DACH - Jahrestagung 2004 Salzburg

ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung

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EPPG - EDV-unterstützte Prüfung und Protokollierung von Grobblechen

Erich Bindreiter, voestalpine Grobblech GesmbH & Co KG, (A) Linz;
Kontakt: Ing. Erich Bindreiter

Dokumentation und Datensicherung von ZFP - Prüfergebnissen

In der Firma voestalpine - Grobblech wurde ein neues System für die automatische Erstellung von Prüfprotokollen, bei der manuellen Prüfung von Grobblechen eingeführt, dessen praxisnahe Anwendung hier beschrieben wird.

Beginnen wir mit dem Herstellprozess von Grobblechen. Diese werden in der Regel thermomechanisch mit oder ohne beschleunigter Abkühlung gewalzt. Der Abmessungsbereich der produzierten Bleche liegt bei Wanddicken zwischen 5mm und 300mm und Blechbreiten bis maximal 4,2 Meter. Die Walzlänge beträgt maximal 30 Meter.


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Grobblech ist ein High- Tech Produkt mit einem Lieferprogramm aus mittlerweile über 450 Stahlsorten. Die Bleche werden von verschiedenen Abnehmern zu langen geschweißten Rohren, für den Transport von Öl oder Gas, weiterverarbeitet.
Zusätzlich werden die Bleche für den Bau von Schiffen, Rohrleitungen bei Eisenbahnen, Brücken, im Apparate- und Kesselbau, im Maschinenbau, im Kran- und Fahrzeugbau und bei vielen anderen Bauwerken verwendet.

GÜTE - QUALITÄT - ZFP

Cirka 45000 Tonnen GROBBLECHE werden in der voestalpine monatlich gewalzt. An die Bleche werden hohe Ansprüche in Bezug auf mechanische Beanspruchung und Reinheit des Materials gesetzt. Die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung und im Besonderen die Ultraschallprüfung spielt dabei eine wichtige Rolle. Jede Blechtafel wird daher einer Prüfung unterzogen, wobei das Scherenmaterial mit einer, bei uns in Linz erst seit kurzem neu errichteten, automatisierten Anlage geprüft wird und das so genannte Dickprogramm mit einem Dickenbereich von 60mm bis 300mm einer manuellen Prüfung unterzogen wird.

Das Materialflussbild zeigt die einzelnen Arbeitsstufen, beginnend mit der Walzung. Die Strichstärke entspricht dabei der bewegten Tonnage.
Wie bereits erwähnt werden im Monat ca. 45 000 Tonnen Grobbleche gewalzt.
Das Walzen führt zu einer kompletten Veränderung des groben Gussgefüges. Dieser Umstand hat großen Einfluss auf die Prüfung mit Ultraschall weil Fehlerbewertung und Prüfeinstellungen dadurch mit verschiedenen Einrichtungen durchgeführt werden müssen.
Gut 35 000 Tonnen gehen über die Scherenstraße wo sie On- Line gerichtet und auf Kommission geschnitten werden.

Ca. 9000 bis 10000 Tonnen werden der manuellen Ultraschallprüfung zugeführt und gehen anschließend über die verschiedenen Folgearbeitsstufen zur Zuschnittfertigung wo sie mittels Brennschnitt auf Bestellgröße gefertigt werden.

In der voestalpine- Grobblech werden beim sogenannten Dickprogramm alle Bleche manuell geprüft, auch jene bei denen es keine Vorgabe für eine Ultraschallprüfung gibt.
Cirka 40% werden nach internem Standard und ca. 60% werden nach Kundenspezifikationen geprüft. Die wichtigsten Prüfnormen sind die EN 10160, die SEL 072/77, die EU 160, der BS 5996, die NFA 04-305 und die bekannten ASME SA/ASTM A Normen 578 und 435.
Ist eine Spezifikationsprüfung vom Kunden bestellt, wird nach den jeweiligen Vorgaben in Bezug auf Prüfumfang, Empfindlichkeit, Registrierschwelle und Annahmestandard geprüft.
Bei allen Blechen erfolgt außerdem eine Schnittfestlegung.
Zusätzlich wird eine Oberflächenbeurteilung beider Walzflächen durchgeführt, sowie eine Dickenkontrolle, deren Bewertung meist nach der EN 10029 erfolgt.
Alle Prüferkollegen sind in der voestalpine- Grobblech nach ÖNORM EN 473 mit Stufe 2 für Ultraschall und VT ausgebildet.

