Potenziale ausschöpfen

CAPE-Tool zur digitalen Fabrikplanung beschleunigt den Restrukturierungsprozess der Montage. Der Druck des Marktes zwingt zunehmend auch die kleineren und mittleren Unternehmen, sich verschärft mit...

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CAPE-Tool zur digitalen Fabrikplanung beschleunigt den Restrukturierungsprozess der MontageDer Druck des Marktes zwingt zunehmend auch die kleineren und mittleren Unternehmen, sich verschärft mit der Produktivität ihrer Produktionsbereiche zu beschäftigen. Das primär zu verfolgende Ziel ist dabei die Reduzierung der Kosten, um die Produktpreise marktgerecht gestalten zu können. Betrachtet man die Aktivitäten in den angesprochenen Unternehmen, dann lag in der Vergangenheit der Schwerpunkt in der wesentlich griffigeren Teilefertigung. Die komplexere Montage, die in den meisten Unternehmen auch heute noch hohe Rationalisierungspotenziale bietet, wurde meist eher stiefmütterlich behandelt. Wenn, dann wurden gegebenenfalls punktuelle arbeitsplatzgestalterische Maßnahmen durchgeführt. Dadurch wurden sicherlich Verbesserungen erreicht. Größere Erfolge lassen sich jedoch nur durch eine ganzheitliche Betrachtung im Sinne einer radikalen Umstrukturierung, einer projektorientierten Vorgehensweise und der Nutzung leistungsfähiger Planungswerkzeuge erzielen. In einem mittelständischen Unternehmen, das zum Zeitpunkt der Studie der Unican-Gruppe angehörte, wurde der Montagebereich für die Produktsparte Federzüge (FZ) und Gewichtsausgleicher (GA) im Hinblick auf Strukturverbesserung und damit verbundener Kostenreduzierung ins Visier genommen. Durch die Maßnahme sollte die eigentlich artfremde Produktgruppe auf dem Absatzmarkt besser positioniert werden. Die eigentlichen Kernprodukte des Unternehmens sind Schlösser und Riegelwerke, zu denen kaum Berührungspunkte bestehen.Variantenvielfalt ist zu berücksichtigenDer Federzug dient dazu, Werkzeuge automatisch griffgünstig bereitzuhalten. An manuellen Montageplätzen wird er eingesetzt, um zum Beispiel den Elektroschrauber im Greifraum des Werkers, immer wenn losgelassen wird, an der dafür vorgesehenen Stelle zu positionieren. Der Federzug wird in vier Grundtypen unterteilt. Innerhalb der Typenreihen sind teilweise bis zu 16 Varianten möglich. Die montagerelevante Produktstruktur weist je nach Typ und Variante 14 bis 30 zu montierende Bauteile und Unterbaugruppen aus.Der Gewichtsausgleicher dient dazu, schwere Gewichte in jeder Position vollständig auszugleichen. Schwere Werkzeuge werden dort positioniert, wo sie vom Werker losgelassen werden. Dieses wesentlich komplexere Produkt wird in vier Grundtypen unterteilt. Innerhalb der Typenreihen sind auch hier teilweise bis zu 16 Varianten möglich. Die montagerelevante Produktstruktur weist je nach Typ und Variante 17 bis 47 zu montierende Bauteile und Unterbaugruppen aus. Eine auf der erfassten Typenstruktur erfolgte Absatzanalyse zeigt den schwankenden Verlauf der Bedarfe im Geschäftsjahr auf. Das vergangene Geschäftsjahr wies in Summe knapp 19 000 Federzüge und 16 000 Gewichtsausgleicher aus. Diese Zahlen wurden allerdings von wenigen Typen getragen - bei den Federzügen nahezu von einem Grundtyp und bei den Gewichtsausgleichern von drei Grundtypen. Ist-Zustands-Analyse zeigt Schwächen aufBei der Aufnahme des Ist-Zustandes wurden folgende Fragestellungen in den Vordergrund gestellt: - Welche grundsätzliche Struktur weist der Montagebereich auf? - Wie stellen sich die Montageabläufe dar?- Sind Gemeinsamkeiten im Montageablauf von Federzug und Gewichtsausgleicher gegeben?- Wie erfolgt die Bereitstellung des notwendigen Materials?