Ursachen unklar: Der Ausschuss an der Montagelinie ist zu hoch, die Taktzeiten nehmen minimal, aber stetig zu, auf den ersten Blick wird jedoch nicht deutlich, woran es liegt. Bei großen Montagelinien ist es oft schwierig, problematische Stationen oder Prozesse ausfindig zu machen, um das Optimierungspotenzial zu erkennen. Die Sammlung von Produktionsdaten mittels einer Software-Applikation namens ‚piaOptimum‘ kann die Lösung sein.
Engpässe in komplex verketteten Montageanlagen lassen sich damit ermitteln und dank Datentransparenz eine schnelle Optimierung der Produktions-effizienz ermöglichen. Welche Analysen und Auswertungen mit der Applikation möglich sind, soll am Beispiel einer großen Montageanlage für Hinterachsgetriebe eines deutschen Automobilzulieferers erläutert werden.

Die Montageanlage umfasst rund 50 Stationen, die allesamt mit der Software-Applikation überwacht werden. Möglich ist auch, nur einzelne Stationen oder Linienabschnitte genauer in den Blick zu nehmen. Um jedoch Aussagen über OEE-Verluste (Over-all Equipment Effectiveness) treffen zu können, ist die Betrachtung der gesamten Anlage sinnvoll, um ganzheitlich Engpässen und Störungen auf die Spur zu kommen. 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 Be-arbeitungsschritt in 55 Sekunden durchzuführen. Um durch langsamere Stationen jedoch keinen Flaschenhals in der Montage zu etablieren, sind diese Stationen doppelt oder mehrfach als ganzzahliges Vielfaches der Solltaktzeit ausgeführt. So lässt sich im Endeffekt wieder ein Anlagentakt von 55 Sekunden erreichen. 

Datenanbindung mittels OPC-UA ohne SPS-Eingriff

Mit dem Einsatz der Software-Applikation möchte der Anwender Transparenz für die Optimierung der Ausbringung seiner Anlage schaffen. Dazu notwendig sind Daten, die die Grundlagen der Gesamt-Anlagen-Effektivität (GAE) betreffen, also Informationen über die Bauteilqualität zum Abschluss eines Bearbeitungsschritts (also einer Station), die dazugehörigen Taktzeiten und ebenso auftretende Störungen und Meldungen. Die Konfiguration aller Datenpunkte ist unkompliziert über die Web-Oberfläche der Software möglich. Dazu sind keinerlei Eingriffe in die Maschinensteuerung nötig, sondern piaOptimum ermöglicht eine flexible Datenanbindung mittels des standardisierten OPC-UA-Protokolls – sofern Mindestanforderungen der Liniensteuerung erfüllt sind. Während die Daten für Bauteilqualität und Taktzeiten über OPC UA gut zu generieren sind, lassen sich Details über Meldungen und Störungen nur über HMI-Panels abrufen, deren Kompatibilität über die jeweilige Netzwerk-Struktur des Kunden zunächst geprüft und teilweise angepasst werden muss.

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.

Analyse und Optimierung einer ­Pressenstation

Bild 1. Ausschnitt aus einer Gesamttaktanalyse als Boxplott-Diagramm

© PIA

Das Boxplott-Diagramm (Bild 1) ist ein Ausschnitt aus einer Gesamttaktanalyse. Hier sind die 50 % mittlersten Takte nach einer aufsteigenden Sortierung dargestellt. Die Software-Applikation nutzt dieses Werkzeug, um Ausreißertakte 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 beziehungsweise blauen Box repräsentiert den Median, der als ausreißerfester Durchschnitt den Takt der Station repräsentiert. Die Boxhöhe gibt die Schwankung dieser Takte wieder. Der Solltakt der Anlage liegt bei 55 Sekunden – in der Grafik als horizontale blaue Linie dargestellt.

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. Durchgeführt wurden die Optimierungsmaßnahmen in der Kalenderwoche 26/2018. 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. 

Bild 2. Maschinentakt-Anteil der Station 8 im Vergleich zum Referenzzeitraum

© PIA

Die Software-Applikation bietet hier die Möglichkeit, mittels eines Referenzteiltakt-Widgets einerseits die Analyse bis zu den Einzelbewegungen in der Station einzusehen, andererseits sowohl Gesamt- als auch Teiltakte mit einer Referenz zu vergleichen. Als Referenzzeitraum wurden die drei Wochen KW 23/2018 bis KW 25/2018 definiert, als Analysezeitraum der komplette Folgemonat Juli 2018. Die Referenz ist in der Grafik immer als blauer Balken dargestellt, die aktuellen Analysewerte dazu in Rot, Gelb oder Grün, je nach Ergebnis des Vergleichs.
Der Maschinentaktanteil im Juli ist gegenüber dem Voroptimierungszeitraum um 4 % gesunken (Bild 2). Bei der Betrachtung der einzelnen Schritte in der Station lässt sich auf den ersten Blick der Hauptverantwortliche dafür erkennen: Obwohl die Schritte ‚Aktorik Griffbereit‘, ‚Bauteil in Position‘ und ‚Einheiten Zurück‘ etwas länger dauern, hat die Optimierung der Bewegung ‚Nebenzeit‘ den wahren Ausschlag gegeben. 

Maschinentakt per Optimierung der ‚Nebenzeit‘ gesenkt

Der Ablauf zeigt, dass nach diesem Schritt alle folgenden früher beginnen und somit die gesamte Bearbeitung verkürzt werden konnte. 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 GAE der Anlage.

Diese Verbesserung muss natürlich in der Gesamttaktanalyse ebenso erkennbar sein (Bild 3). Für den Folgemonat Juli ließ sich der Median der Taktzeit unter den Solltaktwert senken – hier 53 Sekunden –, und darüber hinaus konnten die Schwankungen ebenfalls stark reduziert werden.

Den Meldungsverlauf dokumentieren

Über die Gesamttakt- und Teiltaktanalyse hinaus lassen sich weitere aufschlussreiche Auswertungen mit piaOptimum darstellen und für die Produktionsoptimierung nutzen, etwa Anzeigen der Produktionsstatistik – die Granularität lässt sich nach Belieben festlegen: die gesamte Linie, einzelne Gruppen oder Stationen über jeden freien Zeitraum bis hinunter zu Zehn-Minuten-Paketen – oder auch Sammel- und Detailansichten über aufgetretene Störungen und Meldungen.

Bild 4. Meldungsverlauf der Station 6, sowohl nach Dauer als auch nach Anzahl

© PIA

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 (Bild 4). Im vorliegenden Beispiel zur Station 6 wurde die Meldung 2385 genauer betrachtet: „Trumpf Laserquelle TruDisk meldet Störung“. Die Diagramme zeigen einmal die Dauer der Meldung beziehungsweise 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 ließ sich durch weitere Detailanalysen des speziellen Fehlercodes der Laserschweiß-Komponente schließlich beheben.