SMED: Wie man Maschinen mit hoher Gesamtanlageneffektivität konstruiert

Single-Minute Exchange of Die (SMED) ist eine von Shigeo Shingo entwickelte Methode, deren Ziel es ist, die für das Umrüsten von Maschinen und Anlagen in der Produktion benötigte Zeit deutlich zu verkürzen. Eine kürzere Rüstzeit erhöht unmittelbar die Verfügbarkeit der Maschinen und ist damit ein wesentlicher Faktor für die Produktionseffizienz. In diesem Artikel erläutern wir, wie Maschinen unter Berücksichtigung der SMED-Prinzipien ausgelegt werden können.

Prinzipien des Lean Manufacturing

Grundlagen des Lean Manufacturing

Lean Manufacturing ist eine Philosophie des Produktionsmanagements, die darauf abzielt, den Kundennutzen zu maximieren und gleichzeitig Verschwendung zu minimieren. Lean konzentriert sich auf die kontinuierliche Verbesserung von Prozessen sowie auf die Beseitigung unnötiger Tätigkeiten, was zu höherer Effizienz und geringeren Produktionskosten führt.

Wichtige Lean-Werkzeuge

Im Lean Manufacturing kommen zahlreiche Werkzeuge zum Einsatz, die helfen, die angestrebten Ziele zu erreichen. Dazu gehören unter anderem:

• Kaizen: eine Methode der kontinuierlichen Verbesserung, die alle Mitarbeitenden in den Prozess der Optimierung betrieblicher Abläufe einbindet.
• 5S: ein System zur Organisation des Arbeitsplatzes, das auf Sortieren, Systematisieren, Säubern, Standardisieren und Selbstdisziplin basiert.
• Just-In-Time (JIT): ein Produktionssystem, bei dem Materialien und Komponenten genau dann bereitgestellt werden, wenn sie benötigt werden, wodurch Lagerbestände minimiert werden.
• SMED: ein zentrales Lean-Element, das sich auf das schnelle Umrüsten von Maschinen konzentriert und dadurch eine flexible Reaktion auf sich ändernde Produktionsanforderungen ermöglicht.

SMED – Single-Minute Exchange of Die

Definition und Prinzipien von SMED

Single-Minute Exchange of Die (SMED) ist eine von Shigeo Shingo eingeführte Methode zur drastischen Verkürzung der Umrüstzeiten von Maschinen und Produktionslinien. Das Hauptziel von SMED besteht darin, die Umrüstzeit auf eine einstellige Minutenzahl (unter 10 Minuten) zu reduzieren. Dabei gelten mehrere zentrale SMED-Prinzipien:

1. Trennung interner und externer Tätigkeiten:
   • Interne Tätigkeiten sind solche, die nur bei stillstehender Maschine ausgeführt werden können.
   • Externe Tätigkeiten sind solche, die durchgeführt werden können, während die Maschine läuft.
   • Der erste Schritt bei SMED besteht darin, möglichst viele interne Tätigkeiten zu identifizieren und in externe Tätigkeiten umzuwandeln.
2. Standardisierung und Vereinfachung interner Tätigkeiten:
   • Standardisierung von Werkzeugen und Arbeitsmethoden, damit alle Vorgänge auf dieselbe Weise ausgeführt werden.
   • Vereinfachung und Beschleunigung der Tätigkeiten, die bei stillstehender Maschine ausgeführt werden müssen.
3. Einführung von Schnellspannsystemen:
   • Einsatz von Systemen, die ein schnelles Befestigen und Demontieren von Werkzeugen und Maschinenelementen ermöglichen.
   • Verwendung von Schnelllöselementen, die den Bedarf an Justierung und Kalibrierung minimieren.
4. Durchführung von Schulungen und Einbindung der Mitarbeitenden:
   • Schulung von Maschinenbedienern und Produktionsteams in neuen Verfahren und SMED-Techniken.
   • Einbindung der Mitarbeitenden in den Verbesserungsprozess und in die Suche nach weiteren Möglichkeiten zur Verkürzung der Umrüstzeiten.

