Rüstzeitoptimierung


Rüstzeitoptimierung

Definition

Um nachvollziehen zu können, was unter dem Begriff „Rüstzeitoptimierung“ zu verstehen ist, ist es notwendig, dieses Wort in seine einzelnen Bestandteile zu zergliedern und diese zunächst getrennt und allgemein zu betrachten.

Das Substantiv besteht aus drei Wortteilen: „Rüst-“ leitet sich von dem Verb „rüsten“, ab, laut Duden unter anderem in der Bedeutung von „vorbereiten, sich für etwas bereit machen“.

Es folgt das Substantiv „Zeit“ als physikalische Einheit und messbare Größe. In der Verbindung „Rüstzeit“ ist damit die Dauer gemeint, die für die Vorbereitung auf etwas gebraucht wird. Das Fremdwort „Optimierung“ kann übersetzt werden mit Verbesserung.

Der Ausdruck „Rüstzeitoptimierung“ steht damit allgemein für die Verbesserung der für die Vorbereitung notwendigen Dauer. So kann sich eine Verlängerung der Zeitspanne positiv auf das angestrebte Ziel auswirken – eine längere Vorbereitung führt in vielen Fällen zu einem besseren Ergebnis. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht kann damit allerdings nur eine Verkürzung gemeint sein, da während des Rüstens die Produktion an dieser Maschine oder Anlage stillsteht und keine Wertschöpfung erfolgt.

Rüstvorgänge sind notwendig, um Geräte und Anlagen auf neue Arbeitsaufgaben umzustellen. Anlässe sind beispielsweise Produktwechsel, neue Kundenaufträge oder individuelle Anforderungen des Abnehmers. Um das Ziel einer maximalen Auslastung der Produktionsmittel und damit eine möglichst hohen Gesamtanlageneffektivität (GAE) zu erreichen, sind Rüstzeiten als Produktionsausfallzeiten zu minimieren. Dies kann entweder durch eine Verkürzung der Rüstzeiten selbst oder durch eine Verringerung der Anzahl notwendiger Rüstvorgänge erfolgen.

Das Rüsten: Definition, Ablauf und bestimmende Faktoren

Definition

Aus der Perspektive der Technik bzw. der Arbeitswissenschaften ist Rüsten „die Tätigkeit, ein Betriebsmittel (Maschine, Anlage usw.) für einen bestimmten Arbeitsvorgang einzurichten sowie das Betriebsmittel wieder in den ungerüsteten Zustand zurückzuversetzen“ (REFA, 1984: Methodenlehre des Arbeitsstudiums. Teil 1: Grundlagen. 7. Aufl., Carl Hanser Verlag).

Unterschieden werden kann dann weiter zwischen dem internen und dem externen Rüsten.

  • Das interne Rüsten umfasst Vorgänge, die nur bei stillstehender Maschine durchgeführt werden können.
  • Das externe Rüsten umfasst Vorgänge, die auch bei laufender Maschine erledigt werden können.

Ablauf

Das Rüsten besteht typischerweise aus fünf Schritten:

1. Vorbereiten.

  • Beenden des vorangegangenen Loses durch Abtransport der hergestellten Teile und die Abmeldung des alten Auftrags
  • Aufnahme des neuen Loses durch Anmeldung des neuen Auftrags und Bereitstellung aller benötigten Arbeitsmittel (Materialien, Teile, Werkzeuge und Informationen)

2. Entfernen. Demontage der zuvor benötigten Werkzeuge und Vorrichtungen.
3. Montieren. Einrichten der für den nächsten Auftrag benötigten Werkzeuge und Vorrichtungen.
4. Justieren. Ausrichten der Werkzeuge und Vorrichtungen, Einstellung der Prozessparameter
    (Geschwindigkeit, Arbeitsdruck etc.), Programmierung von Abläufen.
5. Testen und Anpassen. Anlaufen der Produktion oder Bearbeitung anhand einiger Probestücke, Qualitätssicherung durch
    Messung und Beurteilung, falls nötig Korrektur der Prozessparameter und nochmaliger Test.

