Von Daten zu Entscheidungen: Maximierung der Produktionseffizienz mit Fertigungs-KPIs

Die Verfolgung der Produktion in der Fertigung ist ein wesentlicher Bestandteil der Produktionsexzellenz. Das Problem besteht darin, welche Metriken berücksichtigt werden sollten, um die erforderlichen Strategien für den Arbeitsbereich zu ermitteln.

Dieser Artikel ist ein Leitfaden zu den verschiedenen KPIs in der Fertigung. Welche das sind, warum sie relevant sind und wie man sie misst. Außerdem erklären wir die Verwendung von KPI-Dashboards für die Fertigung und wie Produktionsüberwachungssoftware einen Überwachungsprozess in eine Kultur der Produktionsqualität umwandeln kann.

Was sind Fertigungs-KPIs?

Key Performance Indicators (KPIs) sind klar definierte, quantifizierbare Messgrößen, die Leistungskriterien angeben. Sie liefern wichtige Daten für die Überwachung, Analyse und Optimierung von Fertigungsprozessen in Bezug auf Menge, Qualität, Kosten, Zeit usw.

Für sich genommen sind sie nur Indikatoren, die einige Leute im Detail verstehen. Daher ist es wichtig, die KPIs mit den Produktionszielen und -vorgaben in Einklang zu bringen. Sobald die Bediener mit den verschiedenen KPIs in der Produktion vertraut sind, können sie Entscheidungen auf der Grundlage von Fakten treffen und mit den verfügbaren Ressourcen die beste Produktqualität anstreben.

Was sind die wichtigsten KPIs für die Fertigung im Jahr 2023?

Wir haben eine Liste von Fertigungs-KPIs ausgewählt, die bei der Optimierung von Prozessen zu erheblichen Veränderungen in der Produktion beitragen können. Jedes Element auf dieser Liste von KPIs enthält eine Beschreibung seiner Verwendung und eine Berechnungsformel.

Produktionsvolumen

Das Produktionsvolumen misst die Anzahl der innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens hergestellten Einheiten. Es ist einer der wichtigsten KPIs zum Benchmarking der Produktionseffizienz.

Produktionsvolumen = Gesamtzahl der in einer bestimmten Zeit hergestellten Produkte

Ausfallzeiten in der Produktion

Die Produktionsstillstandszeit misst die Gesamtzeit, in der die Produktionslinien eines Betriebs stillstehen. Sie umfasst geplante und ungeplante Stillstände.

Produktionsausfallzeit = Summe der gesamten Ausfallzeiten während eines Zeitrahmens

Außerplanmäßige Ausfallzeit

Ungeplante Ausfallzeiten messen die Gesamtzeit, die aufgrund von Zuverlässigkeits-, Verfahrens- oder Bruchproblemen im Leerlauf verbracht wird. Die Ursachen können mit den Maschinen oder den Fähigkeiten der Bediener zusammenhängen.

Ungeplante Ausfallzeit = Summe aller ungeplanten Ausfallzeiten während eines Zeitrahmens

Anzahl der Haltestellen

Die Anzahl der Stopps misst die Gesamtzahl der Stopps während einer Schicht. Weitere Informationen über die Ursachen der Haltestellen können uns helfen, Ineffizienzen zu erkennen und zu beheben.

Gesamtanlageneffektivität (OEE)

OEE ist eine Kennzahl zur Überwachung, Bewertung und Verbesserung der Effektivität eines Produktionsprozesses, ausgedrückt in Prozent. Mithilfe der OEE können wir die Auslastung der Anlagen messen, was den Fabriken hilft, die Bereiche zu ermitteln, die Aufmerksamkeit erfordern.

OEE = Verfügbarkeit x Leistung x Qualität

Gesamteffektivität des Betriebs (OOE)

OOE ist der OEE ähnlich, mit einem Unterschied in der Messung der Verfügbarkeit. Im Gegensatz zur OEE wird bei der Overall Operations Effectiveness die für Instandhaltungsaufgaben aufgewendete Zeit berücksichtigt.

