Mit Analyse-Software Engpässe in komplexen Montagen erkennen

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Aus dem Takt? Die Montage-Linie läuft nicht rund. Aber eine Ursache ist nicht zu finden. Analyse-Software kann weiterhelfen.
Analyse-Software: So lassen sich Engpässe in komplexen Montagen erkennen und abstellen

Quelle: alle Bilder PIA Automation


Autor: Claude Eisenmann ist Chief Digital Officer bei der PIA Automation.


Der Ausschuss der Montage-Linie ist zu hoch, Taktzeiten nehmen minimal aber stetig zu. Die Ursachen sind unklar. Das ist ein Szenario, das sicher viele Produktionsverantwortliche kennen, denn bei automatisierten Montagelinien ist es für den Maschinenbediener sehr aufwendig, problematische Stationen oder Prozesse ausfindig zu machen, um das Optimierungspotenzial zu erkennen.

Analyse-Software hilft weiter

An einer großen Montageanlage für Hinterachsgetriebe eines namhaften deutschen Automobilzulieferers lässt sich veranschaulichen, welche Analysen und Auswertungen mit geeigneter Analyse-Software (siehe Kasten) möglich sind.

Die Montage-Anlage umfasst rund 50 Stationen, die allesamt mit der PiaOptimum überwacht werden. Möglich ist auch, nur einzelne Stationen oder Linien-Abschnitte zu analysieren. Um jedoch Aussagen über OEE-Verluste (Overall Equipment Effectiveness) treffen zu können, ist die Betrachtung der gesamten Anlage sinnvoll, um ganzheitlich Engpässe und Störungen zu identifizieren.


Analyse-Software für die Montage-Linie

PiaOptimum ist eine Analyse-Software aus der PIA Industrial App Suite, die Performancelücken in komplex verketteten Montageanlagen automatisch ermittelt und die schnelle und nachhaltige Optimierung der Produktionseffizienz ermöglicht.


Als Station wird in der Software ein Anlagenteil definiert, an dem ein oder mehrere Bearbeitungsschritte wie Pressen, Schweißen, Schrauben durchgeführt werden, die von Beginn der Bearbeitung eines Bauteils bis zum Beginn der Bearbeitung des nächsten Bauteils dieselbe Solltaktzeit aufweisen wie die Anlage insgesamt; in diesem Beispiel 55 Sekunden.

Alle 55 Sekunden wird also ein Hinterachsgetriebe fertiggestellt. Die Stationen sind in der Regel seriell aufgebaut. Es gibt allerdings auch Ausnahmen, wo es technisch nicht möglich ist, den Bearbeitungsschritt in 55 Sekunden durchzuführen. Um durch langsamere Stationen jedoch keinen Flaschenhals in der Montage zu etablieren, werden diese Stationen doppelt oder mehrfach als ganzzahliges Vielfaches der Solltaktzeit ausgeführt. So erreicht man im Endeffekt wieder einen Anlagentakt von 55 Sekunden.

Monatage-Anlage per OPC-UA an die Analyse-Software anbinden

Mit dem Einsatz von piaOptimum bekommt der Kunde Erkenntnisse für die Optimierung der Ausbringung seiner Montage-Anlage. Dazu notwendig sind Daten, die die Grundlagen der OEE betreffen, also Informationen über die Bauteilqualität zum Abschluss eines Bearbeitungsschritts (also einer Station), die dazugehörigen Taktzeiten und ebenso aufgetretene Störungen und Meldungen. Die Datenanbindung erfolgt mittels des bereits standardisierten OPC-UA-Protokolls – sofern Mindestanforderungen der Liniensteuerung erfüllt sind.

Während die Daten für Bauteilqualität und Taktzeiten über OPC-UA gut zu sammeln sind, lassen sich die Meldungen und Störungen nur über HMI-Panels abrufen.

Analyse und Optimierung einer Pressenstation

Nachfolgend lässt sich exemplarisch an Station 8 zeigen, wie eine Analyse auf Gesamttaktebene (von einem Bearbeitungsbeginn bis zum nächsten) sowie eine Teiltaktanalyse letztlich eine nachweisliche Verbesserung der Taktzeit ergeben haben.

