Sulzer Technical Review Ausgabe 3 / 2018

Nutzen von Big Data in Sulzer-Fabriken

26. Juli 2018

Das Ziel: die Optimierung der Prozesse in den Fabriken mithilfe von Daten. Dazu implementierte das Team von Global Operations ein Manufacturing Execution System (MES). Nach Erfassung und Analyse der Daten machten sich die Mitarbeiter sofort daran, Prozesse zu verbessern. Das Ergebnis: eine eindrucksvolle Steigerung der Effizienz um 12% in den ersten drei Jahren.

Autor: Markus Scheidbach, Haag, Schweiz

Laut den Vereinten Nationen leben im Jahr 2018 rund 7'600'000'000 Menschen auf der Erde. Sulzer Applicator Systems produziert über 4'000'000'000 Kunststoffteile im Spritzgussverfahren für Kunden, die diese Applikatoren verwenden.

So viele Teile in der gleichen Qualität herzustellen, ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Von der Planung bis zur Beschaffung, von der Maschineneinstellung bis zum Betrieb, von der Wartung bis zur Qualitätskontrolle – alle Prozessschritte müssen koordiniert werden und Hand in Hand arbeiten. Die Digitalisierung bietet Sulzer die Möglichkeit, alle erforderlichen Daten zu erfassen, zu analysieren und zielgerichtet zu handeln (Abb. 1).

Abb. 1 Nutzbringender Einsatz von Big Data im Sulzer-Werk im schweizerischen Haag.

Jede eingesparte Sekunde zählt. In Fertigungsbetrieben mit grossen Stückzahlen machen sich die Einsparungen besonders bezahlt. Die Lösungen von Sulzer Applicator Systems werden für eine Vielzahl von Produkten im Kosmetik-, Healthcare- und Dentalbereich sowie in der Industrie und im Bauwesen verwendet.

Sulzer Applicator Systems entwickelt Ein- und Zweikomponenten-Präzisionsmischsysteme einschliesslich Kartuschen, Mischern und Dispensern für Dental-, Klebstoff- und Bauanwendungen. Viele der Produkte werden im Werk im schweizerischen Haag hergestellt.

Definition der Daten und Evaluierung des MES-Tools

Ein achtköpfiges Team war für die Definition der erforderlichen digitalen Daten, die Evaluierung des richtigen MES-Tools und dessen Einführung verantwortlich. Ein wichtiger Aspekt bei einem solch komplexen Projekt ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit, da Fachwissen aus verschiedenen Bereichen gefordert ist – von Managementanalysen und Geschäftsanwendungen über betriebliche Arbeitsabläufe, Maschineneinstellung und -wartung bis hin zu Qualitätsgrenzen und IT-Wissen.

Der erste Schritt zur Bestimmung des richtigen Tools bestand in der Definition aller Leistungskennzahlen (Key Performance Indicators, KPIs). Aus den für einen profitablen und reibungslosen Betrieb der Anlagen relevanten KPIs konnten die erforderlichen Einzeldaten abgeleitet werden.

Während sich die Erfassung einiger Daten relativ einfach gestaltete (z. B. indem die Steuerung der Spritzgussmaschinen als Quelle genutzt wurde), mussten für andere Daten spezielle Schnittstellen eingerichtet werden (Abb. 2). Die wichtigste Vorbereitung besteht jedoch in der Definition der digitalen Unternehmens- und Datenstruktur.

Nach Festlegung der wichtigsten Merkmale wurden drei verschiedene MES-Tools genauer betrachtet. Die Sulzer-Experten entschieden sich schliesslich für das MES, bei dem die Daten aus dem vorhandenen Ressourcenplanungssystem (ERP) auf einfache Weise über eine standardisierte Schnittstelle integriert werden konnten – eine intelligente Entscheidung, die bei der Implementierung erhebliche Kosten und viel Zeit sparte.

Abb. 2 Schritte zur Implementierung des Manufacturing Execution Systems (MES) bei Sulzer Mixpac in Haag (Schweiz).

Hervorragende Teilequalität

Damit sich die hohen Investitionen in Spritzgiesswerkzeuge, Spritzgiessmaschinen und Automatisierungslinien rentieren, sind diese bei Sulzer fast rund um die Uhr in Betrieb. Um einen effizienten Betrieb zu gewährleisten, benötigt das Management-, Betriebs- und Wartungspersonal einen Überblick, was in der Fabrik passiert. Hier sorgt die Datenerfassung für 100%ige Transparenz.

Der wichtigste zu verfolgende Parameter ist die Qualität, d. h. die Massgenauigkeit der Teile. Nur die Fertigungsgenauigkeit jedes einzelnen Teils ermöglicht es Sulzer, die von den Kunden geschätzte Produktqualität zu garantieren.

