Machineprestaties verhogen met realtime monitoring

Een plan hebben voor het onderhouden en verbeteren van de prestaties en betrouwbaarheid van elke machine op een shopfloor is vitaal voor productie-operaties. Betrouwbare machines maken productieruns op korte termijn mogelijk. En hoe flexibeler fabrikanten zijn, hoe meer nieuwe klanten ze zullen aantrekken.

De fundament van de meest effectieve strategieën voor het bereiken van hogere niveaus van shopfloor-productiviteit begint met realtime monitoring. Een contextueel rijke, realtime datastroom van elke machine op de shopfloor is onschatbaar voor het verbeteren van elke productierun en het mogelijk maken van design-to-manufacturing om zijn volledige potentieel te bereiken. Dit artikel onderzoekt:

• de rol van realtime monitoring in het definiëren van de baselinesprestaties van een machine,
• hoe realtime monitoring helpt design-to-manufacturing (DTM)-strategieën te laten slagen,
• de voordelen van het gebruik van realtime monitoring om je machine-fitnessplan fijn af te stellen,
• hoe te beginnen met het voorbereiden van een machine-fitnessplan, en
• strategieën voor het afstemmen van machines op een agile design-to-manufacturing-proces.

Baselinesprestaties definiëren

Sterke fitnessplannen die duurzame verandering leveren, beginnen met een echte baseline van prestaties, en hetzelfde geldt voor iedereen die begint met sporten alsook voor machines over een shopfloor heen. Om fitnessplannen voor hun machines te creëren die resultaten leveren, vertrouwen fabrikanten op realtime monitoring voor de baselinedata die ze nodig hebben. Door realtime monitoring een integraal deel te maken van elke productierun, maken ze permanente verbeteringen de nieuwe normaal.

Twee recente enquêtes uitgevoerd door Decision Analyst in samenwerking met IQMS/Dassault Systèmes illustreren hoe fabrikanten nu vertrouwen op realtime monitoring om shopfloor-productiviteit te verbeteren, inclusief het vastleggen van machineprestatie-baselines die de fundering zijn van het creëren van geïndividualiseerde machine-fitnessplannen.

Opvallend was dat Decision Analyst's enquête onder 150 Noord-Amerikaanse fabrikanten in 2019 onthulde dat 82% van de productie-respondenten een top-prioriteit stellen op het upgraden van bestaande machines of het aankopen van nieuwe machines om inzichten te krijgen uit realtime monitoring. Deze bedrijven vervangen volledig afgeschreven productiemachines met state-of-the-art slimme, verbonden machines die hun toestand kunnen zelf diagnosticeren en problemen rapporteren – wat de realtime data in de context van hun operatieve omstandigheden levert die onschatbaar is in het fijnstellen van fitnessplannen. Daarnaast, om hun realtime monitoring te optimaliseren, investeren 38% van de geïnterviewde fabrikanten in manufacturing execution system (MES) software, zoals te zien is in Figuur 1, direct hieronder.

Terwijl in Decision Analyst's enquête uit eind 2018, 81% van alle fabrikanten stelde dat realtime monitoring hun business verbeterde. En in proces-intensieve industrieën, met name kunststofproductie, rapporteerden 87% van de fabrikanten dat realtime monitoring essentieel was voor hun operaties. Over het algemeen verwachtten 63% van de fabrikanten dat ze door realtime monitoring beter in staat zouden zijn om de geïndividualiseerde fitness van elke machine te volgen door utilizatie-ratios per type productierun, schroot en downtime-rapportage te beoordelen, geïllustreerd in Figuur 2, direct hieronder.

Helpen design-to-manufacturing slagen

Realtime monitoring is essentieel voor het synchroniseren van de diverse basis van productiesystemen en -processen die nodig zijn om een enkele design-to-manufacturing-omgeving te creëren waar ontwerpers, ingenieurs, kwaliteitsmanagement en productieteams samen kunnen werken. Design-to-manufacturing is gebaseerd op het integreren van engineering, kwaliteit en productieteams op hetzelfde productdatamodel. Realtime monitoring van productiemachines draagt bij aan dit datamodel door vitale feedback te leveren aan elk team over de produceerbaarheid, kwaliteit en schaal van elk nieuw geproduceerd product. Het is een essentiële feedbacklus voor iedereen in het design-to-manufacturing-proces, en draagt direct bij aan het verlengen van de bruikbare levensduur van machines op de shopfloor.

