Wie intelligent ist das Layout in Ihrem Metallverarbeitungsbetrieb?

May 27, 2023

Chris Ryan/OJO Bilder

Was bedeutet es, klug zu sein? Ein kluger Mensch hat oder zeigt schlagfertige Intelligenz. Eine intelligente Maschine ist jedes Gerät, das so programmiert ist, dass es zu einer unabhängigen Aktion fähig ist. Eine intelligente Anlage nutzt Technologien wie das industrielle Internet der Dinge (IIoT), Big Data, künstliche Intelligenz und Digitalisierung, um die Leistung und Gesamteffizienz einer Anlage zu optimieren und zu verfolgen.

Was genau macht das Layout eines kundenspezifischen Herstellers intelligent? Ein kundenspezifischer Hersteller verfügt über ein intelligentes Layout, wenn sein Design den unidirektionalen Fluss maximiert und die Kosten dieses Flusses minimiert. Es ist die Grundlage eines effektiven Produktionssystems. Das Layout einer Anlage beeinflusst, wie alles durch das System fließt – Rohmaterial, unfertige Erzeugnisse (WIP), Personal, Besucher, Lieferanten, Kunden, Maschinen, Vorrichtungen, Werkzeuge und Informationen.

Einige der besten Anlagen in der kundenspezifischen Fertigung verwenden eine Kombination aus funktionalen und zellularen Layouts. Im Zellenteil der Werkstatt produziert jede eigenständige, flexible Zelle eine Familie ähnlicher Teile mit gemeinsamen, wenn nicht sogar identischen Prozessanforderungen. Kennen Sie die Teilefamilien in Ihrem Produktmix?

Das beste Layout-Design für jede Anlage berücksichtigt auch alle sekundären Prozesse wie Entgraten und Einsetzen von Hardware. Beispielsweise könnte eine Zelle über mobile Wagen mit Werkzeugen verfügen, die erforderlich sind, um diese sekundären Prozesse wann und wo sie benötigt werden, durchzuführen.

Außerdem sollten Vorproduktions- oder Prototyping-Arbeiten in einem separaten Bereich der Anlage durchgeführt werden. Einmalige und intermittierende (oder sporadische) Arbeiten sind im Wesentlichen ein Extremfall der Fertigung mit hohem Mix und geringem Volumen. Mindestens ein intelligenter kundenspezifischer Hersteller verfügt über eine separate Schnellreaktionszelle, die dazu beiträgt, Unterbrechungen bei der Produktion großer bis mittlerer Stückzahlen zu reduzieren, die durch kleine Auflagen sich nicht wiederholender Teile verursacht werden.

Die Batch-and-Queue-Produktion ist der Fluch eines rein funktionalen Layouts. Stellen Sie sich den Schaden für drei Geschäftsziele vor – WIP-Kontrolle, Durchsatz und pünktliche Lieferung –, wenn Materialausbeute und Batch-and-Queue-Produktion in jeder Abteilung (Plasmaschneiden, Biegen, Schweißen) im Funktionslayout einer Werkstatt eine Rolle spielen würden. Stellen Sie sich nun den Ablauf in einem intelligenten Anlagenlayout mit Zellen vor. Die Software verschachtelt alle benötigten Teile zur Herstellung einer einzelnen Schweißkonstruktion (oder einer Charge dieser Schweißkonstruktion) in einer Zelle. Ein Plasmaschneider verbrennt die Teile. Ein Portalroboter oder ein anderer Mechanismus platziert dann alle Teile auf der Entgratungsstation. Der Bediener entgratet die Teile und legt sie in die Schweißvorrichtung. Anschließend veranlasst er den Lichtbogenschweißroboter, die Schweißkonstruktion zu erstellen. Derselbe Bediener prüft die Arbeit und schleift etwaige Schweißspritzer ab. Jeder Arbeitsgang, der zur Herstellung einer Schweißkonstruktion erforderlich ist, die an das Montageband geschickt wird, wird in einer Zelle durchgeführt.

Fertigungszellen dienen als Grundlage für die übergreifende Schulung der Mitarbeiter. Beispielsweise könnte ein bereichsübergreifend geschulter Bediener in einer Ein-Personen-Fertigungszelle Seite an Seite mit einem oder mehreren Cobots arbeiten, die 3D-Aufgaben erledigen – also schmutzige, langweilige oder gefährliche Aufgaben. Cross-Training garantiert eine Erhöhung des Verhältnisses von Maschinen zu Bedienern in jeder Zelle. Es erhöht außerdem die Geschwindigkeit aller Material- und Informationsflüsse in der Anlage und trägt dazu bei, dass die Engpassmaschinen bei etwa 85 % ausgelastet bleiben. Da die Bediener zwischen verschiedenen Zellen wechseln können, verfügt die Werkstatt vor allem über die Flexibilität, sich an Veränderungen in der Nachfrage nach in den Zellen hergestellten Teilen anzupassen.

