Intelligente Prozessregelung in der Streckblasmaschine

Die aktuellen Herausforderungen beim Herstellen von PET-Behältern sind vielfältig und komplex. Bereits die täglichen Änderungen von Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit in der Produktionshalle können bei kleinen Prozessfenstern dazu führen, dass diverse Prozessparameter regelmäßig manuell nachjustiert werden müssen, um die benötigte Flaschenqualität sicherzustellen. Eine weitere Herausforderung sind die stetig steigenden Ausstoßleistungen: Während im Jahr 2000 der maximale Ausstoß pro Blasstation noch bei 1.600 Behältern pro Stunde lag, werden heute Stationsleistungen von bis zu 2.750 Flaschen erzielt, was mittlerweile Ausstoßleistungen von bis zu 100.000 Behältern pro Stunde und Maschine möglich macht. Klar, dass bei diesen hohen Leistungen schon kleinste Abweichungen von Idealbedingungen in kürzester Zeit große Auswirkungen auf das Produktionsergebnis haben können.

Doch nicht nur bei der Maschinentechnik, auch für das Bedienpersonal ändern sich die Bedingungen in ihrem täglichen Arbeitsumfeld: State-of-the-Art-Technologie und steigende Automatisierung in allen Bereichen der Abfüllung sorgen dafür, dass weniger Personal als früher benötigt wird, um die Produktion sicherzustellen. Die Konsequenz: Ein Bediener ist heute für mehrere Maschinen und Systeme verantwortlich, es bleibt somit weniger Zeit für visuelle Qualitätskontrollen und manuelle Prozessführung der Streckblasmaschine.

Allerdings sind noch zwei weitere entscheidende Trends zu berücksichtigen. Zum einen der Einsatz von recyceltem PET-Material (rPET), der vor allem von den Endverbraucherinnen und -verbrauchern immer mehr gefordert wird. Die Vorteile von PET-Behältern mit dem Aspekt der Nachhaltigkeit zu verknüpfen, bedeutet für die Getränkeproduzenten, Schritt für Schritt den Anteil von rPET in den Flaschen bis hin zu 100 Prozent zu steigern. Doch rPET ist nicht gleich rPET, es kommt auf die Qualität und Zusammensetzung des Materials an – und genau diese manchmal schwankenden Eigenschaften müssen im Streckblasprozess ausgeglichen werden, denn schließlich soll am Ende jeder produzierte Behälter den gesetzten Qualitätsanforderungen entsprechen. Gleichzeitig streben Getränkehersteller weiterhin danach, das Gewicht des Behälters zu reduzieren – denn PET, egal ob recyceltes oder Neuware, ist teuer und vor allem hochqualitatives rPET ist rar. Da ist es nur konsequent, das Gewicht des Behälters so weit wie möglich zu reduzieren – und somit Material im Produktionsprozess einzusparen und auch den „Fußabdruck“ des Behälters weiter zu reduzieren.

Streckblasprozess automatisch überwachen und intelligent steuern

Um bei all diesen Herausforderungen die Getränkeproduzenten zu unterstützen und nicht nur auf manuelle Bedieneingriffe vertrauen zu müssen, hat Krones Contiloop AI entwickelt. 

In die Streckblasmaschine voll-integriert, misst das System den Licht-Transmissionsgrad eines jeden produzierten Behälters an bis zu 32 Messpunkten. Während der Produktion reagiert Contiloop AI bereits auf geringste Abweichungen in der Materialverteilung und justiert in Echtzeit den Streckblasprozess automatisch nach. Dabei werden auch weitere Rahmenparameter wie Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit sowie Preform-Ein- und -Auslauftemperatur berücksichtigt. Die durchgeführten Anpassungen werden am HMI der Maschine dargestellt, um dem Bediener einen Überblick über die aktuelle Prozessführung zu ermöglichen.

Dank künstlicher Intelligenz: Trainieren und Optimieren des Systems

Doch eine einfache Regelung auf ein einmal eingestelltes Rezept ist Krones wegen der bereits genannten stetigen Veränderungen im Produktionsbetrieb nicht genug. Initial werden für das System im Rahmen eines automatisiert durchgeführten Versuchslaufs verschiedene Prozesseinstellungen durchgeführt und die entstandenen Messergebnisse an die Krones IIoT-Plattform weitergeleitet (IIoT: Industrial Internet of Things). Dort fließen die Daten in die Krones KI-Pipeline, womit der künftige Regel-Algorithmus – der KI-Agent – trainiert wird. Nach Abschluss des Trainings wird eben dieser KI-Agent an den Contiloop AI der Maschine übertragen und steht dann für den Produktionsbetrieb zur Verfügung. 

Besonders lohnend beim Einsatz von rPET

Vor allem beim Einsatz von rPET ist das zur Verfügung stehende Prozessfenster meist sehr klein und schwankt unter Umständen stärker als bei der Verwendung von neu produziertem PET-Material. Dieser schmale Korridor wird auch bei hoher Ausstoßleistung und niedrigem Behältergewicht sehr präzise eingehalten. Gleichzeitig sorgt Contiloop AI dafür, dass eine sehr hohe Behälterqualität erreicht wird und die Scrap-Rate (Ausschussrate) auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden kann.

Aber nicht nur auf Material- und Prozessseite birgt Contiloop AI zahlreiche Vorteile – auch die Arbeit des Bedienpersonals wird entscheidend erleichtert. Denn zum einen sind durch die automatische Regelung viel weniger manuelle Eingriffe an der Maschine nötig und zum anderen kann auch die Offline-Qualitätskontrolle auf ein Minimum reduziert werden.