OOE = Verfügbarkeit x Leistung x Qualität

Lesen Sie unseren vollständigen Leitfaden zur Berechnung der OEE: Wie man die OEE berechnet.

Durchsatzrate

Die Durchsatzrate misst das Produktionsvolumen, das innerhalb eines bestimmten Zeitraums abgeschlossen wird. Sie wird oft fälschlicherweise als Synonym für die Durchlaufzeit verwendet. Im Vergleich zur Zykluszeit ist sie zur Bewertung von Prozessen gedacht, da die Durchlaufzeit hilft, Engpässe zu erkennen.

Durchsatzrate = Gesamtzahl der produzierten Wareneinheiten / Durchlaufzeit

Dabei steht die Durchlaufzeit für die Summe aus Bearbeitungszeit, Inspektionszeit, Transportzeit und Warteschlangenzeit. Beachten Sie, dass die Durchsatzrate nur die zum ersten Mal produzierten Einheiten zählt.

Effektive Gesamtanlagenleistung (TEEP)

Dieser KPI ist in seiner Formel identisch mit OEE und OOE. TEEP beabsichtigt, die maximale effektive Anlagenleistung zu bewerten, wenn die Maschinen rund um die Uhr, das ganze Jahr über, und immer unter Right-First-Time-Produktion laufen.

TEEP = Verfügbarkeit x Leistung x Qualität

Bei TEEP werden sowohl die Verfügbarkeit als auch die Qualität zu 100 % angerechnet.

Auslastung der Kapazitäten

Die Kapazitätsauslastung misst, wie viel von der Gesamtkapazität in der Fertigung genutzt wird. Dieser KPI wird zur Analyse von Wachstumschancen und zur Bewertung der Effizienz verwendet. Er wird in Prozent ausgedrückt.

Kapazitätsauslastung = (in einem Zeitraum genutzte Gesamtkapazität / verfügbare Gesamtproduktionskapazität) x 100

Zykluszeit

Die Zykluszeit misst die Zeit, die für die Produktion einer Einheit von Anfang bis Ende benötigt wird. Im Gegensatz zur Durchsatzrate werden Warteschlangen bei der Berechnung nicht berücksichtigt.

Zykluszeit = Nettoproduktionszeit / Anzahl der produzierten Einheiten

Eine andere Formel hierfür lautet:

Zykluszeit = Prozessendzeit - Prozessstartzeit

Vorlaufzeit

Die Vorlaufzeit misst die Gesamtzeit, die benötigt wird, um Kundenbestellungen ab dem Zeitpunkt der Auftragserteilung zu erhalten. Unternehmen berücksichtigen in der Regel den Puffer - den Bestand an verfügbaren Produkten - und nicht die tatsächliche Zeit, die für die Herstellung einer Einheit benötigt wird (es sei denn, es handelt sich um Sonderanfertigungen).

Vorlaufzeit = Auftragsbearbeitungszeit + Produktionsvorlaufzeit + Lieferzeit

Taktzeit

Die Taktzeit ist eine Kennzahl, die angibt, wie schnell ein Produkt fertiggestellt werden sollte, um die Nachfrage der Verbraucher zu befriedigen. Sie ist ein wichtiger KPI, ähnlich wie OEE, Durchlaufzeit und Zykluszeit, da sie uns hilft, die Produktionskapazität zu optimieren, um die Nachfrage zu befriedigen, ohne die Lagerkapazität zu überlasten.

Taktzeit = Verfügbare Gesamtproduktionszeit / Durchschnittliche Kundennachfrage

Umstellungszeit

Die Umstellung misst die Zeit, die eine Produktlinie benötigt, um von der Arbeit an einem Produkt zu einem anderen überzugehen. Diese Zeit umfasst Aufgaben wie die Identifizierung bestimmter Werkzeuge oder Maschinenteile, die ein Produkt für die Fertigung benötigt, und die Entfernung nicht benötigter Teile.

Umrüstzeit = Nettoverfügbare Zeit - Produktionszeit

Die Verkürzung der Umrüstzeiten ist für die Maximierung der Produktionskapazität von entscheidender Bedeutung.