Prozess der SMED-Einführung

Die Einführung von SMED lässt sich in mehrere wesentliche Phasen unterteilen:

1. Analyse des aktuellen Umrüstprozesses:
   • Genaue Überwachung und Dokumentation aller mit dem Umrüsten verbundenen Tätigkeiten.
   • Identifikation interner und externer Tätigkeiten sowie ihrer Dauer.
2. Umwandlung interner in externe Tätigkeiten:
   • Bewertung der Möglichkeiten, interne Tätigkeiten in externe zu verlagern.
   • Einführung neuer Verfahren, die es ermöglichen, mehr Tätigkeiten auszuführen, während die Maschine läuft.
3. Optimierung interner Tätigkeiten:
   • Standardisierung und Vereinfachung interner Abläufe.
   • Einführung von Schnellspannsystemen und geeigneten Werkzeugen.
4. Schulung und Einbindung der Mitarbeitenden:
   • Durchführung von Schulungen für Bediener und Produktionsteams.
   • Förderung der aktiven Beteiligung am Verbesserungsprozess.
5. Überwachung und kontinuierliche Verbesserung:
   • Regelmäßige Überwachung der Ergebnisse und Umrüstzeiten.
   • Umsetzung von Vorschlägen der Mitarbeitenden und Suche nach weiteren Optimierungsmöglichkeiten.

Beispiele erfolgreicher SMED-Einführungen in verschiedenen Branchen

Die Einführung von SMED hat in vielen Produktionsbranchen erhebliche Vorteile gebracht:

• Automobilindustrie:
  • In Automobilwerken wie Toyota hat der Einsatz von SMED zu einer deutlichen Reduzierung der Umrüstzeiten geführt. Das hat die Produktionsflexibilität erhöht und eine schnellere Markteinführung neuer Modelle ermöglicht.
• Lebensmittelindustrie:
  • In Unternehmen der Lebensmittelproduktion wie Nestlé hat SMED den schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Produkten auf den Produktionslinien unterstützt. Dadurch wurden Stillstandszeiten reduziert und die Produktionseffizienz gesteigert.
• Elektronikindustrie:
  • In Werken zur Herstellung elektronischer Geräte ermöglichte SMED eine schnellere Anpassung der Produktionslinien an unterschiedliche Produktserien. Das trug dazu bei, die Wettbewerbsfähigkeit in einem dynamischen Markt zu erhöhen.

Produktionsautomatisierung und SMED

Die Rolle der Automatisierung in SMED

Die Automatisierung spielt eine Schlüsselrolle bei der Reduzierung von Rüstzeiten und unterstützt damit das zentrale Ziel von SMED. Moderne Technologien und Automatisierungslösungen beschleunigen zahlreiche Prozesse, die zuvor manuell ausgeführt wurden und einen erheblichen Arbeits- und Zeitaufwand erforderten. Die Automatisierung kann SMED in mehreren zentralen Bereichen unterstützen:

1. Schnelles Spannen und Lösen von Werkzeugen:
   • Automatische Werkzeugspannsysteme können die für den Werkzeugwechsel benötigte Zeit deutlich verkürzen. Diese Systeme machen manuelles Anziehen und Nachjustieren überflüssig, was nicht nur die Rüstzeiten verkürzt, sondern auch das Fehlerrisiko senkt.
2. Automatische Einstellung von Maschinenparametern:
   • Die Einführung von Systemen, die Maschinenparameter automatisch entsprechend den Produktionsanforderungen einstellen, ermöglicht eine schnelle und präzise Anpassung der Maschinen an neue Aufgaben. Dadurch lässt sich manuelles Programmieren vermeiden und Einstellfehler werden minimiert.
3. Robotik und Automatisierung von Hilfsprozessen:
   • Der Einsatz von Robotern für wiederholbare und zeitaufwendige Aufgaben, etwa die Zuführung und Entnahme von Materialien, kann den gesamten Umrüstprozess erheblich beschleunigen.
4. Überwachung und Datenanalyse in Echtzeit:
   • SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) ermöglichen die laufende Überwachung und Analyse von Produktionsprozessen. So lassen sich Engpässe schnell erkennen und beseitigen sowie Umrüstprozesse gezielt optimieren.

