Der Maschinenbauer IMS aus Almelo, spezialisiert auf die Entwicklung und den Bau hochpräziser Produktionslinien, stand vor einer anspruchsvollen Aufgabe. Für einen international tätigen Hersteller von Medizinprodukten sollte IMS eine vollständig automatisierte Produktionslinie konzipieren, die eine variable Produktvielfalt, hohe Stückzahlen und strenge medizinische Anforderungen zuverlässig bewältigt. Zur Umsetzung wurde VIRO hinzugezogen. Das Ergebnis: eine innovative Lösung mit fortschrittlicher Planungssoftware und einem flexiblen Produktionssystem, das nahezu ohne menschliches Eingreifen auskommt.
„Der Kunde von IMS liefert Produkte, die individuell auf die Anatomie und die medizinische Situation des jeweiligen Patienten zugeschnitten sind. Damit haben wir es mit einem sogenannten High-Mix-/High-Volume-Produktionsprozess zu tun. Es werden große Mengen produziert, jedoch mit erheblichen Variationen in Form, Bearbeitung und Zusammensetzung“, erklärt Theo de Vries, Abteilungsleiter Software & Control bei VIRO in Hengelo.
Diese enorme Variantenvielfalt bringt große Herausforderungen mit sich. Zum einen ist eine flexible Produktionslinie erforderlich, die sich schnell an wechselnde Produkttypen anpassen lässt. Zum anderen muss der Produktionsprozess aufgrund der strengen medizinischen Normen effizient und fehlerfrei ablaufen. Eine lückenlose Track-and-Trace-Funktion für jedes Produkt, jeden Prozessschritt und jede Handlung ist verpflichtend. Darüber hinaus verlangte der Kunde von IMS eine „optimale Planung“.
Optimale Planung für einen High-Mix-/
High-Volume-Produktionsprozess
VIRO wurde von IMS sowohl in das Design des Produktionslayouts als auch in die Entwicklung der Steuerungs- und Planungssoftware eingebunden. Der Kernbeitrag von VIRO bestand in der Entwicklung eines Advanced-Planning-&-Scheduling-Systems (APS), das mit den verschiedenen Produktionszellen kommuniziert und die Planung autonom durchführt, steuert und kontinuierlich anpasst.
Das Besondere an dieser Planungssoftware: Jede Minute wird der gesamte Produktionsplan neu berechnet.
Dabei berücksichtigt das System Echtzeitdaten wie den Maschinenstatus, Durchlaufzeiten einzelner Bearbeitungsschritte, Störungen oder Verzögerungen sowie den Eingang von Eilaufträgen. Ziel ist es, die Gesamtdurchlaufzeit kontinuierlich zu optimieren, und das mit vollständigem Überblick über Kapazitäten und Auslastung der Produktionslinie.
Ein weiterer zentraler Bestandteil der Lösung ist der modulare Aufbau der Produktionslinie. Produktionszellen können flexibel hinzugefügt oder entfernt werden, ebenso ist die Anzahl der AGVs (automatisch geführte Fahrzeuge) für den Materialtransport skalierbar. Die Planungssoftware ist so konzipiert, dass sie mit diesen Änderungen mitwächst. Neue Bearbeitungsschritte lassen sich integrieren, ohne das System neu entwickeln zu müssen. Das macht die Lösung zukunftssicher.
Die Zusammenarbeit zwischen VIRO und IMS war intensiv und vielseitig. VIRO agierte nicht nur als Softwarelieferant, sondern als Entwicklungspartner für das Gesamtsystem, einschließlich Linienlayout, Steuerungssystemen und mechanischer Integration. „Wir haben Kolleginnen und Kollegen aus der mechanischen Konstruktion und der SPS-Programmierung bei IMS eingesetzt, Wissen geteilt und gemeinsam nach den besten Lösungen gesucht, sowohl für den Endkunden als auch für IMS.“
Ein konkretes Beispiel war der Umgang mit Eilaufträgen. Technisch konnte das APS-System Prioritätsbatches verarbeiten, indem laufende, blockierende Aufträge pausiert wurden. Die Prioritätsaufträge wurden dann bevorzugt abgearbeitet. „Die Funktion war vorhanden, aber mithilfe der Simulation konnten wir auch die Auswirkungen auf Kosten und Verzögerungen anderer Produktionsaufträge transparent machen. Das führte letztlich dazu, dass sich der Endkunde gegen diese Option entschied.“
Da der Begriff „optimal“ in der Produktionsplanung abstrakt und mathematisch kaum eindeutig nachweisbar ist, entschied sich VIRO für eine Simulation der Produktionsumgebung. „So konnten wir verschiedene Batch-Szenarien berechnen und mit den vom Kunden geforderten Produktionszeiten vergleichen. Das verschaffte uns, IMS und dem Endkunden realistische Einblicke in die Leistungsfähigkeit des Systems. Gleichzeitig konnten wir belegen, dass unser Planungsalgorithmus die Erwartungen erfüllt“, so Theo de Vries.
Die Simulation erwies sich nicht nur während der Entwicklungsphase als wertvoll, sondern auch später als Analysewerkzeug für den Kunden. Dieser übernahm den Simulator, um unterschiedliche Produktionsaufträge zu testen, deren Zeitbedarf zu bewerten und realistische Produktionszeiten vorherzusagen.
Als Folgeprojekt entwickelt VIRO eigenständige Maschinen für den Kunden von IMS. „Dafür liefern wir auch abgespeckte Varianten des MES-Systems“, erklärt Theo de Vries. Abschließend nennt er einen wichtigen Zusatznutzen des Projekts: „Dank der Simulation konnten wir die Algorithmen bereits testen, bevor die Produktionsumgebung vollständig aufgebaut war. Zudem mussten wir die Tests nicht in Echtzeit durchführen, sondern konnten sie beschleunigt simulieren. Das hat uns enorm viel Zeit gespart.“
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