Kamerabasierte Stückzahlerfassung zur Bestimmung des Qualitätsfaktors

Die Berechnung der OEE beruht auf drei Faktoren: Verfügbarkeit, Leistung und Qualität. Während Verfügbarkeit und Leistung in der Regel aus den Signalen der Anlage hervorgehen, ist der Qualitätsfaktor in vielen Werken der am schwächsten belegte Wert. Er benötigt zwei Stückzahlen: die tatsächliche Ausbringung eines Prozessabschnitts und die Gutmenge, die daraus hervorgeht. Gezählt wird jedoch häufig nur am Auslauf der Verpackung, weil dort ein Zähler vorhanden ist.

Eine Möglichkeit, diese Lücke zu schließen, ist die optische Stückzahlerfassung. Wir haben sie an einer Spur einer Süßwarenlinie zwischen Kühltunnel und Verpackungsmaschine aufgebaut und in einem kurzen Video dokumentiert. Dieser Artikel beschreibt, was dabei zu sehen ist, wie aus den Zählwerten der Qualitätsfaktor entsteht und welche technischen Voraussetzungen dafür nötig sind.

Der Qualitätsfaktor und die unbekannte Ausbringung

Zwischen Kühltunnel und Verpackung durchlaufen die Produkte mehrere Stationen. Auf diesem Weg fallen Riegel vom Band, bleiben hängen, werden vom Metalldetektor ausgeworfen oder kommen gebrochen aus dem Prozess. Solange ausschließlich am Auslauf der Verpackung gezählt wird, bleiben diese Verluste unsichtbar, bis Stunden später jemand die Charge abrechnet. Für das Shopfloor Management bedeutet das: Die Höhe des Verlusts ist bekannt, seine Entstehung nicht. Maßnahmen lassen sich auf dieser Basis kaum priorisieren.

Kamerabasierte Zählung von Produktionseinheiten

Die optische Zählung besteht generisch betrachtet aus drei Schritten:

• Erkennung der Produkte im Kamerabild durch ein trainiertes Objekterkennungsmodell
• Verfolgung der erkannten Objekte über mehrere Bilder hinweg (Tracking)
• Zählung beim Überqueren einer definierten Zähllinie

Im Video ist dieser Ablauf als Overlay sichtbar. Jeder erkannte Riegel erhält eine Box und eine Tracking-ID, die erhalten bleibt, solange das Objekt sichtbar ist. Eine Zählzone begrenzt die Erkennung auf eine Spur, damit Produkte auf den Nachbarspuren nicht mitgezählt werden. Gezählt wird ein Riegel nur einmal, sobald sein Mittelpunkt die Zähllinie überquert. Dadurch bleibt der Zählwert stabil, auch wenn das Band stoppt, ein Stück zurückläuft oder das Objekt zwischen zwei Bildern zittert.

Das Video liegt auch auf der Videoseite.

Von zwei Zählpunkten zum Qualitätsfaktor

Ein einzelner Zähler liefert einen Stückzahlvektor über die Zeit. Aussagekräftig wird die Anordnung mit mehreren Zählpunkten entlang der Linie:

• nach dem Kühltunnel als tatsächliche Ausbringung des betrachteten Abschnitts
• vor und nach Metalldetektor beziehungsweise Auswurfklappe
• am Einlauf der Verpackungsmaschine
• am Kartonierer

Der vordere Zählpunkt liefert die tatsächliche Ausbringung, der hintere die Gutmenge, also das, was an der nächsten Station tatsächlich ankommt. Zwischen beiden liegt der Ausschuss des Abschnitts:

Gutmenge = tatsächliche Ausbringung − Ausschuss

Ins Verhältnis gesetzt ergeben die beiden Zählwerte den Qualitätsfaktor und die Ausschussquote:

Qualitätsfaktor = Gutmenge ÷ tatsächliche Ausbringung

Ausschussquote = Ausschuss ÷ tatsächliche Ausbringung

Ein Rechenbeispiel: Die Kamera nach dem Kühltunnel zählt 12.000 Riegel pro Stunde, der Zähler am Einlauf des Wicklers 11.640. Der Ausschuss im Abschnitt beträgt damit 360 Stück pro Stunde, der Qualitätsfaktor 97 Prozent und die Ausschussquote 3 Prozent. Die Werte liegen pro Auftrag, Schicht und Produkt vor und aktualisieren sich laufend, statt rückwirkend am Ende der Charge gebildet zu werden. Damit sind sie im Shopfloor Management einsetzbar, etwa im Vergleich zwischen Schichten oder in der Bewertung von Sortenwechseln.

Technischer Aufbau und Anbindung an oee.ai

Für den Aufbau wird eine handelsübliche Industrie- oder IP-Kamera über dem Förderband montiert. Auf das konkrete Produkt trainiert, läuft ein Objekterkennungsmodell zusammen mit einem Multi-Objekt-Tracker, während Zonen- und Linienlogik die Zählung übernehmen. Die Verarbeitung erfolgt auf Edge-Hardware direkt an der Linie, sodass nur Zählwerte das Gerät verlassen. Ein Videostream muss weder gespeichert noch übertragen werden.

Von dort werden die Zählwerte an das Shopfloor-System übergeben, genauso wie ein Impuls aus der Steuerung. In unserem Fall laufen sie direkt in oee.ai und werden dort zum Qualitätsfaktor, ohne dass jemand die Maschinensteuerung anfassen muss.

Der letzte Schritt ist die Rückmeldung an den Fertigungsauftrag: Die erfasste Ausschussmenge wird automatisch darauf gebucht, statt am Schichtende von Hand nachgetragen zu werden.

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Falls Du wissen möchtest, ob sich dieser Ansatz an Deiner Linie einsetzen lässt, sprich uns gerne persönlich an, über Kontakt oder in einer Demo.