IPL-Magazin 50 | Januar 2020 | Autor: Matthias Miesbeck


Werkzeuge auf dem Weg zur Flexibilität

 

Matthias MiesbeckFlexibilität in der Produktion kann dann erreicht werden, wenn die Anlagen produktiv und effizient arbeiten. Denn nur dann ist es möglich, die Anlagen optimal und bedarfsgerecht einzusetzen.

Sobald die Maschinen und Anlagen viele Stillstände und Reparaturen verursachen, ist keine wirkliche Planung und damit auch keine wirkliche Flexibilität mehr gegeben. Deshalb sollte der Fokus im Produktionsumfeld auf der maximalen Anlagenverfügbarkeit liegen. Um diese zu erreichen, können diverse Tools aus dem Lean-Werkzeugkasten erfolgreich eingesetzt und angewendet.


Die nachfolgend genannten Tools eigenen sich hierzu in besonderer Weise:


Eine hoher OEE sichert Ihnen maximale Anlagenverfügbarkeit und damit die nötige Flexibilität


Der OEE (Overall Equipment Effectivness) als Kennzahl beschreibt die Gesamtanlageneffektivität und erfasst damit zugleich alle Verlustanteile einer Maschine. Die OEE ist über verschiedene Anlagentypen vergleichbar und lässt sich in ihrer Entwicklung verfolgen.


Sie setzt sich aus 3 Teilen zusammen:

OEE = Nutzungsgrad x Leistungsgrad x Qualitätsgrad.


So hängt die Leistungsfähigkeit einer Maschine hängt maßgeblich von 3 Faktoren ab:

  • Wie lange produziert die Maschine?

  • Wie schnell produziert die Maschine?

  • Wie gut produziert die Maschine?

 

Abb. 1: Berechnung der OEE
Abb. 1: Berechnung der OEE

 

 

Die OEE einzelner Maschinen unterscheidet sich oft sehr stark. Werte über 85 % sind als gut anzusehen und sollten mittelfristig angestrebt werden. Wie schwer ein solcher Wert zu erreichen ist, soll ein kurzes Beispiel verdeutlichen:

Eine Maschine erreicht beispielsweise einen Nutzungsgrad von 90 %, da sie schnell gerüstet werden kann. Die Leistungsgrad beträgt 90 %, da es zu wenig Leerlauf oder Stopps im Prozess kommt. Der Qualitätsgrad liegt bei 90 % inklusive aller Anlaufverluste nach dem Rüsten. Diese Werte führen zu einer Gesamtanalageneffektivität (OEE) von 72%.

Für ein besseres Verständnis der 3 Teilbereiche der OEE werden im Folgenden die Verlustarten genauer beschrieben. Das Verständnis über die Inhalte der Teilkennzahlen ist wichtig, um diese richtig und vor allem vergleichbar ermitteln zu können. Es ist notwendig, dass eine Berechnungsvorschrift erarbeitet und allgemein veröffentlicht wird, damit Veränderungen im Zeitverlauf auch vergleichbar und aussagekräftig sind.


Nutzungsgrad oder Verfügbarkeit

In Veröffentlichungen findet man die beiden Begriffe „Nutzungsgrad“ oder
„Verfügbarkeit“ gleichbedeutend. Hier werden die zeitlichen Verluste erfasst,
wobei 2 Ursachen unterschieden werden:

  • Technische Störungen: Störungen an der Maschine, beispielsweise ein defektes Maschinenteil oder Sensorstörungen durch Verschmutzungen, führen zu einem ungeplanten Stillstand. Es muss schnell reagiert werden, um den Defekt zu erkennen und umgehend zu beseitigen. Mithilfe der richtigen Wartungs- und Instandhaltungskonzepte (z.B. TPM – siehe unten) können solche Störungen deutlich reduziert und teilweise vollkommen vermieden werden.

  • Rüsten oder Einstellarbeiten: Hierzu zählen alle Tätigkeiten des maschineninternen Rüstens. Während dieser Zeit steht die Maschine für Produktion nicht zur Verfügung. Durch Rüstoptimierungen, beispielsweise SMED (Single Minute Exchange of Die – siehe unten), können diese Zeitanteile reduziert werden.

Für die Berechnung der OEE ist es wichtig, dass die Maschinenstillstandszeiten durch geplante Wartungen und Instandhaltungen nicht zur Verfügbarkeit hinzugerechnet werden.


Leistungsgrad oder Effizienzfaktor

Der Effizienzfaktor oder Leistungsgrad drückt aus, wie gut man die nutzbare Zeit für die Produktion von Teilen verwendet. Beeinflusst wird der Leistungsgrad von 2 Faktoren:

  • Leerlauf und kleinere Stopps: Diese werden durch von Produkten blockierte Maschinen hervorgerufen. Auch Fehlplanungen in der Produktionssteuerung oder fehlendes Material können die Ursachen für Leerlauf sein.

