- IT&Production - https://www.it-production.com -

Wie an einer Perlenkette

IT in der Motorenherstellung

Wie an einer Perlenkette

Beim Motorenhersteller Deutz AG steigt die Anzahl der Varianten und damit der unterschiedlichen Teile am Band ständig. Das Unternehmen stieg daher auf eine bedarfssynchrone Materialsteuerung nach dem Perlenkettenprinzip um. Die eigens entwickelte Software-Lösung wird in einem werksinternen Mietmodell betrieben.

Bild: ©Richard Läpple

Jede Variante ab Lösgröße 1 nach Kundenwunsch zu fertigen und innerhalb kürzester Zeit zu liefern – das ist die Philosophie der Deutz AG in Köln/Porz. Das Produktportfolio des Unternehmens kennt etwa 10.000 Varianten, Tendenz steigend. Dass diese Zahl immer rascher zunimmt, hat zwei Gründe: Zum einen nehmen die Sonderwünsche der Auftraggeber zu, zum anderen verlangen die gesetzlichen Rahmenbedingungen für Verbrennungsmotoren regelmäßig konstruktive Anpassungen im Bereich der Abgasnachbehandlung. Große Dieselmotoren für den Industriebedarf, für Land-, Bau- und andere Schwermaschinen unterliegen einer ähnlichen Schadstoffgesetzgebung wie PKW-Motoren. Während hier die Euro-4- oder Euro-5-Normen üblich sind, spricht man dort von Tier-3- oder Tier-4-Motoren.

Als im Jahr 2008 der Tier-4-Motor vor der Einführung stand, war den Fertigungsverantwortlichen in Köln/Porz klar: Die Handhabung der neu hinzukommenden Teilenummern würde Investitionen für Hallenfläche und automatische Materialbereitstellungssysteme erfordern. „Wir waren an einem Punkt angelangt, wo ein geordneter Materialfluss nur noch mit Mühe aufrecht zu erhalten war“, sagt Alexander Colombo, Abteilungsleiter Technik. Ein enormer Teilebestand wurde in der Montagehalle gelagert, jede Motorvariante befand sich sozusagen in Fächern und Kisten in der Nähe des Montagebandes. Colombo erläutert: „Dieses System kostete teuren Platz in der Montagehalle und vor allem auch Zeit. Die Monteure mussten die benötigten Bauteilgruppen selbst zusammenstellen und dafür teilweise längere Wege in Kauf nehmen, denn nicht jedes Teil befand sich in unmittelbarer Griffweite.“ Ein Monteur soll aber montieren, das heißt Wertschöpfung betreiben, nicht Zeit für die Bauteilbeschaffung aufwenden. Der Griff nach Bauteilen im Umfeld des Montagebandes birgt überdies eine gewisse Fehlerquote. Nicht immer liegen die richtigen Teile am vorgesehenen Ort, nicht immer greift die Hand ins richtige Fach.

Sequenz-Center legt Material an die Kette

Die Produktionsplaner ermittelten einen zusätzlichen Flächenbedarf von 4.500 Quadratmetern, unter anderem für moderne Hochregale und Paternoster, um längerfristig nach dem bisherigen System arbeiten zu können. Zum größten Teil hätte man dafür Gebäude abreißen müssen. Diesen aufwändigen Weg mit allen bekannten Nachteilen für die Produktivität wollte das Unternehmen nicht gehen. Die Zeit schien reif, die interne Logistik völlig neu zu organisieren – nach dem Perlenkettenprinzip. Inzwischen kommissioniert ein neues Sequenz-Center im Vorfeld das Material in der Verbrauchsreihenfolge der einzelnen Montageaufträge beziehungsweise Motoren. Eine solche festgelegte Reihenfolge nennen die Produktionsspezialisten ‚Perlenkette‘. Innerhalb der Ketten sind auch Verzweigungen möglich.

Eine Stückliste enthält Unterstücklisten für diverse Komponenten, beispielsweise Turbolader oder vormontierte Kurbelgehäuse. Diese bilden eigene Unterketten. Colombo erklärt: „Unsere Perlenketten sind definierte Szenarien, wie wir in den nächsten 15 Stunden produzieren möchten. Wir halten heute nicht mehr jede Motorvariante in der Montage vorrätig, sondern versorgen das Band aus dem Sequenz-Center bedarfssynchron mit Material.“ Material mit größerer Bestandsreichweite lagert darüber hinaus in einem konventionellen Lager. Die Lieferanten beliefern sowohl das Sequenz-Center wie auch das Warehouse.

Im Falle des Sequenz-Centers erfolgt die Anlieferung tagesgenau, das heißt just in time (JIT). Für die Zukunft ist die Anlieferung just in sequence (JIS) direkt ans Band geplant. Das neue Materialfluss-Prinzip erforderte auch die Anpassung des vorhandenen Manufaturing Execution-Systems (MES). Mit Schnittstellen zum Unternehmenssystem sowie zu den Maschinen und Anlagen in der Produktion ist das System zentraler Teil eines umfassenden Manufacturing Operations Managements (MOM). Mitarbeiter des IT-Anbieters HP sind zur Betreuung und Weiterentwicklung des Systems bei Deutz präsent, die Lösung wird damit als hausinternes Software-as-a-Service-Modell betrieben.

