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industrielle Beschichtungs- und Reinigungsprozesse bfirm

Optimierung industrieller
Bauteilreinigungsprozesse

Management Summary für folgenden Use Case:

Wie können bestehende Bauteilreinigungsprozesse für die Zukunft optimiert werden?

Industrielle Reinigungsanlagen sind häufig 15 Jahre und mehr in bestehenden
Produktionsprozessen integriert. Mit zunehmender Laufleistung und aufgrund
veralteter Technologie bilden diese Reinigungsanlagen überwiegend den Bottleneck in der Produktion.

Dennoch sind seit vielen Jahren keine Optimierungsmaßnahmen im Reinigungsprozess oder neue Investitionen zur Verbesserung vorgenommen worden.

Kommt es zu einem Wechsel der Werkstücke/Bauteile oder der Kontamination
(wie beispielsweise Rost, Lack und Fett), wird erfahrungsgemäß die Reinigungstemperatur des Prozesses erhöht und gegebenenfalls das Reinigungsmedium gewechselt.

Stoßen diese Maßnahmen an ihre Grenzen, wird schleichend eine manuelle Nacharbeit der Werkstücke im Produktionsprozess eingeführt und damit die fehlende Reinigungsleistung kompensiert.

Das ist sehr zeit- und kostenintensiv, führt zu Schwankungen in der Reinigungsqualität und die dadurch erhöhte Ausschussquote wird bei jeder Auditierung/Zertifizierung erneut angemahnt.

Der folgende Use Case skizziert, wie die Optimierung bestehender industrieller  Reinigungsprozesse funktioniert, Fehlinvestitionen vermieden und verschiedene Handlungsalternativen gegenübergestellt werden können.

Use Case im Detail:

1. Einleitung – der Kunde

Der im Folgenden beschriebene Use Case wird anhand eines internationalen Baumaschinenherstellers skizziert. Dieser bietet seinen Kunden Baumaschinen verschiedener Art im Geschäftsmodell „Pay per use“ an, sodass der Endkunde ausschließlich die genutzten Betriebsstunden bezahlt.

Erreichen die Baumaschinen ihre technische Betriebsgrenze, werden diese direkt vor Ort oder in Fachwerkstätten in Baugruppen und Einzelteile zerlegt. Anschließend erfolgt der Rücktransport in das Werk des Baumaschinenherstellers, wo sie einem industriellen Wiederaufarbeitungsprozess1 unterzogen werden.

Dieser umfasst die vollständige Demontage aller technischen Komponenten, die Befundung und den anschließenden Tausch oder die Aufarbeitung der Verschleißteile sowie die abschließende Neumontage der Baugruppen.

1 Alterative Begriffe für die Wiederaufarbeitung können auch Generalüberholung, Refabrikation oder Reman sein

2. Herausforderung

Die Baugruppen und Einzelteile der Baumaschinen zeichnen sich durch stark variierende Bauteilabmessungen aus. Als Beispiele können hier Hydraulikzylinder, Großdieselmotoren und Schwerlastachsen, aber auch kleinteilige Komponenten oder Anbauteile genannt werden. Sie bestehen zudem aus verschiedenen Werkstoffen wie Gusseisen, Stahl oder Aluminium, welche ebenfalls bei der Auswahl geeigneter Reinigungsverfahren, -technologien und -medien zu berücksichtigen sind.

Entsprechend ihres Einsatzortes variiert auch die Kontamination der Bauteile, sodass hier u.a. folgende genannt werden können:

  • Lacke verschiedener Art und Alter
  • Rost/Oxidation
  • Dichtungsmaterial an den Funktionsflächen
  • Lehm, Erde und Beton
Industrielle Bauteilreinigung - Optimierung der Reinigungsprozesse
Wo besteht die Herausforderung im Ist-Prozess?