Das Boxplott-Diagramm (Abbildung 1) ist ein Ausschnitt aus einer Gesamttaktanalyse. Die Analyse-Software nutzt dieses Werkzeug, um Ausreißer auszublenden, die nicht als „normale“ Takte angesehen werden können, jedoch ebenso mit aufgezeichnet werden. Auf der x-Achse sind die Stationen in Linienreihenfolge angezeigt, auf der y-Achse die Zeit in Sekunden. Der weiße Strich in einer roten bzw. blauen Box repräsentiert den Median. Die Boxhöhe gibt die Schwankung dieser Takte wieder. Der Solltakt der Anlage liegt bei 55 Sekunden – in der Grafik als horizontale blaue Linie dargestellt.

Abbildung 1: Ausschnitt aus einer Gesamttaktanalyse als Boxplott-Diagramm

Die angezeigte Analyse wurde im Zeitraum von Kalenderwoche 23/2018 bis Kalenderwoche 25/2018 durchgeführt. An der Station 8, einer Pressenstation, ist ersichtlich, dass der Median mit 58,5 Sekunden etwas über dem Sollwert lag. Hier war also eine Optimierung hinsichtlich der Taktzeit notwendig (wie auch an den Stationen 7 und 10, die jedoch hier nicht näher betrachtet werden).

An der Station 8 finden folgende Bearbeitungsschritte in der Solltaktzeit statt: „Aktorik griffbereit“, „Nebenzeit“, „Bauteil in Position“, „Bauteil spannen“, „Pressvorgang“, „Einheiten zurück“. Eine tiefere Analyse der Teilbewegungen ermöglichte, für den Gesamttakt eine Verkürzung zu erzielen. Im Anschluss konnte klar ersichtlich gemacht werden, dass die Adaption eines speziellen Teiltakts namens „Nebenzeit“ den Hauptanteil an der Senkung der Gesamttaktzeit mit sich brachte.

Die Analyse-Software bietet hier die Möglichkeit, einerseits die Analyse bis zu den Einzelbewegungen in der Station einzusehen, andererseits sowohl Gesamt- als auch Teiltakte mit einer Referenz zu vergleichen. Die Referenz wird in der Grafik immer als blauer Balken dargestellt, die aktuellen Analysewerte dazu in Rot, Gelb oder Grün, je nach Ergebnis des Vergleichs.

Maschinentakt durch Optimierung der „Nebenzeit“ gesenkt

Der Maschinentakt-Anteil ist gegenüber dem Voroptimierungszeitraum um vier Prozent gesunken. Betrachtet man nun die einzelnen Schritte in der Station, erkennt man auf den ersten Blick den Hauptverantwortlichen dafür: Obwohl die Schritte „Aktorik Griffbereit“, „Bauteil in Position“ und „Einheiten Zurück“ etwas länger dauern, hat die Optimierung der Bewegung „Nebenzeit“ den wahren Ausschlag gegeben. Der Ablauf zeigt, dass nach diesem Schritt alle folgenden früher beginnen und somit die gesamte Bearbeitung verkürzt werden konnte.

Abbildung 2: Maschinentakt-Anteil der Station 8 im Vergleich zum Referenzzeitraum

Bei der „Nebenzeit“ handelt es sich um eine nicht-automatisierte Bewegung, die durch einen Bediener ausgeführt wird. Die Optimierung bestand darin, dem Mitarbeiter ein besseres Werkzeug zur Bearbeitung zur Verfügung zu stellen – eine kleine Änderung mit einem erstaunlichen Effekt auf die Gesamttaktzeit dieser Station und letztlich auch auf die OEE der Montage-Anlage.

Diese Verbesserung muss natürlich in der Gesamttaktanalyse ebenso erkennbar sein (siehe Abbildung 3). Für den Folgemonat konnte der Median der Taktzeit unter den Solltaktwert gesenkt werden, hier 53 Sekunden, und darüber hinaus wurden ebenfalls die Schwankungen stark reduziert.

Abbildung 3: Vergleich der Referenzzeiträume für die Gesamttaktanalyse im Boxplott-Diagramm

Dokumentation des Meldungsverlauf in der Analyse-Software

Über die Gesamttakt- und Teiltaktanalyse hinaus lassen sich weitere aufschlussreiche Auswertungen mit der Analyse-Software darstellen und für die Produktionsoptimierung nutzen, z. B. Anzeigen der Produktionsstatistik oder auch Sammel- und Detailansichten über aufgetretene Störungen und Meldungen.