  • Verminderte Produktionsgeschwindigkeit: Der Produktionsprozess ist langsamer als geplant. Hierfür können Parameter der Maschine und der Werkzeuge eine Ursache sein.

  • Der Leistungsgrad errechnet sich aus der theoretisch notwendigen Taktzeit eines Teils multipliziert mit der Anzahl der zu produzierenden Teile. Das Ergebnis des Produktes teilt man dann durch die benötigte Zeit.


Qualitätsgrad oder Qualitätsfaktor

Der Qualitätsgrad sagt aus, wie viele Gut-Teile eine Maschine im Verhältnis zu der Gesamtanzahl der produzierten Teile produziert. Dabei existieren folgende Ursachen für Qualitätsverluste:

  • Fehlerhaftes Material: Das Rohmaterial ist bereits fehlerhaft. Eine optimierte Qualitätsprüfung vor der Bereitstellung an der Maschine sollte dieses Material aussortieren.

  • Fehler in der Maschine: Toleranzabweichungen können durch unerkannten Werkzeugverschleiß oder Abnutzungen an der Maschine hervorgerufen werden. Regelmäßige Überprüfung und Mitarbeiterschulungen verringern diesen qualitativen und damit auch zeitlichen Verlust.

  • Anlaufverluste: Nach dem Rüsten bedarf es bei manchen Anlagen (z.B. Spitzgießen) einiger Zyklen, bis der Prozess stabil ist und Gut-Teile produziert werden. Mit Hilfe optimierter Einstellungen oder vorbereitenden Maßnahmen kann diese verschwenderische Zyklenanzahl reduziert werden.

An den ersten Maßnahmenbeispielen lässt sich bereits erkennen, wie man Maschinenstillstände oder Verlustzeiten auf unterschiedliche Art und Weise verringern kann. Genaue diese Reduktion ermöglicht es dann, eine Flexibilisierung bei der Produktionsplanung zu realisieren, um so auch auf Schwankungen der Kundenaufträge reagieren zu können, ohne Überkapazitäten vorzuhalten.

 

Eine Verschlankung und Flexibilisierung der Produktion realisieren

Eine niedrige OEE ist die perfekte Ausgangssituation, um gezielt die richtigen Maßnahmen zu ergreifen, Ihre Produktion gleichmäßig fit zu machen. Zur schrittweisen und wirkungsvollen Realisierung der Maßnahmen ist es wichtig, ein paar grundlegende Optimierungsprämissen festzulegen:

  • Die Lean-Kultur und die Lean-Methodenanwendung sollten parallel im Unternehmen entwickelt werden. Ein Missverhältnis bringt nicht den erwünschten Effekt, da Maßnahmen durch das Fehlen des Lean-Verständnisses verpuffen.

  • Eine gleichmäßige Entwicklung der Lean-Kultur und der Lean-Methodenanwendung im Unternehmen ist unbedingt anzustreben. Die Lean- Philosophie erfordert ein Handeln im Unternehmen, welches eine breite Streuung der Gedanken und Ansätze inhaltlich voraussetzt.

  • Eine Harmonisierung des Lean-Verständnisses über die Führungsebenen hinweg ist ein wichtiger Erfolgsfaktor auf dem Weg zu optimalen und flexiblen Prozessen


Einzelne Maßnahmen ermitteln und Optimierungen umsetzen

Um erste Optimierungsmaßnahmen umzusetzen, priorisiert man die Verschwendungsbereichen und beginnt mit der Umsetzung an den Stellen, die das höchste Potenzial aufweisen. Die Umsetzung erfolgt im Team. Die Teammitglieder sind je nach Zielrichtung aus einem Bereich, einer Führungsebene oder entsprechend übergreifend mit einem breiten Wissen zusammengestellt.

Die Fragestellungen für das Optimierungsprojekt lauten:

  • Was fehlt und was kann wie verbessert werden?
  • Welche Hemmnisse existieren, die eine sofortige Verbesserung behindern?
  • Welche Methoden oder Hilfsmittel tragen schnell und einfach zu einer Verbesserung bei?
  • Wer eignet sich am besten zur Umsetzung der Verbesserungen?

 

TPM als Grundlage für stabile Fertigungsprozesse

TPM ist ein wichtiger Bestandteil des Lean-Managements. Die Methode zielt dabei im Wesentlichen auf die Maschinenverfügbarkeit im Unternehmen ab. Der TPM-Tempel veranschaulicht die bedeutenden Säulen sowie die notwendigen Rahmenbedingungen und Hilfsmittel.

