Variantenreiche
Sequenzfertigung mit MES

Jeden Arbeitsschritt
digital unterstützt

Unter Sequenzfertigung sind mehrstufige Montageprozesse variantenreicher Produkte zu verstehen. Nachdem gerade Automobilhersteller ihre Produktion nach dieser Methode strukturiert haben, gewinnt sie auf dem Weg zur Industrie 4.0 auch in anderen Branchen an Bedeutung. Um die entstehenden Abläufe digital und standardisiert abzubilden, braucht es flexible Softwaresysteme. Ein zeitgemäßes Manufacturing Execution System kann das leisten.

Bild: MPDV Mikrolab GmbH

Montageprozesse variantenreicher Produkte erfordern einerseits einen schnellen Arbeitstakt und andererseits einen kontinuierlichen, zielgerichteten Informationsstrom. Hierzu gehören neben Arbeitsanweisungen in elektronischer Form auch Steuerkommandos für angeschlossene Peripherie wie Werkzeuge, Schrauber oder Pick-by-Light-Systeme. Bisher wurden solche Anforderungen meist mit sogenannten JIT/JIS-Systemen (Just-in-Time/Just-in-Sequence) auf SPS-Technik abgebildet, die dafür extra programmiert werden. Bei feststehenden Produktkonfiguratoren ist dies meist unproblematisch. Mit immer kürzeren Produktlebenszyklen dürfte sich das allerdings ändern. Künftig wird es erforderlich sein, die Geschwindigkeit der heutigen JIT/JIS-Systeme mit einem weit höheren Maß an Flexibilität zu kombinieren. Auf diese Weise lassen sich im Sinne von Mass Customization auch kleine Losgrößen wirtschaftlich herstellen. Einen entsprechenden Funktionsumfang vorausgesetzt, lassen sich dafür die Montageprozesse weitreichend in einem MES abbilden.

Veränderte Anforderungen

Viele MES-Anwendungen versorgen Fertigungsarbeitsplätze mit Informationen zum Arbeitsgang. Auch die Erfassung von Daten in Echtzeit gehört zur Grundausstattung solcher Softwaresysteme. In komplexen Montageprozessen reicht es allerdings oft nicht mehr aus, Arbeitsabläufe nur grob zu strukturieren. Waren bisher Arbeitsgänge die kleinste im MES bekannte Einheit, so zwingt die Montage zu feineren Untergliederungen: sogenannten Arbeitsschritte. Aufgrund der hohen Taktrate und der Vielzahl an Varianten profitieren Werker deutlich von den passenden Informationen zum aktuellen Arbeitsschritt auf einen Blick.

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Montage im MES abbilden

Die Sequenzfertigung profitiert deutlich von echtzeitfähigen Steuerungs- und Informationskonzepten. Diese lassen sich hervorragend in ein MES integrieren. Nachdem eine Fertigungslinie im System abgebildet ist, müssen zunächst die Arbeitsabläufe inklusive möglicher Verzweigungen modelliert werden. Dabei sind alle definierten Produktvarianten nach den entsprechenden Arbeitsanweisungen und alle Arbeitsstationen sowie die dort angeschlossenen Peripheriegeräte zu berücksichtigen. Auch Nacharbeitsschleifen sind als Teil des Ablaufschemas abzubilden. In einem zweiten Schritt werden einzelne Produktvarianten als Untermenge des Gesamtablaufes definiert. Sobald die Produktion angestoßen wird, dient der definierte Ablauf als Vorlage für die Linie und den Werker. Dieser Startschuss erfolgt meist durch sogenannte Abrufe der Teile in bestimmten Ausprägungen und nicht selten in einer vorgegebenen Reihenfolge, also Just-in-Sequence.

Arbeitsanweisungen lassen sich im System etwa mit Bildern und Videos illustrieren.
Bild: MPDV Mikrolab GmbH

Individuelle Werkerführung

An jeder Station wird nun das herzustellende Produkt beziehungsweise dessen Ladungsträger identifiziert, zu dem das MES die passenden Arbeitsschritte kennt. Der Werker bekommt passende Arbeitsanweisungen angezeigt, die er ausführt und quittiert. Dazu erhält er Informationen, die etwa Fehler verhindern sollen. Schritt für Schritt entstehen so die geforderten Produktvarianten. Dabei ist auch die Integration halb- und vollautomatischer Arbeitsschritte möglich. Um die Qualität der Produkte sicherzustellen, werden immer wieder Prüfungen durchgeführt, die sofort Auswirkungen auf die Weiterverarbeitung des Teils haben. Werden Mängel entdeckt, kann eine automatische Prozessverriegelung dafür sorgen, dass ein schadhaftes Teil nicht weiter verarbeitet und zur Nacharbeit ausgeschleust wird. Durch vorher definierte Maßnahmen wie Reparatur kann ein ausgeschleustes Teil wieder zum Gutteil werden. Bestandteil der individuellen Werkerführung sind ergonomische Bedienoberflächen, die jedem Werker genau die Informationen zeigen, die er für den aktuellen Arbeitsschritt an dieser Station benötigt. Hierbei haben sich auch Darstellungen nach dem Poka-Yoke-Prinzip als nützlich erwiesen. Als Anzeigegerät können herkömmliche Industrie-PCs, mobile Tablets oder sogar Datenbrillen – sogenannte Smart Glasses – dienen. Wichtig ist in jedem Fall, dass die Wahl des jeweiligen Gerätes die Bedürfnisse des Werkers an dieser Arbeitsstation berücksichtigt. Auch die Anbindung benötigter Peripheriegeräte kann sinnvoll sein. Beispielsweise ist die Überwachung des Drehmoments eines angeschlossenen Schraubers vorgesehen, um die korrekte Schraubverbindung der Teile sicherzustellen und zu dokumentieren.

Transparentere Abläufe

Alle Daten, die während der Produktion erfasst werden, müssen im Sinne der Traceability übergreifend zusammengeführt und ausgewertet werden können – auch die, die innerhalb von Fertigungslinien erfasst wurden. Hierbei bringt die nahtlose Integration der Montagelinien in ein MES-System Vorteile, denn das System kennt dann alle Daten, die während der vor- beziehungsweise nachgelagerten Produktionsschritte und bei der Montage entstanden sind. Außerdem kann das MES aus den erfassten Daten Kennzahlen berechnen, die sich für eine kontinuierliche Prozessoptimierung nutzen lassen. Aber auch für die Rückverfolgbarkeit und Nachvollziehbarkeit muss der Produktionsvorgang in vielen Branchen dokumentiert werden. Die Integration von Fertigungslinien in das MES ermöglicht dabei eine Betrachtung vom ersten bis zum letzten Arbeitsschritt.

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