Simulation von Produktionsanläufen

Bei Production Support 56 sind wir auf Prozessverbesserung und Fertigungssimulation spezialisiert. Wir haben viele Produktionslinien modelliert und stellen im Allgemeinen fest, dass eine Linie relativ effizient ist, wenn sie auf dem neuesten Stand ist. Die fruchtbareren Gelegenheiten zur Verbesserung finden sich außerhalb des normalen Betriebs, wenn etwas schief geht oder wenn die Linie geändert werden muss. Ein oft vernachlässigter Verbesserungsbereich ist das An- und Abfahren einer Produktionslinie. Dies ist der Zeitraum zu Beginn eines Tages oder einer Kampagne, in dem die Maschinen eingeschaltet werden und die Materialien beginnen, die Linie zu füllen, und dann bei Abschaltungen umgekehrt. Da die Linie während dieser Zeiträume nicht mit voller Geschwindigkeit laufen kann, kann die Linie nicht so effizient sein wie während des normalen Betriebs. Diese ineffizienten Perioden können Minuten, Stunden oder sogar Tage dauern. Hersteller kompensieren dies oft durch Erhöhung der Losgrößen und Kampagnenlängen, was zu einer Überproduktion führt.

Frühe Modellüberlegungen zur Produktionssimulation

Wie immer sollten Sie vor dem Start eines Modells die Frage definieren, die Ihr Modell zu beantworten versucht. Wenn Sie nur am normalen Betrieb interessiert sind (wenn alles wie erwartet funktioniert und die Linie mit normaler Geschwindigkeit läuft), dann verschwenden Sie keine Zeit damit, sich Gedanken über die Inbetriebnahme zu machen. Ich habe die Definition einer guten Modellfrage in einem früheren Artikel besprochen. Die meisten Simulationsprogramme haben eine Aufwärmphase, in der die beim Start des Modells generierten Daten ignoriert werden. Dadurch soll verhindert werden, dass die Startdaten normale Betriebsdaten verzerren. Dies ist richtig, da es sich um zwei unterschiedliche Phasen einer Produktionslinie handelt. Wenn Sie nur am normalen Betrieb interessiert sind, sollten Sie auch darauf achten, dass die beim Herunterfahren des Modells generierten Daten ebenfalls ignoriert werden. Dies lässt sich oft leicht dadurch erreichen, dass das Modell bei voller Strömung abrupt anhält. Wir verwenden Simul8- Simulationssoftware für unsere Modellierung, sie hat eine eingebaute Aufwärmzeitfunktion, aber je nach Anwendung programmieren wir das Modell im Allgemeinen so, dass es Daten in verschiedenen Phasen sammelt.

Ich bezeichne den normalen Betrieb oft als den stabilen Zustand des Modells, in dem die Eingaben und Ausgaben des Modells übereinstimmen und die Leitungsbelastungen und die geleistete Arbeit relativ konstant sind. Diese Definition hilft dabei, den Übergang vom Anlauf in den stationären Zustand bis hin zur Abschaltphase zu definieren.

Um die Sache noch komplizierter zu machen, gibt es zwei Arten des Starts: kalt und warm. Ein Kaltstart ist, wenn die Ausrüstung vollständig ausgeschaltet ist und eine Reihe von Aktivitäten erforderlich sind, um sie betriebsbereit zu machen, z . Bei einem Warmstart befinden sich Geräte im Leerlauf und erfordern kleinere Aktivitäten, um sie in Betrieb zu nehmen, z. B. kann ein Spiralfroster die richtige Temperatur haben, es muss nur das Förderband gestartet werden. Für Ihr Modell müssen Sie sich bewusst sein, welche Art von Start-up Sie simulieren, um sicherzustellen, dass Sie die richtigen Informationen sammeln.