Ontwerpers, ingenieurs, kwaliteitsmanagement en productieteams krijgen waardevolle inzichten in hoe het wijzigen van een productmodel de efficiëntie en betrouwbaarheid van productiemachines beïnvloedt, inclusief mean time between failures (MTBF). Design-to-manufacturing-teams nemen een meer agile, iteratieve benadering voor het creëren van nieuwe producten, aangedreven door de inzichten die ze verkrijgen uit realtime monitoring-data. Het meest belangrijk is realtime monitoring's bijdrage aan het mogelijk maken dat de diverse leden van deze teams gesynchroniseerd zijn op een gemeenschappelijk productmodel. Een meer collaboratieve benadering voor het creëren van nieuwe producten, gebaseerd op design-to-manufacturing, verbetert zowel productkwaliteit als winstgevendheid door fouten in productie te verminderen en opbrengstpercentages te verhogen.

Een machine-fitnessplan fijnstellen

Er zijn drie hoofreden waarom een fitnessplan gebaseerd op realtime monitoring een geweldige plaats is om te beginnen met het samenstellen van een design-to-manufacturing-strategie die de fundering legt voor stevige omzetgroei.

Protypen sneller maken op basis van initiële modelontwerpen terwijl hun kwaliteit en productieschaal worden geëvalueerd op basis van realtime monitoring-feedback. Bijvoorbeeld, een kunststoffabrikant gespecialiseerd in marine producten vertrouwt op design-to-manufacturing om het initiële productmodel te definiëren en vervolgens prototypen in een kwestie van uren te produceren met een high-speed 3D-printer gecombineerd met een stereolithografie-gebaseerde imaging-apparaat. Zodra productmodel-prototypen door klanten zijn goedgekeurd, wordt hetzelfde model geproduceerd met computer-aided manufacturing (CAM)-software om de initiële productvorm te creëren. Daarvan start het productieproces. Het digitaal creëren en testen van de productkwaliteit en -duurzaamheid bespaart de klant en de marine productenfabrikant duizenden uren en dollars per jaar. Het demonstreert hoe een design-to-manufacturing-benadering problemen eerder opvangt en nieuwe producten sneller op de markt brengt.

Help vraag creëren voor nieuwe producten voordat ze worden verzonden door een design-to-manufacturing-benadering voor productie te hanteren waarbij realtime data van elke machine productieplanners helpt de optimale workflow voor elk nieuw product te definiëren. Bijvoorbeeld, een toonaangevende leverancier van koolstofvezel-gebaseerde OEM-producten voor de auto-, consumentenverpakkingsgoederen- en kunststofprocesproductie-industrieën creëert eerst een model van klantenprototypen, wat gerenderde afbeeldingen van nieuwe producten leveren ver voor verzenddatums. Klanten gebruiken de gerenderde afbeeldingen om hun marketing- en verkoopcampagnes te plannen, sales enablement-materialen samen te stellen, en verpakking te definiëren. Hier maakt design-to-manufacturing het mogelijk om meer waarde te leveren aan OEM-klanten en hen te helpen slagen in het verkopen van hun nieuwe producten.

Klanten meer opties bieden met hun baselinesproductmodellen door verbeterde configure-price-quote (CPQ) en productconfiguratiestrategieën. Hier biedt realtime monitoring feedback aan de design-to-manufacturing-teams over welke configureerbare producten het meest efficiënt, produceerbaar en winstgevend zijn om te bouwen. Een voorbeeld is BMW's zeer succesvolle benadering voor het verkopen van gecustomiseerde Mini Coopers met productconfigurators online en in dealers, ondersteund door een model-gebaseerde benadering van productie. CPQ en productconfiguratie excelleren wanneer alle systemen die deze strategieën ondersteunen gesynchroniseerd zijn en op een gemeenschappelijke cadence draaien. Design-to-manufacturing maakt dat mogelijk. En dat is geweldig nieuws voor fabrikanten die de utilizatie-ratios van productiecentra kunnen verhogen door meer gecustomiseerde – en hogere marge – producten voor klanten te produceren dan voorheen.

Een machine-fitnessplan voorbereiden

Om een succesvolle groeistrategie samen te stellen, moeten fabrikanten het koppelen aan een fitnessplan voor elke werktuigmachine. Niet alleen zal dit hun bruikbare levensduur verlengen, de additionele data over de machinegezondheid zal ook de productieplanning verbeteren. Het toewijzen van de meest gekwalificeerde technici aan de best mogelijke combinatie van machines voor een specifieke productierun wordt aanzienlijk vereenvoudigd wanneer elke machine een consistent hoog niveau van productiefitness heeft.

