Redundanz: Eine VAX wird als Backup-Rechner mit unkritischen Anwendungen gefahren, wobei die Platten mit Dual Port umschaltbar sind (cold stand-by). Einsatz von VAX-Netzen (Cluster) ist geplant.

Terminals

In Baienfurt insgesamt und 40 Bildschirme und 40 Drucker.

Plattenkapazität

1200 MB mit Dual Port umschaltbar. Datenbestände für Lagersteuerung des Rollenzwischenlagers gespiegelt.

Prozeßsteuerung

Prozeßleitsystem Measurex für Kartonmaschine (Stand-Alone-System) zur Steuerung der Laufgeschwindigkeit, der Dosierung der Stoffabläufe sowie des Trocknungsprozesses. Interaktiv angeschlossen: zwei Waagen und vier Meterzähler. Interaktiv angeschlossen: zwei freiprogrammierbare Steuerungssysteme S5 von Siemens für die Kranpositionierung im Rollenzwischenlager und das Transportsystem ins und aus dem Rollenzwischenlager.

Systemverfügbarkeit

Rund 96 Prozent bei Rund-um-die-Uhr-Betrieb der VAX-Systeme (kann durch VAX-Cluster verbessert werden); Wieder Anlaufzeit bei Komponentenausfall maximal eine Stunde (durchschnittlich 30 Minuten).

Operatorloser RZ-Betrieb durch bedingte Job-Verkettung für Stapelverarbeitung in operatorlosen Nachtbetrieb des Rechenzentrums (Start der Dialogfunktionen erfolgt ohnehin durch die Anwender selbst). Insgesamt zwei EDV-Mitarbeiter.