KPIs zur Kostensenkung und Gewinnverbesserung

Richtiges erstes Mal (RFT)

RFT ist eine wichtige Kennzahl, die bei der OEE-Berechnung im Hinblick auf die Qualität zu berücksichtigen ist. Sie bezeichnet die Gesamtzahl der Produkte, die beim ersten Mal unter akzeptablen Bedingungen hergestellt wurden. Die Einheiten, die dieses Kriterium nicht erfüllen, werden als Ausschuss oder Nacharbeit bezeichnet, je nach dem Grad ihres Versagens.

Netto-Betriebsergebnis

Der Nettobetriebsgewinn misst das verbleibende Geld nach Abzug der Einnahmen und der Betriebskosten, Zinsen und Steuern. Er ist ein Indikator dafür, wie viel eine Fabrik verdient, und kann insgesamt oder pro Produktlinie berechnet werden.

Nettobetriebsergebnis = (Einnahmen - Betriebsausgaben) - Zinsen und Steuern

Energiekosten pro Einheit

Die Energiekosten pro Einheit messen, wie viel Energie für die Herstellung einer Einheit benötigt wird. Dieser KPI ist für Fabriken, die sich auf eine nachhaltige Produktion zubewegen, von entscheidender Bedeutung, und seine Überwachung kann die Betriebskosten erheblich senken.

Energiekosten pro Einheit = Summe der Energiekosten / Anzahl der hergestellten Einheiten

Ergebnis vor Zinsen, Steuern, Abschreibungen und Amortisationen (EBITDA)

Wenn es darum geht, die Einnahmen zu verbessern, ist das EBITDA eine Kennzahl, die zum Vergleich des Nettoeinkommens von Unternehmen verwendet wird. Investoren verwenden diese Kennzahl häufig, um den Wert eines Unternehmens in Branchen mit umfangreichen Vermögenswerten in Form von Ausrüstung, Gebäuden und Grundstücken zu bewerten.

EBITDA = Nettoeinkommen + Zinsen + Steuern + Abschreibungen + Amortisation

Beim EBITDA werden die Auswirkungen der Fremdfinanzierung, der Abschreibungen und der Steuern herausgerechnet, so dass man eine Vorstellung von den erwirtschafteten Barmitteln erhält, bevor die Betriebskosten, die Ausgaben der Interessengruppen und die staatlichen Ausgaben bezahlt werden. Manager nutzen das EBITDA, um den Cashflow des Unternehmens vor wichtigen Finanzentscheidungen zu verstehen.

Überstundensatz

Die Überstundenquote misst die zusätzlichen Arbeitsstunden der Mitarbeiter, die über die Schichten hinaus geleistet werden. Sie ist eine wichtige Kennzahl, die mit der Durchsatzrate verglichen werden kann, um Schwachstellen in Produktionsprozessen zu analysieren. Sie wird in Prozent ausgedrückt.

Wenn Maßnahmen zur Automatisierung von Prozessen oder zur Verringerung der Ursachen für Arbeitsunterbrechungen ergriffen werden, können die Unternehmen die Überstundenquote erheblich reduzieren und so die Produktionskosten auf der Seite des Humankapitals senken.

Überstundensatz = (Überstunden/Gesamtarbeitszeit) x 100

KPIs zur Qualitätsverbesserung

Wert des Schrottmaterials

Dieser KPI stellt den Geldwert von Schrott abzüglich der Entsorgungskosten dar. Schrott wird in der Regel verkauft, da er nicht in neue Teile umgearbeitet werden kann.

Wert des Schrottmaterials = Erlös aus der Entsorgung des Schrottmaterials - Entsorgungskosten

Ausbeute

Die Ausbeute misst die Gesamtmenge der produzierten Produkte im Vergleich zum Rohstoffeinsatz. Ineffizienzen bei der Herstellung werden dabei nicht berücksichtigt.