- Sind die Arbeitsplätze ergonomisch gestaltet?Die Montage ist in der Halle angesiedelt, in der auch die Sicherheitsschlösser und Riegelwerke montiert werden. Der FZ-Teilbereich ist nach dem Einzelplatzprinzip strukturiert. An vier Montageplätzen werden jeweils die einzelnen Typen komplett montiert. Der GA-Bereich ist weitgehend nach dem Flussprinzip aufgebaut (Bild 1). Hier finden Baugruppenmontage an vorgelagerten Plätzen statt. Die Anordnung und Ausstattung dieser Plätze kann allerdings als äußerst unglücklich bezeichnet werden. Zum einen liegen sie über den Hauptverkehrsweg der Halle hinweg in der Schlossmontage, zum anderen handelt es sich von der Ausstattung der Plätze um Provisorien. Von ergonomisch gestalteten Montageplätzen kann auf keinen Fall gesprochen werden.Die Montageabläufe wurden im ersten Schritt den Arbeitsplänen, die den Soll-Ablauf dokumentieren, entnommen. Fehlende Informationen (zum Beispiel Zeitwerte) wurden im zweiten Schritt durch eine Aufzeichnung der Ist-Abläufe erhoben. Der Vergleich der Montageabläufe für die Federzüge und die Gewichtsausgleicher wies keine Gemeinsamkeiten auf. Ein Bereich für beide Produktgruppen ist somit ausgeschlossen. Die Disposition der Bauteile (ein Mix aus Eigenfertigung und Fremdbezug) wurde mit Hilfe eines älteren und wenig flexiblen PPS-Systems vollzogen. Die innerbetriebliche Materialbereitstellung erschien äußerst fragwürdig. Der gesamte Bereich war überfrachtet mit Gitterboxen und sonstigen Ladungsträgern unterschiedlicher Größe. Ordnungskriterien hinsichtlich der funktionalen Flächennutzung für Produktion und Logistik waren nicht erkennbar. Die Teilebereitstellung erfolgte über das Zentrallager, Mindermengenprobleme waren vom Montagepersonal zu lösen. Die Losgrößen, in denen montiert wurde, orientierten sich mehr oder weniger an den Auftragseingängen. Das ging hin bis zu Einzelmontagen. Daraus resultierten beträchtliche Schwankungen im Kapazitätsbedarf. Bei der Entwicklung des Soll-Zustandes wurden ausgehend von der Diskussion der Schwachstellen für beide Teilbereiche folgende Ziele gesetzt :- Verbesserung der Arbeitsmethoden und Arbeitsmittel. - Ergonomische Gestaltung der Montageplätze. - Sicherung von Flexibilität und das rasche Umstellen auf Varianten ermöglichen. - Integration von Produktion und Logistik. - Materialflussgerechtes Layout der Teilbereiche. Zur Unterstützung der Umstrukturierungsaufgabe wurde das CAPE-Tool Ergo-Plan der Firma Delmia eingesetzt. Das System bietet alle Funktionalitäten zur integrierten Prozess- und Layout-Planung, die für Restrukturierungsmaßnahmen komplexerer Art benötigt werden. Die Ergo-Plan-Landschaft setzt sich aus mehreren Modulen zusammen, die die Modellierung der digitalen Fabrik unterstützen. Der Zugriff auf CAD-Daten aus der Produktentwicklung ist möglich. Somit können 3D-Darstellungen wesentlich zur Vereinfachung der Montageplanung komplexer Produkte beitragen. Methodische Untersuchungen und Analysen des Produktes werden unterstützt. Ergebnisse der Prozessplanung führen zum AnlagenlayoutZur Absicherung der Montierbarkeit können Einbausituationen mittels DMU (Digital Mock Up) untersucht werden. Die Montageprozesse werden im Bildschirmdialog vorgegeben und die einzelnen Arbeitsvorgänge können mit vorläufigen, geschätzten Zeitwerten belegt werden. Die weitere Systemplanung und -gestaltung bis hin zum Anlagenlayout wird aufsetzend auf den Ergebnissen der Prozessplanung durchgeführt. Hier können nun Arbeitsstationen ausgeplant, Ressourcen zugeordnet und optimiert werden. Angelegte Arbeitsstationen lassen sich zu Montageanlagen zusammenfassen. Logistikelemente für Lagerung und Transport können hinzugefügt werden. Basis des Systems ist eine umfassende System-Elemente-Datenbank, in der marktgängige und auch eigenentwickelte Ausrüstungskomponenten gespeichert sind. Die flexible 3D-Systemdarstellung auf dem Bildschirm und die intuitive Nutzerführung gewährleisten die rasche Vorgehensweise. Ausführungszeiten der Montageverrichtungen können zum Beispiel mit MTM kalkuliert werden und zuvor eingesetzte Schätzwerte ersetzen. Die rechnergestützte Abtaktung von Montagelinien ist möglich. Unterstützt wird zudem die ergonomische Gestaltung manueller Arbeitsplätze. Darüber hinaus ist die Ablaufsimulation durch Koppelung des Simulators an das aufgebaute Fabrikmodell zur Überprüfung der Prozessdynamik möglich. Die Nutzung des Tools bringt eine systematische und sichere