1 Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik Dr.-Ing. Tobias Voigt

Technisches Monitoring

bei Getränkeabfüllanlagen

2

Automatische Datenerfassung

Manuelle BDE Automatische BDE

keine Medienbrüche

geringes Fehlerrisiko

geringer Personalaufwand

keine Papierflut

hohe Erfassungsrate

individuelle Auswertungen

unternehmensweite Integration

Vorteile automatischer BDE:

3

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

4

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.

5

Anlagenübergreifende Prozessvisualisierung

[Quelle: COPA-DATA GmbH ]

6

Anlagenübergreifende Prozessvisualisierung

[Quelle: Paulaner Brauerei GmbH & Co KG]

[Quelle: Proleit AG]

7

Produktionsüberwachung im Gantt-Chart

[Quelle: COPA-DATA GmbH ]

8

[Quelle: Proleit AG]

Kennzahlen zur Effizienzbewertung

[Quelle: COPA-DATA GmbH ]

9

Produktionsmanagement

[Quelle: KHS GmbH]

[Quelle: Krones AG]

10

Produktionsmanagement

[Quelle: Paulaner Brauerei GmbH & Co KG]

11

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

13

Allgemeines Zeitenmodell

Kalenderzeit

Geplante Personalzeit

Arbeitszeit

Betriebszeit

Maschinenlaufzeit

Eff. Produktionsz.

Produktionszeit

Ungenutzt

Ungeplant

Umst.

Störungen

Auss.

Minderl.

Gepl. Still.

14

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

15

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

16

DIN 8782

Arbeitszeit

Betriebszeit

Allgemeine Laufzeit

Effektive

Laufzeit

Umst.

Anlagefremde

Störungen

Gepl. Still.

Anlagebedingte

Störungen

(Minderl., Auss.)

Ausnutzungs

-grad

Wirkungs-

grad/

Liefergrad

Nebenzeiten

17

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

18

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

19

Kennzahlen nach DIN 8782 für die beispielhafte Abfüllwoche

Ausnutzungsgrad /%

Wirkungsgrad# /%

66,4

Kennzahlen DIN 8782

85,7

# keine Unterscheidung

anlagebedingt/anlagefremd

20

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

21

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:

22

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

23

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)

24

Erweiterte OEE

Erweiterte Gesamtanlageneffizienz:

OEE = Planning efficiency x Availability x

Performance efficiency x Rate of quality

25

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

27

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“

29

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

30

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