Wie ein großer Automobilhersteller zuverlässige Produktfehlererkennung einsetzt, Ausfallzeiten vermeidet und mehr Fahrzeuge mit höherer Qualität produziert

Dank der Digitalisierungslösungen von Belden profitiert ein großer Automobilhersteller nun von der zuverlässigen Erkennung von Produktfehlern und der gewünschten Kapitalrendite für diese Investition. Die Netzwerklösung vermeidet Latenz, um die Anforderungen an die Erkennung von Produktfehlern zu erfüllen. Gleichzeitig ist sie zukunftssicher für die Implementierung in der Industrie 4.0 und sorgt für betriebliche Effizienz.

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Kunde

Die Montage einiger der beliebtesten und technologisch fortschrittlichsten Fahrzeuge der Welt (mehr als 420.000 pro Jahr) bedeutet, dass dieser Automobilhersteller ebenso fortschrittliche Fertigungsverfahren und -systeme einsetzen muss.

Aus diesem Grund hat sich das Unternehmen zu Investitionen in Verbesserungen verpflichtet, die zu einer schnelleren und intelligenteren Montage noch besserer Fahrzeuge beitragen und unter anderem die Digitalisierung von Arbeitsabläufen umfassen, wann immer dies möglich ist.

So nutzen beispielsweise viele der Mitarbeiter in den mehr als 7.200 Anlagen des Unternehmens im Zuge der digitalen Transformation intelligente Werkzeuge, um Stanzarbeiten, Wartung von Werkzeugen und Formen, Schweißen von Karosserien, Lackieren, Kunststoffproduktion und Fahrzeugmontage in der 4,5 Millionen Quadratfuß großen Anlage durchzuführen.

​​​​​​​Die Herausforderung

Die Anlage folgt einer Fertigungsphilosophie, die auf eine vollständige Eliminierung von Verschwendung ausgerichtet ist, um die bestmögliche Effizienz zu erreichen und gleichzeitig die Produktion fehlerhafter Produkte zu verhindern; die fehlerfreie Erstausbeute der vom Band laufenden Fahrzeuge betrug lediglich 70 %. Zu viele Nachbesserungen und hohe Ausschusskosten erhöhten die Herstellungskosten pro Fahrzeug und führten zu erheblichen Effizienzverlusten.

Zur Lösung dieses Problems arbeitete die Anlage mit einem technischen Dienstleistungsunternehmen zusammen, um ein Inline-Vision-Detection-System zu implementieren. Damit sollte verhindert werden, dass schlechte Qualität an das Ende der Fertigungslinie gelangt, und die fehlerfreie Erstausbeute durch die Erkennung von Produktfehlern erhöht werden. Das System erfasst Videobilder, die den Bedienern zur Bewertung der Qualität und zur Korrektur möglicher Mängel dienen.

Nachdem das System zur Erkennung von Produktfehlern in das bestehende Netzwerk integriert worden war, kam es zu Latenz- und Bandbreitenproblemen, da der Datenverkehr um ein Vielfaches zunahm. Infolgedessen verursachte diese Latenzzeit Netzwerkstörungen und ungeplante Ausfallzeiten mit Kosten in Höhe von etwa 22.000 USD pro Minute.

Obwohl die Anlage in eine Technologie zur Erkennung von Produktfehlern investiert hatte, um die fehlerfreie Erstausbeute zu verbessern, konnte die erwartete Kapitalrendite aufgrund des leistungsschwachen Netzwerks nicht erzielt werden.

Kollaboration und Erkenntnisgewinn

Der Kunde hatte bereits Geräte der Marke Hirschmann von Belden implementiert und wandte sich an Belden, um mehr darüber zu erfahren, wie er sein Netzwerk so verbessern kann, dass seine Investitionen in die Technologie sich auszahlen.