Ergebnisdokumentation mit sich. Als Ergebnisse sind insbesondere vollständige Betriebsmittelstücklisten, ergonomiegeprüfte und optimierte Arbeitsplatz- und Anlagenlayouts in gewünschten Ansichten, Zeit- und Montagekostenanalysen hervorzuheben. Für den Soll-Zustand musste folgende Flächenrestriktion beachtet werden. Es steht nur ein Hallenabschnitt von 15 m · 26 m zur Verfügung. Der in Richtung Hallenachse längs verlaufende Verkehrsweg muss beibehalten werden. Als Fixpunkt für den GA-Bereich war eine Prüfstation zu berücksichtigen. Die Analyse der Montageabläufe der beiden Produktgruppen wies keine Deckung auf. Somit konnte der zur Verfügung stehende Hallenabschnitt einfach in zwei Bereiche aufgeteilt werden. Auf der rechten Seite werden die Federzüge und zwei kleinere Gewichtsausgleicher-Typen montiert, im linken Teilbereich die wesentlich komplexeren Gewichtsausgleicher.Für die Montage der Federzüge wurden in Anlehnung an die Ergebnisse der Kapazitätsanalyse zwei flexible, ergonomisch gestaltete Montageplätze in Modulbauweise vorgesehen (Bild 2). Jeder Platz ist mit Austauschmodulen versehen, so dass schnell auf andere Typen umgerüstet werden kann. Bei der Teilelogistik wurde auf vereinheitlichte Kästen und Boxen gesetzt, um über eine Reduzierung der Vielfalt zu Einsparungen in der Logistik zu kommen. Teilebereitstellung erfolgt in DurchlaufregalenFür die Großteile wie Gehäuse, Seile, Federn und Deckel wurden Kunststoffkästen mit 400 mm · 800 mm Grundfläche vorgesehen. Die Teile werden losgrößenorientiert in Durchlaufregalen bereitgestellt. Für die anderen Teile sind einhängbare Greifbehälter geplant. Hinsichtlich der Arbeitsmethode wurde das reihenmäßige Montieren der Federzüge als vorteilhaft angesehen. Die im Arbeitsbereich positionierte Vorrichtung kann fünf Gehäuse aufnehmen, welche dann in Reihe komplettiert werden. Für die Prüfung des Federzugs, das heißt das Ausziehen des Seiles auf Nutzlänge, muss allerdings eine neue Prüfvorrichtung entwickelt werden. Die kleineren Gewichtsausgleicher werden auf drei in Linie angeordneten Montageplätzen gefertigt (Bild 3). Auf dem linken Platz findet die Montage einer Baugruppe statt. Es wird in ein Durchlaufregal gearbeitet, das darüber hinaus zur Materialbereitstellung für den mittleren Platz dient. Auf diesem startet die Montage des Gewichtsausgleichers, das heißt verschiedene Positionen werden hier in den Grundkörper, das Gehäuse gefügt. Über eine Rollenbahn erfolgt die Weitergabe des Montageobjektes an den rechten Platz. Hier erfolgt nach Abschluss der Montage die Funktionsprüfung in dem dafür vorgesehenen Prüfturm. Dieser Platz ist so konzipiert, das bei entsprechendem Kapazitätsbedarf auch Federzüge montiert werden könnten. Zentral im Teilbereich angesiedelt, also über kürzeste Wege erreichbar, ist ein Arbeitsplatz für die Ausführung von fallweise anfallenden Nietverrichtungen.Der Montageteilbereich für die schwereren Gewichtsausgleicher ist arbeitsteilig strukturiert (Bild 3). Im vorderen Bereich längs des Durchgangs sind die erforderlichen Vor- und Baugruppenmontageplätze. Diese werden zum großen Teil kundenanonym gebaut. Anstelle eines externen Lagers für diese vormontierten Baugruppen sind in Form von Schwerlast-Durchlaufregalen großzügigere Zwischenpuffer integriert. Aus der Analyse der Abläufe ergab sich ein Bedarf von drei Baugruppenmontageplätzen. Hinter den Durchlaufregalen beginnt die Endmontage. Für diese sind zwei Plätze ausreichend. Der erste wird aus den Durchlaufregalen rechts mit Material versorgt. Über einen Rollgang fließt das Montageobjekt zum nächsten Platz. Einkaufteile, die hier benötigt werden, sind in den zwei Durchlaufregalen davor gepuffert. Der fertig montierte GA wird über den Rollgang im weiteren Verlauf der Prüfstation zugeführt. Die Länge der Rollgangabschnitte zwischen den Stationen wird als Pufferkapazität genutzt. Die Visualisierung von Greifräumen ermöglicht eine bessere ArbeitsplatzgestaltungDie ergonomische Gestaltung der Montageplätze wurde mit der entsprechenden Funktionalität von