Wenn Sie der Meinung sind, dass Start-ups und Shutdowns einen erheblichen Einfluss auf den Zweck Ihres Modells haben können, lohnt es sich, die zusätzliche Zeit in die Erweiterung des Umfangs Ihres Projekts zu investieren. Das bedeutet, dass Sie den Beginn und das Ende einer Produktionskampagne genau modellieren und die Software programmieren müssen, um Daten für jede einzelne Phase zu sammeln. Die zweite zu berücksichtigende Frage ist, welche Parameter die wichtigsten sind und die Modellergebnisse beeinflussen werden.

Relevante Faktoren für den Produktionsanlauf und -stillstand

Bei der Planung der Datenerhebung für ein Modell- oder Prozessverbesserungsprojekt berücksichtige ich die fünf Hauptfaktoren, die die bekannten 4M und 1E ausmachen: Mensch, Maschine, Material, Methode und Umwelt. Es ist wichtig, jeden Faktor zu berücksichtigen und die wichtigsten Hebel zu identifizieren, die Ihr Modell beeinflussen und die für die Beantwortung der Frage wichtig sind.

Umgebung: Herstellungsprozesse werden normalerweise in Innenräumen durchgeführt, wobei wichtige Umgebungsfaktoren kontrolliert werden, z. B. Licht, Temperatur, Feuchtigkeit und Luftstrom. Es ist jedoch eine Überlegung wert, insbesondere wenn der Prozess, den Sie modellieren, im Freien stattfindet, aber für die meisten Modellierungsprojekte kann dies getrost ignoriert werden.

Arbeit (Man): Die wichtigen Daten hier sind Schichtmuster, Pausenzeiten, Besetzungsstärke und Fähigkeiten. Sehr oft gibt es Schlüsselpersonen, die die Ausrüstung und Materialien zu Beginn und am Ende einer Produktionskampagne verwalten.

Maschinen: Einige Maschinen benötigen eine Aufwärmzeit (z. B. Gefriergeräte oder Friteusen) oder müssen kalibriert oder eingerichtet werden. Am Ende einer Kampagne muss die Ausrüstung möglicherweise gesichert oder gereinigt werden. Dies sind eigenständige Aktivitäten und erfordern möglicherweise spezielle Fähigkeiten, werden jedoch nur einmal zu Beginn oder am Ende einer Kampagne ausgeführt.

Materialien: Einige Materialien können in einem halbfertigen Zustand belassen werden. Dies sind im Allgemeinen diskrete, nicht verderbliche Teile (z. B. ein Automotor). Am Ende einer Produktionsschicht ist die aktuelle Aktivität abgeschlossen und das Teil kann bis zum nächsten Tag auf der Linie warten. Andere Materialien müssen am Ende eines Tages möglicherweise speziell gelagert werden, insbesondere wenn das Material wertvoll oder gefährlich ist. Einige Materialien sind verderblich (z. B. Lebensmittel), sodass die Linie am Ende der Produktionsschicht geleert und gereinigt werden kann.

Methode: Die Methode definiert die Zykluszeiten und Fähigkeiten, die zum An- und Abfahren einer Linie erforderlich sind. Die Methode (oder Kampagnenphilosophie) kann einen Aufbau von halbfertigen Materialien (work in progress, WIP) während des Starts einer Kampagne erfordern, und dass dieser WIP am Ende der Kampagne abgebaut wird oder dass WIP abgebaut wird am Ende einer Kampagne gespeichert und zu Beginn der nächsten Kampagne wieder herausgeholt. Der taktische Einsatz von WIP kann dabei helfen, den Anlauf zu beschleunigen und den reibungslosen Ablauf der Linie sicherzustellen.

Realwelt-Fallstudie mit Start-ups und Shutdowns

Wir haben kürzlich einen Schmelz- und Gießprozess modelliert, bei dem die Gussstücke bearbeitet und das entfernte Material in den Schmelzprozess zurückgeführt wurde. Sie liefen in zweiwöchigen Kampagnen (Standzeit des Tiegels) und es dauerte ungefähr einen Tag, um die Ausrüstung auf Temperatur zu bringen, und ungefähr acht Stunden, um die Ausrüstung am Ende abzukühlen und zu reinigen.