 

 

Abb. 2: TPM Tempel
Abb. 2: TPM Tempel

 

 

 

Bei allen TPM-Projekten können die 5 Stufen durchlaufen, wobei hier Tätigkeiten von der klassischen Instandhaltungsabteilung teilweise auf die Maschinenbediener übertragen werden. Mit der Umsetzung von TPM gehen Schulungsmaßnahmen einher, die die Mitarbeiter auf ihre neuen Aufgaben vorbereiten und begleiten.


Schwerpunktprobleme beseitigen

Die effiziente Vorgehensweise zur Zielerreichung umfasst folgende Schritte:

  • Analyse und Visualisierung der Verlustquellen

  • Verlustquellen priorisieren und Handlungsschwerpunkte setzen

  • Team für Optimierungsprojekt bilden

  • Ableitung von Optimierungsmaßnahmen

  • Optimierungen umsetzen und regelmäßige Erfolgskontrolle als lebender KVP-Prozess (kontinuierlicher Verbesserungsprozess) auf Mitarbeiterebene


(Teil-)Autonome Instandhaltung

Sobald die Schwerpunktprobleme gelöst sind, kann damit begonnen werden, Instandhaltungstätigkeiten auf die Maschinenbediener zu übertragen. Folgender Ablauf hat sich hierbei als zielführend erwiesen:

  • Grundreinigung der Maschine

  • Verschmutzungsquellen analysieren und identifizieren

  • Schaffung von vorläufigen Standards

  • Qualifizierung der Maschinenbediener für deren neue Aufgaben

  • Beginn der (teil-)autonomen Instandhaltung inkl. regelmäßiger Erfolgskontrolle


Geplante Instandhaltung

Geplante Instandhaltung heißt, alle Instandhaltungsmaßnahmen zusammen mit Produktions- und Instandhaltungsverantwortlichen zu planen und feste Termine für die diversen Wartungstätigkeiten je Maschine festzulegen. Zu beachten sind in diesem Fall die Themen:

  • • Prozessbezogene Instandhaltung

    • Instandhaltungsprioritäten, die gemeinsam zu erarbeiten sind

 

Realisierung eines geplanten Instandhaltungsprogramms

Folgende Voraussetzungen sind nötig, um die Instandhaltung planbar zu machen:

  • Eine stabile Ausgangslage ohne nennenswerte Schwerpunktprobleme inkl. geschulter und in die Instandhaltung involvierte Mitarbeiter.

  • Eine effizient geplante Instandhaltung benötigt ein Informations-, Planungs- und Steuerungssystem.

  • Ablaufoptimierte Instandhaltungstätigkeiten ohne Verschwendungen in den Instandhaltungsprozessen


Präventive Instandhaltung

Präventive Instandhaltung kann nur dann realisiert werden, wenn beispielsweise eigenentwickelte Anlagen im Betrieb zur Produktion genutzt werden oder aber Entwicklungspartnerschaften mit Maschinenlieferanten existieren.
Nur dann besteht ein Einfluss auf:

  • Die Produktentwicklung neuer Maschine

  • Die Mitwirkung bei der Anlagenkonzeption und Konstruktion

  • Die Herstellungsbegleitung, Installation und Anlaufunterstützung der neuen Maschinen


Schulungen und Training

Ohne die Mitarbeiter auf ihre neuen Aufgaben im Produktions- und Instandhaltungsumfeld vorzubereiten, wird die Beseitigung von Schwerpunktproblemen an Grenzen stoßen. Gründe hierfür sind:

  • Das fehlende Verantwortungsbewusstsein der Mitarbeiter für ihre Maschine

  • Das fehlende Wissen über die TPM-Grundlagen und Werkzeuge

  • Unwissenheit über nötige Kommunikationstechniken.

  • Fehlende Vorstellungskraft hinsichtlich des Ziels „Autonome Instandhaltung“ aufgrund bestehender und akuter Probleme an den Anlagen

 

SMED

Das SMED-Prinzip (Single Minute Exchange of Die) ermöglicht in kurzer Zeit die Rüstzeiten in den einstelligen Minutenbereich zu reduzieren. Hierfür unterteilt man den Rüstprozess zunächst in:

  • maschineninternes Rüsten (hier produziert die Maschine nicht)

  • maschinenexternes Rüsten (parallel zum Bearbeitungsprozess)

 

Nun versuchen man, so viele Vorgänge des Rüstens als möglich zum maschinenexternen Rüsten zu verlagern. Hilfreich dabei ist:

  • Die Prüfung der Zuordnung der Vorgänge im Rüstprozess.

  • Die Möglichkeit der Vormontage von Werkzeugen.