SCADA-Systeme und ihr Einfluss auf SMED

SCADA-Systeme spielen eine wichtige Rolle bei der Überwachung und Optimierung von Umrüstprozessen im Rahmen von SMED.

SCADA ermöglicht die Erfassung und Analyse von Daten aus Maschinen und Produktionsprozessen in Echtzeit, was für ein schnelles und wirksames Umrüsten von entscheidender Bedeutung ist.

1. Überwachung der Rüstzeiten:
   • SCADA ermöglicht die genaue Nachverfolgung von Rüstzeiten, sodass Optimierungspotenziale gezielt identifiziert werden können. Auf Basis präziser Daten lassen sich fundiertere Entscheidungen über Verbesserungsmaßnahmen treffen.
2. Analyse der Ursachen von Stillständen:
   • SCADA-Systeme können die Ursachen von Stillständen erfassen und analysieren. Dadurch lassen sich Probleme schnell identifizieren und beseitigen. So kann die Stillstandszeit minimiert und die Maschinenverfügbarkeit erhöht werden.
3. Integration mit ERP- und MES-Systemen:
   • Die Integration von SCADA mit ERP-Systemen (Enterprise Resource Planning) und Systemen zur Produktionssteuerung ermöglicht ein ganzheitliches Management der Produktionsprozesse. Dadurch lassen sich Umrüstungen besser planen und koordinieren, was die Produktionseffizienz erhöht. Weitere Kennzahlen zur Effizienz finden Sie auch im Beitrag OEE.

POKA-YOKE – Qualität absichern

Definition von POKA-YOKE

POKA-YOKE ist eine japanische Methode zur Fehlervermeidung. Dabei werden Produktionsprozesse so gestaltet, dass Fehler entweder gar nicht erst entstehen können oder leicht erkannt und korrigiert werden. Die Methode wird eingesetzt, um Defekte zu vermeiden und die Produktqualität zu erhöhen.

Ziel und Grundsätze von POKA-YOKE

1. Fehlervermeidung:
   • Das Hauptziel von POKA-YOKE ist die Beseitigung von Fehlern bereits in der Phase der Prozessgestaltung. Dadurch lassen sich kostspielige Nacharbeiten und Stillstände vermeiden.
2. Fehlererkennung und -korrektur:
   • Wenn Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden können, sorgt POKA-YOKE dafür, dass sie schnell erkannt und korrigiert werden, bevor sie sich auf das Endprodukt auswirken.
3. Einfachheit und Wirksamkeit:
   • POKA-YOKE-Lösungen sollten einfach und leicht umsetzbar sein, damit sie von den Mitarbeitenden an der Produktionslinie wirksam angewendet werden können.

Beispiele für den Einsatz von POKA-YOKE in der Produktion

• Automobilindustrie:
  • In der Automobilproduktion kommen verschiedene POKA-YOKE-Lösungen zum Einsatz, etwa Sensoren und Kontrollanzeigen, die verhindern, dass Teile in der falschen Reihenfolge oder mit falscher Kraft montiert werden.
• Elektronikindustrie:
  • Bei der Herstellung elektronischer Komponenten kann POKA-YOKE den Einsatz spezieller Steckverbinder und Halterungen umfassen, die korrekte Verbindungen sicherstellen und das Risiko von Montagefehlern ausschließen.
• Lebensmittelindustrie:
  • In lebensmittelproduzierenden Betrieben kann POKA-YOKE den Einsatz von Sensoren umfassen, die Fremdkörper in Produkten erkennen und so deren Übereinstimmung mit Qualitäts- und Sicherheitsstandards sicherstellen.

Einfluss von POKA-YOKE auf SMED

1. Reduzierung von Produktionsfehlern:
   • Dank POKA-YOKE können Rüstprozesse so gestaltet werden, dass das Fehlerrisiko minimiert wird. Das führt zu einer höheren Produktqualität und einem geringeren Risiko von Stillständen.
2. Steigerung der Prozesszuverlässigkeit:
   • Der Einsatz von POKA-YOKE in Rüstprozessen erhöht die Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit dieser Abläufe, was für die wirksame Einführung von SMED entscheidend ist.