Ausbeute = (Tatsächliche Anzahl der hergestellten Produkte / Theoretische Höchstproduktion auf der Grundlage des Rohstoffeinsatzes) x 100

Erstmalige Ausbeute

Im Gegensatz zum vorhergehenden KPI stellt der First Time Yield die Gesamtzahl der nicht fehlerhaften Produkte im Vergleich zur Gesamtproduktion dar. Sie wird als Verhältnis dargestellt.

First Time Yield = Gesamtzahl der nicht fehlerhaften Einheiten / Gesamtzahl der hergestellten Produkte

Die Verwendung des First Time Yield als Indikator hilft bei der Untersuchung der Auswirkungen der Materialqualität oder der Anlagenleistung.

Ertragsrate (ROR) & Ablehnungsrate (RCR)

Für das verarbeitende Gewerbe sind zwei Definitionen von ROR relevant. Die erste, die typische ROR-Definition, misst die Leistung von Investitionsausgaben im Laufe der Zeit. Ausgedrückt in Prozent, bewertet diese Rendite Gewinne oder Verluste aus einer Investition, die über einen bestimmten Zeitraum getätigt wurde.

Rendite (ROR) = (Aktueller Wert - Anfangswert / Anfangswert) x 100

Es gibt jedoch noch eine andere Möglichkeit, die Rücklaufquote in der Fertigung zu definieren, die wir als Rücklaufquote (RCR) bezeichnen wollen. Diese Kennzahl misst die Anzahl der Artikel, die an eine Fabrik zurückgeschickt werden, die so genannten "Consumer Rejects". RCR kann auch als ROR bezeichnet werden, was häufig zu Missverständnissen führt.

Rückweisungsquote (RCR) = Anzahl der zurückgewiesenen Einheiten pro Charge / Anzahl der produzierten Einheiten pro Charge

KPIs zur Instandhaltung

Mittlere Zeit zwischen Ausfällen (MTBF)

MTBF misst die durchschnittliche Zeit zwischen zwei Maschinenausfällen und ist eine wichtige Kennzahl zur Bewertung der Zuverlässigkeit unserer Produktionsprozesse.

MTBF = Betriebszeit in Stunden / Anzahl der Ausfälle

Ihre Messung hängt stark von den Start-/Stopp-Zyklen, den Umgebungsbedingungen, der Wartung usw. ab.

Prozentsatz der geplanten Wartung (PMP)

PMP vergleicht die Gesamtzahl der Stunden, die ein Unternehmen für Reparatur- und Wartungsaufgaben aufwendet, mit der geplanten Zeit für diese Aufgaben. Dieser KPI hilft dabei, die für die ordnungsgemäße Durchführung von Wartungsaufgaben erforderliche Zeit zu verstehen.

Prozentualer Anteil an geplanter Wartung = (Anzahl der geplanten Wartungsstunden / Anzahl der gesamten Wartungsstunden) x 100

Mittlere Ausfallzeit (MDT)

Unsere letzte Kennzahl ist die mittlere Ausfallzeit (MTD), die die Zeit angibt, die für die Reparatur eines Fehlers nach einem Ausfall benötigt wird.

Mittlere Ausfallzeit = Gesamtausfallzeit / Anzahl der Ausfallereignisse

Wie man KPIs auf täglicher Basis verwendet

KPIs sind ein leistungsfähiges Instrument zur Bewertung der Leistung und des Stands eines Unternehmens im Hinblick auf die zu erreichenden Ziele. Diese Kennzahlen werden auf allen Ebenen verwendet, von Managern zur Festlegung von Strategien und Investitionen und zur Entwicklung neuer Produktlinien bis hin zu Bedienern, die die Leistung von Maschinen und ihre eigenen Fähigkeiten bewerten.

KPIs für die Fertigung können die Mitarbeiter befähigen. Mit den richtigen Messgrößen für ihre Leistung können sie die Taktik und das Wissen in Frage stellen, die für einen exzellenten Maschinenbetrieb erforderlich sind, und so im Laufe der Zeit zu besseren Fachleuten werden.

