DE19949954A1 - Verfahren zur Analyse und Optimierung eines mehrstufigen Hertellungsprozesses - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Analyse und Optimierung eines mehrstufigen Herstellungsprozesses, welcher aus einer Anzahl gleich ausgeführter Normalschritte besteht, denen Abstimmungsschritte folgen, die zur Erreichung vorgegebener Produkteigenschaften durchgeführt werden und die in Art, Anzahl und Ausmaß variabel sind. Die Einzelschritte werden dabei in bezug auf mindestens eine produktionsrelevante Eigenschaft in einer elektronischen Datenbank erfaßt. Bei der Eigenschaft kann es sich beispielsweise um einen Mengenanteil, Kostenanteil oder die Auswirkung eines Einzelschrittes auf eine zu erzielende Produkteigenschaft handeln. Beispiele für einen mehrstufigen Herstellungsprozeß ist die Herstellung eines Lackes aus einer Mehrzahl von Einzelkomponenten und Additiven. Mit Hilfe der in einer Datenbank zusammengetragenen Informationen können Einzelschritte in ihrer Anzahl und ihrem Ausmaß deutlich reduziert und die Herstellungskosten somit gesenkt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse und Optimierung eines mehrstufigen Herstellungsprozesses, bei dem zur Erreichung vorgegebener Produkteigenschaften in Art, Anzahl und Ausmaß variable Abstimmungsschritte durchgeführt werden.

Verfahren der eingangs genannten Art kommen es in verschiedenen Bereichen der industriellen Produktion vor. Beispielhaft genannt seien die chemische Industrie, die Lebensmittelindustrie, die Stahlherstellung, die Herstellung von Pharmaka, der Maschinenbau oder der Automobilbau. In diesen Bereichen treten immer wieder Prozesse in "Batchfahrweise" auf, bei denen zur Erzeugung eines Produktes eine "Normalstückliste" aus gleichbleibenden Herstellungsschritten abgearbeitet wird und im Anschluß hieran zur Einstellung einer oder mehrerer Produkteigenschaften auf einen vorgegebenen bzw. vom Kunden gewünschten Wert noch eine variable Folge von Abstimmungsschritten durchgeführt wird. Dabei sind insbesondere die Art, die Anzahl und das Ausmaß der Abstimmungs­ schritte variabel. Ihre Auswahl bzw. Festlegung erfolgt in der Regel in einem iterativen Prozeß, bei welchem die angestrebte Produkteigenschaft wiederholt nachgemessen und durch einen weiteren Abstimmungsschritt eine Annäherung an den Sollwert versucht wird. Das Anhängen der Abstimmungsschritte an die Abarbeitung der Normalstückliste ist häufig auch deshalb erforderlich, da aufgrund schwankender Eigenschaften der Komponenten der Normalstückliste die sich einstellende Produkteigenschaft sich nicht exakt vorhersagen läßt.

Ein mehrstufiger Herstellungsprozeß der genannten Art liegt insbesondere bei der Herstellung von chemischen Produkten aus Stoffgemischen vor. Beispiele hierfür sind Nahrungsmittel, Salben oder Lacke. Nach Abarbeitung des Normalrezeptes liegt hierbei aufgrund schwankender Eigenschaften der Ausgangsprodukte oder bestimmter Anforderungen an das Endprodukt häufig ein in der angestrebten Produkteigenschaft noch unzureichendes Ergebnis des Herstellungsprozesses vor. Aus diesem Grunde werden nachträglich in Einzelschritten geringe Mengen unterschiedlicher Stoffzusätze hinzugegeben. Im Falle von Lacken handelt es sich hierbei beispielsweise um Tönpasten, Wasser, Rheologiehilfsmittel und anderer Additive. Es ist nicht ungewöhnlich, daß für die Herstellung eines Lackes zwanzig oder mehr Zusätze pro Batch angewandt werden müssen, um spezifikationsgerechte Produkte zu erhalten. Zu den angestrebten Eigenschaften eines chemischen Produktes, insbesondere eines Lackes, können neben der Farbe auch der pH-Wert, die Dichte, der Farbort oder die Viskosität gehören.

Bei der Herstellung anderer Produkte können entsprechend andere Eigenschaften das Ziel der Abstimmung sein. Dies können z. B. bei der Herstellung elektronischer Schaltungen bestimmte elektrische Eigenschaften sein, wobei die Abstimmungsschritte bei der Herstellung der Schaltung in der Veränderung elektrischer Parameter bestehen können.

