Fahrzeug-Montageband Live-Modell

Sie leiten eine Schicht an einem Abschnitt eines Fahrzeug-Endmontagebands: fünf Stationen in Reihe mit kleinen Pufferspuren dazwischen. Jede Störung wirkt sich vor- und nachgelagert aus, jeder Fehler wird entweder an der Station behoben oder weitergegeben, und die Schicht hat einen Produktionsplan zu erfüllen.

Das lernen Sie

Simulator

Zeit 0 min
OEE 0,0% · Ausbringung gegenüber Plan 100,0% · Bestand in Arbeit 13 · Entkommene Fehler 0 · S1 In Betrieb, S2 In Betrieb, S3 In Betrieb, S4 In Betrieb, S5 In BetriebS1▶S2▶S3 ★▶S4▶S5▶3/33/31/31/3⚙ Durchsatz 50,0 · Takt gegenüber Taktzeit 100% · Durchlaufzeit durch das Band 16 minOEE 0,0 % = Verfügbarkeit 100,0 × Leistung 0,0 × Qualität 100,0📋 0 / 0 (100,0%) · ⚑ 0🔧 Einheiten in der Nacharbeit wartend 0 · ⚠ Entkommene Fehler 0
  • In Betrieb
  • Ausgehungert (keine Einheit)
  • Blockiert (kein Platz nachgelagert)
  • Ausgefallen
  • Andon-Stopp
  • Einheit in einer Pufferspur

Regler

Prozent der Nenngeschwindigkeit. Schnellere Takte erhöhen die Ausbringung — und die Raten von Störungen und Fehlern.

Einheiten, die jede Spur zwischen den Stationen aufnehmen kann. Mehr entkoppelt Störungen, erhöht aber den Bestand in Arbeit.

Jeder Techniker repariert eine Station; der Engpass wird zuerst bedient, ein zweiter Techniker beschleunigt eine Reparatur.

Die Bediener stoppen ihre Station, um einen Fehler sofort zu beheben. Das kostet Laufzeit – auch durch Stopps bei Auffälligkeiten, die sich als harmlos herausstellen –, verhindert aber, dass Fehler weiterwandern.

Ein Team aus drei Personen repariert eine Stunde lang Einheiten, die im Endkontrolltest aufgefallen sind, damit sie ausgeliefert werden können.

Kennzahlen

OEE
0,0%
kritisch
Ausbringung gegenüber Plan
100,0%
normal
Entkommene Fehler
0
normal
Bestand in Arbeit
13
normal
Verfügbarkeit100,0 %
Leistung0,0 %
Qualitätsrate100,0 %
Takt gegenüber Taktzeit100 %
Durchsatz50,0 JPH
Einheiten vor (+) / hinter (−) Plan0
Durchlaufzeit durch das Band16 min
Einheiten in der Nacharbeit wartend0
Arbeitsstunden pro Einheit0,00 h
Stationen im Ausfall0
Engpass im Leerlauf (ausgehungert oder blockiert)0,0 %

Verlauf

OEE: — %100,00,0

Krisenszenarien

Stufe 1 · Den Engpass bei einem Stopp davor schützen

Plan: 50 Stück pro Stunde für eine Halbschicht von vier Stunden. Station 3 ist der Engpass der Linie, und nur ein Instandhaltungstechniker ist im Dienst. Die Instandhaltung meldet, dass ein verschlissenes Teil an Station 2 – direkt vor dem Engpass – in Minute 35 ersetzt werden muss: ein 40-Minuten-Job für einen Techniker.

  • Ausbringung ≥ 101 % des Plans am Ende der Halbschicht
  • Engpass im Leerlauf ≤ 7 % der Zeit
  • Durchschnittlicher Bestand in Arbeit ≤ 18 Stück

Stufe 2 · Qualitätsabweichung an der Ausstattungsstation

Plan: 52 Stück pro Stunde für eine Halbschicht von vier Stunden, und zehn Teile aus der letzten Schicht warten noch im Nacharbeitsbereich. Zwanzig Minuten später tritt an Station 4 ein Befestigungsproblem auf: Etwa jedes achte Teil verlässt sie mit einem Fehler. Die Endprüfung erkennt die meisten davon – nicht alle.

