Kostenreduzierung in der Automatisierungstechnik bei Phoenix Contact

Autoren: Hermann Möhlenbein, PHOENIX CONTACT, Bad Pyrmont
Dr. Marc Pauwels, Krehl & Partner, Karlsruhe 

aus: Tagungsband, Wertanalyse Praxis 2012, 12. Praxisorientierter Anwendertag zur Wertanalyse, Düsseldorf 2012

Kurzfassung

Durch den nachhaltigen Erfolg des vorangehenden Wertanalyseprojektes, in dem die Peripherie-Module des Inline-Systems betrachtet wurden, sollten nun auch die Steuerungen und Buskoppler des Systems analysiert werden. Das Projekt wurde Anfang 2009 gestartet, als die Dimension des wirtschaftlichen Einbruchs noch nicht absehbar war. Die Ergebnisse der Wertanalyse konnten dann zu Beginn des Jahres 2010 präsentiert werden. Zu diesem Zeitpunkt fehlten allerdings die freien Kräfte in Entwicklung, Marketing und der Produktion. So sind die Einsparungen und Verbesserungen letztlich erst im Laufe des Jahres 2011 umgesetzt worden. Der Erfolg des Projektes ist auch nach dieser Verzögerung deutlich messbar und nur durch die umfassende Betrachtung mittels Wertanalyse zustande gekommen.

Wertanalyse in der Automatisierungstechnik - ganzheitlich zum Erfolg

Projektbeschreibung

Die Voranalyse des 2004er Projektes ergab, dass die Inline-System-Familie nicht sinnvoll in einem Projekt zu analysieren ist. Die Unterschiede in der Funktion, der Hardware und Software wie auch den Produktionsprozessen waren und sind zu groß. Daher wurden zunächst die Ein- und Ausgabemodule der Familie betrachtet. Dieses Projekt wurde 2005 den „Wertanalyse Praxis“ Teilnehmern vorgestellt.

Flachbaugruppe

Mit dem Ergebnis des Projektes konnten die Herstellkosten einer Produktfamilie aus rund 430 Artikeln deutlich gesenkt und Optimierungspotentiale für die nächsten Jahre aufgezeigt werden. Die Umsetzung des Projektes „Inline-System“ ist heute abgeschlossen. Bei Redesigns und Neuentwicklungen werden aber immer noch die Analyse Ergebnisse berücksichtigt.

 

Im Frühjahr 2009 wurde eine Voruntersuchung zur Projektauswahl durchgeführt. Es wurden die Produktgruppen der „100-, 300- und 400-Steuerungsklasse“ betrachtet. In der Grob- und Mittelbewertung wurden die Stückzahlträger, Absatzerwartungen, Herstellkosten und Deckungsbeiträge zusammengestellt. Danach lieferte die Feinbewertung mit den Aussagen zur Umsetzungsmöglichkeit und der Ergebniswirkung als zielführendes Projekt die Wertanalyse der Steuerungen der „100-Klasse“ mit den baugleichen Buskopplern. In Zusammenarbeit mit der externen Beratungsfirma Krehl & Partner wurde daher folgendes Projekt definiert:

„Wertanalytische Betrachtung der Controllerbaureihe ILC1xx mit einer Kostenreduzierung von 20%“.

Controllerbaureihe

Die Analyse dieser Controller Familie sollte auch Ergebnisse zeigen, um mit den Steuerungen den weiteren Ausbau der Marktposition zu ermöglichen. Dazu sollten die Herstellkosten reduziert und Funktionserweiterungen in die Betrachtungen einbezogen und bewertet werden. Mit den Erfahrungen aus dem vorherigen Projekt wurde ein interdisziplinäres Team zusammengestellt, um eine ganzheitliche Betrachtung dieser Produktfamilie zu gewährleisten. So war es möglich, alle Aspekte der Kostenreduzierung zu beleuchten. Als Einschränkungen wurde festgelegt, dass in der Produktfamilie keine Inkompatibilitäten entstehen durften und alle wichtigen Kunden, insbesondere die OEMs, die Änderungen akzeptieren. Zu Beginn des Projekts gab es keine Einengung der Gestaltungsfelder. Konstruktive Neugestaltung war ebenso erlaubt wie die Veränderung von Fertigungsprozessen. Die Beschaffung von Materialien und Komponenten sollte betrachtet werden und auch eine Entscheidung zu Make-or-Buy war kein Tabu. Das Projekt-Team bestand aus Mitarbeitern des Marketings, der Entwicklung und Konstruktion, der Fertigung, dem Einkauf, dem Controlling und der Coaching Firma Krehl & Partner.

