Manufacturing Excellence

Turboschub für die Produktion

In der Praxis müssen sich viele Fertigungsverantwortlichen auf ihr Bauchgefühl verlassen, wie effizient die Produktionsressourcen genutzt werden. Doch Kennzahlen wie OEE geben Aufschluss darüber, was in der Fertigung schief läuft und Maßnahmen wie Condition Monitoring helfen mit, die Produktivität zu steigern. Chefredakteur Hajo Stotz zeigt Beispiele auf.
Der Werkzeugmaschinenhersteller Chiron nutzt EPS Network Services von Siemens als Basis ihres Teleservice für Anwender ihrer Maschinen.

Kurze Markteinführungszeiten und niedrigstmögliche Produktionskosten sind die Antworten auf die großen Herausforderungen des globalen Marktes - sowohl für Werkzeugmaschinen-Hersteller als auch für deren Betreiber. Hier liegt die Chance für Wachstum, mehr Ertrag und neue Geschäftsfelder. Das Rad muss dazu niemand neu erfinden: Sowohl Time to Market wie auch Fertigungskosten hängen entscheidend von der Qualität der Prozesse ab. Beste Voraussetzungen, die Innovations- und Wirtschaftskraft im Maschinenbau und in Fertigungsunternehmen zu steigern, sind daher Maßnahmen zur Prozessoptimierung rund um die Werkzeugmaschine. Der Käufer und Betreiber einer WZM setzt bei der Amortisationsrechnung eine bestimmte Produktivität voraus. Etwa die Anzahl gefertigter - und in Ordnung befundener - Teile pro Tag. Wettbewerbsfähigkeit und Wirtschaftskraft einer Fertigung hängen dann in hohem Maß davon ab, ob die geplante Produktivität erreicht wird und dass eventuelle Produktivitätsreserven erkannt und sinnvoll genutzt werden. Die tatsächliche Produktivität einer Maschine kann anhand der Kennzahl OEE ermittelt und bewertet werden. OEE ist die Abkürzung für Overall Equipment Effectiveness, zu Deutsch: Gesamtanlageneffektivität.

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Die OEE setzt sich aus den Faktoren Qualität, Performance und Verfügbarkeit zusammen. Wenn genau so viele Teile, wie mit der Maschine theoretisch gefertigt werden könnten, auch stets in der möglichen Qualität gefertigt werden, dann sind Qualität (100%), Performance (100%) und Verfügbarkeit (100%) maximal. Dies entspricht - 100%x100%x100% - einer OEE von 1. Dieser Wert wird in der Praxis nie erreicht. Eine OEE um 0,85 gilt als Indikator für eine hervorragende Maschinenausnutzung. Typisch für viele Fertigungen sind aber Werte zwischen 0,4 und 0,5 - und das signalisiert Handlungsbedarf. Doch: Zur Bewertung der Situation muss die Kennzahl erst einmal bekannt sein, und zwar aktuell und korrekt. Da sich die Berechnung der OEE - z. B. beim Ermitteln der Verfügbarkeit - heute oftmals noch auf Auswertungen des Maschinenbuchs stützt, ist das Ergebnis abhängig von der Einschätzung der Maschinenbediener, ob ein Stillstand berichtenswert ist. Der einfachste Weg, die erforderlichen objektiven Daten zu sammeln und auszuwerten, ist der Einsatz eines geeigneten Informationssystems auf der Maschinensteuerung.

Als Automatisierungspartner hat Siemens ein fundamentales Interesse daran, Maschinenhersteller und Fertigungsunternehmen auf diesem Weg zu unterstützen. Unter dem Namen "Sinumerik Manufacturing Excellence" wurden darum Produkte, Systeme, Dienstleistungen, Infrastruktur- und Kooperationsangebote gebündelt, die die Produktivität nachhaltig steigern. Dabei wird der ganze Lebenszyklus einer WZM erfasst. Von der Idee bis zum Retrofit bietet Manufacturing Excellence erprobte Methoden zu Maximierung der Produktivität.

Ansatzpunkte bilden dabei unter anderem:

das Beschleunigen der Maschinenentwicklung,

das gezielte Erschließen von Optimierungspotentialen in der Fertigung des Betreibers, und

Unterstützung bei der Entwicklung produktivitäts-steigernder und abrechnungsfähiger Dienstleistungen, von denen Werkzeugmaschinenhersteller und -betreiber gleichermaßen profitieren.

