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Digitales Shopfloormanagement

Digitales Shopfloor-Management

Die Digitalisierung gibt der Wirtschaft neue Impulse. Herstellungsprozesse wandeln sich, Logistik wird neu gedacht und auch der Vertrieb findet neue Wege, Kunden zu erreichen. Besonders die stetig zunehmende Automatisierung von Arbeitsabläufen steht immer wieder im Fokus der öffentlichen Wahrnehmung. Denn neben einer kosteneffizienteren Produktion und der daraus resultierenden Steigerung der Konkurrenzfähigkeit führt diese zu einem Abbau von Arbeitsplätzen. Selbst in den Domänen, in denen aufgrund ihrer Spezialisierung oder Komplexität bisher menschliche Arbeitskraft der effizienteste Weg der Produktion war, gewinnt der automatisierte Prozess durch ständige Weiterentwicklung immer mehr an Boden.

Die unausweichliche Folge davon ist die menschenleere Fabrik. Ein Traum für jeden rein wirtschaftlich denkenden Unternehmer, der sich nicht mehr mit Ausfallzeiten, Ermüdung oder zwischenmenschlichen Problemen befassen muss. Eine Dystopie allerdings für viele Angestellte, die ihre Existenz gefährdet sehen. Doch die wirtschaftlichen Zwänge, denen die Unternehmen ausgesetzt sind, lassen sich nicht wegdiskutieren. Nur wer Gewinn erzielen kann, wird sich langfristig am Markt behaupten. Ohne Automation und Digitalisierung ist das heute nicht mehr zu schaffen. Die Konsequenz: manuelle Montage muss sich wandeln und die Chancen der Automation nutzen. Die unterschiedlichen Stärken von Mensch und Maschine müssen kombiniert werden, so dass sie sich optimal ergänzen.

Die Gründe dafür sind vielfältig, lassen sich aber gut identifizieren und eingrenzen:

  • Steigende Variantenvielfalt: Kunden verlangen immer mehr Individualisierungsmöglichkeiten. Diese als Werker alle jederzeit abrufen und zügig fertigen zu können, wird immer schwerer, erfordert lange Anlernzeiten und viel Übung.
  • Steigende Qualitätsanforderungen: Dort wo manuelle Fertigung unumgänglich ist, darf ihre Qualität der automatisierten Fertigung in nichts nachstehen. Da menschliche Arbeit aber oft fehleranfällig ist, sind Maßnahmen erforderlich, die eine effizientere Qualitätskontrolle möglich machen.
  • Mangelndes Fachpersonal: Der Mangel an Fachkräften macht sich auch in der Fertigung bemerkbar. Gut ausgebildetes Personal ist schwer zu finden. Die oben beschriebenen, stetig steigenden Anforderungen, machen diesen Mangel zudem kontinuierlich prägnanter.

Maßnahmen zur Effektivitätssteigerung der manuellen Produktion

Das Ziel einer Aufwertung der manuellen Fertigung muss eine Produktivitätssteigerung bei gleichzeitiger Prozesssicherheit sein. Nur wenn gewährleistet ist, dass die Qualität der Produktion im gleichen Maße steigt, wie deren Geschwindigkeit, ist eine entsprechende Maßnahme sinnvoll. Eine zusätzliche Herausforderung stellt dabei die Beherrschung der immer komplexer werdenden Arbeitsschritte dar.

Grundlage einer solchen digitalen Unterstützung sind Daten. Die stetig zunehmende Automatisierung, Sensorik & Aktorik sowie eine umfassendere Systemintegration führen dazu, dass bereits heute umfassende Mengen an Informationen im Bereich der Fertigung vorhanden sind. Diese auszuwerten, zu ordnen und vom Werker bis zum Produktionsplaner allen Beteiligten zugänglich zu machen, stellt einen der vielversprechendsten Ansätze für eine Effizienzsteigerung in der manuellen Produktion dar. Diese Daten bieten die Möglichkeit zur explorativen Visualisierung und schlussendlich auch für den Einsatz von künstlicher Intelligenz.

OEE in der manuellen Shopfloor-Montage

Wie lässt sich dieser Ansatz auf die manuelle Montage übertragen und schließlich sinnvoll in den Produktionsprozess integrieren? In den meisten Systemen kommt umfangreiche Kameratechnologie zum Einsatz. Durch die Speicherung visueller Daten des Produktionsprozesses entsteht ein digitaler Schatten desselben. Diese Informationen werden genutzt, um allen Beteiligten in der Fertigung zur Seite zu stehen und sie mit allen nötigen Informationen zu ihrer Arbeit zu versorgen. Die einzelnen Arbeitsschritte können so im Rahmen einer explorativen Visualisierung ausgegeben und schließlich sogar mit einer künstlichen Intelligenz verknüpft zu einem kompetenten Assistenten werden, der dem Werker zur Seite steht und dessen Fähigkeiten ergänzt und erweitert.