Die zur Erzielung vorgegebener Produkteigenschaften notwendigen Abstimmungsschritte verteuern und verkomplizieren den Herstellungsprozeß, so daß es grundsätzlich wünschenswert wäre, mit einer möglichst geringen Anzahl hiervon auszukommen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Analyse und Optimierung von mehrstufigen Herstellungsprozessen der eingangs genannten Art erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Analyse eines mehrstufigen Herstellungsprozesses gelöst, bei dem zur Erreichung vorgegebener Produkteigenschaften Abstimmungsschritte durchgeführt werden, die in ihrer Art, Anzahl und ihrem Ausmaß variabel sind. Erfindungsgemäß ist das Analyseverfahren dadurch gekennzeichnet, daß alle Einzelschritte des Herstellungsprozesses, also die Normalschritte und die Abstimmungsschritte, in bezug auf mindestens eine produktrelevante Eigenschaft der Schritte quantitativ in einer elektronischen Datenbank erfaßt werden.

Mit der Zusammenfassung und Protokollierung der Einzelschritte des mehrstufigen Herstellungsprozesses und ihre Charakterisierung in bezug auf mindestens eine quantitative Eigenschaft werden Daten zusammengetragen, welche implizit wichtige Informationen über den abgelaufenen Herstellungsprozeß und das Produkt enthalten. Diese wichtige technische Information wird durch das Zusammentragen der Daten für eine Optimierung des Herstellungsprozesses zugänglich gemacht. Aufgrund der Komplexität typischer Herstellungsprozesse können diese Informationen dabei nur durch eine elektronische Daten­ verarbeitung sinnvoll gehandhabt werden.

Die in den genannten Daten verborgenen Informationen können auch über den Herstellungsprozeß an sich hinausgehen und z. B. auch Aussagen über die eingesetzten Vorprodukte enthalten. Wenn aus den zusammengetragenen Daten beispielsweise erkennbar wird, daß bestimmte Zusätze oder Bearbeitungen ständig erfolgen müssen, so können diese zumindest teilweise als Normalschritte übernommen werden. Zeitliche oder produkt- bzw. produktgruppenspezifische Zusätze oder Nachbearbeitungen können Hinweise geben auf Qualitäts­ schwankungen von Vorprodukten oder auf Schwankungen im Produktionsprozeß.

Die erfindungsgemäß von einem Einzelschritt des Herstellungsprozesses erfaßte Eigenschaft kann sein Ausmaß, sein Kostenanteil, seine Wirkung auf die zu erzielende Produkteigenschaft und/oder seine Zusammensetzung aus Subelementen sein. Das Ausmaß eines Einzelschrittes kann z. B. die in Kilogramm gemessene Menge eines chemischen Additives sein. Der Kostenanteil kann sowohl Materialkosten als auch Verarbeitungskosten umfassen. So entstehen bei der Zugabe eines chemischen Additives nicht nur entsprechende Materialkosten, sondern auch zum Teil erhebliche Produktionskosten für die Einwaage und die Zudosierung des Additives. Die Wirkung eines Einzeischrittes in Hinblick auf die zu erzielende Produkteigenschaft ist in vielen Fällen - zumindest tendenziell - bekannt. Eine Erfassung dieser Wirkung im Rahmen der erfindungsgemäß angelegten Datenbank erlaubt daher in besonders effizienter Weise eine Analyse und gegebenenfalls Optimierung des auf die Produkt­ eigenschaft abzielenden Herstellungsprozesses.

Weiterhin können bestimmte Einzelschritte aus mehreren Subelementen bestehen, z. B. kann ein chemisches Additiv ein Gemisch aus mehreren chemischen Verbindungen sein. Die qualitative und quantitative Kenntnis dieser Zusammensetzung ermöglicht eine bessere Vorhersage des resultierenden Endproduktes. Ferner kann es möglich sein, eine Mehrzahl von Einzelschritten in Hinblick auf die summarisch erzielte Zusammensetzung aus Subelementen durch einen oder wenige Einzelschritte zu ersetzten. Auf diese Weise können beispielsweise bei der Lackherstellung aus möglichst wenigen unterschiedlichen Rohstoffen möglichst viele unterschiedliche Produkte hergestellt werden.

