Effizienzschub in der Fertigung Kone optimiert Montageplanung mit 3D-Simulation

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Virtuelle Werkhallen, präzise Prognosen und fehlerfreie Layouts – Kone revolutioniert die Montageplanung mit moderner 3D-Simulation.

Als Kone in seinem Werk in Cadrezzate con Osmate im Großraum Mailand eine neue Montagelinie für Bedienfelder von Aufzügen konzipierte, stand das zuständige Ingenieursteam vor einer komplexen Herausforderung. Um die Qualität der Bedienfelder zu gewährleisten, durften ihre Frontplatten während des Montageprozesses nur so wenig wie möglich berührt werden. Kratzer oder Dellen würden zu Nacharbeiten, Ausschuss oder Qualitätsproblemen führen. Darüber hinaus sollte die Montagelinie zwei Produktvarianten abdecken. Die zweite davon war deutlich komplexer als die erste und wies zusätzliche Merkmale auf. Nicht zuletzt musste die Montagelinie an die Gegebenheiten der Fertigungshalle angepasst und in die vor- und nachgelagerten Prozesse integriert werden. Diese räumlichen und logistischen Zwänge vergrößerten die Komplexität zusätzlich.

„Ohne Simulation war unsere Planung grob“

Wirtschaftsingenieur Edoardo Mostacchi, der das Projekt leitete, war schnell klar, dass herkömmliche Planungswerkzeuge für das Layoutdesign der Montagelinie nicht ausreichten. Deshalb entschied er sich dafür, es mit der 3D-Fertigungssimulation von Visual Components zu entwerfen. „Ohne Simulation war unsere anfängliche Planung grob“, erläutert er. „Wir führten einige Berechnungen auf der Grundlage der vorhandenen Informationen über die manuellen Aufgaben durch. Das gab uns jedoch keinen Aufschluss über Dinge wie die benötigte Anzahl an Paletten oder die Funktionsweise des Materialflusses. Die Simulation verschaffte uns einen Einblick in den Prozess, den wir mit bloßen Berechnungen und Excel-Tabellen nicht erzielen konnten.“

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Software stellt voll simulationsfähiges 3D-Modell bereit

Der Kerngedanke der Montagelinie war, jede Frontplatte auf einer speziellen Palette zu befestigen, so dass eine direkte manuelle Handhabung nach dem ersten Laden praktisch ausgeschlossen ist. Die Vorrichtungen zur Fixierung der Frontplatten sollten mit einem Fördersystem von einer Station zur nächsten transportiert werden. Neben Montagestationen integrierte das Team auch Stationen zur Qualitätskontrolle sowie Pufferplätze, die als Stoßdämpfer für den Arbeitsablauf fungieren und Schwankungen oder kleinere Verzögerungen ausgleichen sollen.
 Als Fördertechnik der Montagelinie wählte das Team um Wirtschaftsingenieur Mostacchi das Transfersystem TS2 von Bosch Rexroth aus. Dieses System ist im E-Katalog von Visual Components enthalten, das heißt, die Software stellt bereits von Haus aus ein voll simulationsfähiges 3D-Modell davon zur Verfügung. Für die Simulation der Stationen kombinierte das Team die 3D-Modellierung und die statistischen Funktionen mit Zeitdaten des Industrial Engineering. Es nutzte MTM-basierte Standardzeiten (Methods-Time Measurement) und ähnliche Zeitdaten für Tätigkeiten wie das Anziehen einer Schraube, das Anschließen eines Kabels oder das Testen einer Komponente. Dadurch verfügte jede Station im Modell über eine genaue Zykluszeit, die auf echten Messdaten beruhte.

Sämtliche Komponenten modelliert und simuliert

Das ermöglichte es dem Team, sämtliche Komponenten der Montagelinie zu modellieren und zu simulieren: den Transport der Paletten, die Puffer, Querförderer sowie die Montage- und Prüfstationen. Es konnte eine virtuelle Montagelinie erstellen, die Layout und Prozesslogik realistisch abbildet und den gesamten Prozess virtuell durchlaufen. Um die realen Bedingungen widerzuspiegeln, wurde bei der Simulation eine Nachbesserungsrate von fünf Prozent angesetzt, die auf historischen Fehlerdaten beruht. Unter Berücksichtigung des zu erwartenden Mengenanteils modellierte das Team außerdem einen Produktmix aus 30 einfachen und 70 Prozent komplexen Bedienfeldern.

In mehreren Simulationsläufen zum optimalen Layout 

Die Simulation richtete das Team so ein, dass sie repräsentative Produktionszeiträume durchlief, beispielsweise eine volle Acht-Stunden-Schicht oder genügend Zyklen, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Während des Simulationslaufs verfolgten dann virtuelle Sensoren und Zähler die wichtigsten Kennzahlen: wie viele Bedienfeld-Einheiten montiert werden und die Qualitätsprüfungen bestehen, wie lange jede Palette in jeder Phase verbleibt oder wie ausgelastet die Monteure und Prüfer sind. Diese Daten konnte das Team zur Analyse aus Visual Components extrahieren.
 In mehreren Experimenten simulierte es verschiedene Konfigurationen und Szenarien für die Montagelinie. Zwischen den Durchläufen passte es bestimmte Parameter oder Layouts an, um zu testen, wie sich dadurch die Leistung der Linie verändert. Auf diese Weise ermittelte es schließlich das optimale Design. „Wir nutzten die Simulation, um verschiedene Szenarien zu testen – drei oder vier Stationen, verschiedene Palettenzahlen, unterschiedliche Produktmengen – und maßen alles, vom Durchsatz bis zur Auslastung der Mitarbeiter. So erhielten wir reale Daten, auf die wir unsere Entscheidungen stützen konnten“, erklärt Mostacchi.

Keine übermäßige Warteschlange von Paletten

Der endgültige Entwurf der Montagelinie sah dann drei manuelle Montagestationen vor. Die Simulationen hatten gezeigt, dass drei gut ausbalancierte Stationen beide Produktvarianten effizient verarbeiten können, solange der Arbeitsablauf durch die richtige Anzahl von Paletten und Puffergrößen unterstützt wird. Als optimale Anzahl von Paletten, die im System zirkulieren, kristallisierten sich dabei zehn Paletten heraus. Bei dieser Anzahl waren die Montagestationen fast immer belegt, ohne dass es an irgendeiner Stelle zu einer übermäßigen Warteschlange von Paletten kam.

Die Simulation verschaffte uns einen Einblick in den Prozess, den wir mit bloßen Berechnungen und Excel-Tabellen nicht erzielen konnten.“ 

Montagelinie erfolgreich in die Produktion überführt

Nachdem das Team das Layout und den Prozess in der digitalen Welt geprüft und validiert hatte, konnte es ruhigen Gewissens mit der Implementierung der Montagelinie fortfahren und sie erfolgreich in die Produktion überführen. Die virtuelle Montageplanung mithilfe der Simulationssoftware ermöglichte es Kone, den Fertigungsprozess in einer Weise zu optimieren, die mit herkömmlichen Methoden nicht zu erreichen gewesen wären.