Written by Wie lässt sich die Zykluszeit einer automatisierten Montagestation zuverlässig ermitteln? Eine einzelne Stoppuhrmessung reicht dafür meist nicht aus. Erst wenn Start- und Endpunkt eindeutig definiert, mehrere Zyklen betrachtet und Nebenzeiten getrennt bewertet werden, entsteht eine belastbare Grundlage für die Auslegung und Verbesserung einer Station.
Dieser Beitrag zeigt, welche Schritte sich in der Praxis bewährt haben und welche typischen Denkfehler die Bewertung verfälschen können.
Was bedeutet Zykluszeit in einer Montagestation?
Die Zykluszeit ist die Zeit, die eine Station für einen definierten, wiederholbaren Arbeitszyklus benötigt. Der Zyklus kann beispielsweise mit der Übergabe eines Werkstücks beginnen und mit der Übergabe des fertig bearbeiteten oder montierten Werkstücks enden.
Wichtig ist, die Systemgrenze vor der Messung festzulegen. Je nach Anlagenkonzept können folgende Abschnitte dazugehören:
- Werkstückübernahme und Positionierung
- Montage- oder Bearbeitungsschritte
- Prüfungen und Freigaben
- Abtransport oder Übergabe an die nächste Station
- Rückbewegungen von Greifern, Werkzeugen oder Achsen
Wartezeiten außerhalb der Station, ungeplante Störungen und manuelle Eingriffe sollten nicht unbemerkt mit der eigentlichen Prozesszeit vermischt werden. Sie sind für die Gesamtleistung relevant, müssen aber separat ausgewiesen werden.
Start- und Endpunkt eindeutig definieren
Eine Messung ist nur vergleichbar, wenn alle Beteiligten denselben Zyklus betrachten. Der Startpunkt kann ein Sensor für die Werkstückübergabe, ein internes Stationssignal oder eine definierte Freigabe aus der Steuerung sein. Als Endpunkt kommt beispielsweise die bestätigte Übergabe an die nächste Station infrage.
Bei verketteten Anlagen ist besonders zu klären, ob die Zeit mit dem Eintreffen des Werkstücks, mit der Bearbeitungsfreigabe oder erst mit dem vollständigen Abschluss der Station beginnt. Unterschiedliche Definitionen führen sonst zu scheinbar widersprüchlichen Ergebnissen.
Eine einfache Zyklusdefinition dokumentieren
Für jede Messung sollte mindestens festgehalten werden:
- Startsignal und Endsignal
- betrachtete Produktvariante
- Werkzeug- und Betriebszustand
- einbezogene Prüf- und Übergabeschritte
- ausgeschlossene Neben- oder Störzeiten
Diese kurze Dokumentation verhindert, dass spätere Messungen unbemerkt eine andere Systemgrenze verwenden.
Prozesszeit, Nebenzeit und Störzeit trennen
Die reine Bearbeitungszeit zeigt nur einen Teil der tatsächlichen Leistung. Für eine technische Bewertung ist eine Aufteilung sinnvoll:
- Prozesszeit: Zeit für den eigentlichen Montage-, Füge- oder Prüfprozess.
- Bewegungszeit: Zeit für Greifer, Achsen, Werkzeuge und Werkstücktransporte.
- Übergabezeit: Zeit für Aufnahme, Ablage und Freigabe an angrenzende Stationen.
- Wartezeit: Zeit, in der die Station auf Material, Freigaben oder eine andere Station wartet.
- Störzeit: Zeit für Unterbrechungen, Quittierungen, Nacharbeit oder manuelle Eingriffe.
Eine hohe Zykluszeit kann daher aus einem langsamen Arbeitsschritt entstehen, aber auch aus unnötigen Wartebewegungen oder einer ungünstigen Verkettung. Die Ursache lässt sich nur erkennen, wenn die Zeitanteile getrennt betrachtet werden.
Messung mit Steuerungsdaten und Beobachtung kombinieren
Für eine erste Analyse können Zeitstempel aus der Steuerung hilfreich sein. Signale wie Werkstück erkannt, Spannmittel geschlossen, Prozess freigegeben oder Übergabe bestätigt bilden den Ablauf detaillierter ab als eine reine Gesamtzeitmessung.
Die Steuerungsdaten sollten jedoch mit einer Beobachtung der Station abgeglichen werden. Ein Signal kann zwar technisch korrekt gesetzt werden, aber nicht exakt dem praktischen Prozessbeginn entsprechen. Auch mechanische Verzögerungen, kurze Stillstände oder ungünstige Bewegungswege werden bei einer reinen Signalanalyse leicht übersehen.
Eine strukturierte Zustandslogik erleichtert die Auswertung. Dazu können beispielsweise die Zustände Beladen, Positionieren, Montieren, Prüfen, Ausschleusen und Bereitstehen getrennt erfasst werden. Grundlagen zu einer solchen Planung von Maschinenzuständen helfen dabei, Zeitanteile nachvollziehbar zuzuordnen.
Wie viele Zyklen sollten gemessen werden?
Ein einzelner Zyklus ist nur eine Momentaufnahme. Bewegungen, Sensorreaktionen, Materialzuführung und Bedienereingriffe können von Zyklus zu Zyklus variieren. Deshalb sollten mehrere aufeinanderfolgende Zyklen unter möglichst gleichen Bedingungen erfasst werden.