Samenmaterial

Das Schmelzmaterial bestand zu 90 % aus neuem und zu 10 % aus maschinell wiedergewonnenem Saatmaterial. Um das Leben interessanter zu machen, wurde das bearbeitete Material erst nach 60 Stunden in der Produktion erzeugt und es war extrem giftig. Für die anfänglichen Schmelzen war also ein Vorrat an wiedergewonnenem Material erforderlich, um jede Schmelze zu impfen. Sobald die Gussteile für die Bearbeitung bereit waren, erzeugte die Produktionslinie ausreichend wiedergewonnenes Material, um jede nachfolgende Schmelze zu impfen, und es wurde ein stabiler Zustand erreicht. Der letzte Gießprozess fand zehn Tage nach Beginn der Kampagne statt, danach wurden erhebliche Mengen an zurückgewonnenem Material erzeugt, aber nicht verbraucht. Das Diagramm zeigt die Menge des gelagerten giftigen Rückgewinnungsmaterials und hat eine badewannenartige Kurve mit drei unterschiedlichen Produktionsphasen.

Ergebnisse der Fallstudie Produktionssimulation

Das Modell ermöglichte es uns, mit den Prozessbeteiligten zusammenzuarbeiten, um diese Menge an toxischem zurückgewonnenem Material zu minimieren und sicherzustellen, dass genügend auf Lager war, um die nächste Kampagne zu starten.

Starten und Herunterfahren

Eines der interessanten Merkmale dieser Operation war, dass viele Aktivitäten erforderlich waren, um die Produktionskampagne zu starten. Die Modellierung ermöglichte eine Bewertung verschiedener Anlaufpläne. Wir stellten fest, dass am Ende einer Kampagne genügend freie Arbeitskräfte vorhanden waren, um den Ofen für die nächste Kampagne vorzubereiten, dies umfasste das Entleeren, Kühlen, Ausschalen, Umbauen und Einstellen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Bearbeitungsausrüstung zu Beginn der nächsten Kampagne vorbereitet werden konnte, da die ersten Schmelz- und Gießaktivitäten durchgeführt wurden. Dieser gewählte Ansatz ähnelte der SMED-Methodik (Single Minute Exchange of Dies) (ich hoffe, dies in einem späteren Artikel zu erörtern).

Diese Optimierung der An- und Abfahraktivitäten reduzierte den Bedarf an Überstunden erheblich, minimierte Verzögerungen und erhöhte die Kapazität der Anlage, ohne Geld auszugeben.

Zusammenfassung: Effektive Produktionssimulation

Wir haben festgestellt, dass die Fertigungssimulation ein großartiges Werkzeug zur Unterstützung der Prozessverbesserung und des Betriebsdesigns ist. Der Schlüssel zur Erstellung eines guten Modells besteht darin, es auf einer einzigen Frage zu basieren, die das Ziel und die Hebel enthält. Zum Beispiel „Kann ich den Durchsatz der Linie erhöhen, indem ich das Schichtschema optimiere?“. Wenn Sie das Modell planen, sollten Sie überlegen, ob Start-ups und Schließungen das Ziel beeinflussen, und wenn ja, welche die Schlüsselelemente sind. Wenn Sie das An- und Abfahren einbeziehen, sollten Sie sicherstellen, dass das Modell die Daten für jede einzelne Phase separat erfasst.

Mit einem Modell, das An- und Abfahrvorgänge berücksichtigt, können Sie die vollen Betriebskosten in Bezug auf Arbeit, Material und Energie ermitteln. Anschließend können Sie verschiedene Szenarien durchspielen, um den Kompromiss zwischen Warmstart und Normalbetrieb zu optimieren. Dies ist besonders relevant für energieintensive Geräte wie Gefrierschränke, die Sie möglicherweise zwischen Produktionskampagnen bei einer höheren Temperatur im Leerlauf laufen lassen möchten, ohne die Startzeit nachteilig zu verlängern.

Möglicherweise stellen Sie fest, dass außerhalb des normalen Betriebs größere Auswirkungen erzielt werden, und wenn Sie sie nicht modellieren, werden Sie es nie erfahren.