Normalerweise führt Belden einen Gemba Walk durch, um die wichtigsten betrieblichen Herausforderungen innerhalb der Anlage zu erfassen. Da dieses Projekt jedoch während der COVID-19-Pandemie durchgeführt wurde und die Anlage keinen Besuch von Dritten zuließ, konnte Belden keinen traditionellen Gemba Walk vornehmen. Auf der Suche nach weiteren Möglichkeiten der Zusammenarbeit stellte Belden die Idee eines virtuellen Gemba Walks vor. Auch wenn ein Besuch vor Ort nicht möglich war, hatte Belden so doch die Möglichkeit, die Umgebung der Anlage und ihre Funktionsweise besser kennenzulernen.

Das Team der Anlage erläuterte die bestehenden Herausforderungen, Szenarien, Systeme und Fertigungslinien und zeigte anhand von Grundrissen und Zeichnungen, wie der allgemeine Montagebereich aufgebaut ist. Sie teilten auch die Ergebnisse der internen Bewertungen der Gesamtanlageneffektivität (OEE = Overall Equipment Effectiveness) und der Prüfungen der Ausfallzeiten mit.

Damit die Anlage das System zur Erkennung von Produktfehlern implementieren konnte, arbeitete Belden nicht nur mit der Anlage, sondern auch mit dem Anbieter des Systems zur Erkennung von Produktfehlern zusammen, um die technologischen Anforderungen von allen Seiten zu verstehen.

Im Laufe dieser Gespräche, Bewertungen und Evaluierungen wurde deutlich, dass die Einführung neuer Videosignale in das bestehende OT-Netzwerk durch das Produktfehlererkennungssystem zu Latenzproblemen führte.

Das bestehende OT-Netzwerk der Anlage war über die Jahre willkürlich gewachsen und dynamisch rekonfiguriert worden und daher nicht für die Unterstützung dieses Vision-Kamerasystems ausgelegt. Das System hatte bereits Schwierigkeiten, die intelligenten Werkzeugsysteme des Teams zu unterstützen, die viele Daten erzeugen und über das Netzwerk übertragen werden.

Belden besprach Ideen und entwarf Optionen für das Netzwerkdesign auf der Grundlage der Ziele, des Budgets und des Zeitrahmens. Zur Unterstützung der intelligenten Werkzeuge und des Systems zur Erkennung von Produktfehlern benötigte das Netzwerk mehr Bandbreite und Redundanzschichten sowie eine bessere Netzwerktransparenz und eine optimierte Verwaltung. Abgesehen von den aktuellen Technologieinvestitionen arbeitete Belden mit dem Unternehmen zusammen, um dessen umfassendere Brancheninitiativen im Rahmen der Industrie 4.0 kennenzulernen: automatisierte Inline-Vision-Inspektion, Fernüberwachung und Umstellung auf ein vorausschauendes Wartungsmodell, um die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen und Ausfallzeiten zu verringern. So konnten Optionen für die Zukunftssicherung des Netzwerks für fortschrittliche Anwendungsfälle vorgestellt werden.

In Zusammenarbeit mit dem OT-Team der Anlage erarbeitete Belden eine Empfehlung für das Netzwerkdesign, stellte eine Stückliste mit den damit verbundenen Kosten und potenziellen Renditen zusammen und präsentierte diese Informationen dem Managementteam der Anlage. Vom IT-Team vorgeschlagene Alternativlösungen wurden mit der Lösung von Belden verglichen, wobei eine Reihe strenger Anforderungen an Leistung, Vorlaufzeit und technische Fähigkeiten berücksichtigt wurden.

Nach einer eingehenden Evaluierung übertraf Belden die Mitbewerber, indem es die funktionalste und vollständigste Lösung lieferte. Aufgrund der OT-Kompetenz von Belden entschied sich der Kunde für eine Partnerschaft mit Belden, da er so seine ROI-Ziele für seine breiteren Industrie 4.0-Initiativen erreichen konnte. Für den Kunden war neben dem Wert und der Fachkenntnis auch eine kurze Vorlaufzeit äußerst wichtig, um die Komplettlösung innerhalb des Projektzeitrahmens zu implementieren. Belden unterstützte den Kunden erfolgreich dabei, seine Projektziele mit einer kürzeren Vorlaufzeit zu
erreichen.