Bestimmende Faktoren

Anzahl und Dauer der Rüstvorgänge sind abhängig

  • vom Gerät, also von der Maschine oder Anlage, die umgerüstet werden soll (ist es zum Beispiel mit einer Schnellspanneinrichtung oder einem Werkzeugmagazin ausgestattet),
  • vom zu fertigenden oder zu bearbeitenden Produkt (Maße, Gewichte, Komplexität),
  • von der Auftragslage (Losgröße 1 oder Massenproduktion),
  • von der Reihenfolge der Aufträge (Auftragseingang, Dringlichkeit) sowie
  • von der Vorbereitung des Rüstprozesses und den nötigen Arbeitsschritten.

Definition „Rüstzeit“

Die Rüstzeit ist die Zeit, die benötigt wird, um ein Gerät, eine Maschine oder eine Anlage von einem Bearbeitungsvorgang auf einen anderen umzustellen.

Bei einem Handwerksgerät ist dies die Zeit, in der ein Werkzeugwechsel durchgeführt wird. Bei der Serien- oder Massenfertigung von Produkten entspricht dies der Zeitspanne zwischen dem letzten Gutteil des alten Loses oder Auftrags bis zum ersten Gutteil des neuen Loses oder Auftrags an einer Anlage.

Ansätze zur Optimierung der Rüstzeit

Das Rüsten ist ein für die Wertschöpfung notwendiger, aber selbst nicht wertschöpfender Vorgang. Gemäß Lean-Ansatz handelt es sich dabei um eine Verschwendung von Ressourcen, die möglichst minimiert werden sollte: Während des Rüstens können die Produktionsfaktoren Kapital (in Form sowohl der Maschine als auch der beschafften und zu bearbeitenden Güter und Arbeitsmittel) und Arbeit (das Personal) nicht zur Erzeugung eines Mehrwerts eingesetzt werden.

Die Anzahl und die Zeitdauer der Rüstvorgänge ist daher aus betriebswirtschaftlicher Perspektive auf die unbedingt notwendige Anzahl und Länge zu reduzieren, um die Gesamtanlageneffektivität (GAE) und damit die Effizienz in der Wertschöpfungskette zu steigern. Eine Reduktion der Rüstzeiten ist durch technische, organisatorische und personelle Maßnahmen durchsetzbar.

Technische Maßnahmen

Technische Maßnahmen bestehen neben der Automatisierung des gesamten Rüstvorgangs zum Beispiel in der Einrichtung von Schnellspannverschlüssen oder -kupplungen für Werkzeuge. Andere Möglichkeiten ergeben sich durch den Einsatz von Mehrfachwerkzeugen, die mehrere Bearbeitungsschritte durchführen können, oder durch Standardisierung von Geräten und Teilen – etwa durch Ausstattung aller Maschinen mit den gleichen Werkzeugträgern oder durch Verwendung nur noch einer Schraubengröße statt mehrerer. Damit können die internen Rüstzeiten verringert werden. Dies ist das vorrangige Ziel der Rüstzeitoptimierung

Organisatorische Maßnahmen

Organisatorische Maßnahmen können beispielsweise die Erhöhung der Losgrößen umfassen. Je größer die Lose sind, desto geringer ist die Anzahl der Rüstvorgänge. Dies entspricht allerdings dem angebotsorientierten Push-Prinzip, erhöht die Lagerbestände, die Kapitalbindung und den Platzbedarf und gilt heutzutage als nicht mehr zeitgemäß – als Verschwendung.

Besser ist der Ansatz, für das Rüsten notwendige Arbeiten (externe Rüstvorgänge) so weit wie möglich bereits parallel zur noch laufenden Produktion durchzuführen. Solchermaßen vorbereitete Austauschvorgänge können schneller ablaufen und dadurch Zeit sparen. Auch die Standardisierung von Abläufen ermöglicht durch ein routinierteres Verhalten Zeitgewinne.

