Technisches Monitoring bei...
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Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik Dr.-Ing. Tobias Voigt Technisches Monitoring bei Getränkeabfüllanlagen
Transcript of Technisches Monitoring bei...
1 Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik Dr.-Ing. Tobias Voigt
Technisches Monitoring
bei Getränkeabfüllanlagen
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Automatische Datenerfassung
Manuelle BDE Automatische BDE
keine Medienbrüche
geringes Fehlerrisiko
geringer Personalaufwand
keine Papierflut
hohe Erfassungsrate
individuelle Auswertungen
unternehmensweite Integration
Vorteile automatischer BDE:
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Automatische Betriebsdatenerfassung
Standardschnittstelle
Ethernet Netzwerk
Kommunikations-befehle
Testtool
Datenpunkte
Tagnamen/Nummern
Datentypen
XML Geräte-beschreibung
Lebensmittelproduktion/Getränkeabfüllung, Verpackung
Datenauswertung
Qualitätssicherung
Chargenverfolgung
Effizienzanalyse
MES
Maschinen Controller
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MES - Definition nach VDMA Einheitsblatt 66412-1
Ein Manufacturing Execution System (MES) ist ein prozessnah operierendes
Fertigungsmanagementsystem (Produktionsleitsystem). Es zeichnet sich gegenüber ähnlich
wirksamen Systemen zur Produktionsplanung, wie dem ERP (Enterprise Resource
Planning), durch die direkte Anbindung an die Automatisierung aus und ermöglicht die
zeitnahe Kontrolle und Steuerung der Produktion.
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Anlagenübergreifende Prozessvisualisierung
[Quelle: COPA-DATA GmbH ]
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Anlagenübergreifende Prozessvisualisierung
[Quelle: Paulaner Brauerei GmbH & Co KG]
[Quelle: Proleit AG]
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Produktionsüberwachung im Gantt-Chart
[Quelle: COPA-DATA GmbH ]
8
[Quelle: Proleit AG]
Kennzahlen zur Effizienzbewertung
[Quelle: COPA-DATA GmbH ]
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Produktionsmanagement
[Quelle: KHS GmbH]
[Quelle: Krones AG]
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Produktionsmanagement
[Quelle: Paulaner Brauerei GmbH & Co KG]
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Kennzahlen zur Bewertung
der Abfülleffizienz
• Verlust- und Zeitbetrachtungen
• Anlagenbewertung
– DIN 8782
– Overall Equipment Effectiveness (OEE)
– Overall Performance Indicator (OPI)
• Bezugseinheiten
• Bewerten einzelner Aggregate
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Mögliche Verluste
Ungenutzte Zeit
Ungeplante Zeit
Geplante Stillstände
Umstellen
Störungen
Ausschuss
Minderleistung
Feiertage, Wochenende, Nächte,
Betriebsurlaub, …
NoNa (No Order, No Activity),
kein Arbeitsauftrag
Schulung, Reinigen,
Generalüberholen,
Leerfahren, Rüsten,
Justieren, Anfahren
Anlagefremd (Materialfehler, Personal)
Anlagebedingt (Funktionsstörung, Ausfall)
Unterfüllt, überfüllt, unverschlossen,
fehletikettiert, …
Herabregeln des Zentralaggregats, kurze
Stillstände durch Ausgeschleuste Behälter
Nebenzeiten
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Allgemeines Zeitenmodell
Kalenderzeit
Geplante Personalzeit
Arbeitszeit
Betriebszeit
Maschinenlaufzeit
Eff. Produktionsz.
Produktionszeit
Ungenutzt
Ungeplant
Umst.
Störungen
Auss.
Minderl.
Gepl. Still.
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Beispielhafte (fiktive) Abfüllwoche
Fiktives Gantt-Chart der Anlagenzustände einer Mehrwegabfüllanlage
Betrachtet wird eine gesamte Kalenderwoche
von So. 0:00 bis Sa. 24:00 Uhr
So
Mo
Die
Mi
Do
Fr
Sa
2:00 3:000:00 1:00 6:00 7:004:00 5:00 10:00 11:008:00 9:00 17:0014:00 15:0012:00 13:00 19:0016:00 21:0018:00 22:00 23:0020:00
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Beispielhafte Abfüllwoche
Nach Umrechnung von
Minderleistungen und
Ausschuss in äquivalente
Störzeiten ergeben sich
folgende Werte:
4480
Min
2880
450
Störung
Ausschuss
Gepl. Stillstände 560
960
470
160
Zustand
Minderleistung 120
Produktion
ungenutzt
ungeplant
Umstellung
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DIN 8782
Arbeitszeit
Betriebszeit
Allgemeine Laufzeit
Effektive
Laufzeit
Umst.
Anlagefremde
Störungen
Gepl. Still.
Anlagebedingte
Störungen
(Minderl., Auss.)
