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Einfaches IIoT-System informiert schlanke Methodik für Karosserieprodukthersteller

iPads und Basisdatenberichte halbieren Umrüstzeiten

April 7, 2023 – Haben Sie sich schon einmal gefragt, wer die Lippenbalsam-Tuben herstellt, die Ihr Zahnarzt Ihnen nach der Behandlung mit nach Hause gibt? Das ist der Auftragshersteller für Körperpflegeprodukte Raining Rose.

„Man hat mir gesagt, dass Zahnarztpraxen der größte Verbraucher von Lippenbalsam sind, und das ist das, was wir am meisten herstellen. Sie verbrauchen mehr Lippenbalsam als jeder andere Ort in den Vereinigten Staaten“, sagt Kyle Hach, Chief Operating Officer.

Vielleicht sind Sie auch schon an den Lippenbalsamen, Rasiercremes, Lotionen und Körperwaschmitteln der Handelsmarken von Target, CVS, Walgreens und Whole Foods vorbeigegangen, die ebenfalls von Raining Rose in seinem Werk in Cedar Rapids, Iowa, hergestellt werden.

Der Schlüssel zu Rentabilität und Erfolg in der Auftragsfertigung ist Flexibilität. Besonders wichtig ist die Geschwindigkeit der Umstellung. Formatanpassungen, neue Endeffektoren an Robotern, das Auswechseln von Armaturen und Werkzeugen und potenzielle Komplettausfälle bei Produkten wie Lotionen oder Körperwaschmitteln führen zu langen Zeiten, in denen kein Produkt aus den Linien fließt.

Das Werk in Cedar Rapids verfügt über zwei Dutzend Mischtanks zur Herstellung von Produkten, Dutzende von Abfüllanlagen für Tuben, Blister und Behälter in verschiedenen Größen sowie 20 Etikettiermaschinen. Die Lippenbalsamanlagen werden im Durchschnitt zwei- bis dreimal pro Tag umgestellt, bei kleineren Chargen vier- bis fünfmal. Einige Etikettiermaschinen werden 40- bis 50-mal pro Tag umgestellt, bei kleineren Chargen bis zu 70- bis 80-mal.

Die Herstellung mehrerer Produkte mit ständigen Umstellungen bringt eine Komplexität mit sich, die Raining Rose bewältigen muss, um die FDA-Vorschriften einzuhalten.

Seit der Gründung des Unternehmens hat die Geschäftsführung nach Möglichkeiten gesucht, diese Daten zu digitalisieren. Es waren vier Versuche nötig, bis Raining Rose ein System fand, das die Anzahl der Umrüstungen verringerte, die Produktion pro Stunde steigerte und es dem Unternehmen schließlich ermöglichte, sich von papierbasierten Systemen zu trennen.

Wenn Sie mit IoT nicht gleich erfolgreich sind…

Der erste Digitalisierungsversuch des Unternehmens, die manuelle Eingabe von Daten aus Papierunterlagen in Excel-Tabellen, begann Mitte der 2000er Jahre. Im Jahr 2013 stellte Raining Rose an einigen Stellen im Betrieb Computer auf und die Mitarbeiter gaben die Daten in Microsoft Access ein. Nur wenige Personen hatten Zugang zu den Daten im Backend, und die Analyse der Produktion erwies sich als schwierig.

Als Nächstes probierte das Unternehmen ein IoT-basiertes System mit Sensoren an den Linien und Anzeigetafeln über den Maschinen aus, die die Leistung in Echtzeit verfolgten. Die Bediener zeichneten Erklärungen für Ausfallzeiten auf, indem sie auf Papier gedruckte Fehlercodes scannten. Auf diese Weise konnte die Verfügbarkeit und Leistung der Anlagen im Vergleich zu den Produktionszielen verfolgt werden, allerdings nur für laufende Läufe. Und auch hier hatten nur wenige Personen Zugriff auf die Backend-Daten.

„Es war umständlich, wöchentliche oder monatliche Berichte daraus zu erstellen. Es war einfach schwierig, Informationen zu erfassen und zu analysieren, und das ist ja gerade der Sinn dieser Systeme, dass man Daten hat, die man analysieren kann“, sagt Hach.

