Blog Lean Manufacturing in der Laserbeschriftung: Wie entsteht ein schlanker Markierworkflow?

Als Zusammenfassung eines von FOBAs Dr. Faycal Benayad-Cherif gehaltenen und von Regional Sales Leader Jeff Kniptash moderierten Webinars gibt dieser Artikel einen Überblick über Lean Manufacturing in der industriellen Lasermarkierung.

Bei der Implementierung eines schlanken Arbeitsablaufs geht es in erster Linie darum, Technologien zu finden, die den Prozess vereinfachen, rationalisieren und beschleunigen. Bei der Lasermarkierung hat dies in der Regel mit integrierter Bildverarbeitung und automatischer Markierausrichtung zu tun.

Was ist Lean Manufacturing?

Lean Manufacturing ist ein auf die Fertigung bezogenes Programm, das Unternehmen zu Kostensenkung, strategisch vorteilhafter Ausrichtung, verbesserter Qualität und Rentabilität führen soll. Nach dem "Toyota Weg", einem etablierten Konzept zur kontinuierlichen Verbesserung der schlanken Produktion, liegen dabei die Schwerpunkte auf

  • Optimierung des Materialbestands (Just-in-Time)
  • Automatisierte Qualitätskontrolle
  • Vermeidung von Verschwendung

Verschwendung bedeutet in diesem Zusammenhang jede Tätigkeit oder jedes Ergebnis, das keinen Mehrwert schafft. Nach der Toyota-Definition gibt es sieben Arten von Verschwendung:

  • Fehlerhafte Produkte
  • Wartezeit: inaktive Arbeitszeiten aufgrund von Verzögerungen im Arbeitsablauf
  • Unnötiger Transport von Waren und Laufwege von Personen
  • Vermeidbare Bewegung: Vorgänge optimieren, um unnötigen Aufwand zu vermeiden
  • Überbearbeitung von Teilen über die vorgegebenen Standards hinaus
  • Überflüssige Materialbestände
  • Überproduktion

Alle diese Arten von Verschwendung führen zu Ausfallzeiten. Bei der Betrachtung menschlicher Aktivitäten im Produktionsprozess könnte man zusätzlich erwähnen, dass auch nicht genutzte Talente eine weitere Art von Verschwendung darstellen, da menschliche Fähigkeiten in einer anderen Umgebung oder mit anderen Aufgaben möglicherweise mehr Wert schaffen könnten.

Bei einem Lean-Projekt in der Laserbeschriftung sind vor allem die ersten vier der oben genannten Verschwendungen zu berücksichtigen (fehlerhafte Produkte, Wartezeit, unnötiger Transport, vermeidbare Bewegung).

Was bedeutet Lean Manufacturing in der industriellen Lasermarkierung?

Meistens ist die Lasermarkierung der letzte Schritt im Herstellungsprozess vor der endgültigen Verpackung des Produkts. Manchmal, wie in der medizinischen Industrie, folgen weitere Schritte wie Reinigung, Passivierung oder Desinfektion.

Der Laserbeschriftung kommt eine besondere Bedeutung zu, da sie dem fast fertigen Produkt einen Mehrwert verleiht oder, im schlimmsten Fall von Beschriftungsfehlern, ein Produkt unverkäuflich macht. Lean Manufacturing in der Lasermarkierung bedeutet daher automatisierte Prozesse, die Fehler verhindern, Qualität garantieren und somit Verschwendung vermeiden.

Von den sieben zuvor genannten Verschwendungen sind im Zusammenhang mit der Lasermarkierung die folgenden am ehesten zu vermeiden

  • Fehlerhafte Produkte
  • Wartezeit
  • Unnötiger Transport von Waren und Laufwege von Personen
  • Vermeidbare Vorgänge

Eine integrierte Bildgebung hat sich in der Laserbeschriftung als großer Vorteil oder sogar als Voraussetzung für eine schlanke Fertigung erwiesen. Die Kamera liefert eine direkte Sicht auf das zu markierende Teil, und die entsprechende Software ermöglicht einen bestimmten Grad an Prozessautomatisierung. Bestimmte ausgelagerte Vorgänge wie die Validierung der Größe des Teils oder der Ausschluss einer bereits vorhandenen Markierung werden dadurch überflüssig. Eine deutliche Erhöhung des Durchsatzes und eine Reduzierung der Zeit für die Teilebearbeitung ist das Ergebnis.

Wie sieht ein schlanker Lasermarkierungsprozess in der Fertigungspraxis aus?

Beispiel aus der Automobilindustrie

Ein gängiges Beispiel aus der Automobilindustrie ist die Kennzeichnung eines Bremsblocks aus Stahl mit einem Datamatrixcode: Ein Bediener legt das Teil in die Laserbeschriftungsmaschine und markiert es (12 Sekunden), nimmt das Teil heraus und bringt es zu einer anderen Station zur Code-Inpektion (20 Sekunden). Wenn man davon ausgeht, dass die Transportzeit zwischen den Stationen 15 Sekunden beträgt, dauert der gesamte Prozess insgesamt 47 Sekunden pro Teil.

