Prozess- und Fertigungsverbesserungen

Dr. Friedrich Nolting, Aegis Software

Die typischen Hilfsmittel und Systeme, die eine Rückverfolgbarkeit ermöglichten, wurden in der Vergangenheit häufig aus widerwilliger Notwendigkeit und bedingt durch Anforderungen des Marktes, von Behörden oder Kunden, eingesetzt. Daher wurden die Anstrengungen so gering wie möglich gehalten, um diesen Anforderungen zu entsprechen.

Es wurden folglich Systeme gekauft oder selbst entwickelt, die nur die besonderen Anforderungen der erwarteten Rückverfolgbarkeit befriedigten, und in vielen Fällen dann auch nur für die jeweilig erforderlichen Baugruppen, Produkte oder festgelegten Prozessabläufe einsetzbar waren. Mit diesem Ansatz wurden nur die fremdgesteuerten Erwartungen an das Unternehmen erfüllt.

Diese eingeschränkte Sichtweise hat zahlreiche verpasste Chancen zur Folge. Durch die Anwendung der Rückverfolgbarkeit in einem so beschränkten Umfang wird in der gesamten Fertigungskultur zementiert, dass die Rückverfolgbarkeit, die Datenerfassung und das Kennzahlenmanagement eher als Belastung denn als vorteilbringende Tätigkeit anzusehen sind. Viele der vorhandenen proprietären Lösungen müssen bei sich ändernden Anforderungen jedes Mal individuell und aufwändig angepasst und erweitert werden, was zusätzliche Kosten und Bearbeitungszeit verursacht.

Die wichtigsten Ergebnisse aus einem Big-Data-Ansatz sind Prozess- und Fertigungsverbesserungen. Der Umfang und die Tiefe der zur Verfügung stehenden Daten sowie die daraus resultierenden Informationen können, soweit sie richtig genutzt werden, operative Exzellenz erzielen. Die Informationen können in der Entwicklung genutzt werden, um zukünftige Designs zu verbessern, und sie können durch die Visualisierung der aktuellen Qualitätsmess- und Produktionskenngrößen Bedienern und Managern in Prozess-echtzeit Optimierungen ermöglichen.

Der in einer modernen Lösung enthaltene Datensatz wird so gewissermaßen zur Grundlage des ‚Big-Data-Ansatzes in der Fertigung’. Wenn diese Daten für mehr als nur die Erfüllung der Rückverfolgbarkeitserfordernisse genutzt werden, werden sie zum mächtigsten Tool der Prozess- und Produktverbesserung, das man sich vorstellen kann. Sobald Big Data nutzbar gemacht wird, ist Rückverfolgbarkeit ein natürliches Nebenprodukt. Noch wichtiger ist, dass die analytischen und prozessbezogenen Verbesserungen, die sich aus Big Data ergeben, den Zugang zur ‚Operational Excellence‘ ermöglichen.

‚Big Data der Fertigung‘ ist ein Begriff, der zunehmend in der Fertigung verwendet, aber nur selten auf einer greifbaren Ebene diskutiert wird. Im Folgenden geht es um die Arbeits- und Prozessschritte, bei denen mit großen Datenmengen zu rechnen ist.

Nachdem die Entwicklung das CAD-Design fertiggestellt hat und die Stückliste (BOM) im PLM und/oder ERP verfügbar ist, muss darauf aufbauend der Arbeitsplan für die Fertigung erstellt werden. Erst jetzt sind die Produktentwicklung und die darauf aufbauende Fertigungsumsetzung komplett. Bei diesen Arbeiten sind im Zuge des Mapping der BOM-Daten zu den Entwicklungsdaten mit den verschiedenen Produktrevisionen große Datenmengen involviert.