Das Redzone-System, das derzeit von Raining Rose eingesetzt wird, ruft Daten von Fotozellen ab, die an den Linien installiert sind, und direkt von den PLCs in der Fertigung, um Zählungen zu generieren. Wenn die SPS nicht auslöst oder die Objekte nicht innerhalb einer bestimmten Zeitspanne die Fotozelle passieren, registriert die Software die Verzögerung als Ausfallereignis.

Jeder Linie ist ein iPad zugeordnet. Die Bediener vermerken Ausfallereignisse, indem sie im Dashboard der Software voreingestellte Fehlercodes auswählen, und können die Informationen an Qualitätsmanager oder Wartungstechniker zur Unterstützung senden. Die Bediener können ihre Schicht erst abschließen, wenn sie alle Ausfallereignisse erfasst haben.

Die Bediener können von iPads und PCs aus auf die erfassten Daten in der Cloud zugreifen. Jeder, der Zugriff auf das System hat, kann in Echtzeit sehen, was mit jeder Maschine passiert. Die Bediener können die aktuelle Leistung im Vergleich zu den Tageszielen einsehen und die Wartungsprotokolle der vorangegangenen Schichten überprüfen.

Die meisten Mitarbeiter von Raining Rose waren sofort vom System überzeugt, da sie die Benutzerfreundlichkeit und die Klarheit der Informationen im Vergleich zu früheren Digitalisierungsversuchen zu schätzen wissen. Bei den Mitarbeitern, die noch mit papierbasierten Prozessen zu tun hatten, löste die Abschaffung der Formulare sofortige Zustimmung aus.

„Die Leute hassen Formulare. Und dann müssen sie auch noch daran denken, dass sie diese Formulare ausfüllen müssen. Mit diesem System ist das jetzt alles automatisiert. Sie müssen nicht mehr darüber nachdenken, wann sie es tun müssen“, sagt Hach.

Es dauerte jedoch zwei oder drei Monate, um das System an die spezifischen Bedürfnisse der Etikettierabteilung anzupassen, ein Prozess, der weitgehend von der Zusammenarbeit zwischen den Mitarbeitern und Redzone abhing.

Die Bediener im Mischraum bereiten neue Produktchargen für die Lieferung an die Abfüllanlagen vor. In der Vergangenheit wussten sie nur dann, dass es Zeit war, eine neue Charge vorzubereiten, wenn sie entweder auf den Flur gingen und nachfragten oder wenn die Bediener der Abfüllanlage zum Mischraum gingen und mehr Material anforderten. Neuere Anlagenbediener erkannten vielleicht nicht, wie lange ein Auftrag dauerte, und forderten deshalb nicht rechtzeitig neue Chargen an, oder jemand machte zu einem ungünstigen Zeitpunkt Mittagspause und vergaß, den Mischraum zu informieren, um mehr Material vorzubereiten. Beides führte zu Inkonsistenzen.

Jetzt zeigen Tafeln im Mischraum alle derzeit laufenden Fülllinien mit der geschätzten Zeit bis zur Fertigstellung für jeden Auftrag an. Die Redzone-Software berechnet das festgelegte Leistungsziel für den Auftrag anhand der Gesamtzahl der Einheiten, die für diesen Auftrag fertiggestellt werden müssen.

„Jetzt verlassen wir uns auf Daten, die uns sagen, wie viel Zeit [für einen Abfüllauftrag] noch übrig ist, und nicht mehr auf eine Person, die hofft, dass sie weiß oder sich daran erinnert, wie lange sie noch braucht“, sagt Hach.

Raining Rose nutzt die Software auch, um Überfüllungen zu verhindern, wenn mehr Material in einen Behälter gefüllt wird als gewünscht oder benötigt. Früher haben die Bediener das Füllgewicht von Hand gemessen.

„Die Verwaltung und Kommunikation von Füllgewichtszielen sowie von Ober- und Untergrenzen war recht schwierig. Dadurch hatten wir erhebliche Probleme mit unseren Füllgewichten und Produktverschwendung“, sagt Hach.

Jetzt werden Bluetooth-Waagen mit den iPads verbunden und übertragen die Gewichtsmessdaten automatisch in die Redzone-Software. Wenn ein Messwert entweder zu niedrig oder zu hoch ist, erhalten die Aufsichtsbehörden eine automatische Benachrichtigung über den fehlgeschlagenen Test. Bei einigen Produkten hat Raining Rose die Überfüllungen um die Hälfte reduziert.