TPM (Total Productive Maintenance) und SMED

Was ist TPM?

Total Productive Maintenance (TPM) ist ein ganzheitlicher Ansatz der Instandhaltung, der alle Mitarbeitenden einbezieht, um die Anlageneffizienz zu maximieren.

TPM umfasst verschiedene Maßnahmen wie vorbeugende Instandhaltung, autonome Instandhaltung durch die Bediener sowie die kontinuierliche Verbesserung von Prozessen.

Säulen von TPM

1. Autonome Instandhaltung:
   • Die Bediener sind für die tägliche Instandhaltung der Maschinen verantwortlich. Dazu gehören Reinigung, Schmierung und kleinere Reparaturen. Dadurch befinden sich die Maschinen in einem besseren Zustand und fallen seltener aus.
2. Vorbeugende Instandhaltung:
   • Regelmäßige Inspektionen und Wartungsarbeiten verhindern unerwartete Ausfälle und verlängern die Lebensdauer der Maschinen.
3. Kontinuierliche Verbesserung:
   • Die fortlaufende Suche nach Möglichkeiten, die Effizienz und Zuverlässigkeit der Anlagen durch Datenanalysen und die Einführung innovativer Lösungen zu verbessern.

Wie TPM die Maschinenverfügbarkeit beeinflusst

TPM verbessert die Maschinenverfügbarkeit deutlich, was eine der zentralen OEE-Kennzahlen ist. Regelmäßige Instandhaltung und die Einbindung der Bediener in Wartungsprozesse minimieren Stillstände und Ausfälle und ermöglichen so eine reibungslose und unterbrechungsfreie Produktion.

SMED als Bestandteil von TPM

Single-Minute Exchange of Die (SMED) ist eine von Shigeo Shingo eingeführte Methode zur drastischen Verkürzung der Rüstzeiten von Maschinen und Produktionslinien. Das Hauptziel von SMED besteht darin, die Rüstzeit auf eine einstellige Minutenzahl (unter 10 Minuten) zu senken. Es gibt mehrere zentrale Grundsätze von SMED:

1. Verkürzung der Rüstzeiten:
   • Mit SMED wird die für Umrüstungen benötigte Zeit deutlich reduziert. Das erhöht die Maschinenverfügbarkeit und ermöglicht eine flexiblere Produktionsplanung.
2. Stärkere Einbindung der Bediener:
   • Bediener, die für die autonome Instandhaltung verantwortlich sind, werden auch in die Rüstprozesse einbezogen. Das ermöglicht ein besseres Verständnis der Maschinen und die Optimierung der Abläufe.

Leistungskennzahlen (KPI) und SMED

Einführung in KPI

Leistungskennzahlen (KPI) sind Werkzeuge zur Messung und Überwachung der Effizienz von Produktionsprozessen. Im Zusammenhang mit SMED sind die wichtigsten KPI:

1. Rüstzeit:
   • Die Zeit, die für die Durchführung einer Maschinenumrüstung benötigt wird und die sich direkt auf Verfügbarkeit und Flexibilität der Produktion auswirkt.
2. MTBF (Mean Time Between Failures):
   • Die mittlere Zeit zwischen Ausfällen, die Aufschluss über die Zuverlässigkeit der Maschinen und die Wirksamkeit der Instandhaltungsmaßnahmen gibt.
3. MTTR (Mean Time To Repair):
   • Die durchschnittliche Zeit, die für die Reparatur einer Maschine benötigt wird und die sich auf die Dauer von Stillständen und die Maschinenverfügbarkeit auswirkt.