Blick auf die komplette Fertigung

Deutz beauftragte den Dienstleister mit der Implementierung weiterer Funktionen für die Perlenketten-Abwicklung in die vorhandene Lösung. Für die IT war das eine große Herausforderung, da sich die Unternehmensphilosophie im neuen Logistikkonzept widerspiegeln sollte: Die Software musste mit Losgröße 1, einem Höchstmaß an Flexibilität und extrem kurzen Reaktionszeiten zurechtkommen. Diese Aspekte machen auch den Hauptunterschied zum Perlenkettenprinzip aus, wie es in der Automotive-Branche sonst zur Anwendung kommt. Die Endabnehmer in dieser Sparte rechnen in der Regel mit wesentlich längeren Planungszeiten; ein PKW hat mehrere Wochen oder Monate Lieferzeit. Deutz garantiert seinen Kunden hingegen eine stückzahlunabhängige ‚Order-to-Delivery‘-Frist von acht Tagen.

Im Wesentlichen erweiterten die Böblinger IT-Spezialisten das MES durch drei Bausteine: Durch eine Echtzeit-Abbildung der Materialverfügbarkeiten und -bewegungen bis auf die untersten Ebenen, durch die Perlenkettensteuerung und zudem durch die Virtualisierung des Sequenz-Centers. „In diesem erweiterten MES findet sich die komplette Fabrik in virtueller Form wieder“, sagt Colombo. „Um zu sehen, wo sich welches Material genau befindet oder wo es benötigt wird, kann sich der Bediener an alle Montagestationen klicken und den Bereitstellungsprozess aus verschiedenen Blickwinkeln und Detaillierungsstufen betrachten.“ Der Zeitpunkt möglicher Störungen durch fehlendes oder mangelhaftes Material ist somit bereits im Vorfeld ersichtlich. Mit der Funktion ‚Factory Zoom‘ können Mitarbeiter erkennen, bis wann zu reagieren ist, bevor sich ein Problem auf den Montageablauf auswirkt.

In Notfallsituationen ist es immer möglich, Perlenketten kurzfristig zu verändern, um Liefertermine einzuhalten. Die Software setzt außerdem bestimmte Lösungsstrategien bei Störungen von selbst in Gang. Bei fehlendem Material etwa kann ein Motor automatisch auf eine Warteposition gesetzt und später wieder in die Perlenkette eingereiht werden. Eine weitere Option ist die Optimierung der Montagereihenfolge. Das ist bei einer hohen Varianz von großer Bedeutung. Die Software kennt den unterschiedlichen Zeit- und Arbeitsaufwand der Varianten und stellt bei Bedarf Aufträge so zusammen, dass möglichst konstante Taktzeiten am Band entstehen. Die Materialmenge, die die Software bewältigt, ist immens: Jeder Motor besteht aus 300 bis 400 Einzelteilen wie Schrauben, Deckeln oder Dichtungen und vormontierten Baugruppen wie Turboladern, Ölpumpen oder Ventilen. Etwa alle 50 Sekunden verlässt ein fertiger Motor die Montagehalle. Jeden Augenblick befinden sich mehrere hunderttausend Teile im System. Alles Material läuft komplett über den Scanner, kein Behälter gelangt zufällig an irgendeinen Ort im Unternehmen.

Gut gerüstet für steigende Vielfalt

Rückblickend sagt Technikleiter Colombo: „Die Weichenstellung war richtig. Wir sparen teuren Montageraum und unterhalten stattdessen günstige, reine Logistikflächen im Warehouse und im Sequenz-Center.“ In der Montagehalle könne man sich auf die eigentliche Wertschöpfung konzentrieren. Die Produktivitätssteigerung durch wegfallende Nebenzeiten schätzt Deutz auf etwa 20 Prozent. Nicht zu vernachlässigen ist dabei die Arbeitsplatz-Ergonomie: Durch die Entlastung der Monteure von der Materialbeschaffung lässt sich das Arbeitsumfeld besser auf die Monatage ausrichten. Auch dieser Umstand bewirkt letztendlich eine Steigerung der Produktivität. Die Investition für das IT-Projekt betrug rund 500.000 Euro und damit weniger als ein Sechstel der Gesamtinvestition. Die Produktionsplaner können auf jeden Fall durchatmen – das Material geht, an die Kette gelegt, seinen geordneten Gang. Mehr noch, das erweiterte System lässt dem Unternehmen Spielraum für Erweiterungen. „Wir sind heute in der Lage, nicht nur neue Varianten zu montieren, sondern auch komplett neue Montagelinien für neue Produkte aufzubauen, ohne die Produktionsflächen vergrößern zu müssen. Darin sehen wir den Hauptnutzen des Projekts“, sagt Colombo

 

Im Überblick: Perlenkettenfertigung

Die neue Fertigungsstruktur bei der Deutz AG basiert auf dem Prinzip der ‚Perlenkette‘. Das Konzept fordert eine möglichst konstante Folge der Aufträge wie bei Perlen auf einer Schnur: Ab der Festschreibung der Auftragssequenz darf die Reihenfolge nur in Notfällen geändert werden. Dadurch soll die Produktionslogistik optimal auf den Montagefluss abgestimmt werden. Die Einführung der Perlenkette als wesentliches Fertigungsprinzip der Lean-Production-Philosophie birgt einige Herausforderungen: Viele Detailvorgänge sind in Echtzeit synchron zu verwalten, zudem ist der klassische Ansatz des Abblockens von Änderungen bei Zulieferern heute nicht mehr umsetzbar. Kurzfristige Kundenanforderungen müssen zeitnah zur Produktauslieferung, im Extremfall während der Produktion, umgesetzt werden.