Voller Datenzugriff bedeutet keine Geheimnisse

Jeder, der Zugriff auf das Redzone-System hat, kann Produktionsdaten ab dem Zeitpunkt einsehen, zu dem das System 2019 erstmals online ging.

„Aus der Sicht der Fertigung, aus der Sicht eines jeden Unternehmens, geht es darum, Sichtbarkeit und Transparenz im gesamten Unternehmen zu schaffen, richtig? Je besser die Mitarbeiter verstehen, wie sie bei der Arbeit abschneiden, ob sie gewinnen oder verlieren, desto eher gehen sie mit dem Wissen nach Hause, dass sie einen guten oder schlechten Tag hatten. Sie sind zufrieden mit ihrer Leistung oder wissen, was sie morgen besser machen können“, sagt Hach.

Die Daten gehen auch in die Datenvisualisierungssoftware Tableau ein, die automatisierte Berichte generiert, mit einer variablen Schnittstelle, je nachdem, wie Raining Rose die Berichterstattung aufbauen und nutzen möchte.

„Wir schauen uns die Verfügbarkeit an, wir schauen uns die OEE an, wir schauen uns die Arbeitseffizienz an, wir schauen uns die Füllgewichte an … jeder im Unternehmen kann sich für diesen Bericht anmelden und ihn in der gewünschten Kadenz sehen“, sagt Hach.

Durch die Analyse der durchschnittlichen Umrüstzeiten kann Raining Rose Standards festlegen. Wenn ein Bediener auf der Benutzeroberfläche der Software auf „Umstellung“ klickt, erscheint ein 30-Minuten-Timer. Die Erwartungen sind klar. Es ist Aufgabe der Unternehmensleitung, den Bedienern mitzuteilen, wie die erwartete Ümrüstzeit zustande gekommen ist, was auf Daten und Nachverfolgung hinausläuft.

„Wenn ich meine Ausfallzeiten auf dem Papier verfolge, ist es fast unmöglich, einen Trend zu erkennen. Die meisten Unternehmen investieren weder Zeit noch Arbeit in die Verfolgung dieser Informationen, da dies sehr kostspielig ist. Wenn Sie nicht eine unglaubliche Nachfrage auf dieser Maschine haben und wissen, dass Sie alles aus ihr herausholen müssen, was treibt Sie dann an [diese Informationen zu verfolgen]?“, fragt Hach.

Hach muss nicht in die Fertigung gehen und mit einem Bediener sprechen oder Papieraufzeichnungen einsehen, um festzustellen, ob die Bediener die Umrüstzeitvorgaben einhalten. Stattdessen kann Hach einen Bericht erstellen.

„Wenn die Umstellung um drei Uhr morgens stattfindet, müssen Sie sich darauf verlassen, dass der Bediener, der Leiter oder der Vorgesetzte mitteilt: ‚Hey, unsere Umrüstzeit war 20 Minuten länger als sie hätte sein sollen.‘ … Sie verlassen sich darauf, dass diese Kommunikation stattfindet. Und wenn sie es am nächsten Tag noch einmal machen und es sind 30 Minuten mehr, als es sein sollte, wie sehr drängen sie darauf, diese Verbesserung voranzutreiben?“, sagt Hach.

Die Verfolgung der Daten ermöglicht es Raining Rose auch, die für die Festlegung dieser Erwartungen verantwortlichen Mitarbeiter zu beobachten, zu sehen, wie sie die Abläufe durchführen, und Best Practices festzulegen.

„Es braucht immer noch menschliches Eingreifen, um sicherzustellen, dass alle Schichten auf höchstem Niveau arbeiten. Aber wir haben die Sichtbarkeit und die Möglichkeit, zu erkennen: ‚Hey, die erste Schicht macht das wirklich gut. Lass uns herausfinden, was sie anders macht als die anderen.’“

Verlassen Sie sich nicht auf die Software

Nach Einführung der Software halbierten sich die Umrüstzeiten, die OEE stieg um 20 Punkte und die Produktion pro Stunde erhöhte sich um 20 %.

Hach warnt davor, das alles der Software zuzuschreiben. Der einfache Zugang zu Daten sagt einem Unternehmen, was geändert werden muss, aber nicht, wie es zu ändern ist. Das ist (bisher) immer noch die ausschließliche Aufgabe des Menschen.

„Software als Tool und Kaizen als Lean-Methode – das alles zusammen hat uns in die Lage versetzt, unsere Umrüstzeiten um 50 % zu reduzieren“, sagt Hach.