Geschwindigkeit der Produktion von Etiketten um 150 % gesteigert

Beim Warenversand gehen weltweit jeden Tag etwa 1,7 Mio. Pakete verloren oder werden gestohlen. Herkömmliche Nachverfolgungsmethoden beruhen auf Barcodes oder QR-Codes, die an bestimmten Stellen gescannt werden, aber nur wenig Transparenz zwischen den einzelnen Stationen bieten. Reelables, ein britisches Start-up-Unternehmen, ermöglicht hingegen mit seinen Bluetooth- und 5G-Smart-Labels eine logistische Echtzeitverfolgung vom Lager bis zur Haustür. Um der wachsenden Nachfrage gerecht zu werden, musste Reelables seine Produktionsgeschwindigkeit erhöhen, was durch die PC- und EtherCAT-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff erreicht werden konnte.

Reelables-Gründer Brian Krejcarek hatte die Idee für das Unternehmen in einem ungewöhnlichen Moment: Beim Bergsteigen bemerkte er, dass er seinen Lippenpflegestift vergessen hatte. Dieser Gedanke entwickelte sich zu einer größeren Vision: Was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, Gegenstände aktiv zu verfolgen und zu wissen, was man vermisst, bevor man das Haus verlässt? Ursprünglich als Business-to-Consumer-Konzept gedacht, schwenkte Reelables schließlich auf ein Business-to-Business-Modell um und erkannte die größeren Potenziale in Bereichen wie Transport, Logistik und Lagerhaltung.

Entwicklungsziel war ein Tracking-Etikett, das so kostengünstig und skalierbar ist, dass es an fast allem angebracht werden kann. Auf diese Weise sollten die herkömmlichen Barcodes oder QR-Codes durch aktive Tracker ersetzt werden, die ständig ihren Standort übermitteln. Heute stellt Reelables zwei Arten intelligenter Etiketten her:

• Bluetooth-Tracking-Etiketten, die für die Verfolgung von Vermögenswerten in einer Vielzahl von Branchen entwickelt wurden und sich ideal für die anspruchsvolle Logistik eignen, bei der die Kosten für Verzögerungen erheblich sind,
• temperaturempfindliche Etiketten, die auf 0,5 °C genau sind und in Kühlkettenanwendungen, z. B. beim Transport von Meeresfrüchten, eingesetzt werden.

Sowohl Logistikunternehmen als auch Endkunden profitieren laut Reelables von dieser Echtzeitverfolgung. Geliefert werden die in Form und Größe einer Kreditkarte ähnelnden Etiketten auf Rollen, sodass sie sich direkt in automatisierte Etikettierprozesse integrieren lassen und herkömmliche Papier- oder Kunststoffetiketten vollständig ersetzen können.

Zusammenarbeit mit dem Automatisierungsspezialisten

Oliver Boswall-Perks kam 2019 zu Reelables und wurde als Mechatronik-Ingenieur mit dem Ausbau der Fertigungskapazitäten des Unternehmens betraut: „Reelables ist das einzige Unternehmen, das Etiketten mit einer integrierten gedruckten Batterie herstellt. Das bietet mehrere Vorteile. Zum einen werden die intelligenten Etiketten als Verpackung eingestuft, d. h. sie müssen beim Zoll nicht deklariert werden. Zum anderen können die Etiketten über das normale Abfallmanagement entsorgt werden, was den Nachhaltigkeitszielen unserer Kunden entgegenkommt.“

Da Oliver Boswall-Perks bereits in einer früheren Position mit Beckhoff erfolgreich zusammengearbeitet hatte, wandte er sich für die Umsetzung an Bradley McEwan, Business Development Manager bei Beckhoff UK. „Reelables trat an uns mit einem großartigen Konzept heran – einem intelligenten Bluetooth-Etikett, das in der Branche immer beliebter wurde –, aber ihr bisheriges Produktionssystem war nicht für den entsprechend großen Maßstab ausgelegt“, erklärt Bradley McEwan. „Sie mussten von einem manuellen Prozess mit nicht-industrieller Hardware zu einer vollautomatischen Hochgeschwindigkeitsfertigungslinie wechseln.“

Vor der Zusammenarbeit mit Beckhoff produzierte das Reelables-Team Tausende von Etiketten in einer Zehn-Stunden-Schicht. Als die Nachfrage stieg, wurde das System Schicht für Schicht ausgebaut – immer mit dem Ziel, die Geschwindigkeit und den Durchsatz zu erhöhen sowie die Qualität zu verbessern. „Es war ein klassisches Henne-und-Ei-Szenario“, fügt Bradley McEwan hinzu. „Man benötigt ein Produkt, um es auf den Markt zu bringen, aber man kann nicht viel in die Produktionsinfrastruktur investieren, solange es keine Nachfrage gibt. Als sich die Etiketten des Unternehmens gut zu verkaufen begannen, wurde klar, dass sie ein vollautomatisches System brauchten, das mitwachsen konnte.“

Die Zusammenarbeit begann mit einem persönlichen Treffen am Standort von Reelables in London. Beckhoff sah sich die bestehende Anlage des Unternehmens an und sprach mit Oliver Boswall-Perks und dem Team darüber, was sie zu erreichen hofften. Auf dieser Grundlage entwickelte Beckhoff ein neues System basierend auf diskreten Fertigungsmodulen, in das die Beckhoff Automatisierungssoftware TwinCAT integriert werden konnte.