Personelle Maßnahmen

Personelle Maßnahmen richten sich unter anderem auf die Qualifikation der Mitarbeiter. Unterweisungen und Schulungen im richtigen und schnellen Umgang mit Werkzeugen sind eine Möglichkeit. Weitere bestehen zum Beispiel in der Förderung der intrinsischen und extrinsischen Motivation. Beispiele für intrinsische Motivation sind wertschätzender Umgang, offene Kommunikation und das Gewähren von Gestaltungsspielräumen. Der Mitarbeiter vor Ort kann dann als Experte in der Bedienung der Maschine „aus eigenem Antrieb“ schnell einen Werkzeugwechsel vornehmen oder Verbesserungsvorschläge für ein schnelleres Rüsten machen und durchführen. Aber auch von außen stammende (extrinsische) Motivationsfaktoren wie eine leistungsgerechte Entlohnung oder Erfolgsprämien können das Engagement und die Leistungsbereitschaft steigern.

Und die Kombination ...

Durch Kombination der verschiedenen Maßnahmen lassen sich natürlich die jeweiligen Effekte verstärken. So entstehen ganzheitliche Methoden wie die EKUV-Analyse oder SMED, die teils in komplexe Gedankengebäude – wie SMED in die Lean-Philosophie – eingebunden sind.

  • EKUV-Analyse: Eliminieren, Kombinieren, Umstellen und Vereinfachen – das ist der Kern dieses Ansatzes. Eliminiert werden Warte- und Liegezeiten sowie unnötige Arbeitsschritte. Kombiniert werden Tätigkeiten und Abläufe, etwa durch Parallelisierung und sinnvolle Logistik. Umgestellt werden Reihenfolgen – in den Fertigungsaufträgen ebenso wie in den Bearbeitungsschritten, falls möglich. Vereinfacht wird der Ablauf – etwa durch Standardisierung der Gerätschaften, der Werkzeuge oder der Arbeitsmittel.
  • SMED: Single Minute Exchance of Die. Damit ist der Werkzeugwechsel in einer Minute – bzw. im einstelligen Minutenbereich – gemeint. Diese Methode ist darauf ausgelegt, die Rüstzeiten auf unter 10 Minuten zu reduzieren. Dabei werden im Wesentlichen alle Tätigkeiten bei dem im Fokus stehenden Rüstvorgang analysiert und in das sogenannte interne oder externe Rüsten eingeordnet. Das primäre Ziel ist, durch organisatorische und technische Maßnahmen möglichst viele interne Tätigkeiten in externe Tätigkeiten umzuwandeln. Die Stillstandszeiten können so oft um 50 % reduziert werden.

Optimierung von Anfang bis Ende

Theoretisch ist die Rüstzeit minimiert, wenn eine Maschine oder Produktionsanlage innerhalb eines Fertigungstakts umgerüstet werden kann. Dann ist das Ende der Optimierung erreicht: Unter diesen Bedingungen ist die Herstellung maximal flexibilisiert, da eine sofortige Reaktion auf individuelle Kundenanforderungen möglich ist. Damit wird eine Produktion mit Losgröße 1 realisierbar, auch „One-Piece-Flow“  genannt.

Um die Rüstzeiten von Anfang an gering zu halten, sollte bereits bei der Planung neuer Produktionsanlagen auf ein entsprechendes Layout der Arbeitsstätte geachtet werden. Bei der Beschaffung neuer Produktionsmittel sind zusätzlich Aspekte der ergonomischen Gestaltung und der Bedienerfreundlichkeit zu berücksichtigen, da beides Rüstvorgänge vereinfacht und beschleunigt.

Vorgehen bei der Rüstzeitoptimierung

Um Rüstzeiten optimieren zu können, muss zunächst einmal das Rüsten selbst quantitativ und qualitativ erfasst und analysiert werden. Dazu wird der Rüstvorgang in einzelne Arbeitsabläufe untergliedert, die Personen und Geräten zugeordnet und zeitmäßig erfasst werden.