Die Projektziele wurden eindeutig formuliert. Das wichtige Kostenziel wurde als prozentuale Einsparung von den Herstellkosten der Produktfamilie mit Stand Januar 2009 festgelegt. Der Zeitrahmen sah eine Analysephase bis Ende 2009 und die Erarbeitung eines Konzeptvorschlags bis Februar 2010 vor. Danach sollte die Umsetzung der ausgearbeiteten Vorschläge starten. Durch das Coaching von Krehl & Partner wurde die Methode der Wertanalyse und damit die Schritte im Projekt vorgegeben. Das Vorgehen orientiert sich an den klassischen Vorgaben der Wertanalyse und umfasst die drei Blöcke

  • Lösungsideen entwickeln
  • Lösungen festlegen und
  • Dokumentation mit Endpräsentation.

Analyse

Bevor eine Idee entwickelt wird, muss eine Analyse des vorhandenen Systems erfolgen. Durch die Festlegungen bei der Voruntersuchung konnte das Team zügig mit der Wettbewerbsanalyse beginnen. Aufgenommen wurden nicht nur die Mitbewerber zur „100-Steuerungsklasse“ sondern als Ergänzung auch diejenigen zur „300-Klasse“.

Wettbewerbsanalyse

Für die „300-Klasse“ ergab sich ein einheitlicheres Bild. Hier sind die Mitbewerber fast auf einem Punkt im Diagramm. Einen deutlichen Unterschied besteht im Marktanteil. Das Diagramm für die „100-Klasse“ zeigt, dass Phoenix Contact hier noch Handlungsbedarf hat. Phoenix ist ein kleiner Anbieter und sieht sich leistungsfähigen Mitbewerbern gegenüber. Die Wettbewerber können zu günstigen Preisen anbieten und haben auch Vorteile in der Funktionalität. Der Wettbewerber 2 kommt nicht aus dem europäischen Markt und hat hier signifikante Preisnachteile. In seiner Stammregion ist der Preis aber geringer. Die Phoenix Contact Situation für die „100-Klasse“ lässt sich nach der Analyse zusammenfassen:

„Die 100-Klasse muss funktionell aufgewertet und preislich optimiert werden!“

Der Schritt nach rechts für Wettbewerber 1 galt für die neueste Version seiner Steuerung. Dieser Schritt wurde gerade mit der aktuellen Version erreicht. Hier gilt es für Phoenix Contact schnellstens nachzuziehen.

Wertanalyse der Funktionen

Funktionskostendiagramm

Durch die Entwicklung und Fertigung wurden die Kosten detailliert berechnet. Die Vergleichs- und Bewertungstabelle konnte damit aussagefähig gefüllt werden. Für die Ausführung als Steuerung in der Inline-Familie werden 27% der Kosten eingesetzt. Die Kosten der Netzwerkverbindung sind mit 18% im Rahmen, die direkten E/A´s auf der Baugruppe sind mit 9% allerdings relativ teuer. Die Hauptfunktion „Steuern“ hat einen relativen Kostenanteil von 45%. Während die Kostenanteile der Funktionen im Überblick noch angemessen erscheinen, zeigt der Soll-Ist-Vergleich in einigen Positionen Differenzen auf. So zeigen besonders die Funktionskosten für:

  • die Sonderzulassung EMV
  • „Testen ermöglichen bzw. Qualität sicherstellen (rein interne Funktion)“ und
  • „Infrastruktur bieten“

dass der Kunde die Kosten dafür nicht honoriert. Insbesondere wird der Hauptteil der Kosten für die Anbindung an das Inline-System aufgewendet. Diese Kosten sind für die Systemkompatibilität notwendig, sollten aber deutlich reduziert werden. Es ist auch auffällig, dass die Testkosten in der Fertigung sehr hoch waren. Der Kunde verlangt zwar Qualität, ist aber nicht bereit in diesem Umfang für die Prüfungen zu zahlen. Das gleiche gilt für die Approbationen. Viele Kunden benötigen nur eine oder zwei der Approbationen, die für einen international vertriebsfähigen Artikel notwendig sind. Die Erfüllung der anderen Funktionskosten ist nahezu gegeben. Nur an wenigen Stellen liegen die Soll-Funktionskosten über den Ist-Funktionskosten.

