Zykluszeit berechnen: Formel, MES-Daten und Nutzen
Die Zykluszeit zeigt, wie viel Zeit eine Maschine, Anlage oder ein Prozess für einen vollständigen Produktionszyklus benötigt.
Sie macht sichtbar, ob die tatsächliche Produktionsgeschwindigkeit der Planung entspricht.
Was sagt die Zykluszeit aus?
Die Zykluszeit beantwortet die Frage:
„Wie lange dauert es tatsächlich, bis ein Produktionszyklus vollständig abgeschlossen ist?“
Ein Zyklus kann beispielsweise umfassen:
- Material zuführen
- Teil bearbeiten
- Prozess überwachen
- Teil entnehmen
- Maschine in die Ausgangsstellung zurückführen
Eine längere Zykluszeit als geplant kann entstehen durch:
- reduzierte Maschinengeschwindigkeit
- instabile Prozessparameter
- Werkzeugverschleiß
- Materialprobleme
- kurze Unterbrechungen
- manuelle Tätigkeiten
- ungeeignete Maschineneinstellungen
- Wartezeiten innerhalb des Zyklus
Die Kennzahl zeigt die Dauer des Produktionszyklus. Sie zeigt noch nicht automatisch, wodurch eine Abweichung verursacht wurde.
Wie wird die Zykluszeit berechnet?
Für einen einzelnen Zyklus lautet die Formel:
Zykluszeit = Endzeitpunkt des Zyklus − Startzeitpunkt des Zyklus
Für mehrere produzierte Teile kann die durchschnittliche Zykluszeit berechnet werden:
Durchschnittliche Zykluszeit = Summe der gemessenen Zyklusdauern ÷ Anzahl der Zyklen
Werden in einem Zyklus mehrere Teile gleichzeitig hergestellt, muss die Anzahl der Teile berücksichtigt werden.
Beispiel für die Berechnung
Eine Maschine produziert innerhalb von 120 Minuten insgesamt 240 Teile.
Pro Zyklus wird ein Teil hergestellt.
| Wert | Ergebnis |
|---|---|
| Produktionszeit | 120 Minuten |
| Produzierte Teile | 240 Stück |
| Teile je Zyklus | 1 |
Die durchschnittliche Zykluszeit beträgt:
| 120 Minuten ÷ 240 Zyklen = 0,5 Minuten je Zyklus |
Das entspricht:
30 Sekunden je Zyklus
Die Maschine stellt damit durchschnittlich alle 30 Sekunden ein Teil her.
Beispiel mit mehreren Teilen je Zyklus
Ein Werkzeug produziert in jedem Zyklus vier Teile.
Innerhalb von 100 Zyklen werden damit 400 Teile hergestellt.
Beträgt die gesamte Produktionszeit 50 Minuten, ergibt sich:
50 Minuten ÷ 100 Zyklen = 0,5 Minuten je Zyklus
Die Zykluszeit beträgt weiterhin 30 Sekunden.
Eine Berechnung auf Basis der Stückzahl ohne Berücksichtigung der vier Teile je Zyklus würde zu einem falschen Ergebnis führen.
Welche Daten werden benötigt?
| Benötigte Daten | Typische Datenquelle |
|---|---|
| Start und Ende des Zyklus | Maschine, SPS oder MDE |
| Maschinenlaufzeit | Maschine, SPS, MDE oder MES |
| Anzahl der Zyklen | Maschine, SPS oder MDE |
| Produzierte Gesamtmenge | Maschine, MDE oder BDE |
| Teile je Zyklus | Arbeitsplan, Werkzeugdaten oder MES |
| Auftrag und Artikel | ERP oder MES |
| Maschine und Werkzeug | MES, MDE oder Werkzeugverwaltung |
| Soll-Zykluszeit | ERP, Arbeitsplan oder MES |
| Prozessparameter | Maschine, SPS oder MES |
| Mikrostillstände | Maschine, MDE oder MES |
| Ausschussmenge | BDE, MES oder CAQ |
Besonders wichtig sind die korrekte Zykluszählung und die Anzahl der gleichzeitig produzierten Teile.
Welchen Vorteil bietet ein MES?
Die Zykluszeit kann auch ohne MES ermittelt werden.
Dafür müssen Produktionszeiten, Mengen und Zykluszahlen jedoch häufig manuell erfasst oder aus Maschinenprotokollen ausgewertet werden. Kurzfristige Abweichungen bleiben dabei oft unentdeckt.
Ein MES kann Zyklus- und Maschinendaten automatisch erfassen.
Dadurch entstehen folgende Vorteile:
- aktuelle Zykluszeiten ohne manuelle Messung
- automatische Erfassung jedes Produktionszyklus
- Vergleich von Soll- und Ist-Zykluszeit
- Auswertung nach Maschine, Auftrag, Artikel und Schicht
- Erkennung schleichender Geschwindigkeitsverluste
- Erfassung von Zyklusschwankungen
- Zuordnung zu Werkzeug und Materialcharge
- Verbindung mit Prozess- und Qualitätsdaten
- Kontrolle umgesetzter Verbesserungsmaßnahmen
- weniger manuelle Listen und Auswertungen
Der wichtigste Nutzen liegt nicht allein im Durchschnittswert.