Die technische Umsetzung

Das neue Produktionssystem basiert auf der mit TwinCAT und EtherCAT vollständig integrierten Beckhoff Automatisierungsplattform. Neben der Software TwinCAT kommen Industrie-PCs, Antriebstechnik, EtherCAT-Klemmen, Echtzeit-Vision-Systeme sowie Multitouch-Control-Panels als HMIs zum Einsatz. Reelables hat zudem davon profitiert, ein früher Anwender der TwinCAT-Vision- und -Motion-Integration zu sein. Das aktuelle System läuft auf dem SPT Application Framework von Beckhoff – die erste Implementierung dieser Art in Großbritannien. Die Architektur unterstützt die einfache Erweiterung und Integration zukünftiger Maschinen und ist somit sehr gut skalierbar. Das Framework bietet einen strukturierten, modularen Ansatz für die Sequenzierung von Maschinen und ist vollständig PackML-kompatibel. „Was wirklich den Unterschied ausmachte, war, dass Beckhoff uns nicht nur Hardware verkauft hat“, fügt Oliver Boswall-Perks hinzu. „Die Experten haben uns geholfen, das gesamte System zu entwickeln – Vision, Motion, Logik – alles arbeitet zusammen. Ein solches Maß an Unterstützung ist selten, besonders für ein Unternehmen unserer Größe.“

Reelables beauftragte bei Beckhoff auch technische Dienstleistungen. Dementsprechend leitete Beckhoff Produktingenieur Chris Knight die Programmierung und arbeitete vor Ort mit dem Reelables-Team über mehrere Monate zusammen, um den Maschinencode, die Logik und die Ablaufsteuerung zu entwickeln. „Mit einem kleinen Team von nur zehn Personen war der Einblick von Chris Knight von unschätzbarem Wert“, fügt Oliver Boswall-Perks hinzu. „Er brachte umfassendes Fachwissen mit, das unseren Fortschritt beschleunigte und dem Team half, sich schnell mit dem System vertraut zu machen. Er spielte eine Schlüsselrolle, indem er uns anleitete und uns mit dem größeren Beckhoff Netzwerk an Motion- und Vision-Experten verband. Das beschleunigte den Prozess enorm.“

Leistungsschub durch optische Qualitätskontrolle

Die TwinCAT-Vision-Lösung spielt eine entscheidende Rolle bei der Qualitätskontrolle. Sie erfasst hochauflösende Bilder von jedem Etikett, während dieses die Linie durchläuft, berechnet präzise Rotations- und Positionsabweichungen, prüft auf Defekte und stellt sicher, dass der Klebstoff mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich aufgetragen wird. Wichtig ist dabei, dass das System auch fehlerhafte Etiketten kennzeichnet und überspringt.

Das System erfasst nun gleichzeitig Bilder von mehreren Etiketten, was eine schnellere Verarbeitung und größere Konsistenz ermöglicht. Dadurch erreicht Reelables, dass die gewohnte Qualität bei hoher Geschwindigkeit aufrechterhalten wird und nun Zehntausende Etiketten pro Schicht produziert werden können – eine Steigerung von 150 % im Vergleich zum vorherigen System. „Die Umstellung auf TwinCAT bedeutete, dass wir Echtzeit-Vision in den Prozess integrieren und dadurch mit weniger Personal auskommen konnten“, so Oliver Boswall-Perks. „Jetzt ist die Produktion nicht nur schneller, sondern die Qualität ist auch gleichmäßiger geworden.“

Blick nach vorn

Reelables erstellt eine vollständige digitale Aufzeichnung jedes Etiketts, wobei die Daten an mehreren Kontrollpunkten in der Produktionslinie erfasst werden. Diese Daten fließen in ein KI-gesteuertes Analysesystem ein, welches das Ausfallrisiko auf der Grundlage von Klebstoffdosierqualität, Chipplatzierung, Substratbeschaffenheit, Umweltfaktoren und mehr vorhersagen kann. Das System ist in der Lage, in Echtzeit Korrekturmaßnahmen zu ergreifen, wie z. B. das Überspringen der Chipplatzierung oder der Epoxidharz-Aufbringung, um Ressourcen zu schonen sowie den Ertrag und die Produktionszeit zu verbessern.

Ein Bildverarbeitungssystem der nächsten Generation mit mehreren Kameras an den wichtigsten Prüfstationen, die alle von einem Beckhoff Industrie-PC gesteuert werden, ist ebenfalls in Arbeit. Diese Infrastruktur unterstützt KI-Modelle für das maschinelle Lernen, die Fehler als fertigungs- oder feldbedingt klassifizieren und so den Kreislauf zwischen Produktion und realer Leistung schließen werden.

Um die wachsende Etiketten-Nachfrage zu befriedigen, erhöht Reelables die Produktion mit zwei neuen kompakten Linien und einem System mit hohem Durchsatz – dem Stratus R22M - das für die Produktion von Zehntausenden Etiketten pro Stunde ausgelegt ist. Drei der vier Kernmaschinen für den Stratus R22M sind bereits gebaut oder entwickelt, sodass Reelables die Kapazität drastisch erhöhen und die Vorlaufzeiten reduzieren kann. „Die Zusammenarbeit mit Beckhoff war für uns ein entscheidender Schritt“, so Oliver Boswall-Perks abschließend. „Wir sind jetzt für unsere nächste Wachstumsphase und alles, was danach kommt, gerüstet“.