Automatisierte Sequenzierung von Produktionslinien-Umrüstungen mittels Setup-Matrix-Optimierung

Auf Produktionslinien, die mehrere Produkte fahren, variiert die Umrüstzeit zwischen Produkten je nachdem, von welchem Produkt Sie umrüsten und auf welches Sie wechseln. Der Wechsel von Produkt A zu Produkt B kann 30 Minuten dauern, der Wechsel von B zu A jedoch 60 Minuten, weil unterschiedliche Reinigungs- oder Justageanforderungen bestehen. Diese asymmetrischen Umrüstzeiten schaffen eine Optimierungschance, die die meisten Hersteller verpassen.

Eine Setup-Matrix erfasst diese paarweisen Umrüstzeiten, und KI nutzt sie, um die Produktionssequenz zu finden, die die Gesamtumrüstzeit über alle für einen Zeitraum eingeplanten Produkte minimiert.

Die Setup-Matrix

Eine Setup-Matrix ist eine Tabelle, in der jede Zeile das Produkt darstellt, von dem Sie wechseln, und jede Spalte das Produkt, auf das Sie wechseln. Die Zelle enthält die Umrüstzeit für diesen spezifischen Übergang. Bei einer Linie mit 20 Produkten ist dies eine 20×20-Matrix mit 380 potenziell unterschiedlichen Umrüstzeiten (ohne die Diagonale, in der keine Umrüstung erforderlich ist).

Diese Zeiten variieren aus guten Gründen. Der Wechsel von einem dunklen zu einem hellen Produkt erfordert mehr Reinigung als umgekehrt. Der Wechsel von einem kleinen zu einem großen Bauteil erfordert andere Vorrichtungs-Justagen als umgekehrt. Manche Produktpaare teilen sich Werkzeuge, was die Umrüstung minimiert, während andere komplette Werkzeugwechsel erfordern.

Wie KI die beste Sequenz findet

Die Sequenz zu finden, die die Gesamtumrüstzeit minimiert, ist eine Variante des Travelling-Salesman-Problems, das bei vielen Produkten rechnerisch schwierig ist. KI-Optimierungsalgorithmen finden mit Techniken wie genetischen Algorithmen, Simulated Annealing und Ant Colony Optimization schnell nahezu optimale Lösungen.

Die KI berücksichtigt nicht nur Umrüstzeiten, sondern auch Produktionsrestriktionen. Liefertermine erfordern, dass bestimmte Produkte vor einem bestimmten Zeitpunkt gefertigt werden. Losgrößen bestimmen, wie viele Einheiten jedes Produkts vor dem nächsten Wechsel produziert werden. Anlagenverfügbarkeit und Wartungsfenster schränken ein, wann bestimmte Sequenzen umsetzbar sind.

Lernen aus tatsächlichen Daten

Setup-Matrizen, die auf Engineering-Schätzungen basieren, sind oft ungenau. KI-Systeme verbessern die Matrix, indem sie tatsächlich während der Produktion erfasste Umrüstzeiten analysieren. Sie entdecken, dass bestimmte Übergänge konsistent länger dauern als geschätzt, vielleicht weil die Vorrichtungsjustage kniffliger ist als erwartet, und aktualisieren die Matrix entsprechend.

Sie identifizieren zudem Verbesserungschancen bei Umrüstungen. Übergänge, die im Vergleich zu ähnlichen Übergängen unverhältnismäßig lang sind, könnten von gezielten SMED-Verbesserungsmaßnahmen (Single Minute Exchange of Die) profitieren. Die KI identifiziert diese Chancen und quantifiziert die Zeiteinsparungen durch Verbesserung.

Kampagnenplanung

Bei manchen Produktionslinien reduziert das Gruppieren ähnlicher Produkte zu Kampagnen die gesamte Umrüstzeit weiter. Die KI identifiziert Produktcluster mit gemeinsamen Setup-Eigenschaften und plant sie in Blöcken ein. Innerhalb jedes Blocks wird die Sequenz für minimale Umrüstung optimiert. Zwischen den Blöcken erfolgt eine größere Umrüstung. Die KI ermittelt Blockgrößen und Sequenzen, die die Gesamtumrüstzeit unter Einhaltung der Lieferanforderungen minimieren.

Mehr zur KI-Planung in der Fertigung finden Sie auf der FirmAdapt-Analyseseite zur Fertigung.