Losgrößenoptimierung bei der Drahtproduktion

Für elektromagentische Anwendungen wird Kupferlackdraht verwendet. Es hat daher ein breites Anwendungsspektrum und ist von großer Bedeutung, da es in vielen verschiedenen Konfigurationen (Durchmesser, Emaillierungskonfigurationen, Spulenabmessungen usw.) angeboten wird. Kupferlackdraht wird in einem zweistufigen Produktionsprozess hergestellt. Zunächst wird der Draht auf den erforderlichen Durchmesser heruntergezogen. Zweitens wird der Draht in einem komplexen Prozess lackiert, der von verschiedenen Faktoren wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität und mehr beeinflusst wird. Eine Simulationsstudie wurde durchgeführt, um Produktionslosgrößen und Transportlosgrößen im Hinblick auf Gesamtkosteneffizienz zu optimieren, wobei der Schwerpunkt auf drei Hauptkostenkomponenten lag: Verschrottungskosten aufgrund unzureichender Drahtqualität und Lagerkostendie sich aus dem Lagerbestand ergeben, und die Arbeitskosten, die durch den Transport jeder Charge von der Verarbeitung zu den Qualitätsprüfungs- und Lagereinlagerungsbereichen, das Kommissionieren und Verpacken von Drahtspulen im Lagerversand- und Einlagerungsbereich sowie Inspektionsarbeiten im Inspektionsbereich entstehen. Die als Ergebnis der Simulationsstudie durchgeführten Maßnahmen bestanden in einer Erhöhung der Produktionslosgrößen jeder Produktionskonfiguration, wobei die Losgrößen vom Nachfragemuster für die jeweilige Produktkonfiguration abhingen. Auch die Transportpartiengröße wurde erhöht.

Größere Losgrößen reduzieren die Umrüstkosten

Jede Produktkonfiguration stellt unterschiedliche Anforderungen beim Zeichnen und Emaillieren. Der Wechsel von einem Kabeltyp zum anderen kann mehrere Stunden dauern. Dies führt zu langen Maschinenstillstandszeiten und einem hohen Arbeitsaufwand für das zugehörige technische Personal.

Größere Produktionslosgrößen führen zu weniger Ausschuss

Nach der Einrichtung des Emaillierprozesses zur Herstellung einer neuen Produktkonfiguration müssen komplexe Produktionsprozessparameter für den Emaillierprozess angepasst und fein abgestimmt werden, was eine Laborkontrolle und eine abschließende Rückmeldung zur Qualitätskontrolle erfordert. Beide Qualitätsprüfungen zeichnen sich durch eine Rückmeldungsverzögerung aus, das heißt, der Emaillierprozess kann erst angepasst werden, wenn eine Rückmeldung vorliegt. Zwischen der Bemusterung/Endprüfung des Produkts und dem Erhalt der Qualitätsrückmeldung entsteht im Lackierprozess kontinuierlich Draht, da der Produktionsprozess selbst ein kontinuierlicher Prozess ist. Daher sind anfängliche Kalibrierungsbemühungen nach einem Produktwechsel riskant und können zu viel Ausschussmaterial führen. Ausschuss ist ein Kostenfaktor und wirkt sich direkt auf die Gewinn- und Verlustrechnung des Herstellers aus.

Nach der ersten Einführung eines neuen Drahttyps (also nach einer Umstellung) ist die Produktionsqualität in der Lackiererei deutlich stabiler und die Prüfungen erfolgen nur noch in Form einer Fertigwarenprüfung. Die Rückkopplungsverzögerung zwischen der Endkontrolle und dem produzierenden Emaillierungsprozess hängt dann noch von der Transportlosgröße ab, die den Prüfintervall von da an bis zur Fertigstellung der Restlosgröße bestimmt.

Kleinere Transportchargen: Weniger Ausschuss, aber hohe Transportkosten

Während größere Produktionslosgrößen zu weniger Umrüstungen und damit zu einem geringeren Risiko der Ausschussproduktion führen, führt eine größere Transportcharge zu einem höheren Ausschussrisiko. Im Emaillierverfahren hergestellte Drahtspulen werden in Transportbehältern gepuffert, von manuell betriebenen Transportern aufgenommen und an Endkontrollarbeitsplätze geliefert. Die Behälter sind mobil und werden voll oder fast voll transportiert. Durch größere Behälter ergeben sich geringere Transportaufwände und Transportkosten, aber auch längere Inspektionsintervalle. Dadurch erhöht sich das Risiko der Ausschussproduktion.

