IPL-Magazin 42 | Januar 2018 | Autor: Prof. Dr. Gerhard Metze

Ausgangspunkt
Auch am Hochlohn-Standort Deutschland gibt es noch eine Vielzahl von Betrieben, in denen eine manuelle Montage von Kleinteilen stattfindet. Dies sind oft Bestandteile von qualitativ hochwertigen und wertvollen Produkten mit einem hohen Grad der Individualisierung.

 

Prof. Dr. Gerhard Metze
Prof. Dr. Gerhard Metze
Die Fertigungsaufträge unterscheiden sich dabei sehr, sowohl von der Anzahl der unterschiedlichen Produkte je Auftrag, ihrer sehr unterschiedlichen Stückzahl von der Einzel- und Klein-Serie bis zu mittleren Stückzahlen, und der sehr unterschiedlichen Anzahl der Einzelteile eines jeden Produkts.

Vor allem die Einzel- und Kleinserien- Montage scheint sich einer Automatisierung in Richtung Industrie 4.0 zu entziehen.

Hierfür haben wir eine Lösung entwickelt, die an einem scheinbar trivialen Gegenstand ansetzt, nämlich eine Box, in der die Einzelteile eines Auftrags bereitgestellt und transportiert werden. Oft ist die Montage so organisiert, dass mit derselben Box alle Montageschritte eines Auftrags absolviert werden, die Box repräsentiert dadurch den Auftrag. Mit der Box wandern die Auftragsdokumente, oft nur handgeschriebene Laufzettel, von einer Montagestation zur nächsten.

Diese aufgrund des Leistungsangebots resultierende Komplexität wird noch erhöht durch eine nicht immer gelungene IT-Unterstützung (siehe auch den Fachbeitrag „IT-Vernetzung“ in dieser Ausgabe).

Wenn z.B. die Verfügbarkeitsprüfung des Materials erst bei der ausgelösten Kommissionierung erfolgt, dann werden bei Zeitdruck (der fast immer gegeben ist) Fertigungsaufträge trotz fehlendem Material freigegeben. Wenn nun der Materialnachschub nicht rechtzeitig erfolgt, muss die Montage eines Auftrags unterbrochen werden, und die Box mit den verbleibenden Einzelteilen, den halbfertigen Zwischenprodukten und fertigen Endprodukten zwischengelagert werden. Nicht nur der Nachkommissionierprozess bei Fehlteilen oder fehlerhaften Teilen ist aufwändig. Sondern diese und andere Unzulänglichkeiten führen dazu, dass im Montagebereich Material in den Boxen zwischengelagert wird, die Transparenz über den Status der Fertigstellung fehlt, und zusätzlicher Such- und Sortieraufwand entsteht.

Dabei bleiben Aufträge/Positionen stehen und werden nicht bzw. zu spät bearbeitet. Die daraus resultierende längere Durchlaufzeit mit oft verspäteter Auslieferung und die Produktivitätsverluste sind evident.

 

Funkgesteuerte Smart Labels an Boxen zur kostengünstigen Steuerung der Montage

Neben einer Reihe von logistischen Optimierungsmaßnahmen und einer Verbesserung der IT-Unterstützung ist der Kern unserer Lösung ein innovatives System funkgesteuerter Transportboxen in der Produktion, wobei die Fertigungsauftragsinformationen über Smart Labels vermittelt und angezeigt werden.

Damit werden folgende Basisanforderungen realisiert:

  • Ersatz der manuellen Karte durch ein elektronisches „Smart Label“, d.h. Abbildung aller wesentlichen Elemente der Karte auf einem Display durch Funkübertragung von einer Station auf die Labels;
  • Einspeisung der Auftragsdaten vom Datenverarbeitungssystem mit Einbeziehung der Rückmeldung über einen abgeschlossenen Arbeitsschritt;
  • Tracking der Box, d.h. Identifizierung der Position einer Box auf ca. 2 m genau;
  • Messaging: Nutzung des Displays für aktuelle Informationen an die Mitarbeiter;
  • Routing: d.h. Anzeige des folgenden Arbeitsschritts nach Beendigung des vorhergehenden Arbeitsschritts.

 

Abbildung 1 : Montage-Box mit Smart Label
Abbildung 1 : Montage-Box mit Smart Label

 

Damit steuert das Smart Label in der Logistik- und in der Produktionskette den Prozess. Sie ändern je nach Station in der Produktion den Anzeigeinhalt des jeweiligen Displays, sodass nur die nötigen Informationen dargestellt werden.