Nach Auswahl eines bestimmten Analysezeitraums ist es möglich, die gesamten aufgetretenen Störungen und Meldungen nach bestimmten Meldungsnummern oder auch auf Stationen bezogen im Ablauf darzustellen. Im vorliegenden Beispiel zur Station 6 wurde die Meldung 2385 genauer betrachtet: „Trumpf Laserquelle TruDisk meldet Störung“.

Abbildung 4: Meldungsverlauf der Station 6, sowohl nach Dauer als auch nach Anzahl

Die Diagramme zeigen einmal die Dauer der Meldung bzw. der Störung 2385 und zum anderen die Häufigkeit, wie oft diese Meldung aufgetreten ist. Diese Unterscheidung ist wichtig, denn obwohl eine Störung vielleicht nur einmal auftritt, verursacht sie womöglich einen mehrstündigen Anlagenstillstand. Andere Störungen, die häufig auftreten, können vielleicht innerhalb von Sekunden durch Quittierung oder Anziehen einer Schraube behoben werden.

Die obige Meldung trat im Verlauf des Julis mehrfach und mehrstündig auf und führte zu Stillständen der Station 6. Das zugrundeliegende Problem konnte durch weitere Detailanalysen des speziellen Fehlercodes der Laserschweiß-Komponente schließlich behoben werden.

Produktionsverlauf Station 8 in der Analyse-Software

Mit der Auswertung des Produktionsverlaufs einer Station sieht der Nutzer, wie viele Bauteile im Stundenverlauf produziert wurden und in welcher Qualität die Komponenten vorliegen. Die weißen Bereiche zwischen den Balken stellen Nicht-Produktionszeiten dar, z. B. Stillstände wie an Wochenenden, einzelne ausgefallene Schichten oder Umrüstungszeiten.

Abbildung 5: Produktionsverlauf der Station 8

Die Färbung der Spitzen gibt Aufschluss über die Bauteilqualität, Grün für „Bauteil ok“, Rot für „Bauteil nicht ok“. Dies ist eine andere Sicht auf die Station 8. Die Solltaktzeit kann sehr wohl erfüllt sein, d. h. die Säule im Boxplottdiagramm wäre Blau und der Median läge unterhalb der Solltaktlinie. Wenn jedoch ein zu langer Abschnitt der Balkenspitze im obigen Diagramm rot eingefärbt wäre, bedeutete dies, dass zu viele der in der Solltaktzeit produzierten Teile mangelhaft sind. Auch hier erfolgte dann die Ursachenforschung: Störungen an der Station selbst, ein fehlerhaftes Messverfahren für die Beurteilung der Qualität oder mangelnde Qualität der verarbeiteten Einzelbauteile, die von Zulieferern stammen. Im vorliegenden Beispiel entsprechen die Färbungen jedoch den üblichen und akzeptablen Schwankungen und Ausschusszahlen.

Fazit: Volle Datentransparenz für gezielte Prozessoptimierung

Mit der Analyse-Software PiaOptimum werden komplexe Automatisierungsanlagen profitieren, was die OEE und die Optimierung einzelner Prozesse angeht. Die Analysen und Auswertungen sind detailliert und vielschichtig, sodass von verschiedenen Seiten ein Blick auf die Produktionsergebnisse geworfen werden kann. Eine problematische Station betrachten, einzelne Linienabschnitte auswerten oder ganze Produktionsstandorte miteinander vergleichen – die Analyse-Software stellt dazu viele Funktionen  bereit.

Die Ausstattung mit solch einer Software ist sowohl bei neuen Anlagen als auch als Retrofit-Version bei bestehenden Produktionslinien möglich. PIA Automation bietet dabei umfassenden Service, vom Aufbau der Montagelinie über die PIA Industrial App Suite Analyse bis hin zu Analyse- und Optimierungsdienstleistungen.

Weiterlesen auf DM-Online: Covid-19: Schweizer 3D-Drucker liefert medizinische Teile für Italien

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