Herausforderungen beim Übergang von der Prototypenfertigung zum Serienprozess - Maßnahmen und Prozesse im Motoren Anlauf Center (MAC) G/PM 15.11.2011

Motorenwerke im Volkswagen Konzern VW Polkowice EA188 R4 PD EA189 R4 CR VW Chemnitz EA111 R4 FSI / TSI SVW Lou Tang EA 111 R4 Otto VWED Dalian EA 888 R4 Otto Audi Györ EA 113 R4 Otto EA 189 R4 TDI CR EA 855 R5 Otto EA 837 V6 Otto EA 896 V6 TDI EA 824 V8 Otto EA 896 V8 TDI EA 824 V10 Otto EA 896 V12 TDI Bentley, Crewe EA 398 W12 Bi-Turbo VW Salzgitter EA188 R3 PD EA188 R4 PD 4V EA111 R4 Otto EA 390 VR6 Otto EA896 V6/V8 TDI Marine EA153 V10 TDI EA 398 W12 Otto W16 Otto VW de Mexico, Puebla EA855 R5 Otto VW do Brasil, S. Carlos Skoda Mlada Boleslav EA111 R3 Otto *Stand: Januar 2011 VW Südafrika SVW Anting AHM größtes Motorenwerk der Welt In 2010 ca. 1,7 Mio Motoren fertigen - das sind über 6.800 Motoren am Tag – an Spitzentagen 7.700  Bauteile hergestellt, zu AUDI und an die Montagelinien gebracht, montiert, geprüft und ausgeliefert werden müssen Ein solch logistischer und fertigungstechnischer Aufwand ist nur beherrschbar, wenn durchdachte und ausgereifte Prozesse existieren. Ein neuralgischer Punkt in einer solch komplexen Serienproduktion ist der Anlauf eines neuen Motors – der so genannte SOP (Start of Production). Um diesen Anlauf möglichst „reibungsarm“ zu gestalten, müssen tief greifende Maßnahmen im Vorserienprozess getroffen werden. Über einen Teil dieser Maßnahmen möchte ich heute gern ein paar Worte verlieren…

Inhalt Intro Verkettete Fließfertigung Eigenschaften, Vorteile – Nachteile, Herausforderungen Serienfertigung Audi Hungaria Motor Kft. Neue Konzepte und Methoden Vorbereitung für die Serie Entwicklungsprozess Notwendigkeit von Prototypen Anforderungen an Prototypen Motoren Anlauf Center (MAC) Aktivitäten Struktur, Ablauf Teilebereitstellung / Kommissionierung Mechanische Fertigung / Qualitätskontrolle Typischer Prototypenaufbau Produkt- und Prozessbeeinflussung

Intro Weiß jemand, wer das ist..? … oder das..? Galamb József (* 1881 in Makó, Ungarn; † 1955 in Detroit), Maschinenbauingenieur, Konstrukteur und gilt als Erfinder des Ford Modell „T“. Henry Ford (* 30. Juli 1863 in Wayne County, Michigan, USA; † 7. April 1947 in Dearborn, Michigan) Galamb József Henry Ford

Film: Fließfertigung (Ford, 1924) Intro Das T-Modell von Ford war zum damaligen Zeitpunkt nicht nur ein Auto. Es war auch ein „Prozess“. Und für diesen Prozess – die Fließbandfertigung von Fahrzeugen – entwickelte Galamb József die Technologie. Aus der kleinen Automanufaktur entstand dadurch ein riesiges Werk. Bild: Ford T-Modell (Tin Lizzy, 1926) Film: Fließfertigung (Ford, 1924)