Bei der nachfolgenden Ideensuche wurden über 70 Ideen bzw. Maßnahmen aufgelistet und bewertet. Es waren sehr viele Maßnahmen mit einer hohen Qualität und Realisierungsmöglichkeit darunter. Hieran wurde auch deutlich, dass die betrachteten Baugruppen aus einer frühen Entwicklungsphase der Phoenix Contact Steuerungen stammten. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz „moderner“ Speicher. Beim Übergang zu den damals aktuellen Speichermedien konnte über einen größeren Inhalt zu besseren Preisen verfügt werden. Allerdings war dieser Einsatz nur mit einem Redesign und den dann notwendigen Entwicklungsarbeiten und Tests sowie teuren Approbationskosten zu bekommen.

Es zeigten sich aber auch Widersprüche bei der Bewertung der Vorschläge. So war es für Phoenix Contact im Rahmen der betrachteten ILC 1xx Steuerungen günstiger, mehrere unterschiedliche Kondensatoren einzusetzen. Da die Einkaufsmengen im Bereich einiger 10.000 Komponenten je Typ lagen, waren diese in der Summe preiswerter als ein einziger Typ. Für den geringfügig teureren Typ, der alle ersetzen kann, erfolgt ein Preissprung aber erst bei einigen 100.000 Komponenten pro Jahr. So ist der Einsatz von unterschiedlichen Typen hier preiswerter.

Potenziale beschreiben

Aus der großen Liste der denkbaren Neuerungen und Veränderungen, die auf der Basis der wertanalytisch betrachteten Funktionen entstanden war, wurde mittels einiger festgelegter Bewertungskriterien die wünschenswerten und realisierbaren Vorschläge herausgefiltert. Daraus wurden 4 (5) Vorschläge für die Umsetzung erarbeitet und bewertet.

Vorschlag 1 enthielt die „Quick Wins“, also die kurzfristig umsetzbaren Ideen:

  • Volle Abwärtskompatibilität, kein Redesign erforderlich ? geringer Invest
  • Keine Funktionserweiterung (Kundennutzen-Erhöhung)
  • Zeitnah umsetzbar
  • Wenig bis kein Risiko bei der Umsetzung der Maßnahmen
  • Marktverfügbarkeit: März 2010

Vorschlag 2:

  • Maximale Kostenreduzierung ohne Rücksicht auf den Kunden
  • Erhöhtes Marktrisiko
  • Eingeschränkte Abwärtskompatibilität, kein Redesign erforderlich ? geringer Invest
  • Keine Funktionserweiterung (Kundennutzen-Erhöhung)
  • Zeitnah umsetzbar
  • Wenig bis kein Risiko bei der Umsetzung der Maßnahmen
  • Marktverfügbarkeit: April 2010

Vorschlag 3:

  • Neues Produkt ohne neue Features
  • Komplettes Redesign
  • Inkompatibel zum heutigen ILC
  • Maximaler Einspareffekt
  • Keine Chance auf Markterweiterung
  • Der Kunde merkt deutliche Veränderungen
  • Die Umstellung erfordert entsprechende Entwicklungs- und Testzeiten Marktverfügbarkeit: Oktober 2010

Vorschlag 4:

  • Maximale Erhöhung des Kundennutzen
  • Maximaler Aufwand
  • Hoher Invest
  • Inkompatibilität
  • Vollständig neues Produkt
  • Im vorgegebenen Gehäuse nicht umsetzbar
  • Die Umstellung erfordert entsprechende Entwicklungs- und Testzeiten Marktverfügbarkeit: Juni 2011

Vorschlag 4a:

  • Ausgewählte Funktionenerweiterung
  • Ausgewogener Kompromiss: Kundennutzen - Kostenreduzierung
  • Gleiche Gehäusebasis
  • Abwärtskompatibilität gewährleistet
  • Die Umstellung erfordert entsprechende Entwicklungs- und Testzeiten
  • Marktverfügbarkeit: März 2011

Die angegebenen Realisierungszeiten wurden so beim Projektende angegeben. Wie schon oben erwähnt zog sich die Umsetzung durch die wirtschaftliche Situation Anfang 2010 etwas hinaus. Die Umsetzungskosten und möglichen Einsparungen dieser Vorschläge wurden dann bewertet.

Bewertung der Vorschläge

Auf Grund der Tabelle wurde die kurzfristige Realisierung des Konzeptes 1 beschlossen. Der hohe Kundennutzen des Konzeptes 4 ist leider nur mit einer Inkompatibilität zu den heutigen Produkten zu bekommen. Daher wurde das Konzept 4a eingeführt, dass im Wesentlichen die Kompatibilität zu den heutigen Steuerungen realisiert. Im zweiten Schritt wurde das Konzept 4a umgesetzt, da auch die Realisierung der Konzepte 2 und 3 nicht zu einer kompatiblen Version geführt hätten.