Ausnutzungs
-grad
Wirkungs-
grad/
Liefergrad
Nebenzeiten
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Kennzahlen nach DIN 8782
AnlagederngungNennausbrinQ
LaufzeitAllgemeine
Beh. abgef. korrekt Stückzahl
LaufzeitAllgemeine
LaufzeitEffektive :adWirkungsgr
estQ
AnlagedersbringungEinstellauestQ
LaufzeitAllgemeine
Beh. abgef. korrekt Stückzahl :Liefergrad
nQ
tArbeitszei
Beh. abgef.korrekt Stückzahl
tArbeitszei
LaufzeitEffektive :sgradAusnutzung
nQ
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DIN 8782
+ Unterscheidet anlagebedingte und anlagefremde
Störursachen
+ Exakte Betrachtung von Minderleistungen und Ausschuss
+ Bezüge zu Einstell- bzw. Nennausbringung
+ Entwickelt und geeignet für Garantieabnahmen
- Unterscheidung anlagefremd/bedingt derzeit nicht
vollständig automatisierbar
- Ungenutzte und ungeplante Zeiten werden nicht
berücksichtigt
- Keine Differenzierung von Nebenzeiten
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Kennzahlen nach DIN 8782 für die beispielhafte Abfüllwoche
Ausnutzungsgrad /%
Wirkungsgrad# /%
66,4
Kennzahlen DIN 8782
85,7
# keine Unterscheidung
anlagebedingt/anlagefremd
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OEE und die „six big losses“
Loading Time
(geplante Betriebszeit)
Operating Time
(Betriebszeit)
Valuable operating time
(wertschöpfende Betriebsz.)
Net operating time
(Netto Betriebszeit)
Downtime
losses
Defect
losses
Speed
losses
1.Equipment
failure
2.Setup and
adjustment
3.Idling and minor
stoppages
4.Reduced speed
5.Defects in
process
6.Reduced yield
Rate of
quality
Performance
efficiency
Availa-
bility
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Kennzahlen nach OEE
amount Processed
amount defect -amount Processed
time operating Net
time operating Valuablequality of Rate
output ltheoretica time Operating
amount Processed
time Operating
time operating Netefficiency ePerformanc
time Loading
Downtime- Time Loading
time Loading
time OperatingityAvailiabil
Gesamtanlageneffizienz:
OEE = Avaliability x Performance efficiency x Rate of quality
Verfügbarkeitsrate:
Leistungsindex:
Qualitätsrate:
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OEE
+ Einzelnen Faktoren machen Verlustursachen transparent
+ Differenzierung nach Ausschuss, Minderleistung und
Störungen
+ Differenzierung Equipment failure/Minor stoppage
+ Konzipiert und geeignet für das laufende technische
Controlling („lean management“)
- Ursprünglich (nach Nakajiama: TPM, 1984) keine
Berücksichtigung von weiteren Nebenzeiten (z. B. Reinigung)
oder ungeplanten Stillstandszeiten
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Erweiterte OEE-Konzepte
Loading Time
(geplante Betriebszeit)
Operating Time
(Betriebszeit)
Valuable operating time
(wertschöpfende Betriebsz.)
Net operating time
(Netto Betriebszeit)
Downtime
losses
Defect
losses
Speed
losses
1.Equipment
failure
2.Setup an
adjustment
3.Idling and minor
stoppages
4.Reduced speed
5. Defects in
process
6. Reduced yield
Rate of
quality
Performance
efficiency
Availia-
bility
Scheduled
downtime
Theoretical production time
(Theoretische Produktionszeit) Planning
efficiency
(Planungs-
faktor)
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Erweiterte OEE
Erweiterte Gesamtanlageneffizienz:
OEE = Planning efficiency x Availability x
Performance efficiency x Rate of quality
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Kennzahlen nach OEE für die beispielhafte Abfüllwoche
96,6
97,5
70,5
77,4
OEE 66,4
erweiterte OEE 51,4
OEE Kenzahlen
Rate of Quality
Performance Efficiency
Availability
Planing Efficiency
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Aufgabe
Berechnen Sie die Effizienzkennzahlen einer Getränkeabfüllanlage
nach dem erweiterten OEE Konzept für eine beispielhaft Abfüllwoche
auf Grundlage folgender ermittelter Zeiten (Minuten):
Zustand Min
prduction 4670
no activity 2601
no order 506
planned downtime 467
change over 1161
failure 399
minor output 150
rejections 126
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OPI
Manned Time - NONA
(geplante Betriebszeit)
Available Production Time
(Betriebszeit)
Theoretical pro-
duction time =
good products/
nominal output
Production Time
(Produktionszeit)
Reject &
rework
incl. Prod.