Ein MES zeigt zusätzlich:
- wann die Zykluszeit angestiegen ist
- welcher Auftrag und Artikel betroffen waren
- ob bestimmte Werkzeuge oder Materialien Abweichungen verursachen
- wie stark sich Zyklusverluste auf Menge und Termine auswirken
- ob einzelne Zyklen deutlich vom Durchschnitt abweichen
Ein MES verkürzt die Zykluszeit jedoch nicht automatisch. Die Verbesserung entsteht durch technische und organisatorische Maßnahmen.
Was muss vor der Berechnung festgelegt werden?
Die Formel allein reicht nicht aus.
Das Unternehmen muss unter anderem klären:
- Wann beginnt ein Zyklus?
- Wann endet ein Zyklus?
- Wird die Maschinenzeit oder die Prozesszeit betrachtet?
- Wie werden mehrere Teile je Zyklus berücksichtigt?
- Wie werden Mehrfachkavitäten behandelt?
- Werden kurze Unterbrechungen in die Zykluszeit einbezogen?
- Wie werden Anfahr- und Auslaufzyklen behandelt?
- Werden fehlerhafte Teile bei der Mengenermittlung berücksichtigt?
- Wie werden manuelle Tätigkeiten innerhalb des Zyklus bewertet?
- Wird die durchschnittliche, minimale oder maximale Zykluszeit ausgewertet?
- Wird je Maschine, Werkzeug, Artikel oder Auftrag gerechnet?
Ohne einheitliche Regeln sind Zykluszeiten nicht zuverlässig vergleichbar.
Soll-Zykluszeit und Ist-Zykluszeit
Die Soll-Zykluszeit ist die geplante oder technisch mögliche Zeit für einen Zyklus.
Die Ist-Zykluszeit wird tatsächlich gemessen.
Zykluszeitabweichung = Ist-Zykluszeit − Soll-Zykluszeit
Beispiel:
- Soll-Zykluszeit: 30 Sekunden
- Ist-Zykluszeit: 34 Sekunden
Die Abweichung beträgt:
34 − 30 = 4 Sekunden je Zyklus
Bei 1.000 Zyklen entsteht daraus ein zusätzlicher Zeitbedarf von:
4.000 Sekunden = 66 Minuten und 40 Sekunden
Kleine Abweichungen können bei hohen Stückzahlen erhebliche Produktionsverluste verursachen.
Unterschied zwischen Zykluszeit und Taktzeit
Die Taktzeit zeigt, in welchem zeitlichen Abstand ein Produkt fertiggestellt werden muss, damit der Bedarf erreicht wird.
Die Zykluszeit zeigt, wie lange der tatsächliche Produktionsvorgang dauert.
Beispiel:
- Taktzeit: 40 Sekunden
- Zykluszeit: 35 Sekunden
Die Maschine kann den erforderlichen Takt grundsätzlich erreichen.
Bei einer Zykluszeit von 45 Sekunden wäre die Produktion langsamer als der erforderliche Takt.
Dabei müssen zusätzlich Stillstände, Ausschuss und weitere Verluste berücksichtigt werden.
Unterschied zwischen Zykluszeit und Bearbeitungszeit
Die Bearbeitungszeit beschreibt die Zeit, in der ein Teil tatsächlich bearbeitet wird.
Die Zykluszeit kann zusätzlich enthalten:
- Zuführen
- Positionieren
- Spannen
- Entnehmen
- Rückfahren
- kurze automatische Wartezeiten
Die Bearbeitungszeit kann deshalb kürzer als die gesamte Zykluszeit sein.
Welche Tätigkeiten enthalten sind, hängt vom betrachteten Prozess ab.
Unterschied zwischen Zykluszeit und Durchlaufzeit
Die Durchlaufzeit umfasst den gesamten Zeitraum, den ein Auftrag oder Teil vom definierten Start bis zum Ende benötigt.
Dazu können gehören:
- Bearbeiten
- Rüsten
- Warten
- Liegen
- Transportieren
- Prüfen
Die Zykluszeit betrachtet dagegen einen einzelnen wiederkehrenden Produktionsvorgang.
Eine Zykluszeit von 30 Sekunden bedeutet daher nicht, dass ein Auftrag nach 30 Sekunden vollständig abgeschlossen ist.
Unterschied zwischen Zykluszeit und Leistungsgrad
Der Leistungsgrad vergleicht die tatsächliche Produktionsleistung mit der möglichen oder geplanten Leistung.
Die Zykluszeit ist eine direkte Zeitangabe je Produktionszyklus.
Eine steigende Ist-Zykluszeit führt bei sonst gleichen Bedingungen zu einem sinkenden Leistungsgrad.
Der Leistungsgrad verdichtet die Abweichung zu einem Prozentwert. Die Zykluszeit zeigt die konkrete zeitliche Ursache.
Wie ist die Zykluszeit zu bewerten?
Eine kurze Zykluszeit ist grundsätzlich positiv, wenn Qualität, Sicherheit und Prozessstabilität erhalten bleiben.