Im Ist-Reinigungsprozess werden beim Baumaschinenhersteller zu Beginn alle Bauteile einem einheitlichen Spül- und Spritzvorgang unterzogen, bei dem Fette, Öle, und lose Lackrückstände entfernt werden. Anschließend erfolgt im Prozessschritt Demontage die Zerlegung der Bauteile in ihre Bestandteile und anschließend in der manuellen Nacharbeit die zeit- und personalintensive händische Reinigung. In der darauffolgenden Befundung werden alle Einzelteile dahingehend überprüft, ob und mit welchem Aufwand die Aufarbeitung erfolgen kann. Ist die Verschleißgrenze erreicht oder ein Bauteil defekt, wird es aussortiert.

Die Herausforderung resultiert daraus, dass die Outputmenge des Aufarbeitungsprozesses aufgrund der steigenden Nachfrage und der Anpassung des Geschäftsmodells in der Vergangenheit stetig gesteigert werden musste. Die Leistungsfähigkeit einzelner Prozessschritte konnte durch höheren Personaleinsatz sowie durch moderne Lean-Ansätze zunächst gesteigert werden. Zugleich wurde die Prozesszeit der Reinigungsanlage reduziert und versucht, die dadurch geminderte Reinigungsqualität mittels höherer Prozesstemperaturen und einer umfassenderen manuellen Nacharbeit zu kompensieren.

Kostenintensiv, äußerst ineffizient und lediglich eine Verschiebung der Problemlösung in die Zukunft!

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3. Optimierungspotential und Zielstellung

Der beschriebene Versuch zur Steigerung der Reinigungsleistung im Ist-Reinigungsprozess des Baumaschinenherstellers war nicht langfristig erfolgreich und beinhaltete sehr hohe versteckten Prozesskosten:

  • Reinigungsprozesse, die zu mangelhaften Reinigungsergebnissen führen
  • hoher und kostenintensiver Personaleinsatz in der manuellen Nacharbeit, der keine konstante Reinigungsqualität ermöglicht
  • Bottleneck zu Beginn der Produktion, sodass nachgelagerte Prozessstationen nicht ausgelastet werden

Die Zielstellung für den Soll-Prozess war die Prozessmenge des gesamten Aufarbeitungsprozesses zu steigern und Prozesskosten sowie Umfang der manuellen Nacharbeit zu reduzieren. Diese sind durch Steigerung der Reinigungsleistung und Optimierung der Reinigungsprozesse erreichbar.

Wie können Optimierungspotentiale und Zielstellung umgesetzt werden?

4. Ist-Analyse der Bauteile und Quantifizierung des Bedarfs

Die Ermittlung bestehender und zukünftiger Prozessmengen kann aus dem Enterprise-Ressource-System (ERP-System) des Baumaschinenherstellers unter Verwendung digitaler Stücklisten ermittelt werden. Auf Basis dieser Daten kann ein Mengengerüst erstellt werden, dem die Gewichte, Abmessungen und Werkstofflegierungen zuzuordnen sind.

Dies ist ein maßgeblicher Erfolgsfaktor, um die aktuelle sowie wie zukünftige Auslastung des Reinigungsprozesses zu berücksichtigen. Zeit- und arbeitsintensiv, aber notwendig!

Durch Mitwirkung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter vom Shop-Floor können den bestehenden Daten die Kontamination zugeordnet werden. Wie ist der Kontaminationsgrad der Bauteile mit Lack, Korrosion oder Ölen und Fetten einzuordnen? Oder die Reinigungsleistung für einzelne Kontaminationen zu bewerten? An dieser Stelle ist ein systematisches Vorgehen erforderlich, um anschließend strukturiert die Erkenntnisse quantitativ auswerten und den Erkenntnisgewinn maximieren zu können.

Industrielle Bauteilreinigung - Optimierung der Reinigungsprozesse
Im nächsten Schritt erfolgt die Analyse der Reinigungsergebnisse unter Berücksichtigung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in der manuellen Nach-arbeit. Welche Kontaminationen werden durch die Reinigungsanlage nicht entfernt und sind mittels händischer Nacharbeit zu reinigen? Welchen Werkstofflegierungen, Geometrieelemente und Teilenummern sind diesen zuzuordnen? Werden bei der manuellen Nacharbeit die Teilenummern und Prozesszeiten erfasst, sind diese Daten ergänzend auszuwerten und eine Zuordnung von Kontamination, Teilenummern und Werkstofflegierung möglich.

