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Prozessoptimierung Mit Datentransparenz Montagelinien schnell optimieren

| Autor/ Redakteur: Claude Eisenmann* / Sariana Kunze

Wenn bei komplexen Montagelinien der Ausschuss steigt und die Taktzeiten zunehmen, dann gestaltet sich die Ursachenanalysen meist schwierig. Diese Erfahrung machte auch ein Automobilzulieferer für Hinterachsengetriebe. Seine Lösung: größtmögliche Datentransparenz.

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Dank einer Datenauswertung an einer Pressenstation konnte die Taktzeit dieser Station – nach Austausch eines Werkzeugs – optimiert werden.
Dank einer Datenauswertung an einer Pressenstation konnte die Taktzeit dieser Station – nach Austausch eines Werkzeugs – optimiert werden.
(Bild: Pia Automation)

Um Engpässen und Störungen auf die Spur zu kommen, überwacht ein deutscher Automobilzulieferer seine große Montageanlage für Hinterachsgetriebe, die rund 50 Stationen umfasst, mit der Software-Applikation von Pia Automation, Pia-Optimum. So stellt das Unternehmen durch die Datentransparenz sicher, dass eine schnelle und nachhaltige Optimierung der Produktion möglich wird. Als Station wird in der Software ein Anlagenteil definiert, an dem ein oder mehrere Bearbeitungsschritte 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 Fall 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.

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Datenanbindung mittels OPC UA ohne SPS-Eingriff

Für die benötigte Transparenz bilden die Produktionsdaten die Grundlage: Informationen über die Bauteilqualität zum Abschluss eines Bearbeitungsschritts (also einer Station), die dazugehörigen Taktzeiten und ebenso die aufgetretenen Störungen und Meldungen. Die Konfiguration aller Datenpunkte erfolgt über die Web-Oberfläche der Software. Dazu sind keinerlei Eingriffe in die Maschinensteuerung nötig, das Tool ermöglicht eine flexible Datenanbindung mittels OPC UA – sofern Mindestanforderungen der Liniensteuerung erfüllt sind. Details über Meldungen und Störungen lassen sich hingegen nur über HMI-Panels abrufen.

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Wie eine Pressenstation den Takt findet

Bei einer Pressenstation, Station 8, des Zulieferers nutzte das Softwaretool ein Boxplott-Diagramm als Werkzeug, um Ausreißertakte auszublenden, die nicht als normale Takte angesehen werden können, jedoch ebenso mit aufgezeichnet werden. Dieses Diagramm gibt die Schwankungen der Takte wieder. Eine Analyse wurde hierbei für einen Zeitraum von drei Wochen durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Station 8 mit 58,5 Sekunden über dem Sollwert lag. Hier war also eine Optimierung notwendig. Eine tiefere Analyse der Teilbewegungen ermöglichte es, für den Gesamttakt eine Verkürzung zu erzielen. Mittels eines sogenannten Referenzteiltakt-Widgets war einerseits die Analyse bis zu den Einzelbewegungen in der Station einzusehen, andererseits konnten sowohl Gesamt- als auch Teiltakte mit einer Referenz verglichen werden. Der Maschinentakt-Anteil im Folgemonat sank beim Automobilzulieferer gegenüber dem Voroptimierungszeitraum um 4 %. Bei dem identifizierten Montageschritt handelte es sich um eine nicht-automatisierte Bewegung, die durch einen Bediener ausgeführt wurde. Die Optimierung bestand darin, dem Mitarbeiter ein besseres Werkzeug zur Verfügung zu stellen – was einen Effekt auf die Gesamttaktzeit dieser Station hatte. Für den Monat konnte der Median der Taktzeit unter den Solltaktwert gesenkt werden (53 Sekunden), zudem konnten bei der Montagestation die Schwankungen reduziert werden.

Meldungsverlauf der Montagelinie dokumentieren

Über die Gesamttakt- und Teiltaktanalyse hinaus lassen sich weitere Auswertungen 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 Nummern oder auch auf Stationen bezogen im Ablauf darzustellen. Generell sollten dabei sowohl die Häufigkeit als auch die Dauer der Störungen betrachtet werden, da eine einmalige Störung einen mehrstündigen Stillstand verursachen kann, während Störungen, die vielleicht häufig auftreten, innerhalb von Sekunden durch Quittierung oder Anziehen einer Schraube behoben werden können. Mit der Auswertung des Produktionsverlaufs einer Station sieht der Nutzer, wie viele Bauteile im Stundenverlauf produziert wurden und in welcher Qualität die Komponenten vorliegen.

Auch kann hier eine Ursachenforschung erfolgen: Störungen an der Station selbst, ein fehlerhaftes Messverfahren für die Beurteilung der Qualität oder mangelnde Qualität der verarbeiteten Einzelbauteile, die von Zulieferern stammen. Neben den aktiven Analysen bietet das Tool die Möglichkeit, Benachrichtigungsregeln zu definieren. Gerade aus Sicht der Instandhaltung ist es notwendig, möglichst früh auf ein Fehlverhalten der Anlage aufmerksam gemacht zu werden. Dazu können logisch verknüpfte Bedingungen hinterlegt werden, bei deren Erfüllung aktiv eine Nachricht an einen oder mehrere Empfänger per E-Mail verschickt wird. Ein Beispiel aus der Anlage: Ein Bauteil an verschiedenen Stationen ist ein Zylinder, der mit Luftdruck arbeitet. Wenn der Zylinder verschleißt, lässt der Druck nach, was sogar eine schnellere Taktzeit zur Folge hat. Für die Instandhaltung ist dies ein Hinweis, dass der Zylinder in den nächsten Tagen oder Stunden ausfallen wird. Es lässt sich also die Benachrichtigungsregel aufstellen, dass eine Info-Mail erfolgt, wenn ein gewisser Taktzeitwert unterschritten wird. Somit kann die Instandhaltung einen bevorstehenden Austausch des Zylinders vorbereiten.

Mit voller Datentransparenz Prozesse optimieren

Komplexe Automatisierungsanlagen profitieren, was die Gesamtanlageneffektivität und die Optimierung einzelner Prozesse angeht, von einer größtmöglichen Datentransparenz. Eine problematische Station betrachten, einzelne Linienabschnitte auswerten oder ganze Produktionsstandorte miteinander vergleichen – der Einsatz der Software-Applikation von Pia Automation ist sowohl bei neuen Anlagen als auch bei bestehenden Produktionslinien, sogenannten Brownfield-Anlagen, möglich.

* Claude Eisenmann, Chief Digital Officer, Pia Automation Holding

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