on hold
Speed losses &
minor stoppages
Quality
Perfor-
mance
Avail-
ability NONA
Manned time
(geplante Personalzeit) Labour
Planning
efficiency
Operating Time
(Laufzeit)
Break
down time
Change
over
Planned
downtime
Total Time
(Kalenderzeit)
Unused
time
Effectivity
Efficiency
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OPI
OPI = Availability x Performance x Quality
+ Berücksichtigung der unvermeidbaren, aber regional unterschiedlichen
Stillstandszeiten (z. B. durch Feiertage)
+ Differenzierung der Nebenzeiten nach Umstellung und geplanten Stillstandszeiten
(z. B. Reinigung, Testläufe, …)
+ Konzipiert und geeignet für das internationale Konzerncontrolling
- Gefahr von „Rechenfehlern“
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Kennzahlen nach OPI für die beispielhafte Abfüllwoche
47,2
93,8
OPI Kenzahlen
Quality 96,6
Performance 97,5
Availability
Efficiency 85,7
Effectivity 83,3
OPI
Labour Planning Effeciency
44,4
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Übersicht der Kennzahlen zur beispielhaften Abfüllwoche
Ausnutzungsgrad /%
47,2
93,8
Wirkungsgrad# /%
OPI Kenzahlen
Quality 96,6
Performance 97,5
Availability
Efficiency 85,7
Effectivity 83,3
OPI
96,6
97,5
70,5
77,4
Labour Planning Effeciency
44,4
OEE 66,4
erweiterte OEE 51,4
OEE Kenzahlen
Rate of Quality
Performance Efficiency
Availability
66,4
Planing Efficiency
Kennzahlen DIN 8782
85,7
# keine Unterscheidung
anlagebedingt/anlagefremd
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Zeit und Artikelbezug von Kennzahlen
Zeiten und Zählwerte müssen mit Bezug zur kleinsten Produktionseinheit
(Charge oder Abfüllauftrag) erfasst werden.
Anschließend ist korrekt aufzusummieren
z. B.
Zu Klären: richtige Zuordnung von Nebenzeiten!
i
iE
ALALAL
ELELEL
...
...
21
21
ii
iA
ANANAN
GGG
...
...
2211
21
EL = Effektive Laufzeit
AL = Allgemeine Laufzeit
G = Gutflaschen
N = Nennausbringung
A = Arbeitszeit
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Bewerten einzelner Aggregate
Maschine einerngungNennausbrinEQ
LaufzeitAllgemeine
Beh. abgef. korrekt Stückzahl
LaufzeitAllgemeine
LaufzeitEffektive :adWirkungsgr
estE
EQ
MaschineeinersbringungEinstellauestEQ
LaufzeitAllgemeine
Beh. abgef. korrekt Stückzahl :Liefergrad
nE
EQ
Mittlere Stördauer (DIN 40 041, MDT = Mean Downtime):
Erwartungswert der Verteilung der Stördauern
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Fazit Kennzahlen
• DIN 8782
– Für Ausschreibungen und Garantieabnahmen
– Im laufenden Betrieb Zusammenfassung
anlagebedingt/anlagefremd notwendig
• OEE
– Praxisnahes Konzept für das laufende technische Controlling
– Erweiterungen notwendig
• OPI
– Detailliertestes Konzept für internationale Konzernvergleiche
• Gefahren zu starker Kennzahlenfokussierung
– Ursachenblindheit
– „Rechenfehler“
• Eignerwirkungsgrad
• Falsche Bezugsgrößen
(z. B. größere Anlage mit offiziell kleinerer Nennausbringung)
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Literatur
DIN 40 041: Zuverlässigkeit - Begriffe. Berlin: Beuth, 1990
DIN 8782: Getränke-Abfülltechnik – Begriffe für Abfüllanlagen und einzelne
Aggregate. Berlin: Beuth, 1984
DIN 8783: Getränke-Abfülltechnik – Untersuchungen an abfülltechnischen
Anlagen. Berlin: Beuth, 1986
Grabrucker, R.; Weisser, H.: Basiswissen – Kapazitätsberechnung von
Abfüllanlagen. Brauindustrie 83 (1998), Nr. 8, S. 475-482
Hartmann, E.: TPM effiziente Instandhaltung und Maschinenmanagement ;
Stillstandzeiten verringern, Maschinenleistungen steigern, Betriebszeiten erhöhen.
Frankfurt am Main, 2003
Kather, A., Voigt, T.: Weihenstephaner Standards für die Betriebsdatenerfassung
bei Getränkeabfüllanlagen - Teil 3: Datenauswertung und Berichtswesen. TU
München, Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik, 2005
Nakajima S.: Introduction to TPM, Cambridge, Productivity Press, 1988
Voigt, T.; Grabducker, R.; Vogelpohl, H.: Abnahmeversuche bei
Gertränkeabfüllanlagen. Der Weihenstephaner 71 (2002), Nr. 3, S. 110-116