Ergomas vorgenommen. Neben der Layout-Planung wird hier die statische und dynamische Ergonomieanalyse geboten. Die Möglichkeit der Visualisierung von Greifräumen lässt erkennen, ob die Arbeitsplatzgestaltung richtig ist. Die digitale 3D-Modellierung mit dem CAPE-Tool Ergo-Plan hat das systematische und zielgerichtete Vorgehen im Projektablauf gesichert. Die Möglichkeiten der 3D-Visualisierung haben die Diskussionsbasis unter den Beteiligten bei der Systementwicklung wesentlich verbessert. Die wichtigsten Vorteile sind :- Erforderliche Prämissen zur Systemplanung können gesetzt werden. - Die Erfüllung der Prämissen kann über den Planungsprozess verfolgt werden. - Produkt- und Prozess-Strukturen können nachvollziehbar angelegt werden. - Die 3D-Modellierung der Ressourcen im Montagebereich bringt Transparenz und Anschaulichkeit mit sich. - Die mitgeführte Betriebsmittelstückliste erfasst lückenlos den Betriebsmittelbedarf und den erforderlichen Invest-Aufwand. - Die 3D-Darstellungen zu speziellen Abläufen geben Aufschlüsse über besondere Details zum Montageablauf. - Die möglichen Ergonomie-Analysen im Ergomas führen zu gut gestalteten Montagearbeitsplätzen. - Die Prozess- und Materialfluss-Simulationen lassen Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten zu. - Die begleitende Kalkulation der Montagekosten weist immer den aktuellen Stand aus. Die wesentlichen Ergebnisse der Umstrukturierung und Neugestaltung der Federzug- und Gewichtsausgleicher-Montage sind :- Reduzierung der Montagezeiten durch überarbeitete Montageabläufe und Arbeitsmethoden. - Reduzierung der Montagezeiten durch verbesserte Arbeitsplatz-Layouts und ergonomisch gestaltete Montageplätze. - Reduzierung von logistischem Aufwand durch die Integration von Montage und Zwischenlagerung im GA-Bereich. - Beschleunigter Durchlauf durch gerichteten Materialfluss, Abstellflächen und abgesicherte Bewegungsfreiheiten für Transporte. - Flexibel eingerichtete Betriebsmittel, die Schwankungen im Kapazitätsbedarf auffangen können. Die Integration eines Zwischenlagers reduziert nicht wertschöpfende TätigkeitenDurch die Reduzierung der Zeiten konnten die Kosten gesenkt werden. Höher zu bewerten sind allerdings die monetär nicht fassbaren Verbesserungen in der Logistik, weil die eklatanten Schwächen des Ist-Zustands in dem kurzen Zeitraum quantitativ nicht greifbar waren. Insbesondere die Integration des Zwischenlagers wird den Aufwand an nicht wertschöpfenden Tätigkeiten beträchtlich reduzieren. Die Durchlaufregale bringen Ordnung und Übersicht mit sich. Sucherei von Materialpositionen und zusätzliche Lauferei zum Lager werden entfallen. Bei entsprechender Auslegung des Planungs- und Steuerungssystems zur Auftragsabwicklung sollte sinnvollerweise kundenanonym in höheren Losen in das Zwischenlager vorgefertigt werden. Oft nachgefragte Artikel, bei denen kürzeste Lieferzeiten erwartet werden, können künftig in kontrolliertem Maße über Vertriebsaufträge auf Lager gefertigt werden. Für die Vertriebs- und die Kundenaufträge ist ein rollierendes Wochenprogramm zu erstellen. Die Arbeitsverteilung könnte von den Mitarbeitern selbst vorgenommen werden. Die Flexibilität des geplanten Bereiches und die unterstellte Einsatzmobilität der Mitarbeiter gestattet einen sehr großen Gestaltungsspielraum, der bis zur Montage mit einem flexiblen, auftragsbestandsorientierten Arbeitszeitmodell reicht. Die Planung der Montage für Federzüge und Gewichtsausgleicher hat gezeigt, dass auch in kleineren Unternehmen Potenziale in der Montage vorhanden sind. Diese können über die digitale Fabrikmodellierung wesentlich rascher und treffsicherer erschlossen werden. Montageanalysen mit dem digitalen Produkt lassen auf optimale und machbare Abläufe schließen. Davon ausgehend können Montageprozesse für die Systemplanung dargestellt werden. Bei der Ressourcenplanung werden im digitalen Modell den Prozessabschnitten Systemelemente der Produktion und Logistik zugeordnet. Die Kopplung an einen Simulator ermöglicht das Experimentieren mit dem Modell.