Die Präzision der Teile wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst: Rohstoffe und Homogenität der Werkstoffmischung, Temperaturen, Druck in der Spritzgiessform, Qualität der Form und des Abkühlvorgangs sind nur einige Beispiele. Die höchste Qualität ist nur gewährleistet, wenn des Produktionsprozess gleichmässig und unterbrechungsfrei abläuft. Bei einem Fehler wird die Maschine angehalten, und alle Teile werden aussortiert, bis die Prozessparameter zu 100% mit den Vorgaben übereinstimmen.

Qualitätsbewusste Einstellung

Sulzer ist stolz auf seine hervorragende Qualität. Das Unternehmen implementierte eine 100%ige Masskontrolle bei der automatischen Montage von Mischern und Applikatoren. Die Teile, welche die Qualitätskontrolle nicht bestehen, werden automatisch ausgeworfen. Das MES erfasst all diese Messungen und zeigt alle beteiligten Stellen in der Anlage. Diese können mithilfe der Daten bis zur Quelle zurückverfolgt werden.

Die wichtigste Kennzahl – OEE

Die Overall Equipment Effectiveness (OEE) oder Gesamtanlageneffektivität bestimmt, wie effektiv eine Fertigungsanlage und ihre Kapazität genutzt werden. Die Ergebnisse werden in generischer Form angegeben, um Vergleiche zu ermöglichen. Ausserdem wird der OEE-Wert genutzt, um den Umfang möglicher Leistungsverbesserungen zu bestimmen. Eine OEE-Messung dient häufig als Indikator für die erfolgreiche Umsetzung von Lean-Manufacturing-Prinzipien. Der OEE-Wert errechnet sich aus den wichtigsten Kennzahlen (Verfügbarkeit, Leistung und Qualität) des betrachteten Systems.

Schnelleres Handeln durch bidirektionale Kommunikation

Aufgrund der hohen Produktivität der Spritzgiessmaschinen bedeutet jeder Produktionsstopp einen enormen Verlust an Zeit, Qualität und Rentabilität. Sulzer implementiert alle möglichen Tools, um die Mitarbeiter bei der Optimierung und Rationalisierung von Prozessen zu unterstützen.

Die bidirektionale Kommunikation zwischen dem ERP-System und dem MES spielt hierbei eine wichtige Rolle. So kann die Planungsabteilung nicht nur die Anzahl der zu produzierenden Teile, sondern auch die richtigen Maschineneinstellungen automatisch an die Spritzgussmaschine übermitteln. Dies erleichtert auch die Rückverfolgung bei Qualitätsproblemen.

Wie im zwischenmenschlichen Umfeld sind Kommunikation und Austausch äusserst wichtig. Das MES kommuniziert mit dem Planungstool und meldet die Zahl der produzierten Teile zurück. Diese bidirektionale Kommunikation hilft Sulzer dabei, die Termintreue der Lieferungen zu verbessern. Kommt es zu Problemen, können die Aufträge sehr kurzfristig auf anderen Maschinen eingeplant werden, um Liefertermine entsprechend einzuhalten (Abb. 3).

Abb. 3 Bidirektionale Kommunikation zur Datensynchronisierung zwischen ERP-System und MES.

MES-Implementierungsphase

Das Operational-Excellence-Programm unter dem Motto „faster and better“ startete im Werk von Sulzer im schweizerischen Haag, wo das MES im Rahmen des Programms zuerst installiert wurde. Die Installation umfasste physisch vernetzte Hardware, die dazugehörige Visualisierung sowie Planungs- und Managementsoftware.

Die Visualisierung wurden vom Lieferanten des MES an die Anforderungen von Sulzer angepasst. Das System zeigt die wichtigsten Kennzahlen (KPIs) übersichtlich und leicht verständlich auf einem Bildschirm an. Sulzer nutzt die Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE), um die Werte vor und nach der Installation des MES sowie verschiedene Fertigungsstätten rund um die Welt zu vergleichen.

Cockpitansicht für jeden

Da jeder Mitarbeiter zum Erfolg des Fertigungsbetriebs beiträgt, ist jeder in der Lage, die Cockpitansicht zu sehen. Die Hauptanzeige des Sulzer-MES ist eine Tachodarstellung (Abb. 4). Die Farbkennzeichnung entspricht einer Verkehrsampel und ist leicht verständlich: Rot bedeutet, der Wert ist deutlich ausserhalb des zulässigen Bereichs und erfordert sofortige Massnahmen. Warnungen sind in Gelb dargestellt, Grün bedeutet – wie bei einer Ampel – alles O.K.

