-
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 Abstimmungsschritte
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 unterschiedliche Stoffzusätze hinzugegeben.
Im Falle von Lacken handelt es sich hierbei beispielsweise um Tönpasten,
Wasser, Rheologiehilfsmittel und andere Additive. Es ist nicht ungewöhnlich,
daß für die Herstellung
eines Lackes zwanzig oder mehr Zusätze pro Btach angewandt werden
müssen,
um spezifikationsgerechte Produkte zu erhalten. Zu den angestrebten
Eigenschaften eines chemisches Produktes, insbesondere eines Lackes,
können
neben der Farbe auch der pH-Wert, die Dichte, der Farbort oder die
Viskosität
gehören.
-
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.
-
G.Frey
und T.Egger (Closing the gap between engineering and business software.
In Jacucci, G. (u.a.)(Hrsg.): Globalization of Manufacturing in
the Digital Communication Era of the 21 st century. Proc. 10th International
IFIP WG 5.2/5.3 Conference Prolamat, 98, Boston, Kluwer Academic
Publishers, 1998. ISBN 0-412-83540-1)
beschreiben ein Prozeß-Kontrollsystem
für die
Rezepturkontrolle in chemischen Verfahren. Allerdings sind Daten über Produktmängel, wie
sie beispielsweise beim Kunden anfallen, kein Bestandteil des beschriebenen
Kontrollsystems. Dies ist insbesondere bei der Abstimmung von Farbtönen und
weiterer Lackeigenschaften von großer Bedeutung.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu
stellen, welches die Analyse und Optimierung mehrstufigen Lackherstellungsprozessen
erlaubt.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Analyse eines mehrstufigen
Lack-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 quantitativ in einer
elektronische Datenbank erfaßt werden
und wobei die elektronische Datenbank Informationen bezüglich der
aus einem durchgeführten Lack-Herstellungsprozeß resultierenden
festgestellten Produktmängel
enthält.
-
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 Datenverarbeitung
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 Qualitätsschwankungen 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 Einzelschrittes 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 Produkteigenschaft 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
Lack-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 Lack-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 Lack-Herstellungsprozesses
der oben genannten Art dadurch gekennzeichnet sein, daß mindestens
zwei Ausführungen
des Lack-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.
-
Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert.
-
In 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 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.
-
3 zeigt
eine dreidimensionale Grafik zur Stücklistenoptimierung gemäß 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. 3 entspricht
somit einer grafischen Darstellung von Tabelle 1 aus 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 Zusatzstoffenzuzuführen, 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.