Die Maschinenauslastung kann WIP-Kontrolle, Durchsatz und pünktliche Lieferung nicht ersetzen – außer an der Engpassmaschine in einer Zelle oder in einem Engpass-Arbeitszentrum für die gesamte Werkstatt. Zu viele kundenspezifische Hersteller sind Sklaven der veralteten Praxis, jede Maschine (und ihren Bediener) maximal auszulasten, unabhängig von der WIP, die dadurch in der gesamten Anlage entsteht. WIP ist eine Form des Inventars, und Inventar ist ein Vermögenswert, oder? Falsch. Inventar ist eine der sieben Abfallarten.

Aus diesem Grund sollte die Materialauslastung nicht isoliert von der Maschinenauslastung, der Arbeitsauslastung, der WIP-Kontrolle, dem Durchsatz und der pünktlichen Lieferung behandelt werden. Um beispielsweise die Blechausbeute zu erhöhen, „kürzen“ die meisten Hersteller, indem sie entweder den Zeitplan vorausschauen oder Füllteile verwenden. Sie versuchen auch, Bleche und Platten in der richtigen Größe für typische Auflagen zu bestellen.

Die erhöhte Fließgeschwindigkeit eines Zellenlayouts muss durch ein Werkstattmanagement ergänzt werden, das auf einem Tagesplan basiert, der von einer Planungssoftware für begrenzte Kapazitäten erstellt wird. Darüber hinaus muss der Tagesplan mithilfe einer Kombination aus einem Maschinenüberwachungssystem und einer Worker-Connectivity-Plattform ausgeführt, überwacht und aktualisiert werden, die den Mitarbeitern bei Bedarf die Kommunikation ermöglicht.

Hier ermöglichen die Wasserspinnen, die die gesamte Fabriklogistik abwickeln, den Einsatz der übrigen Mitarbeiter in der Werkstatt. Es reicht nicht aus, nur eine gute Arbeitsmoral zu haben, die alle Mitarbeiter bindet und motiviert, den Tagesplan einzuhalten oder zu übertreffen. Sie müssen rechtzeitig neue Arbeiten erhalten. Sie müssen ihre fertigen Arbeiten rechtzeitig abtransportieren und an die nächste Arbeitsstelle liefern lassen. Sie müssen Fragen zu Werkzeugen, Qualität, Vorrichtungen und anderen Ressourcen rechtzeitig beantworten. Jeder kluge, maßgeschneiderte Hersteller verfügt über eine oder mehrere Wasserspinnen, die mehr als nur alltägliche Materialhandhabungsaufgaben erledigen.

Die Planung selbst sollte auf die Gegebenheiten der Werkstatt zugeschnitten sein. Betrachten Sie das klassische Kanban-System für die Pull-Planung, das verhindert, dass vorgelagerte Arbeitszentren neue Aufträge starten, bis nachgelagerte Arbeitszentren ihre Auftragswarteschlange auf den Nachbestellungspunkt reduziert haben. Die Job-Shop-Alternative zur Pull-Scheduling ist die Praxis der Arbeitsauftragsfreigabe (Work Order Release, WOR). Stellen Sie sich jede Bestellung, die an die Werkstatt freigegeben wird, als Kanban vor.

Hersteller können WOR mit dem einfachen Trommel-Puffer-Seil-Konzept aus der Constraints-Theorie implementieren oder einen fortgeschrittenen Ansatz mit endlicher Kapazitätsplanung wählen. Der letztere Ansatz verwendet eine Kombination aus Vorwärts- und Rückwärtsplanung an der Engpassmaschine oder am Arbeitsplatz, um die Reihenfolge und den Zeitpunkt für die Freigabe jedes Auftrags in der Anlage zu bestimmen. Außerdem verfügt ein intelligenter kundenspezifischer Hersteller über einen qualifizierten Vollzeit-Produktionsplaner.

Ein Anlagenlayout ist sinnvoll, wenn externe Dienstleister (OSP) – Pulverbeschichter, Wärmebehandler, Galvanisierer – als Erweiterung der Anlage behandelt werden. Jeder Lieferant ist als Arbeitsplatz im Produktionsplan enthalten. Dies gibt beiden Parteien (dem kundenspezifischen Hersteller und seinem OSP) vollständigen Einblick in die Art und Weise, wie ihre Zeitpläne andere beeinflussen und mit ihnen interagieren.