Für die Auswertung sind mindestens drei Werte nützlich:
- die kürzeste beobachtete Zykluszeit,
- die typische oder mittlere Zykluszeit,
- die längste Zykluszeit ohne echte Störung.
Die kürzeste Zeit beschreibt eher das technische Potenzial. Die typische Zeit ist für die Planung des laufenden Betriebs aussagekräftiger. Einzelne Störungen sollten nicht einfach in den Mittelwert einfließen, sondern als eigene Kategorie dokumentiert werden. Gleichzeitig dürfen wiederkehrende kurze Verzögerungen nicht als Ausnahme abgetan werden, wenn sie zum normalen Betrieb gehören.
Engpässe in der Station erkennen
Nach der Messung wird der längste oder variabelste Zeitanteil gesucht. Häufige Ursachen für Engpässe sind:
- unnötig lange Greifer- oder Achsbewegungen,
- serielle Abläufe, die teilweise parallel möglich wären,
- zu spät angeforderenes Material,
- Prüfschritte mit ungünstiger Positionierung oder Kontaktierung,
- Wartezeiten auf eine vorgelagerte oder nachgelagerte Station,
- zu vorsichtig eingestellte Bewegungsprofile,
- manuelle Quittierungen oder unklare Freigabebedingungen.
Eine Parallelisierung sollte jedoch nicht automatisch als Verbesserung gelten. Bewegungen und Prozessschritte müssen weiterhin sicher, zugänglich und eindeutig überwachbar bleiben. Eine Verkürzung an einer Stelle kann außerdem einen Puffer verlagern, ohne die Gesamtleistung der Linie zu erhöhen.
Materialfluss als Teil der Zykluszeit
Fehlt ein Bauteil zum richtigen Zeitpunkt, steht die Montage trotz technisch schneller Arbeitsbewegungen. Daher sollte die Materialbereitstellung zusammen mit der Station betrachtet werden. Relevant sind unter anderem Teilepräsentation, Nachfüllung, Vereinzelung und die Entfernung zwischen Bereitstellung und Prozesspunkt.
Eine durchdachte Materialbereitstellung an automatisierten Montagelinien kann Wartezeiten reduzieren, ohne die Station selbst unnötig komplex zu machen.
Prüfungen und Übergaben korrekt einbeziehen
Prüfungen gehören zur Prozesskette, wenn das Werkstück erst nach einer gültigen Prüfung als fertig gilt. Dazu zählen beispielsweise Anwesenheitsprüfungen, Maßkontrollen oder elektrische Funktionstests. Werden diese Schritte aus der Zykluszeit herausgerechnet, obwohl sie für jede Einheit erforderlich sind, entsteht ein unrealistisches Bild.
Auch Übergaben können die Taktfähigkeit beeinflussen. Greifer müssen Werkstücke sicher aufnehmen und ablegen, während Signale zwischen benachbarten Stationen eindeutig ausgetauscht werden. Bei der Analyse sollte deshalb geprüft werden, ob eine Übergabe bereits parallel zum nächsten Prozessschritt vorbereitet werden kann oder ob eine Station auf eine vollständige Freigabe warten muss.
Bei elektrischen Prüfungen ist außerdem der gesamte Ablauf einschließlich Kontaktierung, Prüfung und Freigabe zu betrachten. Der passende Ablauf elektrischer Funktionstests kann die Zeitbewertung deutlich beeinflussen.
Zykluszeit nach einer Änderung erneut validieren
Nach einer Anpassung an Bewegungsprofilen, Greifern, Materialbereitstellung oder Steuerungslogik sollte die Zykluszeit erneut unter vergleichbaren Bedingungen gemessen werden. Dabei sind nicht nur die Zeit, sondern auch folgende Punkte zu prüfen:
- Bleibt die Prozessqualität stabil?
- Entstehen mehr Fehlsignale oder Nacharbeiten?
- Sind Wartungs- und Bedienzugänge weiterhin ausreichend?
- Verändert sich die Belastung von Antrieben, Werkzeugen oder Spannmitteln?
- Bleibt der Ablauf für Varianten und unterschiedliche Werkstückzustände robust?
Eine schnellere Einzelbewegung ist kein ausreichender Nachweis für eine bessere Station. Entscheidend ist, ob der gesamte wiederholbare Ablauf bei gleichbleibender Qualität und sicherer Bedienung verbessert wurde.
Fazit: Zykluszeit als Ablauf, nicht als Einzelwert betrachten
Eine belastbare Zykluszeitanalyse beginnt mit einer klaren Definition des Zyklus. Anschließend werden Prozess-, Bewegungs-, Übergabe-, Warte- und Störzeiten getrennt erfasst. Mehrere Messungen, Steuerungsdaten und die Beobachtung vor Ort zeigen, wo tatsächlich Zeit verloren geht.
Wer Materialfluss, Prüfungen und Stationsübergaben gemeinsam mit dem eigentlichen Montageprozess betrachtet, erhält eine realistischere Grundlage für Verbesserungen. So wird die Zykluszeit nicht nur als Zielwert verwendet, sondern als Werkzeug, um Abläufe technisch nachvollziehbar und dauerhaft stabil zu planen.