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. Wenn es um die Gesamtanlageneffektivität und das Optimieren einzelner Prozesse geht, profitieren komplexe Automatisierungsanlagen von Datentransparenz. Die Software PiaOptimum kann zum Beispiel helfen, Engpässe in komplex verketteten Montageanlagen zu ermitteln und dank Datentransparenz ermöglichen, die Produktionseffizienz zu optimieren. An einer Montageanlage für Hinterachsgetriebe eines deutschen Automobilzulieferers lässt sich veranschaulichen, welche Analysen und Auswertungen möglich sind, wie Anbieter Pia Automation erläutert.

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Mit dem Einsatz der Software möchte der Anwender Transparenz schaffen, um so den Ertrag seiner Anlage zu optimieren. Dazu sind Daten nötig, die die Gesamtanlageneffektivität (GAE) betreffen, also Informationen über die Bauteilqualität zum Abschluss eines Bearbeitungsschritts, die dazugehörigen Taktzeiten und aufgetretene Störungen und Meldungen.

Die Konfiguration aller Datenpunkte ist über die Web-Oberfläche des Tools möglich. Dazu muss der Nutzer nicht in die Maschinensteuerung eingreifen. Die Software ermöglicht es, die Daten mittels des OPC-UA-Protokolls anzubinden – sofern Mindestanforderungen der Liniensteuerung erfüllt sind. Während 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 Netzwerkstruktur des Anwenders zunächst geprüft und teils angepasst werden muss, führt der Anbieter aus.

Rundum überwacht

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Die Montageanlage des Automobilzulieferers umfasst rund 50 Stationen, die alle mit PiaOptimum überwacht werden. Möglich ist auch, nur einzelne Stationen oder Linienabschnitte genauer in den Blick zu nehmen. Um jedoch Aussagen über OEE-Verluste treffen zu können, ist es sinnvoll die gesamte Anlage zu betrachten.

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 Ausnahmen, wo es technisch nicht möglich ist, den Bearbeitungsschritt in 55 Sekunden durchzuführen. Um durch langsamere Stationen keinen Flaschenhals 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.

Wie sich eine Pressenstation des Zulieferers optimieren ließ, zeigt sich an Station 8 der Anlage. Hier konnte die Taktzeit verbessert werden. Erreichen konnte das Unternehmen dies, indem es eine Analyse auf Gesamttaktebene, also von einem Bearbeitungsbeginn bis zum nächsten, sowie eine Teiltaktanalyse durchgeführt hat.

Die Gesamttaktanalyse erfolgte unter anderem mithilfe eines Boxplott-Diagramms. Dieses ist ein Ausschnitt aus einer Gesamttaktanalyse. Hier sind die 50 Prozent mittlersten Takte nach einer aufsteigenden Sortierung dargestellt. PiaOptimum nutzt das Werkzeug, um Ausreißertakte auszublenden. Auf der x-Achse sind die Stationen in Linienreihenfolge angezeigt, auf der y-Achse die Zeit. Der weiße Strich in einer roten oder schwarzen 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 (Bild-Nr. 2) als horizontale schwarze Linie dargestellt.

Von drüber zu drunter

So hat der Zulieferer eine entsprechende Analyse im Zeitraum von Kalenderwoche 23/2018 bis Kalenderwoche 25/2018 durchgeführt. Unter anderem an der Station 8, einer Pressenstation, zeigte sich, dass der Median mit 58,5 Sekunden etwas über dem Sollwert lag. Hier war also eine Optimierung hinsichtlich der Taktzeit notwendig. An der Station finden folgende Bearbeitungsschritte in der Solltaktzeit statt: Aktorik griffbereit, Nebenzeit, Bauteil in Position, Bauteil spannen, Pressvorgang, Einheiten zurück.