Überwachung von KPI im Kontext von SMED

Die wirksame Überwachung von KPI im Zusammenhang mit Rüstzeiten ist entscheidend für die Optimierung von SMED-Prozessen. Dazu gehören:

1. Regelmäßige Datenerfassung:
   • Daten zu Rüstzeiten, Ausfällen und Reparaturen sollten regelmäßig erfasst und analysiert werden, um Bereiche mit Verbesserungsbedarf zu identifizieren.
2. Analyse und Berichterstattung:
   • Die Datenanalyse ermöglicht es, Trends und Muster zu erkennen, die auf potenzielle Probleme oder Optimierungsmöglichkeiten hinweisen können. Die regelmäßige Berichterstattung über KPI-Ergebnisse unterstützt fundierte Entscheidungen zu Verbesserungsmaßnahmen.
3. Einsatz von IT-Systemen:
   • IT-Systeme wie ERP und Fertigungsleitsysteme können die Überwachung und Analyse von KPI unterstützen, indem sie präzise und aktuelle Daten zur Leistung von Produktionsprozessen bereitstellen.

Einsatz von IT-Systemen bei der KPI-Überwachung

• ERP-Systeme:
  • ERP-Systeme ermöglichen eine zentrale Verwaltung produktionsbezogener Daten und damit eine bessere Planung und Kontrolle der Umrüstprozesse.
• Fertigungsleitsysteme:
  • Fertigungsleitsysteme (Manufacturing Execution Systems) ermöglichen die laufende Überwachung von Produktionsprozessen und eine sofortige Reaktion auf mögliche Probleme. Dadurch lassen sich die Ursachen von Stillständen schnell identifizieren und beseitigen.

FAT- und SAT-Tests im Kontext von SMED

Definition von FAT und SAT

Factory Acceptance Test (FAT) und Site Acceptance Test (SAT) sind zentrale Prüfungen, die vor der Inbetriebnahme neuer Maschinen oder Produktionslinien durchgeführt werden.

1. FAT (Factory Acceptance Test):
   • Ein Test, der im Werk des Herstellers durchgeführt wird, um zu bestätigen, dass die Maschine vor dem Versand an den Kunden alle Spezifikationen und Anforderungen erfüllt.
2. SAT (Site Acceptance Test):
   • Ein Test, der nach der Installation der Maschine beim Kunden vor Ort durchgeführt wird, um zu bestätigen, dass die Maschine unter realen Produktionsbedingungen ordnungsgemäß funktioniert.

Bedeutung von FAT- und SAT-Tests im Zusammenhang mit SMED

1. Bestätigung der Funktionalität:
   • FAT- und SAT-Tests ermöglichen die Überprüfung, ob die Maschine alle Anforderungen erfüllt und Umrüstungen gemäß den SMED-Grundsätzen durchführen kann.
2. Optimierung der Einstellungen:
   • Während der Tests können die erforderlichen Kalibrierungen und Anpassungen vorgenommen werden, um optimale Umrüstzeiten zu erreichen.
3. Schulung der Bediener:
   • FAT- und SAT-Tests bieten auch die Gelegenheit, die Bediener im Umgang mit neuen Maschinen und SMED-Verfahren zu schulen, was eine reibungslose Einführung neuer Produktionsprozesse sicherstellt.

Zusammenfassung der wichtigsten Punkte des Artikels

Die Konstruktion von Maschinen unter Berücksichtigung der SMED-Grundsätze ist entscheidend, um eine hohe Produktionseffizienz zu erreichen und Umrüstzeiten zu minimieren. In diesem Artikel haben wir erläutert, wie sich SMED in die Prinzipien des Lean Manufacturing einfügt, wie die Automatisierung von Produktionsprozessen und SCADA-Systeme SMED unterstützen und wie POKA-YOKE, TPM und KPI zu einer wirksamen Einführung von SMED beitragen können. FAT– und SAT-Tests spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Verifizierung und Optimierung von Umrüstprozessen.

Zukunft und Weiterentwicklung von Technologien im Kontext von SMED

Neue Technologien wie fortschrittliche Automatisierungssysteme, künstliche Intelligenz und das Internet der Dinge (IoT) werden bei der weiteren Optimierung von SMED-Prozessen eine immer größere Rolle spielen. Unternehmen, die sich einen Wettbewerbsvorteil verschaffen wollen, sollten in diese Technologien investieren und ihre Produktionsprozesse im Sinne der SMED-Grundsätze kontinuierlich weiterentwickeln.