Net als iemand die lid wordt van een sportschool om in betere vorm te komen, hebben miljoenen fabrikanten vandaag de dag de aanvang van sterke fitnessplannen voor hun machines. De uitdaging is ze in actie te zetten en resultaten te behalen. De volgende vier stappen zijn een geweldige manier om te beginnen:

Baselinedata vastleggen voor elke machine over verschillende shifts om te controleren op eventuele opvallende, gemakkelijk te definiëren variaties in output. Het creëren van een dataset van de prestaties van elke machine over de shopfloor is het startpunt voor elk geïndividualiseerd machine-fitnessplan.

Een initiële set metrieken kiezen die elke machine vandaag de dag in staat is te rapporteren om de baseline-vergelijking te voltooien. Elke machine kan worden geanalyseerd op vier metrieken: cyclus tijden, insteltijden, schroot/herwerk-ratios, en opbrengsten. Verschillen tussen machines zullen onmiddellijk zichtbaar worden. Weten hoe goed elke machine presteert tegen deze vier criteria geeft onschatbare inzichten in hoe de bruikbare levensduur verlengd kan worden.

De meest en minst fitte machines identificeren door de baselinedata te analyseren en de eerdere activiteit van machines te indexeren naar klantretouren en kwaliteitsproblemen. De machines verantwoordelijk voor het hoogste percentage klantretouren en kwaliteitsproblemen zijn vaak dezelfde machines die abnormaal hoge slijtage-ratios tonen. Controleren of hun mean time to repair (MTTR) en MTBF-schattingen nauwkeurig zijn is een voorvereiste om de levensduur van de machine te verlengen en productkwaliteit en opbrengstpercentages te verhogen.

Realtime monitoring combineren met machine-upgrades om te ontdekken hoe productie-sequencing de betrouwbaarheid en prestaties van machines over tijd beïnvloedt. Wetende waarom bepaalde machines beginnen te falen, kan meer te maken hebben met hun relatieve positie in een productie-workflow dan aanvankelijk duidelijk is. Daarom maken realtime monitoring gecombineerd met de nieuwste upgrades naar slimme, verbonden machines zin. Samen verwijderen die stappen twee potentiële grote bronnen van variatie uit het begrijpen van hoe de bruikbare levensduur van een machine verlengd kan worden.

Machines afstemmen op DTM

Wanneer teams profiteren van de hogere prestaties en schaal van machines die worden beheerd aan een meer rigoureus, grondig fitnessplan, zijn ze gepositioneerd om meer ambitieuze design-to-manufacturing-projecten aan te pakken. De schaal, snelheid en betrouwbaarheid van elke machine die betrokken is bij het produceren van een nieuw product te kennen, brengt nog grotere agiliteit aan de gelijktijdige ontwerp-, ontwikkel-, engineering-, kwaliteits- en productieprocessen die samen een design-to-manufacturing-framework creëren.

Waar fabrikanten het grootste voordeel zien van het committen aan een rigoureus, lopend machine-fitnessplan, is in het versnellen van nieuwe productontwikkelings-tijdlijnen terwijl kosten worden verlaagd. Wetende hoe elke machine zal reageren op nieuwe productie-eisen is onschatbaar in het verminderen van fouten in alles van initiële ontwerpconcepten tot werkinstructies.

Een ander belangrijk voordeel van het combineren van fitnessplannen met design-to-manufacturing is dat collaboratieve teams weten hoeveel machine-opbrengstpercentages zijn verbeterd en wat dat betekent voor toekomstige productieruns.

Ten slotte creëren fitnessplannen voor machines de sterkste fundering die er is voor fabrikanten om hun CAM, computer-aided design (CAD), simulatie/finite element analysis (FEA), elektrisch, inspectie, en productieteams de verzekering te geven die ze nodig hebben dat ze snellere ontwikkeling, test- en productrelease-cycli kunnen nastreven dan ooit. Wanneer elk systeem in het productieproces op een andere cadence of kloksnelheid draait, is het bereiken van concurrentie een must-have, en design-to-manufacturing gecombineerd met lopende machine-fitnessplannen zijn essentieel. (Redacteur's noot: Dit artikel is een uitgebreide versie van een Viewpoints-kolom die verschijnt in het september 2019-nummer van Manufacturing Engineering)

Over de auteurs

Louis Columbus is een principal bij het manufacturing enterprise resource planning bedrijf IQMS (nu DELMIAWORKS, onderdeel van de Dassault Systèmes-familie). Michael Buchli is een senior SolidWorks product- en portfoliomanager bij Dassault Systèmes.