Intro 15. Jahrhundert: in Venedig Schiffe fließbandartig gefertigt 1790: Patent auf Mühle mit versch. Techniken des kontinuierlichen Transports 1833: Herstellung von Schiffszwieback in England ein Fließband eingeführt 1870: in Schlachthöfen von Cincinnati hochgelegte Transportbänder eingesetzt (Die s.g. „disassembly lines“ waren Vorbild für die „assembly lines“ von Ford) Ende 19. Jh.: in Bremen Fließband Produktion für Kaffee 1902: Ransom Olds (Oldsmobile) Holzgestelle, auf denen die Fahrzeuge zu den verschiedenen Fertigungsstationen gezogen wurden 1914: Henry Ford verfeinerte die Produktion insofern, dass er statt der Holzgestelle ein Fließband bei der Automobilfertigung einsetzte In wieweit hat die Ford Motor Company die Fahrzeugproduktion beeinflusst oder gar revolutioniert? „Nicht mit Erfindungen, sondern mit Verbesserungen macht man Vermögen.“ Henry Ford

Intro Modell T das erste Fahrzeug, das auf einem Fließband gefertigt wurde Verkaufspreis sank von 850 $ auf 370 $ Fertigungszeit reduzierte sich auf 93 min (etwa 1/10 der ursprünglichen Zeit) Jahresproduktion stieg auf 200.000 Fahrzeuge Produktion zwischen 1915 und 1925 nur in Schwarz nur eine Lackierstraße der schwarze Nitrolack trocknete am schnellsten 1918 war jeder zweite Wagen in Amerika ein Modell T Bis 1927 waren über 15 Millionen Fahrzeuge hergestellt worden Ein Rekord, der die nächsten 45 Jahre Bestand haben sollte... … bis er kam:

Verkettete Fließfertigung Eigenschaften Konsequenteste Ausprägung der Fließfertigung = Fließbandproduktion Materialtransport erfolgt mit Hilfe von verketteten Fördersystemen Arbeitsschritte meist auf wenige Handgriffe beschränkt (one touch – one motion) Arbeitsschritt ist Wiederholung einer genau determinierten Handgrifffolge Fester zeitlicher Rhythmus (Takt) Entscheidend für reibungslosen Ablauf  optimaler Fließbandabgleich

Verkettete Fließfertigung Vorteile - Nachteile Halbfertigerzeugnisse auf ein Minimum reduzieren (kaum Lagerung) Raumeinsparung durch konsequente Anordnung der Arbeitsplätze (dazu werden Transportwege verkürzt, Transportkosten verringert) (Kosten-)Vorteile durch Arbeitsteilung und Spezialisierung Niedrige Durchlaufzeiten  Verringerung der Gesamtfertigungszeit Eine Prüfung der Bauteile kann in den Arbeitsgang integriert werden Es können schnelle Spezialmaschinen eingesetzt werden, oft Automaten Hohe Reproduzierbarkeit S = erhebliche Kosteneinsparungen Nachteile Geringe Flexibilität  Anpassungsfähigkeit des Betriebs ist herabgesetzt Hohe Anlagenintensität Hohe Störanfälligkeit der Gesamtproduktion bei Maschinenausfällen Oft geringe Handlungsspielräume der Arbeitskräfte, monotone Arbeit

Verkettete Fließfertigung Herausforderungen Arbeitsschritte und Arbeitsstationen so festlegen, dass ihre Durchführung eine genau festgelegte Zeitdauer benötigt, die Taktzeit Erfolgt eine automatisierte Verkettung der Produktionsstellen, spricht man von einer (starren) Transferstraße, der Produktionsprozess erfolgt vollautomatisch Durch die hohe Anlagenintensität kommt diese Art der Fertigung vor allem bei der Sorten- und Massenproduktion zur Anwendung Variablen Kosten relativ niedrig (Lager und Transport, Fertigung und Löhne) Verwendung  z.B. in der Automobil- und der Nahrungsmittelindustrie.