Im Rahmen von Manufacturing Excellence bietet Siemens unter anderem Werkzeuge zur Produktivitätsmessung und -Steigerung an. So ist Motion Control Information System (MCIS) ein modulares Paket von Datenerfassungs-, Auswertungs- und Managementfunktionen. Dabei handelt es sich um Systemoptionen für die CNC, wobei Massendaten auf PCs gespeichert und ausgewertet werden. Bei bestehenden Anlagen kann MCIS auch nachgerüstet werden. Anhand der gesammelten Daten sind Status- und Ursachenanalysen möglich. Aus der - gegebenenfalls auch automatisch ermittelten - OEE werden die notwendigen Maßnahmen priorisiert und ihr Erfolg bewertet. So ergibt sich ein effizienter Regelkreis für die kontinuierliche Prozessverbesserung. So konnte die Trumpf Maschinen Austria GmbH in Pasching, Österreich, in ihrer Fertigung für Biegepressen, die bereits mit herkömmlichen Mitteln weitgehend optimiert war, durch den Einsatz elementarer MCIS-Funktionen weitere Verbesserungen erzielen: Die durchschnittliche Nutzungsdauer einer Engpassmaschine konnte um zwei Stunden pro Tag gesteigert werden - innerhalb weniger Tage und durch rein organisatorische Maßnahmen. In Pasching werden derzeit 80 Trubend-CNC-Biegemaschinen und sechs Bendmaster-Biegerobotor pro Monat hergestellt. Die Engpass-Maschine ist der Fließmontage als Lieferant der produzierten Rahmen und Balken vorgelagert. Die Fließmontage hat 12 Stationen und wird etwa alle 3 Stunden getaktet. Manuel Mayrhofer, TPM-Koordinator bei Trumpf in Pasching: "Wir haben hier eine Schlüsselmaschine, die wie alle anderen Maschinen Just in Time produziert. Ihr Stillstand kann zu Verzögerungen an unserer gesamten Fließmontage führen." Zur Optimierung des Bottleneck wurde das MCIS genutzt. "Mit der Funktion "Historie Zustände" ist die Aufteilung der verschieden Maschinenzustände zu sehen, das sind z.B. Produktion, Rüsten, Technische Störungen, usw. Mit der Funktion "Störgrundanalyse" können als Problem identifizierte Zustände im Detail ausgewertet werden", erläutert Manuel Mayrhofer. "So hatten wir damals festgestellt, dass bei "Historie Zustände" Rüsten als besonders großer Anteil zu erkennen war. Mit der "Störgrundanalyse" konnten wir dann in Pareto-Ansicht diese Gruppe im Detail betrachten und feststellen, dass der Hauptanteil bei "Werkzeugrüsten" lag." An dieser Maschine ist ein Mitarbeiter für den Betrieb der Maschine und die Rüsttätigkeiten der Werkzeuge zuständig. Die Werkzeuge werden an einem an die Maschine angeschlossenen automatischen Werkzeugmagazin eingelagert und von dort mittels eines Roboters der Maschine zugeführt. "Damals ist die Maschine, während der Mitarbeiter die Werkzeuge kontrolliert und gerüstet hat, still gestanden", beschreibt Mayrhofer die Situation vor Einsatz des MCIS. "Dadurch hatten wir auch den großen Anteil an "Werkzeugrüsten" in der Störgrundanalyse. Es wurden mehrere Probleme festgestellt. Beispielsweise waren die Wege beim Vorgang Werkzeugrüsten nicht optimal. Diese wurden durch Einsatz von Problemlösungsmethoden aus dem Synchronen Produktionssystem und TPM optimiert. Hinzu kam, dass bestimmte Bearbeitungsprozesse an der Maschine definiert wurden, bei denen der Bediener von der Steuerung weg kann und während diesen definierten Bearbeitungen Werkzeuge rüsten kann."

Verfügbarkeit ist entscheidendes Erfolgskriterium

In einer kostenoptimierten Fertigung führt bereits eine geringe Beeinträchtigung der Verfügbarkeit zu einem deutlichen Gewinneinbruch - denn Stillstand kostet. Dies gilt in extremem Maß, wenn die Fertigung in eine Just-in-Time- und Just-in-Sequence-Produktion eingebunden ist. Häufig wird darum versucht, Verfügbarkeit und Fertigungsqualität durch engmaschige Wartung zu gewährleisten - ein Sicherheitsdenken, das höhere Wartungskosten als nötig nach sich zieht und außerdem zu vermehrten Stillständen eben wegen Wartungsarbeiten führt. Eine Alternative ist die quasi-kontinuierliche Überwachung des Maschinenzustands als elektronische Dienstleistung. Bei diesem Condition Monitoring werden einzelne verschleißbehaftete Komponenten in definierten Zeitabständen auf Veränderungen hin überwacht. Werden vorab festgelegte Grenzwerte verletzt, wird eine Ursachenanalyse angestoßen. Durch die nun präzise bedarfsorientierten Wartungsmaßnahmen lassen sich unkontrollierte Stillstände zuverlässig vermeiden. Die insgesamt reduzierte Wartungsintensität spart Kosten und lässt mehr Zeit für die produktive Nutzung der Maschine. "Jeder Maschinenausfall bedeutet Produktionsstillstand und natürlich Kosten", bestätigt Peter Albrecht, Elektrokonstruktion bei dem Werkzeugmaschinenhersteller Chiron in Tuttlingen. "Diese Kosten können sich bei Maschinen, die sich in Schlüsselproduktionen befinden, gravierend auswirken, da nachgeschaltete Prozesse davon betroffen sind. Man kann sich sehr gut ausmalen, was es bedeutet solchen Kosten zu vermeiden. Mit Condition Monitoring besteht die Möglichkeit ein sich anbahnendes Problem zu erkennen und dieses durch gezielte Maßnahmen zu entschärfen. Im Augenblick ist hierzu noch ein fundiertes Wissen um die Prozesse in einer Werkzeugmaschine notwendig. Das wird sich aber in Zukunft durch konsequente Weiterentwicklung des Condition Monitorings verbessern."