PRÜFABLAUF


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Zusammengefasst lassen sich die Arbeitsschritte in drei Hauptgruppen einteilen.

  1. Der Prüfung: Die zur Bearbeitung vorliegende Tafeln ruft der Prüfer mittels Blechnummer im PPS- System auf, um sich zu informieren wie die Bleche zu prüfen sind und welche Toleranzen für Länge, Breite und Dicke gelten.
  2. Der Bewertung erfasster Größen nach den vorhin erwähnten Standards.
  3. Der Dokumentation am PC

Für genau diesen Vorgang wurde das neue System entwickelt.

PROJEKTVORGABE

Es ging darum den Protokollieranteil der Gesamtbearbeitungszeit zu beschleunigen. Von der gesamten Prüfzeit wurde ein Anteil von 30% für die Protokollierzeit errechnet.

Von diesem Anteil waren 50% Einsparung der Bearbeitungszeit in diesem Projekt umzusetzen.

Gliederung der Ablaufabschnitte


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Um einzugrenzen wo Einsparungspotenzial vorhanden war, wurde es notwendig einen Überblick über die Arbeitsabläufe und - Vorgänge bei der Datenspeicherung und Ergebnisprotokollierung zu bekommen. Daher wurden diese im Detail genauer betrachtet.

Der Gesamtablauf gliedert sich wie vorhin bereits erwähnt in die TEILABLÄUFE wie Material transportieren, die Visuelle Kontrolle, die Dimensionskontrolle, die Ultraschallprüfung, die Protokollierung und Verbuchung und den Abtransport des Materials.

Im Teilablauf "PROTOKOLLIERUNG UND VERBUCHUNG" steckte jenes Potential, dass es zu verbessern galt.
Hier zeigten sich fünf Schwerpunkte die notwendig sind um ein Protokoll erstellen zu können.

  1. Die Abfrage der Vorgabedaten aus dem Planungs- und Produktionssteuerungssystem (PPS) die sogenannte Primärdatenversorgung

  2. Das Notieren der ISTDATEN aus den durchgeführten Prüfungen

  3. Die Protokollerstellung mit CORAL DRAW welches wir in unserer Firma bis dato als Zeichenprogramm verwendeten

  4. Die Speicherung im jeweiligen Verzeichnis um die Daten zu einem späteren Zeitpunkt jederzeit wieder auffinden zu können

  5. Das Verbuchen bestimmter Daten im PPS der sogenannten Ist-Daten-Erfassung, um den nachfolgenden Arbeitsgängen bestimmte Informationen zu liefern

PRÜFPROTOKOLL


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Die Abbildung zeigt ein fertiges Prüfprotokoll, welches es zu erstellen galt.
Bislang wurden verschiedenste Protokollarten erstellt und aus diesen hat sich jene Grundform entwickelt, welche nunmehr einheitlich verwendet wird.
Dieses Protokoll besteht aus dem KOPFTEIL, dem FUSSTEIL UND DEM MITTELTEIL mit der Zeichnung der Materialeinheit.
Die Erstellung dieses Prüfprotokolls, für jede geprüfte Materialeinheit, mittels Zeichenprogramm war früher zeitraubend und arbeitsintensiv. Besonders dann wenn außer den üblichen Standardeingaben auch noch eine oder mehrere Zonen festgehalten werden mussten. Um diesen Arbeitsaufwand zu verringern und trotzdem eine lückenlose vollständige Aufzeichnung jedes einzelnen Prüfergebnisses zu erreichen musste eine Automatisierung der Protokollerstellung angegangen werden.