Serienfertigung Audi Hungaria Motor Kft Serienfertigung Audi Hungaria Motor Kft. Neue Konzepte und Methoden (Auszug) APS (AUDI Produktions System) Produktion Takt Fluss Pull Perfektion Grundlagen

Film: Produktion (AUDI, V6 TDI) Serienfertigung Audi Hungaria Motor Kft. Vorbereitung für die Serie Alle genannten Montagekonzepte nützen wenig, wenn die zu fertigenden Produkte: Konstruktiv nicht optimal designed sind Schlecht oder aufwändig herstellbar sind In ungleichmäßiger Qualität verfügbar sind Nur kompliziert in einer Serienfertigung montierbar sind Was ist zu tun? Möglichst weit vorn in den (Entwicklungs-)Prozess eingreifen! Film: Produktion (AUDI, V6 TDI)

Herstellbarkeit des Produktes Serienfertigung Audi Hungaria Motor Kft. Entwicklungsprozess Herstellbarkeit des Produktes Start of Produktion Aufbau erster Technikträger Grobpackage, Konzepte, Konzeptauswahl Aufbau von Prototypen (z.B. für Prüfstands-/Fzg. Dauerläufe) Warum ist es so wichtig, Prototypen schon unter seriennahen Bedingungen mit hohem Qualitätsanspruch aufzubauen?

Reifes Produkt in die Serie bringen Serienfertigung Audi Hungaria Motor Kft. Notwendigkeit von Prototypen Entwicklungs- und Planungsdruck Kurze Motorentwicklungsintervalle Innovationen / Flexibilität Hohe Varianz  Marktforderung Produktionsdruck Kurze Motorenanläufe Hohe Stückzahlen Hoher Qualitätsanspruch Absicherung mit Prototypen Reifes Produkt in die Serie bringen

Motoren Anlauf Center (MAC) Serienfertigung Audi Hungaria Motor Kft. Anforderungen an Prototypen Wunsch der Entwicklung: „Bauteile für Erprobung sind aus einem seriennahen Prozess gefertigt!“ Wunsch der Produktion: „Bauteile sind in der Serie herstellbar und es gibt wenig Varianten!“ Schnittstelle + Prozess Motoren Anlauf Center (MAC)

Motoren Anlauf Center Notwendige Aktivitäten des MAC Projektkoordination MAC übernimmt reifegradabhängig Koordination von Baulosen Fertigung Versuchsteile Steuerung von Fertigungsaufträgen für Versuchsteile Kontrollierte Einzelteile Nach TE-Vorgabe Bauteile kontrollieren und vermessen Flexible Nacharbeit Nacharbeits- oder Änderungsbedarf realisieren Lagerung von Versuchsteilen Versuchsteile werden erfasst, geprüft, gelagert Montage nach Kundenwunsch Individueller Motoraufbau nach Motorbuch

Motoren Anlauf Center Notwendige Aktivitäten des MAC zum Motorenanlauf Zerlegung und Erstanalyse nach Vorgabe Zerlegung nach Dauerlauf und Erstanalyse Frühzeitige Analyse und Absicherung Aufbau segmentübergreifender Kompetenz zur frühzeitigen und systematischen Analyse und Absicherung bzgl. Fertigungs- und Montierbarkeit in der Serie. Ermittlung EHPE-Zeiten Neu- / Vorgänger- und Wettbewerbsmotoren ermitteln /vergleichen Potentialliste mit Konstruktionsvorschlägen (best of benchmark) Prüftechnik Prüftechnische Analysen für alle neuen Motorprojekte Schraubtechnik Schraubtechnische Analysen für alle neuen Motorprojekte

Motoren Anlauf Center Struktur, Ablauf Kundenbedarf besteht Projektkoordination AUDI Hungaria Kundenbedarf befriedigt Teilebereitstellung link Mechanische Fertigung link Montage Einzelmotor link Qualitätskontrolle Kommissionierung Leistungsprüfung ZP7-Montage Auslieferung Produkt- und Prozessoptimierung link

Köszönöm a figyelmet! Danke für die Aufmerksamkeit!