Solche umfassenden Werkstattpläne können sich besonders für einen Hersteller als vorteilhaft erweisen, der langfristige Verträge für Teile oder Produkte verwaltet. Ein Hersteller und seine Dienstleister könnten sogar ein Konsortium zum Austausch bewährter Verfahren bilden.

Flexibilität sollte sich nicht auf schnelle Umrüstungen einzelner Maschinen wie Abkantpressen und Bearbeitungszentren beschränken. Im weitesten Sinne gibt es bei einem intelligenten Anlagenlayout verschiedene Formen der Flexibilität.

Das erste ist das Bekannteste: Einrichtungsflexibilität, wenn einzelne Anlagen schnell von einem Auftrag zum anderen wechseln können.

Hinzu kommt die Prozessflexibilität, wenn die verfügbaren Ressourcen (Maschinen, Menschen, Werkzeuge) und Systeme eine Vielzahl von Teilen mit unterschiedlichen Spezifikationen herstellen können.

Durch die Flexibilität beim Routing kann das gleiche Teil mit einem von mehreren unterschiedlichen Routings hergestellt werden. Dank der Mischungsflexibilität kann eine Werkstatt eine große Vielfalt an Teilen gleichzeitig verarbeiten, die unterschiedliche Materialien, Lieferanten und Toleranzen erfordern.

Die Volumenflexibilität trägt der Variabilität der Bestellmengen für gleiche oder unterschiedliche Teile oder Produkte Rechnung. Diese Variabilität nimmt zu, wenn dieselbe Anlage versucht, Teile in unterschiedlichen Phasen ihres Lebenszyklus zu produzieren.

Schließlich gibt es noch die Flexibilität der Anlage, die eine schnelle Neukonfiguration der gesamten Anlage ermöglicht, wenn sich die Mischung oder das Volumen ändert. Dazu gehört die Bereitstellung mobiler Geräte, in der Regel für sekundäre Prozesse, die bei Bedarf schnell an jeden beliebigen Ort in der Anlage verlegt werden können.

Verfügt das Layout Ihrer kundenspezifischen Fertigungswerkstatt über alle diese verschiedenen Arten von Flexibilität, die jede Lohnwerkstatt haben muss? Investitionen in Fertigungsautomatisierung, Inspektion und andere prozessbezogene Technologien sollten mit Investitionen in Materialhandhabung, Teileverfolgung und die in Ihrer gesamten Fabrik eingesetzten IT-Systeme einhergehen. Dies sind die grundlegenden, wesentlichen, industriellen und produktionstechnischen Details, die den Kern jedes Produktionssystems ausmachen!

Eine intelligente Investition in Software und Automatisierung muss wichtige Kennzahlen wie Sicherheit, Qualität, Lieferung und Kosten verbessern, die für alle wichtigen Ströme im Anlagenlayout berechnet werden – nicht nur die Ströme von Rohmaterial, WIP und Fertigwaren, sondern auch die Ströme von Menschen und Informationen. Der Informationsfluss kann alles umfassen, was eine manuelle Dateneingabe überflüssig macht; Schließlich birgt jeder Tastendruck ein Fehlerpotenzial und jeder Fehler bei der Materialhandhabung kann zu einer großen Zeitverschwendung führen. Technologien wie Augmented Reality, tragbare ID-Scanner und Pick-to-Light-Systeme (bei denen Lichter anzeigen, welche Produkte oder Materialien Wasserspinnen auswählen sollen) können dabei helfen, den WIP visuell auszuwählen, zu überwachen, zu messen und zu steuern.

Das Anlagenlayout eines kundenspezifischen Herstellers ist intelligent, wenn die Monteure alle Teile erhalten, die sie benötigen, um pünktlich und gemäß Zeitplan zu beginnen. „Vollständig“ bedeutet, dass die Wasserspinne gemäß der Stückliste (BOM) für dieses Produkt den Milchlauf durchgeführt hat, um alle in den verschiedenen Zellen produzierten internen Teile sowie die gekauften Teile, die im benachbarten Teile-Supermarkt gelagert sind, einzusammeln die Montageabteilung. Ohne einen Tagesplan, der von einer Planungssoftware für begrenzte Kapazitäten erstellt wird, und ohne eine genaue, vollständige Stückliste im ERP-System könnte der Milchlauf zu einem unvollständigen Teilesatz führen.

Ein intelligenter und dennoch einfacher Ansatz, um die Vollständigkeit der an die Montage gelieferten Bausätze sicherzustellen, ist der Einsatz visueller Kanban-Systeme. Beispielsweise hat ein Hersteller in Columbus, Ohio, speziell angefertigte „Bausatzwagen“ verwendet, um den kompletten Teilemix in der richtigen Menge zum Schweißen und Zusammenbauen einer bestimmten Anzahl von Rahmen zu transportieren. Sobald alle diese Komponenten verbraucht waren, rollte die Wasserspinne den Wagen zurück zu einem leeren weißen Quadrat, das auf den Boden neben der Blechbearbeitungswerkstatt gemalt war. Diese Quadrate dienten als Lagerpuffer und verbanden die Montage mit der Blechbearbeitungswerkstatt.