Eine Analyse der Teilbewegungen ermöglichte, für den Gesamttakt eine Verkürzung zu erzielen. Durchgeführt hat das Unternehmen die Optimierungsmaßnahmen in der Kalenderwoche 26/2018. Im Anschluss konnte man klar erkennen, dass die Adaption eines speziellen Teiltakts namens Nebenzeit den Hauptanteil an der Senkung der Gesamttaktzeit mit sich brachte. PiaOptimum bietet dafür die Möglichkeit, mittels eines sogenannten Referenzteiltakt-Widgets einerseits die Analyse bis zu den Einzelbewegungen in der Station einzusehen, andererseits Gesamt- als auch Teiltakte mit einer Referenz zu vergleichen. Als Referenzzeitraum wurden die KW 23/2018 bis KW 25/2018 definiert, als Analysezeitraum der komplette Folgemonat Juli. Die Referenz wird in der Grafik (Bild-Nr. 3) als schwarzer Balken dargestellt, die aktuellen Analysewerte dazu in Rot, gegebenenfalls Gelb oder Grün, je nach Ergebnis des Vergleichs. Der Maschinentakt-Anteil im Juli ist gegenüber dem vorherigen Zeitraum um vier Prozent gesunken.

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 an die Hand zu geben – eine kleine Änderung mit erstaunlichem Effekt auf die Gesamttaktzeit der Station und letztlich auf die GAE der Anlage. Diese Verbesserung muss in der Gesamttaktanalyse ebenso erkennbar sein: Für den Folgemonat Juli konnte der Median der Taktzeit unter den Solltaktwert gesenkt werden, auf hier 53 Sekunden. Darüber hinaus wurden ebenfalls die Schwankungen stark reduziert.

Über die Gesamttakt- und Teiltaktanalyse hinaus lassen sich weitere Auswertungen darstellen und zum Optimieren nutzen. So sind etwa Sammel- und Detailansichten über aufgetretene Störungen und Meldungen abrufbar. Nach Auswahl eines Analysezeitraums ist es möglich, alle aufgetretenen Störungen und Meldungen nach bestimmten Meldungsnummern oder auch auf Stationen bezogen im Ablauf darzustellen. Die Diagramme zeigen die Dauer der Störung und wie oft diese Meldung aufgetreten ist. Die Unterscheidung ist wichtig, denn obwohl eine Störung vielleicht nur einmal auftritt, verursacht sie womöglich einen mehrstündigen Anlagenstillstand. Andere Störungen, die oft auftreten, lassen sich vielleicht in Sekunden beheben. Ein weiterer Punkt ist das Anzeigen der Produktionsstatistik. Mit Auswertung des Produktionsverlaufs einer Station sieht der Nutzer, wie viele Bauteile im Stundenverlauf produziert wurden und in welcher Qualität sie vorliegen. Weiße Bereiche zwischen den Balken stellen Nicht-Produktionszeiten dar. Die Färbung der Spitzen gibt Aufschluss über die Bauteilqualität – Grün für »Bauteil ok«, Rot für »Bauteil nicht ok«.

Die Solltaktzeit kann erfüllt sein. Wenn aber ein zu langer Abschnitt der Balkenspitze im Diagramm rot eingefärbt wäre, bedeutet dies, dass zu viele der in der Solltaktzeit produzierten Teile mangelhaft sind. Auch hier folgt die Ursachenforschung: Störungen an der Station, ein fehlerhaftes Messverfahren zum Beurteilen der Qualität oder mangelnde Qualität der verarbeiteten Einzelbauteile.

Alarmfunktion für die Instandhaltung

Neben den aktiven Analysen bietet die Software die Möglichkeit, Benachrichtigungsregeln zu definieren. Gerade aus Sicht der Instandhaltung ist es notwendig, früh auf ein Fehlverhalten der Anlage aufmerksam gemacht zu werden. Ein Beispiel dazu: An verschiedenen Stationen arbeitet ein Zylinder mit Luftdruck. Wenn dieser mehr und mehr verschleißt, lässt der Druck nach, was eine schnellere Taktzeit zur Folge hat. Es lässt sich somit die Benachrichtigungsregel aufstellen, dass eine Mail erfolgt, wenn ein gewisser Taktzeitwert unterschritten wird.

Die Software ermöglicht also, von verschiedenen Seiten einen Blick auf die Produktionsergebnisse zu werfen. Der Einsatz ist bei neuen Anlagen sowie als Retrofit-Version bei bestehenden Produktionslinien möglich. Pia Automation bietet Service vom Aufbau der Linie über das Analyse-Software-Paket bis zu Optimierungsdienstleistungen durch das eigene Analyse-Team.