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Anhang

Serienfertigung AUDI Konstruktionsbeispiel (V6 TDI ATL-Ölrücklaufleitung) Vorher: mit Ölrücklaufleitung und O-Ring MA-Kontrolle mit Spiegel Nachher: integrierte Ölrückführung in ATL Halter

Produkt Entstehungs-Prozess Serienfertigung AUDI Kostenfaktor bei Änderungen in Baustufen vs. Änderungen in der Serie Einflussfaktoren Serienanlagen Serienwerkzeuge Bauteil-Erprobungen Fahrzeugapplikation CAD-/ Zeichnungsänderung u.v.m. Kosten Produkt Entstehungs-Prozess Baustufen Vorserien Freigabe SOP

Teilebereitstellung Besonderheiten in der Vorserie Teilelogistik (Motorbau plant Motoraufbau) Kein Teiletourismus: Zusteuerung eigenverantwortlich Prüfung der Teileverfügbarkeit Erstellung Dummy-Stückliste Bedarfe in SAP  Lieferantenanfragen oder Beschaffung über Tech. Entwicklung Priorisierung der Motoraufbauten Lagerhaltung Keine versteckte Lagerung in der Serie Versuchsteile werden erfasst, gelagert und kommissioniert

Mechanische Fertigung Besonderheiten in der Vorserie Versuchsteilefertigung Erfahrungen mit Neuteilen für die Serienlinien Technologie / Werkzeuge erproben Beeinflussung der Bauteil-Entstehung Anfragen an die Serienlinien erfolgen koordiniert und systematisch Ein Ansprechpartner: Steuerung von Fertigungsaufträgen für Versuchsteile über einen zentralen Ansprechpartner im MAC Qualitätskontrolle Zusätzlicher Messaufwand / Personal Kontrollierte Einzelteile Nach Vorgabe der TE werden Serien- und Versuchsteile kontrolliert / vermessen Das Ergebnis wird mit der TE abgestimmt Die Verwendbarkeit dokumentiert

Serienfertigung AUDI Typischer Prototypenmotoraufbau Viele manuelle Tätigkeiten Linientakt unabhängig Methoden erproben Aufbautätigkeiten kennen lernen Montagereihenfolgen anpassen/ festlegen Einzelteile erproben Montierbarkeit feststellen Montagewerkzeuge für Serie vorbereiten Anlernen von Mitarbeitern Hoher (Montage-)umfang je AP Montagebock Auch für Kleinserie geeignet (Bsp.: R5 TFSI)

Produkt- und Prozessbeeinflussung Chancen Optimierungsmöglichkeiten zum Produkt (Motor) und Prozess (z.B. Montage) Wirksamkeit der Beeinflussung Projektabhängig Segmentabhängig Analyse Frühzeitige und systematischen Analyse Fertigung und Montierbarkeit in der Serie Aufbau segmentübergreifender Kompetenz

Produkt- und Prozessbeeinflussung Beispiel (Kurbelwelle, V8 Otto BiT) Fehler: Riefenbildung am Axiallager Ursache: Aufwurf Entlastungsbohrung / Überschneidung mit Anlauffläche Analyse: Zeichnungsvorgaben Analyse: CAD-Modell Maßnahme: Reduzierung des Durchmessers der Anlauffläche

Produkt- und Prozessbeeinflussung EHPE (Engineered Hours Per Engine ) Definition Die Zeit, die konstruktionsbedingt für die Herstellung eines Produktes benötigt wird Ziel Neutrale Messgröße und Aufwandsbewertung der Auswirkung einer Konstruktion auf die Produktion Zielvorgabe für Entwicklung (in Zeit) Vergleich von Konstruktionslösungen für identische Bauteilumfänge/ Funktionen Methode Methods-Time Measurement (Methode zur Analyse von Arbeitsabläufen)

Produkt- und Prozessbeeinflussung EHPE (Voraussetzungen, Annahmen) Nur Anzahl, Position und Geometrie der Bauteile und die Befestigungsart (Clipsen, Schrauben, Kleben, Nieten, etc.) spielen eine Rolle für EHPE Alle automatisierten Umfänge werden manuell bewertet, um die Vergleichbarkeit, auch automatisierungsgrad-unabhängig, zu gewährleisten Die Teile werden unter optimalen Umständen eingebaut Beim Montieren sind die nötigen Teile und Werkzeuge maximal ca. 20-50 cm (Griffweite 2) von dem Motor entfernt. Definierte Standard-Fertigungstiefe (M = Montage oder VT = Vortätigkeit) Definierte Betriebsmittel Klassifizierte Arbeitsfolgen