Folgende drei Arten der Verschwendung sollten optimiert oder vermieden werden:

  1. die Wartezeit des Bedieners zwischen der Markierung und der Markier-Kontrolle
  2. der Transport der Teile zwischen Markier- und Kontrollstation
  3. die Bearbeitung in einer zusätzlichen Station zur Markierkontrolle (vermeidbare Bewegung)

Die Lösung

...ist, mithilfe eines kameraunterstützten Markiersystems Folgendes zu erreichen:

  • Unnötige Transporte zwischen Markierung und Inspektion werden vermeiden, indem beide Schritte in einem geschlossenen Arbeitsablauf innerhalb einer einzigen Maschine umgesetzt werden.
  • Vollständig integrierte Code-Validierung: Die Validierungssoftware liest maschinenlesbare Codes zurück und prüft, ob der Inhalt mit dem erwarteten Inhalt übereinstimmt. Mögliche Fehler werden auf der Benutzeroberfläche angezeigt.

Mit diesem Arbeitsablauf werden insgesamt 12,5 Sekunden pro Teil benötigt, einschließlich Beladung der Maschine und Lasermarkierung (12 Sekunden) und nur 0,5 Sekunden für die Markierprüfung. Im Vergleich zum vorherigen System bedeutet dies eine Zeitersparnis von fast 75 Prozent.

Beispiel aus der Medizintechnik

Ein gängiges Beispiel aus der Herstellung von Medizinprodukten wäre die Kennzeichnung eines Titan- oder Kunststoffimplantats mit einem UDI (Unique Device Identification)-Code. Der UDI-Code besteht aus einem klarschriftlichen und einem maschinenlesbaren Teil, die beide auf die erforderliche Kennzeichnungsqualität geprüft werden. Zusätzlich zu den drei Verschwendungen aus dem vorherigen Beispiel ist in diesem Fall eine vierte zu berücksichtigen:

1. Wenn man davon ausgeht, dass das Implantat vor und nach der Markierung geprüft werden muss, ergeben sich für den Bediener lange Wartezeiten:

  • während der Vorabkontrolle, die die Kennzeichnung eines falschen Teils, eines bereits gekennzeichneten Teils oder eines mangelhaften Teils verhindern soll
  • während der Kontrolle der klarschriftlichen Zeichen unter dem Mikroskop (60 Sekunden)
  • während der 2D-Codekontrolle in einer Station für Code-Rücklesung (60 Sekunden)

2. Die Entstehung fehlerhafter Teile wird durch eine Prüfung vor der Markierung vermieden, die sicherstellt, dass ein falsches Teil nicht markiert wird. Dank der automatischen Laserkorrektur werden auch Markierfehler vermieden. Kommt es dennoch zu einer falschen Markierung, erkennt die Post-Mark-Inspektion Fehlmarkierungen und verhindert deren Weiterverarbeitung.

3. Die Transferzeit von Teilen von einer Station zur anderen sowie in und aus dem Laserbeschrifter verlängert sich aufgrund der drei verschiedenen Stationen. Vermieden wird dies durch die Verwendung nur einer einzigen Bearbeitungsstation.

4. Eine zusätzliche Bearbeitung eines Teils ist nicht mehr erforderlich, sondern erfolgt in einem einzigen Arbeitsgang. Die Bearbeitung innerhalb der Laserbeschriftungsstation umfasst sowohl die automatische Ausrichtung der Markierung als auch die vor- und nachgelagerte Validierung der Teile und markierten Inhalte.

Die Lösung

... für die Schaffung eines schlanken Lasermarkierprozesses basiert auf den folgenden Merkmalen der integrierten FOBA-Vision-Technologie:

  • FOBA Mosaic: eine Markierfunktion, die eine automatische und präzise Ausrichtung der Lasermarkierung relativ zum Teil ermöglicht, auch wenn das Teil zufällig im Markierfeld platziert ist.
  • Optical Character Verification OCV: Die integrierte Kamera liest den Text aus und überprüft, ob der gewünschte Inhalt korrekt ist.
  • Code-Validierung: Das System prüft auch die Qualität des Codes und bewertet ihn nach den erforderlichen Standards.

Was sind die ersten Schritte auf dem Weg zur schlanken Produktion?

Die rechtzeitige Planung und die Einbeziehung von Fachleuten mit Lean-Erfahrung sind hilfreich bei der Implementierung eines schlanken Lasermarkier-Workflows. Aufgrund der kontinuierlichen Entwicklung auf dem Markt ist es immer wichtig, über den Tellerrand hinauszuschauen und bereit für neue Wege in der Fertigung zu sein. Dazu gehören die Berücksichtigung von Roboterlösungen für die automatisierte Teilehandhabung ebenso wie der Einsatz fortschrittlicher Bildverarbeitungs- und Inspektionswerkzeuge.

Es ist wichtig, ein ganzes Managementteam sowie zusätzliche Coaches und Experten einzubeziehen, wo immer dies erforderlich ist. Ein schlankes Projekt braucht auch eine entsprechende Messmatrix, um den Projektfortschritt zu kontrollieren. Eine Lean-Management-Projekt kann einige Zeit in Anspruch nehmen, die tatsächliche Dauer hängt von der Komplexität des Projekts ab und braucht etwa sechs bis zwölf Monate.

Was sind die allgemeinen Vorteile der schlanken Produktion?

Die Beseitigung von Verschwendung, um einen Prozess zu rationalisieren, bringt mehrere Vorteile mit sich:

  • Mehrwert für den Kunden oder das Endprodukt
  • Kosteneinsparungen durch Reduzierung von Zeit und Material
  • Innovation und ständige Verbesserung fördern und fordern
  • Beitrag zur Verringerung der Umweltbelastung

Kontaktieren Sie uns unter info@fobalaser.com und erfahren Sie, wie FOBA Sie bei der Verschlankung Ihres Markierprozesses unterstützen kann.