  • Die Verwendung von Schnellspannsystemen und anderen Vorrichtungen

  • Die optimierte Lagerung und der Transport der Werkzeuge und Vorrichtungen zur Maschine

Diese Phase ist abgeschlossen, wenn es keine weitere Möglichkeit mehr gibt, maschineninterne Vorgänge in maschinenexterne Vorgänge zu überführen. Im nächsten Schritt können nun die maschineninternen Vorgänge optimiert werden. Die Maßnahmen beziehen sich hier vor allem auf die Werkzeuge und Prozessparameter.


Bis zu 33% mehr Produktivität erzielen

Das Bewusstsein für Lean und damit für schlanke und flexible Prozesse im gesamten Unternehmen ist wichtig und muss für eine hohe Produktivität etabliert sein und gelebt werden. Ein wesentlicher Bestandteil der Lean-Methoden sind dabei die Steuerungs-prinzipien der Produktion. Angefangen bei der Prozessstabilität und der Anordnung der Prozesse im Produktionsfluss über die Optimierung des Rüstens bis hin zum Abtakten der Prozesse gemäß dem Kundentakt und zur kontinuierlichen Verbesserung der einzelnen Elemente. Die Produktionssteuerung als tragende Säule darf in diesem Zusammenhang natürlich nicht fehlen. Wesentliches Prinzip der Lean-Produktionssteuerung ist das Pull-System. Entgegen der früheren Einplanung der Aufträge am Produktionsanfang und dem anschließenden „pushen“ der Aufträge durch die Produktion werden die Aufträge im Pull-System gezogen. Die Steuerung erfolgt am Versandpunkt oder Kundenauftragsentkoppelungspunkt zum Kunden, wobei der Kunde auch eine interne Abteilung oder Arbeitsplatz sein kann. Dieser zieht das Material beispielsweise aus der Montage, die Montage aus der Vormontage, usw.

Automatische dezentrale Steuerung mit Kanban

Kanban kann man mit einem Regal in einem Supermarkt vergleichen. Dieses wird immer ausreichend gefüllt und der Kunde kann sich je nach Ihrem Bedarf bedienen. Ziel in der schlanken Produktionssteuerung ist es, einzelne Produktionsprozesse mit einem Kanban-System zu verbinden und somit einfach zu steuern. Dadurch erreicht man einen hohen Grad an Flexibilität ohne die sonst üblichen immensen Steuerungsaufwände. Im Falle von Lean-Produktion wird nicht mehr jeder Maschine vorgegeben, was sie in der Woche zu produzieren hat, sondern es wird lediglich das Lieferprogramm festgelegt. Dieses System hat seine Grenzen. In einer variantenreichen, stark schwankenden Teilefertigung funktioniert das Kanban-System nur bedingt. Einen Ausweg bietet für dieses Dilemma bietet z. B. die FIFOVerkettung (First-In-First-Out) der Prozesse. Nach diesem Prinzip werden über kurze Pufferstrecken die Maschinen verbunden. Eine Änderung der Auftragsreihen-folge ist nicht möglich und die Abfolge sowie die Durchlaufzeiten bleiben stabil. Es können aber unterschiedlichste Varianten und Mengen bedient werden. Die Steuerung erfolgt über den ersten Prozess der FIFO-Kette.


Fazit:
Die grundlegende Voraussetzung für eine flexible Fertigung ist eine hohe Maschinenverfügbarkeit. Erst wenn diese gegeben ist, besteht die Möglichkeit ohne Überkapazitäten auf Auftragsschwankungen von Seiten der Kunden wirklich reagieren zu können. Zur Sicherstellung der benötigten Verfügbarkeit eignen sich vor allem die Methoden TPM und SMED. In Kombination mit einer Lean-Produktionssteuerung gemäß dem PULLPrinzip und einer KANBAN-gesteuerten Materialversorgung nach gemäß FIFO, kann eine moderne Produktionsumgebung wirklich variabel gestaltet werden. Wenn schlussendlich auch die Mitarbeiter mitgenommen und auf ihre künftigen Aufgaben qualifiziert werden, dann werden Auftragsschwankungen problemlos abgefedert. Sicherlich kosten diese Maßnahmen Geld, doch ist dieses Geld eine langfristig ausgelegte Anlage in eine effiziente und flexible Fertigung.


Kritische Würdigung der OEE als führende Kennzahl:
Die Verwendung der OEE als führende Kenngröße im Unternehmen kann maßgeblich auch verantwortlich sein für Fehlsteuerungen. So lässt sich die OEE z.B. auch dann verbessern, wenn große Losgrößen und Produkte produziert werden, die momentan nicht benötigt werden. Der sinnvolle Einsatz der OEE muss deswegen immer in Verbindung mit Kennzahlen wie Liefertreue und Bestand betrachtet werden.