Größere Los- und Chargengrößen führen zu höheren Lagerkosten

Größere Losgrößen in der Produktion führen im Allgemeinen zu einem höheren Bestand an Fertigwaren, da größere Mengen an Fertigwaren vor der Kundennachfrage produziert werden. Größere Transportlosgrößen führen zu höheren Pufferbeständen, also unfertigen Erzeugnissen. Sowohl der Puffer- als auch der Fertigwarenbestand verursachen verschiedene Kosten, z. B. Kapitalkosten, die dadurch entstehen, dass Kapital in Vorräten anstelle anderer produktiver Vermögenswerte gebunden wird. Ein weiteres Beispiel sind die Lagerflächen und die damit verbundenen Mietkosten usw.

Weitere direkte Kosten sind z. B. Arbeitskosten für die Verlagerung von Produkten im Lager, z. B. im Rahmen von Lagerzonierungsstrategien, oder das Risiko des Ausschusses fertiger Produkte, wenn die Kundennachfrage ausgeht, aber im Lager noch Fertigwarenbestand übrig ist.

Größere Transportchargen reduzieren die Kommissionierungs- und Verpackungskosten

Sobald Kupferdrahtspulen geprüft und genehmigt wurden, werden sie in Kartons verpackt. Die Kartontypen unterscheiden sich je nach Produktabmessungen. Anschließend werden die Kartons gruppiert und auf Paletten gelagert. Zunächst werden halbvolle Paletten aus dem Lager mit Gabelstaplern abgeholt und mit weiteren Kartons bepackt. Eine Palette sollte idealerweise nur einen Produkttyp enthalten. Bei kleinen Losgrößen können zwei Produkttypen auf derselben Palette gruppiert werden. Anschließend werden die Paletten im Lager eingelagert. Dies bedeutet, dass der mit diesen Prozessen verbundene Arbeitsaufwand bei kleineren Transportlosgrößen höher ist.

Größere Transportlosgrößen reduzieren die Kosten für die Qualitätsprüfung

Der Qualitätsprüfungsprozess selbst verursacht Umstellungskosten. Nach der Inspektion einer Produktkonfiguration muss der Inspektor verschiedene Abschlussarbeiten im Betriebssystem und am Arbeitsplatz durchführen und anschließend produkttypspezifische Vorbereitungen für die nächste Inspektionscharge treffen. Die für diese Umstellungsvorgänge aufgewendete Zeit wurde gemessen und anschließend simuliert, und die mit diesen Umstellungen verbundenen Arbeitskosten wurden in der Simulationsstudie berücksichtigt.

Optimale Los- und Chargengröße für Gesamtkosteneffizienz

Das Ziel der Simulationsstudie bestand darin, optimale Losgrößen und Transportchargengrößen (Inspektionsintervalle) für jede Produktkonfiguration zu ermitteln, abhängig vom jeweiligen Fabriklayout.

Die folgende Grafik veranschaulicht die Kompromisse zwischen den verschiedenen Kosten im Zusammenhang mit der Produktionslosgröße (wie in dieser Studie berücksichtigt).

Die folgende Grafik veranschaulicht die Kompromisse zwischen den verschiedenen Kosten im Zusammenhang mit der Bemessung der Transportchargen (wie in dieser Studie berücksichtigt).

Zur Simulation relevanter Materialflüsse und aller damit verbundenen Kosten wurde ein Simulationsmodell entwickelt. Das Simulationsmodell wurde mit SimPy implementiert, einem diskreten Ereignissimulationsmodul in Python. Dabei wurden mehr als 5.000 Produktkonfigurationen berücksichtigt – wobei das Simulationsmodell beliebig viele Produktkonfigurationen akzeptiert. Jede Produktkonfiguration ist durch verschiedene Produkt- und Produktionsparameter gekennzeichnet – die meisten davon unterliegen der Geheimhaltung. Simulationsergebnisse unterstützten das Management bei der Umsetzung größerer Losgrößen und größerer Transportlosgrößen. Das Simulationsmodelldient darüber hinaus der laufenden Produktionsunterstützung und wurde der zuständigen Materialfluss- und Qualitätsprüfungsabteilung übergeben. Dies ist wichtig, da viele der in der Analyse berücksichtigten Parameter im Laufe der Zeit variieren. Zum Beispiel saisonale Temperaturen oder andere Wetterbedingungen, Rohstoffpreise (z. B. relevant für die Berechnung der Schrottkosten) und das relevante Produktsortiment.

Fazit und zugehöriger Inhalt

In diesem Artikel habe ich die Ergebnisse einer Simulationsstudie in der Kupferlackdrahtproduktionsindustrie zusammengefasst. Die Ergebnisse ermittelten optimale Losgrößen und Transportlosgrößen für ein Sortiment von mehr als 5.000 verschiedenen Kupferlackdrahttypen. Im Vergleich zum ursprünglichen Produktionssystem führte dies tatsächlich zu einer Erhöhung der Produktionslosgrößen, Prüfintervalle und Transportlosgrößen.

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