Befestigungspunkte des Ölabscheiders Produkt- und Prozessbeeinflussung EHPE (Beispiel: Zylinderkopfhaube, R4 Otto) Befestigungspunkte der ZK-Haube Befestigungspunkte des Ölabscheiders

Produkt- und Prozessbeeinflussung Prüftechnik (Prüfumfänge in der Vorserie) (Entscheidung zu neuem Produkt) CAD-Daten und Prototyp von Technischer Entwicklung bzw. MAC Entscheidung zu Prüftechnik-Konzept für die Motormontage Analysen von Bauteilen, Baugruppen oder Komplettmotoren prüftechnische FMEAs (Fehler Möglichkeits- und Einfluss-Analyse) Mappings (weitgreifende Analyse) zur Prüfbarkeit von Bauteilen Entwicklungs-Leistungsprüfstand Produktions-Heisstest Analyse-Lecktest Serien-Lecktest Serien-Endfunktionstest

Produkt- und Prozessbeeinflussung Prüftechnik (Prüfstationen in der Serie: R4 TDI) Lecktest Kraftstoffraum AUDIT, Leistungsbremse Heißtest Prüffeld Lecktest Komplettmotor (WR) Rumpfmotor (WR, ÖR) Endfunktionstest (Mechanik, Elektrik) Reibmoment Messung (mit Kolben) Reibmoment Messung (ohne Kolben) 100 % ca. 5 % 0.1 % 1 2 3 4 5 6 START ENDE Kompaktmessgerät (z.B. Pulssensor)

Produkt- und Prozessbeeinflussung Prüftechnik (Prüfumfänge Produkt- und Prozessbeeinflussung Prüftechnik (Prüfumfänge* in der Serie Auszug) Lecktest Flachdichtungen Wasserraum ZK-Dichtung Brennraum Verschraubungen Ölraum Dichtringe Flüssigdichtmittel Schlauchverbindungen Interne Leckagen RWDR etc. Endfunktionstest Phasenlage NW/KW Raildruck Geräusch Ansaug-/Abgasdruck Drehzahl Drehmoment Öldruck Unterdruck (VaPu) Injektoren LBK Temp.-Sensor etc. *Prüfumfänge weichen motorspezifisch voneinander ab.

Produkt- und Prozessbeeinflussung Schraubtechnik (Prüfungen in der Vorserie) Schraubfallanalysen von Baustufe bis O-Serie Ziel der Versuche Funktioniert die Verschraubung mit dieser Auslegung in der Serie Ablauf Abrisskurven jeder Verschraubung aufnehmen und bewerten Bei Bedarf Änderungen der Anzugsvorschrift vorschlagen Schraubfallbeeinflussung von Baustufe bis VFA Beurteilung Montierbarkeit der geplanten Verschraubungen bei Bedarf Produkt- und Prozessänderungsvorschläge erarbeiten Vorschläge zu Schraubwerkzeuge und Auslegung der Erstparametrierung Produkt- und Prozessprüfungen von VFA bis 0-Serie Werkzeug- und Prozessprüfungen um festzustellen, ob die eingesetzte Technik für Verschraubungen prozesssicher ist

Produkt- und Prozessbeeinflussung Schraubtechnik (Vorteile für die Serie) Weniger Parametrierungsaufwand beim Anlauf Nur prozesssicher montierbare Verschraubungen kommen in die Serie, dadurch Abstellen von Reklamationen Toleranzen für Produkt- und Prozessprüfungen (MNA1 und Werkzeuggegenmessungen) definiert Nur zugängliche Verschraubungen in der Serie, damit Sicherstellung Taktzeiteinhaltung