Ferner kann die elektronische Datenbank Informationen bezüglich der Eigenschaften des aus einem durchgeführten Herstellungsprozeß resultierenden Produktes enthalten. Hierzu können insbesondere in der Qualitätssicherung des Herstellers entdeckte oder vom Kunden gemeldete Produktmängel gehören. Durch die Aufnahme dieser Informationen und ihre Zusammenschau mit den Einzelschritten des Herstellungsprozesses ist es möglich, über entsprechende Korrelationen die Ursachen der Qualitätsmängel aufzufinden und in einem optimierten Herstellungsprozeß zu beseitigen.

Vorzugsweise werden in der elektronischen Datenbank die Ausführungen mehrerer mehrstufiger Herstellungsprozesse protokolliert und aufgenommen. Da sich die Herstellungsprozesse in der Regel in ihrer Zusammensetzung aus Einzelschritten unterscheiden, können aus den zugrundeliegenden Variationen wichtige Informationen über den Zusammenhang zwischen den Einzelschritten des Prozesses und dem erhaltenen Resultat gewonnen werden. Dabei kann mit den erfindungsgemäßen Analyseverfahren auch nachträglich eine Analyse von Herstellungsprozessen aus der zurückliegenden Produktion erfolgen.

Die in der zuletzt beschriebenen Datenbank enthaltenen Daten können in einem Aufbereitungsprozess in einem dreidimensionalen Diagramm so aufgetragen werden, daß auf einer ersten Achse die verschiedenen Ausführungen, auf einer zweiten Achse die Einzelschritte (gegebenenfalls geeignet zusammengefaßt) und auf einer dritten Achse die Anzahl der Einzelschritte oder eine ähnliche, die Quantität der Einzelschritte betreffende Information aufgetragen wird. Aus einem derartigen Diagramm kann optisch gut eine Korrelation und/oder Häufung von Einzelschritten abgelesen werden, welche dem Benutzer dann die gezielte Vereinfachung des Verfahrens erlaubt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Optimierung eines mehrstufigen Herstellungsprozesses, wobei im Rahmen des Herstellungsprozesses zur Erreichung vorgegebener Produkteigenschaften Abstimmungsschritte durchgeführt werden, die in ihrer Art, Anzahl und ihrem Ausmaß variabel sind. Das Optimierungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ausführung des Herstellungsprozesses in einem Verfahren der oben genannten Art in einer elektronische Datenbank protokolliert wird und daß mehrere Einzelschritte des Herstellungsprozesses, welche gleichartige Auswirkungen auf die zu erzielende Produkteigenschaft haben, zu einem einzigen Einzelschritt zusammengefaßt werden.

Mit dem Optimierungsverfahren ist es also möglich, die Anzahl der Einzelschritte eines komplexen mehrstufigen Herstellungsprozesses zu reduzieren. Aus naheliegenden Gründen geht hiermit eine zum Teil erhebliche Kostenersparnis einher. Die Reduzierung der Einzelschritte ist möglich, da diese unter Einbeziehung mindestens eines quantitativen Kriteriums zusammengestellt sind, und somit Einzelschritte mit gleichen Auswirkungen auf die gewünschte Produkteigenschaft erkennbar sind.

Alternativ kann ein Verfahren zur Optimierung eines mehrstufigen Herstellungsprozesse der oben genannten Art dadurch gekennzeichnet sein, daß mindestens zwei Ausführungen des Herstellungsprozesses nach einem oben beschriebenen Analyseverfahren in einer elektronischen Datenbank protokolliert werden und daß in ihrem Auftreten und ihrem Ausmaß korrelierte Einzelschritte zu einem einzigen Einzelschritt zusammengefaßt werden. Wenn demnach aus den protokollierten Daten mehrerer Herstellungsprozesse erkennbar wird, daß die Ausführung eines Einzelschrittes A in der Regel die Ausführung eines Einzelschrittes B nach sich zieht, dann können beide entweder durch einen neuen Einzelschritt C = A + B, oder nach individueller Analyse durch einen anderen Einzelschritt C' ersetzt werden, oder die Einzelschritte können sogar ersatzlos gestrichen werden.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Analyse und Optimierung eines Rezeptes zur Herstellung eines Lackes dargestellt.