PRÜFPROTOKOLL - KOPFTEIL

Der KOPFTEIL eines Prüfprotokolls enthält wichtige Angaben wie, die Auftragsnummer des Bleches, natürlich die Blechnummer, eine Angabe zu den Sollparametern für Länge- Breite- und Dicke des Bleches, die Schmelzennummer und die Angabe zur Werkstoffgüte. Alle diese Parameter sind im Produktions- und Planungssystem der Firma vorhanden und können daher automatisiert übernommen und eingespielt werden.
Dazu wurde eine Schnittstelle im Detail ausspezifiziert und umgesetzt, sodass der Prüfer, sobald er die Materialeinheit im System mittels Blechnummer aufruft, ein in diesem Teil fertig vorbelegtes Protokoll bekommt. (Dateneinspielung - Primärdaten und Stammdatenübernahme)

Als zweiten Schritt galt es, die Erstellung einer maßstabgetreuen Zeichnung des Prüfobjektes zu automatisieren.
Nachdem das Blech zum Zeitpunkt der Prüfung noch nicht auf Kommission fertig geschnitten ist und eine Rohform vorliegt, bestand die Schwierigkeit darin eine exakte Abbildung dieser Rohform erstellen zu können. Diese Darstellung ist für die Probenlage und für die Schnittfestlegung, um zum Beispiel eventuelle Randfehler ausgrenzen zu können, notwendig.
Für die Erreichbarkeit des Zieles der automatisierten Abbildung der jeweiligen Rohform, zeigte sich die beim letzten Revamp- Investitionsprogramm der voestalpine- Grobblech neu errichtete Einrichtung eines Messhauses als hilfreich.

Die Geometrievermessung erfolgt unmittelbar nach dem Walzvorgang und ermittelt vollautomatisch und berührungslos die jeweilige Form und Walzqualität von Grobblechtafeln. Zeilen- und Flächenkameras, Lasermessgeräte und Pyrometer sorgen dafür, dass Informationen über die geometrische Form der Tafel geliefert werden, ohne dass dabei in den Prozessablauf eingegriffen werden muss.
Nachdem mit der CoralDraw - Version 10 erstmalig eine sinnvolle Programmierung möglich war und die Aufzeichnungen des Messhauses somit integriert werden konnten, wurde eine Automatisierung der Zeichnungserstellung auf einem Prüfprotokoll möglich.

Bspl. 1

Bspl. 2

Bspl. 3

Zusätzlich kann nun auch die Kommission eines oder mehrerer Bleche mit den bestellten Abmessungen in das Protokoll übernommen werden (Beispiele 1 bis 3). Dies stellt auch für den Prüfer einen erheblichen Nutzen dar, weil zum Beispiel eine entsprechende Randzonenprüfung exakt erfüllt werden kann.
Es gibt dazu die verschiedensten Varianten. Wie in den Bildern ersichtlich können die zu schneidenden Tafeln nebeneinander in Längsrichtung oder in Querrichtung in der Rohtafel liegen, sie können aber auch verschiedene Dimensionen aufweisen.

EINGABEMASKE

Falls der Prüfer Anzeigen registriert, notiert er sich alle bekannten Ausprägungen wie Lage, Ausdehnung, Häufigkeit und KSR- Wert, und gibt diese Daten dann in eine übersichtlich gestaltete Eingabemaske ein, wobei diese Eingaben automatisch in das Protokoll übernommen und eingezeichnet werden.