Die Prozess-, Qualitäts-, Test- und Fertigungsingenieure analysieren anschließend zusammen mit Planern diese Daten, um das Design in einen detaillierten Prozess komplett für die vollautomatische Montage, Inspektion und Prüfung zu verwandeln. Der Prüfplan und der Prozess- und Materialfluss müssen entwickelt und festgelegt werden. Die visuelle papierlose Arbeitsanleitung für jede Station des Prozessablaufs muss entlang des gesamten Prozesses konstruiert und digitalisiert werden. Durch diesen Prozess der Produktneueinführung (New Product Introduction – NPI) ergeben sich zahlreiche dem CAD-Design und der Stückliste zugeordnete Daten, Versionsdokumentationen mit beteiligten Personen und deren Freigaben. Wir haben noch nicht einmal die Fertigung selbst erreicht und schon gibt es eine große Menge an Big Data, die gespeichert und versioniert werden muss. Kann die Produktion jetzt beginnen und sind die Linien in Fertigungsbereitschaft? Noch nicht ganz. Die Wertschöpfung in der Fertigung kann ohne Materialien am richtigen Ort und zur richtigen Zeit nicht starten. Die ERP-Materialwirtschaft stellt zusammen mit der Fertigungsauftragsfreigabe die Materialverfügbarkeit im Lager sicher. Im Manufacturing-Operations-Management-System erfolgt anschließend die fein abgestimmte Shop-Floor-Kontrolle.

Benötigt werden die Organisation von Materialien in Transportaufträge mit zielgerechten Prozesspunkten, das Management von lokalen Lagern, Kanbans sowie die Bereitstellung von Materialien in Magazin- oder Feedersystemen und deren genaue Verwendungsstelle. All diese Funktionen müssen Bauteile, Lose und Lieferumfang verfolgen, so dass eine Aufzeichnung von Materialdaten von der Laderampe bis hin zu dem Punkt, wo das Material oder ein Bauteil in das Produkt oder im Prozess eingesetzt wird, erfolgt. Diese kritische Datenerfassung muss ständig im Hintergrund laufen, um den Materialfluss in die Produktion und den Fluss der nicht genutzten Teile zurück ins Lager zu verwalten, und zwar mit detailliertestem Tracking. Allein diese Aktivitäten versprechen große, wertvolle und damit kritische Datensätze innerhalb des ‚Big Data Ansatzes in der Fertigung’.

Wenn die richtigen Materialien an jeder Station vorhanden sind, kann der Herstellungsprozess beginnen, wobei der Serialisierungsumfang und die Arbeitsauftragsinformationen in die Produktion einfließen. Die Fertigung des Produkts beginnt – und somit auch der Datenfluss. Informationen von Fördersystemen, Werkeraktivitäten, Montage- und Prozessanlagen werden gesammelt. Die Erfassung umfasst die verbrauchten oder genutzten Materialien, Chemikalien und Werkzeuge beim Eintreffen eines Produkts an jeder Station. Große Mengen an Informationen können über jede denkbare Umgebungsvariable gesammelt werden. Jede Aktion oder jedes Material, das dem Produkt zusätzlich zugewiesen wurde, sogar wie es zugewiesen wurde, und von wem es hinzugefügt wurde, werden gesammelt. Die Datenerfassung erfolgt im gesamten Prozessfluss mit Inspektion, Instandsetzung, Prüfung über den Austausch von Bauteilen bis hin zur Verpackung und dem Versand.

Ein Berg von Basisdaten wird gesammelt, also ‚Big Data der Fertigung‘. All diese Daten sollten mit den CAD-Daten und der Stückliste logisch verknüpft sein. Die in der CAD und BOM verkörperte Produktdefinition selbst ist das Bindeglied bei diesem massiven Datenvolumen.

Wenn man den ‚Big-Data-Ansatz’ betrachtet, ist die von einer bestimmten Behörde, vom Kunden oder vom Markt geforderte Rückverfolgbarkeit einfach eine Vorwärts- oder Rückwärtsabfrage der Datenmenge bzw. eine Teilmenge davon.

Führt ein Fertigungsunternehmen ein Manufacturing-Operations-Management-System ein, das in der Lage ist, den gesamten Umfang des Fertigungsprozesses zu verwalten, dann wird gewährleistet, dass die Rückverfolgbarkeit nicht mehr ein notwendiges Übel im Unternehmen ist, sondern ein automatisches Nebenprodukt einer Lösung darstellt, die eine Vielzahl von hilfreichen oder sogar lebensnotwendigen Erkenntnissen für die eigene Fertigungsexzellenz bieten kann.