Zwischenergebnis: Werkstofflegierungen und Kontaminationen sind Teilenummern zugeordnet, ein detailliertes Mengengerüst ist erstellt!

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Das Mengengerüst ist die Grundlage, auf der anschließend werkstoff- und kontaminationsspezifisch geeignete Verfahren ausgewählt werden können. Weisen die Werkstücke Funktionsflächen auf? Sind mechanische oder chemische Reinigungsverfahren geeignet? Liegen Kontaminationen vor, die besondere chemische oder thermische Reinigungsprozesse erfordern? Anhand eines Matching von Werkstückanforderungen sowie der anschließenden Clusterbildung wird eine Vorauswahl von Reinigungstechnologien und -verfahren getroffen, die für vorliegende Bauteil- und Prozessanforderungen geeignet sind, siehe Abbildung 1.

Technologieeingrenzung - Bfirm - industrielle Bauteilreinigung

Abbildung 1: DIN 8592 zur Eingrenzung geeigneter Reinigungsverfahren

Zur Eingrenzung geeigneter Reinigungsverfahren, -medien und -anlagenhersteller verfügt bfirm weiterhin über eine umfassende Datenbank, in der Anforderungen und Anbieter gegenübergestellt werden. Welche Reiniger begünstigen die Verfärbung von Aluminiumbauteilen nach dem Entlackungsprozess? Welches Reinigungsmedium eignet sich zur gemeinsamen Entfettung aller Bauteile, erfordert aber eine Neutralisierung der Bauteile vor dem Entlackungsprozess? Diese und viele weitere Fragen basieren auf der Expertise von bfirm und können bei Bedarf durch chemische oder werkstoffmetallurgische Untersuchungen ergänzt werden.

Neben den technischen Prozessparametern können bei der Entwicklung von Reinigungsprozessen – je nach Kundenwunsch – zusätzliche Einflussgrößen berücksichtigt werden.

Wann sollten diese identifiziert und untersucht werden?

Jetzt!

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Exakt jetzt ist das erforderliche Prozess-Know-how erreicht, die weiteren Prozessparameter und Anforderungen auszuwählen und zu ermitteln. Das Mengengerüst sowie geeignete Reinigungstechnologien sind identifiziert, um mit der Einkaufsabteilung, der Qualitätssicherung oder dem Umweltmanagement in den detaillierten Informationsaustausch zu treten.

Im Folgenden sind exemplarisch Prozessparameter genannt. Die jeweilige Zertifizierung des Unternehmens und die Anforderungen der Fachabteilungen sind individuell zu berücksichtigen, siehe Abbildung 2.

Industrielle Bauteilreinigung - Optimierung der Reinigungsprozesse

Abbildung 2: Auswahl weiterer Prozessparameter zur Dokumentation der Prozesseigenschaften

Im nächsten Schritt erfolgt die Auswahl geeigneter Hersteller von Reinigungs-anlagen und -medien, um anschließend eine geeignete Reinigungsstrategie sowie verfahrenstechnische Kombinationen zusammenzustellen und zu dimen-sionieren, siehe Abbildung 3. Hierbei ist umfangreiche Branchenkenntnis erforderlich, um die Reinigungsanforderungen, etwaigen Korrosionsschutz sowie eine mögliche nachgelagerte Lackierbarkeit der Bauteile sicherzustellen.

Industrielle Bauteilreinigung - Optimierung der Reinigungsprozesse

Abbildung 3: Exemplarische Darstellung zur Entwicklung von Verfahrenskombinationen

5. Potentialumsetzung und Ergebnis

Die vorliegenden Daten aus dem Mengengerüst, der Clusterung sowie die ab-geleiteten Reinigungsstrategien ermöglichen abschließend die Auswahl geeigneter Hersteller von Reinigungsanlagen und -medien.