Ein Effizienzwert von über 100% deutet darauf hin, dass die Planungswerte nicht richtig sind. Aus diesem Grund hat die Effizienzanzeige die Farbanordnung Rot, Grün, Gelb im Gegensatz zu allen anderen Cockpitanzeigen, bei denen die Reihenfolge Rot, Gelb, Grün ist.

Abb. 4 Cockpitanzeige des MES für alle Nutzer bei Sulzer.

Wichtige Kennzahlen

Der Fertigungsstandort besitzt rund 170 Anlagen bestehend aus Spritzgiessmaschinen und Automatisierungslinien sowie einen Bestand von 2‘600 Spritzgiessformen. Bei der Einrichtung des MES wurde jedes Betriebsmittel im System erfasst und gekennzeichnet. Ausserdem wurde jeder Produktionsablauf mit seinen generischen Komponenten abgebildet und unterteilt. Anschliessend konnten die Produktionszahlen für jede Maschine und Komponente erfasst und verglichen werden. Der OEE-Wert errechnet sich aus den Kennzahlen Leistung, Verfügbarkeit und Qualität, wobei die Leistung einfach zu messen ist: Sie entspricht der Anzahl der produzierten Teile im Vergleich zur Vorgabemenge im gleichen Zeitraum.

Als zweite wichtige Kennzahl wird die Verfügbarkeit der Maschine erfasst. In diesem Wert sind die Betriebszeit und Stillstandzeiten für Formenwechsel, Inspektionen, Wartung und Probleme mit der Zuverlässigkeit berücksichtigt. Beim Spritzgiessen steht die Produktivität in direktem Zusammenhang mit der in der Maschine verwendeten Spritzgiessform. Gründe für Stillstandzeiten können Probleme mit der Form oder der Kombination von einer bestimmten Form mit einer Maschine sein.

Die dritte wichtige Kennzahl ist die Qualität. Alle Ausschussteile werden erfasst und mit Angaben zur betreffenden Maschine, Form, Schicht sowie verschiedenen anderen Betriebsparametern aufgezeichnet.

Es dauerte zwölf Monate, das System zu installieren, Vergleichsdaten zu definieren und hochzuladen und aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Als wir die ersten Echtzeitdaten sahen, wussten wir sofort, wo wir ansetzen mussten. Jede Veränderung hat eine schrittweise Verbesserung bewirkt, was uns insgesamt jedes Jahr eine wertvolle Steigerung der OEE gebracht hat. Ronny Graf, Leiter Injection Healthcare, Haag, Schweiz

Nutzen für Sulzer

Die digitalen Einblicke sind äusserst hilfreich für alle Betriebsmitarbeiter. Das Management kann genau sehen, was vor sich geht, und langfristige Investitionsentscheidungen treffen. Das Wartungsteam hat einen klaren Anhaltspunkt, welche Massnahmen erfolgreich waren, und das Bedienpersonal kann schneller reagieren (Abb. 5). Sämtliche Zahlen genau zu kennen, ist besser, als sich auf Schätzungen verlassen zu müssen. Sich das Betriebsverhalten von 2‘600 Formen zu merken, ist schwierig, doch für ein MES kein Problem. Es gelang der Belegschaft mithilfe von Echtzeitdaten die OEE binnen drei Jahren um 12% zu verbessern.

Abb. 5 Vorteile des MES beim Spritzgiessen.

Kundennutzen der Digitalisierung

Mit dem beträchtlichen Produktivitätszuwachs geht auch ein bedeutender Nutzen für den Kunden einher, denn durch die höhere Produktivität ist auch die Termintreue der Lieferungen auf 98% gestiegen. Das bedeutet, dass Sulzer in der Lage war, 98% der Aufträge innerhalb der avisierten Zeit auszuliefern. Durch die zusätzliche Produktionskapazität sind zudem die Produktionspläne flexibler geworden, was auf der Skala der Kundenzufriedenheit ebenfalls weit oben rangiert.

chster Digitalisierungsschritt

Die Implementierung des MES in Haag ist Bestandteil eines grösseren Smart-Factory-Konzepts. Zu den Missionszielen gehören eine verbesserte Konnektivität vom Produktionsbereich zur Verwaltungsetage, schlanke Fertigungsverfahren und die Einführung innovativer Softwaresysteme. Ausgehend vom Erfolg in der Schweiz hat sich das Management von Sulzer dazu entschlossen, das Programm global auf Betriebe in fünf Ländern auf drei Kontinenten auszuweiten.


Sulzer Technical Review

Nadia Qaud

Editor-in-Chief


Sulzer Management AG

8401 Winterthur

Switzerland

Telefon: +41 52 262 32 67