  • Höchstens 1 Fehler gelangt zum Kunden
  • Ausbringung ≥ 104 % des Plans am Ende (nachgearbeitete Rückstandsteile zählen mit)
  • Höchstens 3 Einheiten in der Nacharbeit übrig
  • Durchschnittlicher Bestand in Arbeit ≤ 16 Stück

Stufe 3 · Nachfrageschub

Die Linie läuft mit 80 % Geschwindigkeit für einen Plan von 47 Stück pro Stunde. Zwanzig Minuten nach Beginn der Halbschicht erhöht der Vertrieb den Plan auf 56 Stück pro Stunde – die Taktzeit sinkt von etwa 1,28 auf 1,07 Minuten, und der Engpass kommt bei 80 % nicht mehr mit. Überstunden sind nicht erlaubt.

  • Ausbringung ≥ 102 % des Plans nach zwei Stunden
  • Ausbringung ≥ 103 % des Plans am Ende der Halbschicht
  • Höchstens 1 Fehler entkommt zum Kunden
  • Mittlerer Bestand in Arbeit ≤ 20 Einheiten

Grundlage — das Modell hinter den Zahlen

Jede Beziehung, die der Simulator verwendet, mit ihrer Quelle. Als Annahmen gekennzeichnete Konstanten sind anschauliche Kalibrierungen.