Möchten Sie wissen, ob Ihre Einrichtung über ein intelligentes Layout verfügt? Kaufen Sie ein Set mittelgroßer Sharpies in mindestens 20 verschiedenen Farben. Drucken Sie eine Zeichnung Ihres aktuellen Layouts. Wählen Sie eine Probe von mindestens 20 Produkten aus. Wenn Sie benutzerdefinierte Varianten desselben Produkts erstellen, können Sie die vollständige eingerückte Stückliste (IBOM) für die Standardproduktvariante abbilden. Wenn Sie jedoch ein klassischer Lohnfertiger sind, der eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte herstellt, können Sie eine Produkt-Quantität-Umsatz-Analyse (PQR) durchführen und einige Produkte im 80-20-Sweetspot der Pareto-Kurve auswählen. Wählen Sie nun eines aus Teil der Probe, die Sie gerade identifiziert haben. Wählen Sie einen dieser Sharpies aus und verfolgen Sie seine Route Schritt für Schritt.

Fahren Sie fort, bis Sie die Führung jedes Teils im Beispiel nachgezeichnet haben. Herzlichen Glückwunsch, Sie haben ein Spaghetti-Diagramm erstellt!

Was sehen Sie also in dem Spaghetti-Diagramm, das Sie gerade erstellt haben? Lange Pfeile? Sich kreuzende Pfeile? Viele Pfeile betreten und verlassen eine bestimmte Abteilung? Bidirektionale Pfeile (d. h. Jobs, die zwischen Abteilungen zurückverfolgt oder hin und her verschoben werden)? Pfeile ohne Sichtlinie (LOS)? Das heißt, dass keiner der Bediener an den beiden Arbeitsplätzen, die durch einen Pfeil mit einer Sichtlinie von Null verbunden sind, bestimmen kann, wann er Arbeit von den Lieferanten- bzw. Kunden-Arbeitsplätzen senden oder erwarten soll.

Seien Sie sich darüber im Klaren, dass dies bei der Gestaltung eines intelligenten Anlagenlayouts nur der oberflächliche Aspekt ist. Weitere Faktoren sind, wo und wie die Inspektionsfunktion integriert werden soll und welche spezifischen Multifunktionsmaschinen man kaufen sollte, um den Materialfluss zu reduzieren und Prozesse zu verbessern. Unabhängig davon sind die Grundprinzipien hinter diesen Ideen dieselben: Schauen Sie über die von Ihnen gekauften Maschinen und die von Ihnen installierte Technologie hinaus.

Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem sich Manager und Mitarbeiter eines Fab-Shops nur auf die Maschinenverfügbarkeit und Auslastungseffizienz konzentrieren. Dabei ignorieren sie die Kosten, Qualitätsprobleme und Produktionsverzögerungen, die durch Transfers zwischen jedem Paar aufeinanderfolgender Vorgänge im Arbeitsablauf jedes von ihnen hergestellten Produkts entstehen – mit anderen Worten: alle Linien im Spaghetti-Diagramm, die Sie gerade gezeichnet haben.

Gehen Sie davon aus, dass alle grundlegenden Elemente vorhanden sind. An Arbeitsplätzen, die keine Engpässe darstellen, konzentrieren Sie sich auf die WIP-Kontrolle und die Flussgeschwindigkeit, nicht auf die Maschinenauslastung. Sie verwenden Kennzahlen wie Engpass-Maschinenauslastung, Durchsatz und Umsatzgeschwindigkeit. Sie planen strategisch. Sie entwerfen Multiprozesszellen und schulen die darin arbeitenden Mitarbeiter übergreifender. Sie ermächtigen sie zu bestimmen, wer ihre „Wirtszelle“ verlässt, um in anderen Zellen zu arbeiten, in denen es nicht genügend Bediener gibt oder in denen die Nachfrage gestiegen ist.

Ihr Spaghetti-Diagramm ist Ihr Leuchtturm, der Sie zu den Grundelementen eines erfolgreichen kundenspezifischen Produktionssystems führt. Natürlich hat Ihr Shop einzigartige Eigenschaften. Aber in vielen Fällen gilt: Je mehr Sie tun können, um das Spaghetti-Diagramm für die Ist-Materialströme in Ihrer Anlage weniger verwirrend zu gestalten, desto intelligenter dürfte Ihr Anlagenlayout sein. Technologie allein wird Sie nicht dorthin bringen!