Die Einzelschritte dieses Herstellungsverfahrens bestehen in der Regel aus der Zugabe einer bestimmten stofflichen Komponente. Die Auflistung der Einzelschritte entspricht daher im wesentlichen einer Stückliste dieser chemischen Komponenten. Daneben können jedoch gegebenenfalls einzelne Bearbeitungsschritte enthalten sein. Die Komponenten der Stückliste und die Bearbeitungsschritte müssen mit einem Nummernsystem bzw. einer Arbeitsschrittcodierung versehen werden oder mit einer verbalen Beschreibung ausgestattet sein, so daß jedes Teil und jeder Bearbeitungsschritt eindeutig identifizierbar ist. Aus dem Bezeichnungssystem muß mindestens eine Eigenschaft des Einsatzstoffes oder des Bearbeitungsschrittes hervorgehen. Hierbei kann es sich um eine chemische, physikalische oder andere technische Eigenschaft handeln, z. B. Lösemittel, Festkörper, Reparatur, brennbar, Farbeigenschaften oder Verbindungsglied.

Die Daten werden in ein Schema überführt, das es dem Anwender erlaubt, aufgrund eines numerischen oder visuellen Vergleichs verschiedener Batche Schlüsse zur Optimierung des Herstellungsverfahrens zu ziehen.

In Fig. 1 ist die Bildschirmanzeige einer Tabelle dargestellt, welche in ihren Spalten eine umgeformte Stückliste für eine Farbproduktion wiedergibt. Gegenüber einer chronologischen Stückliste sind die Komponenten jedes Batches nach Art der Einsatzstoffe und der Art der Einwaage zusammengefaßt. Die zeitliche Abfolge der Zugabe ist hierbei zugunsten einer Gruppierung nach Einsatzstoffeigenschaften (z. B. Farbton) und der Klassifizierung nach Normalstückliste und Zusatz aufgelöst worden. Die Anteile in der Normalstückliste sind dabei in der ersten Spalte mit dem Buchstaben E gekennzeichnet. Die mit dem Buchstaben Z gekennzeichneten Zusätze dienen vor allem der Farborteinstellung.

In Fig. 2 sind zwei Tabellen wiedergegeben, die das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlichen sollen. Die Tabellenzeilen entsprechen farbtongebenden Zusätzen, die allgemein als FTGZ1 bis FTGZ17 bezeichnet sind. Die Spalten der Tabellen sind verschiedenen Batchen B1 bis B31 zugeordnet, die über einen gewissen Zeitraum hinweg hergestellt wurden. In der oberen Tabelle 1 sind in den Zellen Zahlenwerte eingetragen, die dem zugegebenen Anteil des Farbtongebenden Zusatzes in Gew.-% entsprechen (bezogen auf die Normalstückliste). In der unteren Tabelle 2 sind an den entsprechenden Stellen die Anzahlen der Einzelzuwaagen pro Batch eingetragen. Mehrfacheinwaagen derselben Pasten oder ähnlicher Pasten (z. B. verschiedene Pasten eines Farbraumes) führen zu einem hohen Produktionsaufwand. Dabei entstehen durch jede Einwaage eines Zusatzes Extrakosten.

Die Batche B1 bis B15 entsprechen den Verhältnissen vor einer Optimierung. Die Batche B16 bis B31 sind solche, die sich nach einer Optimierung des Herstellungsprozesses ergeben. Dabei wird erkennbar, daß die Farben mit einer erheblich geringeren Anzahl an Zusätzen hergestellt werden konnten.

Fig. 3 zeigt eine dreidimensionale Grafik zur Stücklistenoptimierung gemäß Fig. 2. Auf der x-Achse sind dabei in chronologischer Reihenfolge verschiedene Ausführungen des Herstellungsprozesses anhand ihrer Batchnummern B1 bis B31 aufgelistet. Auf der z-Achse sind die einzelnen Zusatzstoffe nach ihren Produktbezeichnungen FTGZ1 bis FTGZ17 aufgetragen. Auf der y-Achse ist der zugegebene Anteil des Farbtonzusatzes in Gew.-% (bezogen auf die Normalstückliste) für einen bestimmten Zusatzstoff eines bestimmten Batches aufgetragen. Die Darstellung begrenzt sich auf die farbgebenden Stoffe der Herstellung. Hierbei sind Zusatzstoffe mit gleicher Produktnummer zu einer Gesamtzahl zusammengefaßt. Fig. 3 entspricht somit einer grafischen Darstellung von Tabelle 1 aus Fig. 2.