Die OEE multipliziert Verfügbarkeit, Leistung und Qualität, gemessen am Engpass; sie ist gleich ideale Taktzeit × Gutteile ÷ geplante Zeit.
OEE = A × P × Q; A = (T_plan − T_stop)/T_plan, P = CT_ideal · N_bn / (T_plan − T_stop), Q = N_first-pass / N_out; OEE = CT_ideal · N_good / T_plan when N_bn = N_out[1][2]Das Produkt entspricht ideale Zykluszeit × Gutteile ÷ geplante Zeit nur, solange die Ausbringung des Engpasses der der Linie entspricht; Teile, die noch zwischen Station 3 und dem Linienende sind, machen einen kleinen Unterschied.
Eine Station gibt ihre Einheit nur weiter, wenn im nächsten Puffer Platz ist (sonst ist sie blockiert), und startet nur, wenn im vorherigen Puffer eine Einheit liegt (sonst ist sie ausgehungert).
station i: cycle = c_i / v; moves on iff buffer_i < K (else blocked); starts iff buffer_{i−1} > 0 (else starved)[3][4]
Das Band kann nie schneller laufen als seine langsamste Station; die Taktzeit ist die verfügbare Zeit geteilt durch den Bedarf.
r_line ≤ r_b = v / max_i c_i; takt = available time / demand = 60 / plan [min/unit][5][7]
Geschwindigkeitsstress: Durch die Geschwindigkeit verursachte Verluste wachsen unbegrenzt, wenn sich die Linie der Grenze ihrer Anlagen und Bediener nähert (105 % der Nenngeschwindigkeit).
σ_n(v) = ((1.05 − 0.85) / (1.05 − v))^n (σ = 1 at 85 %; σ_1: 2× at 95 %, 4× at 100 %; σ_2: 4× at 95 %, 16× at 100 %)Annahme: Zykluszeiten, Ausfall- und Reparaturzeiten, Fehler- und Fehlstopp-Raten, das Geschwindigkeits-Belastungsgesetz und Teamgrößen sind Anschauungswerte, keine Daten aus einem echten Werk.
Stationen fallen nur im Betrieb aus, und zwar umso häufiger, je näher die Linie an ihrer Grenze läuft; die Reparaturzeit sinkt, wenn ein zweiter Techniker dazukommt.
P(fail in Δt) = 1 − exp(−λ_i · t_work), λ_i = σ_1(v) / MTBF_i; repair work ~ Erlang-3(mean MTTR_i), done at rate 1 + 0.6·(n−1), n ≤ 2[4][1]Annahme: Zykluszeiten, Ausfall- und Reparaturzeiten, Fehler- und Fehlstopp-Raten, das Geschwindigkeits-Belastungsgesetz und Teamgrößen sind Anschauungswerte, keine Daten aus einem echten Werk.
Fehler steigen mit der Geschwindigkeit noch steiler als Ausfälle. Mit Andon wird der Großteil der Fehler an der Station erkannt und behoben, auf Kosten kurzer Stopps (einige davon Fehlalarme); andernfalls erkennt die Endprüfung einen Teil, und der Rest entkommt.
p_i = p0_i · σ_2(v) (+0.12 excursion at S4); andon: detect 90 %, stop 1.5 min, fix; false stops 0.3 % · σ_2(v) per unit and station; end-of-line test catches 70 %[7][1]Annahme: Zykluszeiten, Ausfall- und Reparaturzeiten, Fehler- und Fehlstopp-Raten, das Geschwindigkeits-Belastungsgesetz und Teamgrößen sind Anschauungswerte, keine Daten aus einem echten Werk.
Little’sches Gesetz: Die mittlere Durchlaufzeit durch das Band ist gleich dem Bestand in Arbeit geteilt durch den Durchsatz.
lead time W = WIP / throughput (L = λW)[6][5]
Weitere vom Modell verwendete Betriebskonstanten.
cycle c = 0.62/0.64/0.90/0.75/0.72 min at rated speed (S3 = bottleneck) · MTBF 120/100/200/110/150 min of work, MTTR 4/4/3/4/3 min at 85 % speed · S2 part replacement 40 technician-min · p0 = 0.15/0.15/0.2/0.2/0.05 % per unit · excursion contained after 3 andon pulls or 15 units caught at test · rework 4 min/unit, team of 3 for 1 h per call · 40 line operators · moving averages over 30 minAnnahme: Zykluszeiten, Ausfall- und Reparaturzeiten, Fehler- und Fehlstopp-Raten, das Geschwindigkeits-Belastungsgesetz und Teamgrößen sind Anschauungswerte, keine Daten aus einem echten Werk.

Zufall: ein Mulberry32-Generator mit Seed; verwendete Verteilungen — gleichverteilt, exponentiell (inverse Verteilungsfunktion), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Der Seed wird angezeigt und lässt sich teilen.

Quellen

  1. S. Nakajima — Introduction to TPM: Total Productive Maintenance (OEE = availability × performance × quality; six big losses) — Productivity Press, 1988
  2. ISO 22400-2:2014 — Automation systems and integration — KPIs for manufacturing operations management — Part 2: Definitions and descriptions (availability, effectiveness, quality ratio, OEE index) — ISO, 2014
  3. J. A. Buzacott, J. G. Shanthikumar — Stochastic Models of Manufacturing Systems (flow lines with finite buffers, blocking, starvation) — Prentice Hall, 1993
  4. Y. Dallery, S. B. Gershwin — Manufacturing flow line systems: a review of models and analytical results (operation-dependent failures, blocking after service) — Queueing Systems 12, 1992
  5. W. J. Hopp, M. L. Spearman — Factory Physics, 3rd ed. (bottleneck rate, variability buffering, Little’s law) — Waveland Press, 2011
  6. J. D. C. Little — A Proof for the Queuing Formula L = λW — Operations Research 9(3), 1961
  7. T. Ohno — Toyota Production System: Beyond Large-Scale Production (jidoka, stopping the line on abnormalities, takt) — Productivity Press, 1988

Wer das beruflich macht

Lehrmodell — nicht für operative Entscheidungen geeignet. Reale Standorte kalibrieren jede Konstante auf ihre eigenen Anlagen und Daten.