Die Lösung

Es wurde ein neues OT-Netzwerkdesign mit neuer Hard- und Software implementiert. Dadurch wurde die Bandbreite erhöht, und die Videosignale des Systems zur Erkennung von Produktfehlern konnten zusammen mit anderen wichtigen Betriebskontrollen und -daten ungehindert durch das Netzwerk fließen.

Zur Realisierung des Netzwerks entwickelte Belden eine Lösung, die auf den spezifischen Leistungsanforderungen der Anlage, den Budgetanforderungen und der Produktverfügbarkeit basierte – und das mitten in der Pandemie. So konnte die Anlage ihre Initiativen vorantreiben, ohne in jeder Phase des Projekts wochen- oder monatelang warten zu müssen. Durch kontinuierliche Teamarbeit und Zusammenarbeit wurde das Projekt auf Kurs gehalten und sichergestellt, dass Material- und Lieferverzögerungen den Fortschritt nicht verzögerten.

Dank der neuen Netzwerkinfrastruktur kann die Anlage nun ihr neues System zur Erkennung von Produktfehlern einsetzen und die von dieser Investition erwartete Rendite erzielen. Zudem verbessert das Netzwerk die Redundanz, Verfügbarkeit, Benutzerfreundlichkeit und Geschwindigkeit, indem es eine schnellere Kommunikation und einen größeren Datentransfer zur Unterstützung der vorausschauenden Wartung und der intelligenten Werkzeugbereitstellung ermöglicht. Ausfallzeiten wurden behoben, Netzwerklatenz verursacht keine Unterbrechung der Produktionslinie mehr. Das System zur Erkennung von Produktfehlern ist voll funktionsfähig und verbessert die fehlerfreie Erstausbeute.

Auswirkungen und Ergebnisse

Belden hat für diesen Automobilhersteller eine zukunftssichere Lösung implementiert, die es ihm ermöglicht, das Renditepotenzial seiner Technologie zur Erkennung von Produktfehlern vollständig auszuschöpfen. Außerdem kann er sich darauf verlassen, dass der Einsatz neuer Technologien in Zukunft nahtlos und kosteneffizient erfolgen wird.

Nach den unmittelbaren positiven Auswirkungen auf die Geschwindigkeit der Fertigungslinie, fehlerfreie Erstausbeute, Verfügbarkeit und Leistung beschloss die Anlage, dieselbe Netzwerkarchitektur auch in der Lackiererei zu nutzen. Damit sollten Geräte zur vorausschauenden Wartung unterstützt werden, z. B. Temperatursensoren an Förderband- und Lüftermotoren – ein weiterer Schritt zur Verwirklichung der Initiativen für die Industrie 4.0.

Dank der Netzwerklösung von Belden erreicht die Anlage viele ihrer Ziele in Bezug auf Leistung und digitale Transformation für die vorausschauende Wartung und die Inline-Vision-Inspektion. Durch den Aufbau eines Netzwerks, das den erfolgreichen Einsatz von Technologien zur Erkennung von Produktfehlern ermöglicht, konnte die Anlage ihre fehlerfreie Erstausbeute deutlich über 70 % steigern, die Kosten für Nacharbeit/Ausschüsse senken und den vollen ROI realisieren.

Der Automobilhersteller berichtet, dass seine Anlage nun mehr Fahrzeuge in kürzerer Zeit und mit höherer Qualität montieren kann – und das, ohne sich Gedanken über Netzwerkausfallzeiten machen zu müssen.

Der Hersteller setzt die Digitalisierung seiner Arbeitsabläufe fort und wird dieses Projekt zur Netzwerkverbesserung als Modell nutzen, um die Netzwerkarchitektur für weitere Anlagen – darunter drei weitere Standorte in den Vereinigten Staaten – zu standardisieren.

Belden ist bestrebt, den Kunden bei der vollständigen Dokumentation des vorherigen Netzwerkzustands und der neu implementierten Lösung zu unterstützen. Auf diese Weise können Anlagen an anderen Standorten die Entwicklung besser nachvollziehen und ihre eigenen Produktionsprozesse und Leistungskennzahlen (KPI) verbessern, wie z. B. die fehlerfreie Erstausbeute und die Reduzierung von Ausfallzeiten.