Für die neuen Eingabemasken wurden natürlich, heute übliche Funktionalitäten wie Drop- Down Einrichtungen und die Vorbelegung von bestimmten Feldern durch oft verwendete Bezeichnungen, berücksichtigt.
Mit nur einem Knopfdruck erfolgt nun die Speicherung in der Datenbank, die Durchführung von Plausibilitätsprüfungen der erfassten Ist-Daten, die Verbuchung im PPS- System und der Ausdruck des Prüfprotokolls !

Womit wir beim fertig erstellten Prüfprotokoll angelangt währen.
Im Prüfprotokoll auf Seite 5 sehen sie die Darstellung einer Fehlerzone mit rot strichlierter Linie.
Wichtig für die Koordinatenangabe ist hier der Bezugspunkt, welcher immer links oben liegt, sowie die ins Material eingestempelte Blechnummer welche immer rechts unten zu finden ist.
Auch ein Bereich in welchem die Dickentoleranz einige Zehntel unterschritten wurde ist in diesem Protokoll mit grüner Linie gekennzeichnet.

Natürlich ist nun auch der Fußteil des Protokolls vollständig ausgefüllt.
Im FUSSTEIL werden die sogenannten Ist- Daten erfasst. Dort stehen so wichtige Parameter wie Prüfername, Ausbildungslevel, Prüfdatum, Prüfort, das verwendete Prüfgerät und die Prüfköpfe, sowie die Prüfspezifikation und der jeweilige Prüfumfang nach welchem gearbeitet wurde. Selbstverständlich ist hier auch der Name der Prüfaufsicht und die Beurteilung des Prüfergebnisses zu finden.

Eingabemaske


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Gewährleistungspflicht und Produkthaftung veranlassen die voestalpine Grobblech die Aufzeichnungen für fünfzehn Jahre aufzubewahren.
Für eine spätere, schnelle Auffindung eines bestimmten Prüfprotokolls, ist eine Eingabe- und Suchmaske wie sie hier zu sehen ist, sehr hilfreich.
Die Auswahl kann dabei mit verschiedensten Eintragungen gemacht werden, wie zum Beispiel, suchen nach Auftrag oder Blechnummer, suchen über die Eingabe des Werkstoffes oder suchen nach einem bestimmten Prüfdatum oder Prüfer.

SCHNITTSTELLEN UND BENUTZER


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Auf diesem Bild ist ersichtlich, welche Schnittstellen für die Protokolliersoftware existieren.
Es gibt Schnittstellen zu anderen EDV-Systemen.
Zum einen jene zum Produktions- Planungs- und Steuerungssystem vom welchem die Prüfvorgaben und Solldaten bezogen werden und wohin die Prüfergebnisse verbucht werden.
Zum anderen jene zum Messhaus mit der Geometrieerkennung der Rohtafel.
Dann gibt es Benutzerschnittstellen für den Prüfer, der Prüfaufsicht und anderen Stellen welche Informationen benötigen.
Eine Besonderheit ist, dass auch externe Prüfgeräte an das System gekoppelt werden können, um Messdaten direkt für ein Protokoll einzuspielen.

Intern besteht die Protokolliersoftware aus drei Bestandteilen.

  1. Corel-Oberfläche: Funktionalität zur Protokollerstellung
  2. Access Datenbank: Datenspeicherung
  3. Access-Oberfläche: Stammdatenwartung und statistische Auswertungen

In einer Zusammenfassung, der durch das neue System gewonnen Vorteile, wären als Umsetzungspunkte und deren Konsequenz zu nennen:

  • Erstellung eines neuen übersichtlichen Arbeitsblattes
    • Fehlerfreie und raschere Bearbeitung des Bleches
  • Automatisierte Übernahme der Rohform und der Kommissionsbleche inkl. Abmessungen
    • Wegfall der Zeichnung
  • Benutzerfreundliche Eingabefelder für die Prüfdaten (Drop Down Funktion,...)
    • Kürzere Bearbeitungszeit
  • Vorbelegung von Standardfeldern durch automatische Übernahme der Stammdaten aus dem PPS
    • Wegfall der Eingabe von Auftragsnummer, Blechnummer, Schmelze, Sollabmessungen, Position, Güte, Werkstoff,....
  • Automatisierte Speicherung mit lfd. Protokollnummer
    • Übersichtliche Archivierung, leichtere Auffindbarkeit
  • Automatisierte Rücksendung ans PPS
    • Wegfall des Verbuchungsschrittes
  • Automatische Übernahme von Einloggdaten (Name, Datum, Prüfort, etc.)
    • Wegfall der wiederholten Eingabe
  • Automatisches Ausstapeln der Materialeinheit im PPS
    • Wegfall der Bearbeitung auf der PPS- Maske
  • Beidseitiger Protokollausdruck
    • Kein kopieren der PPS- Daten auf die Rückseite des Protokolls

Wie stellten sich die erreichten Ziele letztendlich dar ?

  • Es wurde eine Vereinheitlichung aller Protokolle in Bezug auf (Schriftgrad, Schrifttyp, Farbe, etc. ...) erreicht. Damit ist die Form eines Protokolls nicht mehr vom Operator abhängig. Sie ist Maßstabsgetreu, Übersichtlich, Vollständig und Reproduzierbar
  • Durch eine eigene Datenbank wurde es möglich dass mehrere Abteilungen Zugriff auf Aufzeichnungen über erfolgte Prüfungen haben und diese benutzen können (Stahlwerk, Qualitätsstelle, Labor,...).
  • In einer eigenen Stammdatenverwaltung besteht nun die Möglichkeit, zum Beispiel neue Geräte, neue Mitarbeiter beziehungsweise deren Ausbildungsgrad qualitätsgesichert zu hinterlegen
  • Durch einfache Suchfunktionen wird die rasche Auffindbarkeit von geprüften Blechen möglich. Die Suche kann zum Beispiel geordnet nach Prüfer, Datum, Auftrag, Werkstoff oder Blechnummer erfolgen.
  • Es können nun statistische Auswertungen von Prüfergebnissen erstellt werden.
    Zum Beispiel können interessante Aufstellungen von Fehlerhäufigkeit, Prüfdauer, Prüfhäufigkeit und anderen Parametern gemacht werden

Für den Mitarbeiter vor Ort war natürlich eine hohe Benutzerfreundlichkeit das oberste Ziel; Durch die Automatisierungen konnte diese auch erreicht werden.

WIRTSCHAFTLICHKEITSNACHWEIS

Um die Wirtschaftlichkeit des neuen Systems nachzuweisen, wurden unter Einbeziehung von Prüfvorschrift, Prüfaufwand und Fehlerbewertungsaufwand, einzelne Prüfgruppen gebildet.

Für jede dieser Prüfgruppen wurden sogenannte Prüflaufmeter- ZAHL- Klassen gebildet wo dann sehr deutlich erkennbar wurde bei welchem Prüfungsablauf, der neue Mittelwert deutlich unter dem früheren Mittelwert liegt.


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Anhand der Gegenüberstellung von Prüfzeit-Mittelwerten je Prüflaufmeter- ZAHL- Klasse ist der beschleunigte Arbeitsprozess auch rechnerisch nachvollziehbar.

Die Einführung dieses Systems zur Protokollerstellung führte zu einer kürzeren Bearbeitungszeit und damit zu einer wirtschaftlicheren Bearbeitung von Grobblechen bei der manuellen Ultraschallprüfung.

Leistungsfähige Produktionsbetriebe wie die voestalpine Grobblech GesmbH & Co KG, erfordern ständige Verbesserungen und schnellere Abläufe im Herstellungsprozess.

Durch Automatisierungen dieser Art, trägt auch die ZFP dazu bei kostenbewusst zu agieren und in Eigenverantwortung den steigenden Anforderungen beizutragen, ohne dabei an Qualität und Kundenzufriedenheit zu verlieren.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net