Der wichtigste Aspekt bei der Arbeit mit KPIs ist jedoch, dass man sich auf verlässliche Daten stützen kann, die sich analysieren lassen. Wir werden im nächsten Abschnitt mehr darüber sprechen.

Wie man KPIs in der Fertigung verfolgt

Bevor sie die KPIs verfolgen, müssen die Unternehmen entscheiden, welche Kennzahlen sie mit welchen Methoden verfolgen wollen. Heutzutage ist es gängige Praxis, sich auf die Dienste von Software für die Fertigungsüberwachung zu verlassen, da diese praktisch ist und den Zugang zu den Daten zu jeder Tageszeit erleichtert.

Die Verwendung manueller Methoden zur Verfolgung von KPIs, insbesondere von Qualitäts-KPIs, birgt das Risiko menschlicher Fehler, der Verzerrung durch den Beobachter und der Verzerrung durch den Forscher sowie anderer damit verbundener Datenungenauigkeiten. In solchen Fällen kann die wiederholte Aufgabe des manuellen Zählens defekter Teile zu einer Unterschätzung der Ausschussmenge führen. Die Energiemessung ist nicht genau, wenn sie mit manuellen Methoden durchgeführt wird, und das sind nur einige Gründe, sich für Industrie-4.0-Technologien zu diesem Zweck zu entscheiden.

Die Erfassung und Bearbeitung von Daten durch Softwarelösungen eröffnet der Forschung neue Möglichkeiten. Der Zeitaufwand für die Datenerfassung wird im Vergleich zu manuellen Verfahren erheblich reduziert. Der zusätzliche Vorteil besteht darin, dass Sie sich auf sicherheitsgeprüfte Backup-Methoden für Ihre Informationen verlassen können, die den an den verschiedenen Projektphasen beteiligten Personen einen stufengerechten Zugang ermöglichen.

Was sind KPI-Dashboards für die Fertigung?

Nachdem wir nun die wichtigen KPIs, ihre Bedeutung für die Entscheidungsfindung und ihre Erfassung erörtert haben, ist es an der Zeit zu erwähnen, wie diese Metriken visualisiert werden können.

Ein KPI-Dashboard für die Fertigung ist ein in der Produktionsüberwachungssoftware enthaltenes Tool zur Visualisierung von KPI-Daten in Echtzeit. Diese Dashboards sind mit IoT-Sensoren zum Abrufen von Informationen verknüpft und kombinieren verschiedene Tools für die Echtzeitanalyse, die Berichterstattung, die Eskalation von Problemen für eine angemessene Fehlerbehebung, Finanztools und mehr. Vorgefertigte Berichtstools helfen den Bedienern, die Ursachen von Störungen an verschiedenen Stellen der Produktlinie schnell zu beheben oder Informationen einzugeben, die für vorbeugende Wartungsaufgaben relevant sind.

Es gibt verschiedene Arten von KPI-Dashboards für die Fertigung, die wir nach ihren Hauptverwendungszwecken kategorisieren werden.

Dashboards zur Produktionsleistung

Dies ist das typische Dashboard, das Sie in der Produktion vorfinden. Es zeigt Echtzeitinformationen über ausgewählte Metriken im Zusammenhang mit der Produktion an, wie z. B.:

• OEE
• Ausfallzeiten der Anlagen
• Anzahl der Haltestellen
• Durchschnittliche Haltestellenlänge
• MTBF
• Zykluszeit
• Anzahl der produzierten Teile

Unten sehen Sie ein Beispiel für ein Production Performance Dashboard von Factbird.

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Dashboards zur Fertigungsqualität

Wird oft als Werkzeug zur detaillierteren Bewertung der Qualität in der OEE verwendet. Diese Dashboards verfolgen die Anzahl der fehlerhaften Produktionen im Vergleich zur akzeptablen Qualität der Produktion, können aber auch Informationen über die Qualität des den Maschinen zugeführten Rohmaterials liefern.