Umsetzung

Die Umsetzung der „Quick Wins“ startete teilweise schon während des Projektes. Dazu gehörten die Optimierung der verwendeten Komponenten durch neue Beschaffungskanäle oder die Verwendung von „Second-Source-Bauelementen“, die von der Entwicklung freigegeben wurden.Der größte Kostenblock in den Fertigungskosten, die Baugruppen Prüfung, wurde sehr zügig angegangen. So betrug die Zeit für den Software Down Load und die Prüfung der Steuerung fast zehn Minuten, die nach der Phoenix Contact Kalkulation mit den Kosten für das genutzte Equipment und den Prüfer in die Kalkulation eingehen. Die Prüftechnik erstellte in Zusammenarbeit mit der Entwicklung ein neues Prüfkonzept, das in zwei Stufen umgesetzt wurde:

  1. Trennen des Software Down Loads und der Prüfung. Durch zwei getrennte Adapter konnte die Zeit so halbiert werden. Der Nachteil, dass der Down Load evtl. auf ein defektes Board erfolgte, wurde vorübergehend akzeptiert, denn die Ausfallrate ist kleiner 5%.
  2. Die Software wurde weiter aufgeteilt, so dass erst ein Teil mit minimal Funktionalität auf die zu testende Baugruppe geladen wird. Diese Funktion ermöglicht allerdings die Hardware vollständig zu testen. Danach erfolgt in der zweiten Aufnahme der eigentliche Software Down Load auf ein funktionsfähiges Board. Ein weiterer Teil der Software wird jetzt nicht mehr seriell während des Testes geladen, sondern wird als fertig programmierter Baustein eingesetzt. Durch diese Maßnahmen konnte die Zeit für das Prüfen und den Software Down Load auf unter 4 Minuten reduziert werden.

Arbeitsplatz für Prüfung und Endmontage

Nach den schnellen Maßnahmen, die im Konzept 1 zusammengefasst waren, wurde auch die Umsetzung nach Konzept 4a gestartet. Gemäß der im Projekt festgeschrieben Zielen wurde die Verwendung einer einzigen Platine in mehreren Steuerungen und die Vermeidung von Nacharbeiten erreicht. Auch die Bausteine der neuesten Speicher Generation werden jetzt eingesetzt.

Weitere Kosten konnten in der Zwischenzeit durch Effekte reduziert werden, die im Projekt von 2009 / 2010 zwar angedacht und aufgelistet wurden, deren Umsetzung aber erst kürzlich möglich wurde. Hierzu gehört die Optimierung der SMT Fertigung für die Flachbaugruppen. Durch die Mehrfachverwendung der gleichen Platine in unterschiedlichen Steuerungen in der ILC 1xx-Klasse konnten die Losgrößen erhöht werden. Da parallel die Rüstkosten durch ein Rüstbox-Konzept reduziert werden konnten, sind die Herstellkosten weiter gesunken. Bei den jetzigen Mengen war auch die Anschaffung eines Incircuit-Test-Adapters sinnvoll. Dies ermöglicht es, neben wichtigen Hardware-Tests auch einen großen Teil der Software parallel auf die vier Baugruppen in einem Nutzen zu laden. Es wurden damit Prüf- und Software Down Load Zeiten in die SMT Abteilung verlagert. Da alles vor dem Trennen der Baugruppen aus dem Fertigungsnutzen geschieht, können die Geräte dort effektiver eingesetzt werden als das Equipment bei der Endmontage.

Fazit

Die Methode der Wertanalyse, angewandt auf eine bestehende Produktfamilie aus der Automatisierungstechnik, hat wirtschaftliche Erfolge erzielt. In diesem Projekt waren entscheidende Erfolgskriterien, der ganzheitliche Ansatz sowie ein interdisziplinäres Projektteam aus allen Sparten. So sind alle Projektbeteiligten davon überzeugt, dass sie durch die Wertanalyse eine neue, andere Sicht auf die betrachteten Produkte erhalten haben. Entgegen den anfänglichen Befürchtungen ließen sich mit Hilfe der Wertanalyse realisierbares von wirtschaftlich Uninteressantem trennen. Durch den ganzheitlichen Ansatz waren alle Beteiligten motiviert, an der Umsetzung der Potenziale zu arbeiten.

Für Phoenix Contact Electronics war dieses Wertanalyse-Projekt sehr erfolgreich. Die Umsetzung der Ergebnisse, die heute noch zu weiteren Kostenreduzierungen führen und die Anwendung der Methode in weiteren Projekten, zeigen deutlich die Anwendbarkeit in der Automatisierungstechnik.

 

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