Das identifizierte Optimierungspotential kann im Reinigungsprozess auf Basis erarbeiteter Ergebnisse quantifiziert werden und ermöglicht dem Management eine zahlenbasierte Entscheidungsgrundlage auf folgende Fragestellungen:

  • Welche Maßnahmen sind zur Optimierung der Reinigungsstrategie erforderlich?
  • Wie ist die Anpassung der Reinigungsstrategie mit bestehenden Anlagen durchführbar?
  • Wie hoch (quantitativ) ist das Einsparpotential?
  • In welcher Reihenfolge sollten die Potentiale umgesetzt werden?

Im beschriebenen Fall konnten bei dem Baumaschinenhersteller die Reinigungsprozesse effizienter gestaltet, die Nacharbeit um 60 % reduziert sowie die Auswahl und Beschaffung einer neuen Reinigungsanlage anhand detaillierter monetärer und technischer Parameter durchgeführt werden.

Haben auch Sie Reinigungs- oder Beschichtungsprozesse mit Optimierungspotential? Im Downloadportal ist u.a. eine Checkliste verfügbar, um selbstständig erste Optimierungspotentiale zu identifizieren.

Bestehen Rückfragen? Wir unterstützen Sie gerne bei der Potentialidentifikation, der Bewertung und der Optimierung bestehender Reinigungs- und Beschichtungsprozesse.

Verabreden Sie gerne einen Termin zum kostenlosen Austausch per Telefon, Screen-Sharing oder direkt bei Ihnen vor Ort! Wir freuen uns auf Sie.

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Kurzvorstellung bfirm – aus der Forschung in die Industrie

Das Unternehmen bfirm ist im Forschungsumfeld des Lehrstuhls für Umweltgerechte Produktionstechnik an der Universität Bayreuth sowie des Fraunhofer Instituts für Automatisierung und Robotertechnik (IPA) entstanden. Internationale Industrieunternehmen standen vor der Herausforderung, bestehende Reinigungs- und Beschichtungsprozesse zu optimieren und eine herstellerunabhängige Beratungsleistung zu erhalten. Hierzu wurde eine Vorgehensweise entwickelt, um industrielle Reinigungs- und Beschichtungsprozesse zu optimieren und das wissenschaftliche Know-how als Beratungsleistung in die Industrie zu transferieren. Mit zunehmendem Interesse aus der Industrie wurde die Forschungs- und Entwicklungsleistung kontinuierlich ausgebaut und systematisch zu einem nachhaltigen Geschäftsmodell weiterentwickelt. Anfang 2020 erfolgte die Ausgründung von bfirm in eine eigenständige Gesellschaft, um die Forschungs- und Entwicklungsleistung weiteren Industrieunternehmen anzubieten. Durch die Nähe zur universitären Forschung und forschungsnahen Dienstleistern wird das bestehende Netzwerk kontinuierlich ausgebaut, sodass bei Bedarf auch kundenindividuelle Entwicklungsleistungen mit renommierte Forschungseinrichtungen realisiert werden können.

Warum sind wir Ihr Partner?

bfirm ist als Unternehmen aus dem Umfeld des Lehrstuhls für Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth bzw. dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entstanden und verfügt über ein internationales Netzwerk in Forschung und Industrie.

2017: Industrielle Anwendung

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA)

  • Entwicklung werkstückspezifischer Reinigungs- und Lackierprozesse für Industriekunden
  • Standardisierung und Weiterentwicklung der Vorgehensweise

Logo Fraunhofer IPA

2015: Wissenschaftliche Forschung

Universität Bayreuth, Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik

  • Erforschung von Remanufacturing-Prozessen
  • Entwicklung einer Vorgehensweise zur Konzeptionierung werkstückspezifischer Reinigungs- und Lackierprozesse

Logo Universität Bayreuth

2020: Unternehmensgründung

bfirm

  • Übertragung von Erkenntnissen aus der Forschung in die industrielle Anwendung und Vermarktung
  • Entwicklung einer marktfähigen Beratungs- und Ingenieursdienstleistung als Geschäftsmodell

Logo bfirm

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