Gemeinsame KPIs, die in Dashboards zur Fertigungsqualität verfolgt werden:

• Ausbeute
• Erstmalige Ausbeute
• Rendite

Dashboards zur Verwaltung der Herstellungskosten

Diese Dashboards werden vor allem von Produktmanagern und dem Finanzbereich des Unternehmens genutzt und zeigen Produktionskosten-KPIs in Echtzeit und die Rentabilität an. Beispiele für die Metriken, die sie verfolgen können:

• EBITDA
• Netto-Betriebsgewinn
• Überstundensatz
• ROA

Dashboards für schlanke Produktion

Unternehmen, die Lean-Methoden anwenden, sollten mit dieser Art von Dashboard arbeiten, um ihre Ziele richtig zu verfolgen. Dashboards für die schlanke Produktion können in Form von Berichten schnell Erkenntnisse über potenzielle Wachstumschancen liefern.

Typische Metriken, die von Dashboards für schlanke Produktion erfasst werden:

• Zykluszeit
• Durchsatz Zeit
• Auslastung der Kapazitäten
• Überstundensatz
• Ausfallzeit
• Energiekosten pro Einheit
• OEE

Wie helfen die Daten von Factbird Unternehmen, ihre KPIs zu verstehen?

Softwarelösungen wie Factbird helfen Unternehmen nicht nur dabei, KPI-Daten zu erfassen und zu visualisieren, sondern bieten auch ein umfangreiches Angebot an Dienstleistungen wie z.B.:

• Genaue Datenerfassung rund um die Uhr verfügbar: Die Datenerfassung erfolgt über unsere Factbird Industrial IoT Gateways, die dann mit der Cloud synchronisiert werden und von den Nutzern über Desktop, Dashboards, Mobilgeräte und Tablets bedient werden können. Diese Informationen werden durch SSL-Verschlüsselung gesichert, so dass Sie sicher sein können, dass alle sensiblen Daten geschützt sind.
• Datenkonsolidierung in Berichten: Vorbei sind die Zeiten, in denen Bediener und Manager Informationen manuell in Excel-Tabellen extrahieren mussten. Unsere Factbird-Anwendung erstellt sofort Berichte aus ausgewählten Zeiträumen, die einfach an Teammitglieder und Stakeholder verteilt werden können.
• Einblicke in KPIs: Durch die Kopplung der Factbird-Sensoren mit Tools wie Factbird View werden die auf den KPI-Dashboards angezeigten Zahlen dank präziser Videoaufnahmen zum Leben erweckt, wodurch die Benutzer die Gründe für die Indikatoren erkennen können. Die Identifizierung von Engpässen oder Mängeln in der Produktlinie war noch nie so einfach.
• Interaktion mit anderen Plattformen: Wir erkennen die anderen auf dem Markt verfügbaren Softwarelösungen zur Datenanalyse an, wie z.B. Power BI. Factbird bietet eine Interaktion mit anderen bestehenden Technologien wie SPS, ERP und OPC, so dass die Anwender komplexe Technologie-Stacks für die Fertigung nach ihren Bedürfnissen aufbauen können.

Durch die Arbeit mit sofort abrufbaren Daten müssen sich die Mitarbeiter bei der Behebung von Leistungsproblemen nicht mehr auf ihr Bauchgefühl verlassen. Entscheidungen werden jetzt auf der Grundlage von Fakten getroffen, was das Vertrauen der Bediener stärkt und die Organisation im Sinne einer kontinuierlichen Entwicklung vereinheitlicht.

Alle abgerufenen Daten können in Echtzeit analysiert werden, was den Betrieben hilft, Prozesse und Leistung zu bewerten und Methoden zu finden, die zu jedem Zeitpunkt die besten Produktionszahlen aus den Maschinen herausholen.

Abschließende Überlegungen

Das Erlernen der Arbeit mit den richtigen KPIs für Ihr Unternehmen ist der erste Schritt zum Erfolg bei der Produktionsrate. Das Management kann Entscheidungen auf der Grundlage zuverlässiger Informationen zu jedem beliebigen Zeitpunkt treffen, so dass die Strategieziele auf der Grundlage dieser Indikatoren angepasst werden können.

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