Chiron setzt Condition Monitoring zur Überwachung von bei Kunden eingesetzten Maschinen ein. Das von den Schwaben entwickelte Conditon Monitoring beobachtet die Werkzeugwechselvorgänge der einzelnen Wechslerarme mit der Spindel. Treten während eines Wechselvorganges Probleme auf, so dass der Werkzeugwechsel automatisch wiederholt werden muss, wird dies aufgezeichnet und über das Internet zu Chiron gesendet. Der Chiron-Service wertet diese Daten über ein Tool aus und leitet entsprechende Maßnahmen in Abstimmung mit dem Endkunden ein. "Es wird deutlich", erläutert Peter Albrecht, "dass wir hier ein Werkzeug haben, um die Verfügbarkeit unserer Maschinen zu verbessern."

Das Condition Monitoring stützt sich im Wesentlichen auf die Zustände und Vorgänge in der PLC. Zudem werden auch die Verhaltensmuster der CNC-Achsen aufgezeichnet und ausgewertet. Chiron setzt hierzu das von der Siemenstochter EPS-Network Services entwickelte Condition Monitoring ein. Zwar lässt sich "nach der Behebung eines Problemes nachträglich schlecht beurteilen, welchen Schaden das Problem verursacht hätte", so Peter Albrecht, "es läßt sich aber mit Sicherheit sagen, dass ein undefinierter Ausfall verhindert wurde. So zum Beispiel konnten wir bei einem unserer Endkunden den Ausfall des Werkzeugwechslers verhindern, oder den Ausfall des X-Achsmotors der durch eine Unregelmäßigkeit in einem Achstest auffiel."

Die Reaktionsgeschwindigkeit auf Alarme des Condition Monitoring wird durch die Ressourcen begrenzt, die rund um die Uhr für diese Fälle bereitstehen. Siemens hat darum eine Plattform geschaffen, über die sofort und ohne weitere Vorbereitungen nicht nur der Betreiberservice aktiviert wird, sondern bei Bedarf auch der Service des Maschinenherstellers und der Support des Automatisierungspartners. Dies geschieht über einen eigenen Online-Dienst, das electronic Production Services (EPS) Network. Dessen Infrastruktur ermöglicht den vom Betreiber autorisierten Partnern den Fernzugriff auf die Maschine und ihre vollständige Datenhistorie. Auf dieser personellen und datentechnischen Basis sind eine sehr rasche Analyse und Fernwartung möglich, auch ein eventueller Ersatzteilbedarf kann sofort und exakt abgeklärt und die Bestellung veranlasst werden.

Die Leistungsfähigkeit des EPS Networks nutzt Siemens, um eigene Online-Dienstleistungen zur Produktivitätssteigerung anzubieten, stellt das Netzwerk jedoch auch für Kooperationen zwischen Maschinenherstellern und Betreibern zur Verfügung. Dabei werden dem Maschinenhersteller separate Ressourcen zugeteilt, so dass er über eine ¿eigene¿ gesicherte Plattform zur Kooperation mit seinen Kunden verfügt - und jederzeit direkten Kontakt zum Support des Automatisierungspartners hat. Ohne Investitionen in eine eigene Infrastruktur und ihre datentechnische Absicherung kann der Maschinenhersteller seinen Kunden neue, innovative und individuelle Dienstleistungen nach dem Stand der Technik anbieten - und zwar weltweit.

Verfügbarkeit wird zum Produkt

Im einfachsten Fall übernimmt der Maschinenhersteller die Aufgabe des Condition Monitoring für "seine" Maschinen und organisiert die bedarfsorientierte Wartung. Die konsequente Fortführung dieses Ansatzes ist, dass der Maschinenhersteller nicht nur die Maschine verkauft, sondern auch ein Abonnement auf den vom Betreiber benötigten Verfügbarkeitsgrad. Dies entlastet den Betreiber, er kann sich nun vollständig auf sein operatives Geschäft konzentrieren. Der Maschinenhersteller erspart sich die aufwändige Einzelfallabrechnung der Reise- und Einsatzkosten und gewinnt eine neue, kontinuierliche Einnahmequelle. Gleichzeitig bekommt er valide und lückenlose Rückmeldungen für die Qualitätssteuerung seiner Maschinenentwicklung - und kann in der Gewährleistungszeit seinen Serviceaufwand ebenfalls durch einen rein bedarfsorientierten Einsatz reduzieren. Über das ePS Network profitiert der Maschinenhersteller nun selbst von der Qualität seiner Maschinen über die gesamte Nutzungsdauer hinweg. Dies bedeutet letztlich in vielen Fällen auch eine extrem verbesserte Kundenbindung und die beste Grundlage für ein aktives und bedarfsgerechtes Vorgehen des Vertriebs bei anstehenden Neuinvestitionen.

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Titelgeschichtelange Version der Titelgeschichte aus SCOPE Oktober 2008

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