Die so identifizierten und charakterisierten Arbeitsschritte werden aufgeteilt in externe und interne Rüstvorgänge. Vorrangiges Ziel ist, die Anzahl und die Dauer der internen Rüstvorgänge durch Externalisierung zu minimieren, um die unproduktiven und (wegen weiter anfallender Fixkosten) teuren Stillstandszeiten der Anlage zu reduzieren. Dies kann beispielsweise durch gleichzeitig zur Produktion des vorigen Loses ablaufende vorbereitende Arbeiten erfolgen (wie die Bereitstellung von Materialien oder Werkzeugen) oder durch Einbezug einer weiteren Person. Des Weiteren ist anzustreben, sowohl die verbleibenden internen als auch die nun höhere Anzahl externer Rüstvorgänge durch technische, organisatorische und personelle Maßnahmen zu verringern oder zu vereinfachen.

Die Praxistauglichkeit des neuen Soll-Ablaufs und die Zeiteinsparung werden anhand eines Testlaufs überprüft. Auf dieser Basis werden noch Feinheiten aufeinander abgestimmt. Nach der Evaluation folgt die Standardisierung als bewährtes Verfahren (z. B. per Dokumentation, Checkliste oder Betriebsanweisung), das weiterhin geprüft und idealerweise kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert (kontinuierlicher Verbesserungsprozess, KVP) wird.

Vorgehen im PDCA-Zyklus

Auch die Rüstzeitoptimierung lässt sich als Prozess in einem Deming-Kreis oder PDCA-Zyklus abbilden:

  • Plan: Planen der Optimierung durch Auswahl eines geeigneten Prozesses, Datenermittlung und Analyse, Diskussion der möglichen Maßnahmen unter Einbezug der daran beteiligten Mitarbeiter
  • Do: Auswählen und Umsetzen der Maßnahmen
  • Check: Kontrolle des neuen Rüstvorgangs sowie qualitative und quantitative Erfassung der tatsächlich erreichten Optimierung, etwa als Entlastung der Mitarbeiter oder als Zeitgewinn
  • Act: Festlegen des neuen Rüstvorgangs als Standard – und Ausgangspunkt für weitere Verbesserungen

Rüstzeitoptimierung – Vor und Nachteile

Eine Optimierung bietet nicht immer nur Vorteile, sie kann mitunter auch teuer erkauft werden. Das wird am Pareto-Prinzip deutlich: es besagt, dass 80 % des Nutzens mit 20 % des Aufwands erreicht werden. Um die restlichen 20 % Nutzen zu erreichen, müssen dagegen 80 % des Aufwands geleistet werden – also überproportional viel. Hier gilt es also, eine Kosten-Nutzen-Analyse durchzuführen und die Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen nicht aus den Augen zu verlieren.

Diese Vorteile sind offensichtlich:

  • längere Nutzungszeit von Maschinen und Anlagen
  • kürzere Durchlaufzeiten
  • Kosteneinsparung durch Reduzierung von Stillstandzeiten
  • höhere Gesamtanlageneffektivität (GAE) und damit Effizienz- und Produktivitätssteigerung
  • mehr Flexibilität bei der Produktionsplanung und Steuerung
  • wirtschaftliche Produktion kleinerer Losgrößen
  • Bestandssenkung durch kleinere Losgrößen
  • Ansätze zur Standardisierung und zur ergonomischen Gestaltung des Arbeitsplatzes

Als Nachteile anzusehen sind:

  • nötige Investitionen in die Prozessgestaltung (etwa bei der Bildung von Produktfamilien)
  • nötige Investitionen in die technische Ausstattung (Automatisierung, Schnellspanneinrichtungen, neue Werkzeuge)
  • Aufwand für die Information, Motivation und Schulung der Mitarbeiter 
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