Die Grundlage dafür ist ein zukunftsorientiertes Wissensmanagement. Dies macht die Integration der verschiedenen Systeme des Shopfloors erforderlich. Werkerzentriert und anwendungsoptimiert werden diese als Datenbasis für alle weiteren Prozesse in den digitalen Assistenten eingebunden. Dabei können zahlreiche bisher eigenständige Verfahren Informationen beisteuern und im Gegenzug von Synergieeffekten profitieren. Auch die vollständige Integration ist an vielen Stellen möglich, sodass nur noch das digitale Assistenzsystem erforderlich ist.

  • Die Daten der CAD-Software können direkt im Assistenzsystem hinterlegt werden. So stehen sie unternehmensweit zur Verfügung. Werker wie Ingenieure können auf die detaillierten Informationen zu jedem Bauteil von jedem Arbeitsplatz aus zugreifen. Die visuellen wie technischen Daten dienen zudem als erste Blaupause für die Kontrolle aller Werkstücke.
  • Durch die Echtzeitaktualisierung relevanter Informationen zum Produktionsdatenmanagement (PDM) können Strategien für das Product Lifecycle Management (PLM) schneller erkannt, überprüft und mit belastbaren Daten unterfüttert werden. So ist durch die ständige Sammlung relevanter Kennzahlen eine Überprüfung der bestehenden Effizienz ebenso möglich wie die Kontrolle der Sinnhaftigkeit neuer Maßnahmen.
  • Auch die Qualitätskontrolle im Rahmen der CAQ wird in das Assistenzsystem eingebunden. Die ständige, automatische und in Echtzeit ablaufende Aktualisierung aller für den Werkprozess relevanten Informationen bietet eine ganze Reihe von Vorteilen:
    • Die Prüfpläne sind stets aktuell.
    • Die Informationen sind eine solide Basis für statistische Prozesskontrollen.
    • Automatische i.O.-Buchung ersetzt manuelle.
    • Fehlerhäufigkeiten und Fehlerkorrelationen können schneller erkannt und mit einer entsprechenden Software sogar automatisch aus großen Datensätzen ausgelesen werden.
  • Entsprechend werden auch die Ansätze der ERP/APS-Maßnahmen durch die Assistenzsysteme effizienter. In vielen Unternehmen spart allein die automatisierte Qualitätskontrolle 30 Prozent der Produktionszeit ein. Automatisieren und vereinfachen lassen sich:
    • Checklisten und Dokumentation werden automatisch gefüllt und ausgelesen. Sie stehen zudem unternehmensweit zur Verfügung und verbessern die Nachprüfbarkeit der Qualitätskontrolle. Das beinhaltet auch die Rückverfolgbarkeit verbauter Komponenten durch o Scanner sowie o Kamera.
    • Die Möglichkeit, kritische Montageschritte z.B. durch Rückmeldungen von digitalen Montagewerkzeugen oder durch eine Bilddokumentation durch Kameratechnologie zurückzuverfolgen, lässt eine effizientere Kontrolle und Fehlervermeidung zu.
    • Automatische Updates und korrekte Versionierung sparen Zeit und stellen ein stets einwandfrei laufendes System sicher.

Informationen als Basis einer effizienteren manuellen Produktion

Durch detaillierte Montagefolgen und deren Bestätigung (Beyond ERP) wird ein Großteil der Verantwortung für einen erfolgreichen Arbeitsschritt vom Mensch auf die Maschine übertragen. Die automatische Gut/ Falsch-Erkennung durch die Kameratechnologie stellt sicher, dass keine abweichenden und im Zweifel fehlerhaften Montagereihenfolgen zum Einsatz kommen, als die nachweislich effizientesten. Durch die Visualisierung der Montageschritte (Guided Assembly) hat der Werker zudem stets eine genaue Vorstellung davon, was von ihm erwartet wird, auch ohne Vorerfahrung und Einlernzeit.

  • Effektive Rückverfolgbarkeit erleichtert die Vermeidung von zukünftigen Fehlern. Eine damit einhergehende effiziente, automatisierte Dokumentation erbringt zudem ohne Mehraufwand den Nachweis, dass die Montage korrekt ausgeführt worden ist.
  • Detaillierte Zeitrückmeldungen dienen als Basis für eine Messung der Gesamtanlageneffektivität (OEE)
  • Explorative Visualisierung bietet die Möglichkeit, sowohl bisherige Best Practices Verfahren als auch ineffiziente Prozessabweichungen sicher zu identifizieren und zu optimieren.
  • Know-how-Digitalisierung, um Wissen im Unternehmen zu halten, dass sonst mit den entsprechenden Mitarbeitern verschwinden würde. Durch ein Assistenzsystem steht dieser Erfahrungsschatz allen Mitarbeitern unternehmensweit und in Echtzeit zur Verfügung.
  • Das Langfristziel ist eine „Maschinendatenerfassung (MDE) für Montage“, also ein Assistenzsystem, das dank großer Datenmengen schließlich selbstständig den effizientesten Weg der Produktion findet und in einen nachahmbaren Prozess umsetzt.

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