Die Vorteile liegen auf der Hand:

  • Wegfall des manuellen Aufwands der handgeschriebenen Laufzettel.
  • Fehler bei der Datenübertragung von Software auf Papierzettel werden unterbunden.
  • Dem Produktionsmitarbeiter wird genau die richtige Information zur Verfügung gestellt.
  • Die Priorisierung erfolgt durch optische Merkmale.
  • Die Suche nach Kisten wird vom System unterstützt und minimiert die Suchzeiten

 

Mit dem folgenden Anwendungsbeispiel soll verdeutlicht werden, wie im konkreten Fall der Einsatz der Smart Labels erfolgen kann: Zuerst werden die Positionen eines Montageauftrags mit den einzelnen Boxen und deren Labels verknüpft. Das geschieht durch einen Barcode / QR Code Scan. Vollständige Positionen erhalten auf dem Label eine Kennzeichnung (X), bei Fehlmengen fehlt dieser Zusatz.

Grundinformation wie Auftragsnummer etc. werden immer mitgeführt und angezeigt. Wurden alle Positionen vollständig bearbeitet und rückgemeldet, dann zeigt das Label den nächsten Produktionsschritt und die dafür notwendigen Informationen an. Ebenso wird der Zustand eines nicht vollständig bearbeiteten und „zwischengeparkten“ Auftrags in einer oder mehreren Boxen angezeigt.

Falls diese z.B. zur Komplettierung gesucht werden müssen, dann ist dies mit der Funkortung innerhalb kürzester Zeit geschehen, das Display der gesuchten Box blinkt zur schnellen Identifikation rhythmisch auf, der Suchaufwand entfällt praktisch. Wurden alle Produktionsschritte abgeschlossen, werden auf dem Label nur noch die für den Versand relevanten Informationen dargestellt.

Wichtig ist natürlich die Gestaltung des Displays des Smart Labels. Je nach dem Umfang der darzustellenden Informationen auf den Displays muss zugunsten der leichten Lesbarkeit die Größe des Displays variiert werden. Im einfachsten Fall reicht ein Display mit einer Diagonale von 2,9 Zoll für 18 Felder aus.

 

Abbildung 2: Beispiel der Montagedaten auf einem Smart Label
Abbildung 2: Beispiel der Montagedaten auf einem Smart Label

Besser ist jedoch der Einsatz handelsüblicher 4,2 bzw. 4,3 Zoll- Displays. Dies führt zwar zu einem höheren Anschaffungsaufwand, der aber durch die gestiegene Sicherheit und einer dadurch niedrigeren Verwechslungsquote deutlich kompensiert wird. Da bei dem geschilderten Anwendungsfall im Bereich der Montage die Rückmeldungen über Eingaben am jeweiligen PC erfolgen, sind keine weiteren Rückmeldepunkte vorzusehen. Meist müssen jedoch andere Rückmeldepunkte installiert werden. Ein kostengünstige Lösung ist die Erweiterung des Smart Labels um einen Taster, mit dem zwei bis drei Rückmeldeeingaben realisiert werden können.

 

Wahl einer sicheren Übertragungsfrequenz für den Einsatz in rauher Umgebung

Die marktgängigen Smart Labels gibt es mit zwei alternativen Technologien:

- basierend auf dem WLAN – Standard,

- basierend auf Infrarot- Übertragung.

Beide sind für einen Einsatz unter den rauhen Bedingungen einer Produktion nur sehr eingeschränkt geeignet. Dies wird auch dadurch sichtbar, dass die Hersteller dieser Smart Labels keine Garantie für die sichere Übertragung in einer Produktion garantieren wollen und/oder können.

WLAN – Übertragungen werden durch Metall- Regale, Beton-Wände und Flüssigkeitsbehälter gestört, zudem haben die Labels einen hohen Energieverbrauch, bei Infrarot- Übertragung dürfen die Boxen nicht übereinander stehen. Unser Konzept setzt deshalb eine Funk-Technologie im Sub-Giga- Bereich ein und beinhaltet u.a. die völlige Neuentwicklung des Schaltungsaufbaus der Smart Label-Produkte. Damit kann auch eine höhere Batteriestandzeit in Verbindung mit einer geringen Latenzzeit erreicht werden.

Mit dieser Innovation bieten wir eine kostengünstige Lösung für die Steuerung von Kommissionierung und manuellen Montage von Einzelaufträgen mit Kleinteilen für wertvolle Produkte, die dadurch nach wie vor in Deutschland gefertigt werden können.