Bis zur Batchnummer B15 sind die Verfahren nicht optimiert. In der Grafik wird dies augenfällig durch die große Anzahl hoher Balken, die einen großen Anteil der entsprechenden zugegebenen Komponente symbolisieren. Nach der Optimierung sind dagegen nur noch wenige Mengen an Zusatzstoffen zuzuführen, wobei sich auch die Anzahl der Wägeschritte deutlich verringert hat und häufig ein oder zwei Wägeschritte bereits genügen. In einer solchen Grafik können Clusterbildungen leicht erkannt werden.

In einem Programm zur Erfassung der Daten des Herstellungsprozesses können über Einschränkungen (Produktnummern, Eigenschaften, Batchgröße, Produktionsort, Fertigungsart etc.) die gewünschten Batche ausgewählt werden. Mittels geeigneter Software können die Daten in verschiedener Hinsicht analysiert werden, z. B.:

• - Verknüpfung der Produktionsdaten mit Daten über vom Kunden gemeldete Qualitätsmängel;
• - Herstellungskostenanalyse, welche sowohl das Personal, die Rohstoffe und die Emballagen einbeziehen kann;
• - Anteilssuche, z. B. über Produktnummern oder Handelsnamen;
• - Rohstoffanalyse für ein bestimmtes Produkt über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise zu Zwecken der Streichung von Rohstoffen wegen Mindermengen;
• - Kostenstellenanalyse, bei der auch die Differenzbildung zwischen Produktionskampagnen in unterschiedlichen Zeiteinheiten kostenstellenbezogen durchgeführt werden kann, um beispielsweise festzustellen, wer wo was wann zum ersten mal produziert hat;
• - rohstoffbezogene Analyse der zuvor genannten Art um festzustellen, welche Rohstoffe in einem bestimmten Zeitraum neu hinzugekommen oder weggefallen sind, und um einen KPI zu erstellen;
• - Kostenanalyse für die Rohstoffe.

Die generierten Dateien können wiederum untereinander verknüpft werden, um neue wirtschaftliche und technische Zusammenhänge aufzudecken. Dabei kann eine Analyse auch retrospektiv erfolgen, wenn geeignete Daten aus vergangenen Zeiträumen vorliegen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Analyse eines mehrstufigen Herstellungsprozesses, bei dem zur Erreichung vorgegebener Produkteigenschaften in Art, Anzahl und Ausmaß variable Abstimmungsschritte durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelschritte des Herstellungsprozesses in bezug auf mindestens eine produktions­ relevante Eigenschaft quantitativ in einer elektronische Datenbank erfaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Einzelschritt des Herstellungsprozesses erfaßte Eigenschaft sein Ausmaß, sein Kostenanteil, seine Wirkung auf die zu erzielende Produkteigenschaft und/oder seine Zusammensetzung aus Subelementen ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Datenbank Informationen bezüglich der aus einem durchgeführten Herstellungsprozeß resultierenden Produkteigenschaften enthält, insbesondere über festgestellte Produktmängel.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenbank die Protokollierung mehrerer Ausführungen des mehrstufigen Herstellungsprozesses enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Datenbank enthaltenen Daten in einem dreidimensionalen Diagramm aufgetragen werden, wobei auf einer ersten Achse die verschiedenen Ausführungen, auf einer zweiten Achse die Einzelschritte und auf einer dritten Achse die Anzahl der Einzelschritte oder eine ähnliche, die Quantität der Einzelschritte betreffende Information aufgetragen wird.

6. Verfahren zur Optimierung eines mehrstufigen Herstellungsprozesses, wobei zur Erreichung vorgegebener Produkteigenschaften in Art, Anzahl und Ausmaß variable Abstimmungsschritte durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ausführung des Herstellungsprozesses in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 protokolliert wird, und daß mehrere Einzelschritte des Herstellungsprozesses, welche gleichartige Auswirkungen auf die zu erzielende Produkteigenschaft haben, zu einem einzigen Einzelschritt zusammengefaßt werden.

7. Verfahren zur Optimierung eines mehrstufigen Herstellungsprozesses, wobei zur Erreichung vorgegebener Produkteigenschaften in Art, Anzahl und Ausmaß variable Abstimmungsschritte durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Ausführungen des Herstellungsprozesses in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 protokolliert werden und daß in ihrem Auftreten und Ausmaß korrelierte Einzelschritte zu einer geringeren Anzahl von Einzelschritten zusammengefaßt werden.