Eine zu stark verkürzte Zykluszeit kann jedoch führen zu:
- Qualitätsproblemen
- höherem Werkzeugverschleiß
- instabilen Prozessen
- höheren Maschinenbelastungen
- zusätzlichen Störungen
- erhöhtem Ausschuss
Die Kennzahl sollte gemeinsam betrachtet werden mit:
Das Ziel ist nicht die kürzestmögliche, sondern eine stabile und wirtschaftliche Zykluszeit.
Welcher Wert ist gut?
Es gibt keinen allgemein gültigen Zielwert.
Der sinnvolle Wert hängt unter anderem ab von:
- Produktionsverfahren
- Artikel und Geometrie
- Material
- Maschine
- Werkzeug
- Anzahl der Teile je Zyklus
- Prozessparametern
- Qualitätsanforderungen
- Automatisierungsgrad
Entscheidend ist der Vergleich mit:
- technisch möglicher Zykluszeit
- hinterlegter Soll-Zykluszeit
- vergleichbaren Maschinen
- vergleichbaren Aufträgen
- früheren Produktionszeiträumen
Wie lässt sich die Zykluszeit verbessern?
Geeignete Maßnahmen sind beispielsweise:
- einzelne Zyklusschritte analysieren
- Maschineneinstellungen optimieren
- Prozessparameter stabilisieren
- Werkzeugverschleiß überwachen
- Materialzuführung verbessern
- manuelle Tätigkeiten reduzieren
- Bewegungs- und Rückfahrwege optimieren
- Wartezeiten innerhalb des Zyklus reduzieren
- Automatisierung gezielt einsetzen
- Mikrostillstände beseitigen
- Sollwerte und Stammdaten prüfen
- Qualität bei jeder Änderung kontrollieren
Die Zykluszeit darf nicht isoliert verkürzt werden. Auswirkungen auf Ausschuss, Werkzeugstandzeit und Prozessstabilität müssen berücksichtigt werden.
Welchen Nutzen hat das Unternehmen?
Eine belastbare Zykluszeit hilft Unternehmen:
- Geschwindigkeitsverluste frühzeitig zu erkennen
- Produktionskapazität realistisch zu bewerten
- Planmengen zuverlässiger festzulegen
- Sollzeiten und Stammdaten zu verbessern
- Maschinen und Werkzeuge zu vergleichen
- Prozessabweichungen zu erkennen
- Termine besser abzusichern
- Investitionen fundierter zu bewerten
- Verbesserungsmaßnahmen nachzuweisen
- Zeitverluste in Mengen und Euro umzurechnen
Bereits wenige Sekunden Abweichung je Zyklus können bei hohen Produktionsmengen erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen haben.
Zykluszeit im MES-Lastenheft definieren
Die Anforderung
„Das MES muss die Zykluszeit erfassen und berechnen.“
ist für ein MES-Lastenheft nicht ausreichend.
Zusätzlich sollte festgelegt werden:
- verwendete Berechnungsformel
- Definition von Zyklusbeginn und Zyklusende
- automatische oder manuelle Erfassung
- Behandlung mehrerer Teile je Zyklus
- Behandlung von Mehrfachkavitäten
- Behandlung von Mikrostillständen
- Behandlung von Anfahr- und Auslaufzyklen
- Verwendung von Gesamt-, Gut- oder Ausschussmenge
- Herkunft der Soll-Zykluszeit
- Plan-Ist-Vergleich
- Auswertung nach Maschine, Auftrag, Artikel, Werkzeug und Schicht
- Anzeige von Durchschnitt, Minimum, Maximum und Streuung
- Darstellung von Zykluszeitabweichungen
- Filter-, Vergleichs- und Exportmöglichkeiten
- historische Speicherung
- Meldung bei Überschreitung definierter Grenzwerte
Nur mit diesen Festlegungen können MES-Anbieter die Anforderung eindeutig bewerten.
Häufige Fragen zur Zykluszeit
Für einen einzelnen Zyklus wird der Startzeitpunkt vom Endzeitpunkt abgezogen. Die durchschnittliche Zykluszeit ergibt sich aus Produktionszeit geteilt durch die Anzahl der Zyklen.
Die Zykluszeit beschreibt die tatsächliche Dauer eines Produktionszyklus. Die Taktzeit gibt vor, in welchem Abstand ein Produkt fertiggestellt werden muss.
Nicht immer. Die Zykluszeit kann zusätzlich Zuführen, Spannen, Entnehmen und weitere Tätigkeiten enthalten.
Die Anzahl der produzierten Teile je Zyklus muss bekannt sein. Bei vier Teilen je Zyklus dürfen Stückzahl und Zykluszahl nicht gleichgesetzt werden.
Benötigt werden insbesondere Zyklusbeginn, Zyklusende, Anzahl der Zyklen, Produktionsmenge, Artikel, Auftrag und Soll-Zykluszeit.
Ja. Ohne MES müssen Zeiten und Mengen jedoch häufig manuell gemessen oder aus Maschinenprotokollen ausgewertet werden.
Nein. Ein MES macht Abweichungen und Ursachen sichtbar. Die Verkürzung entsteht durch technische und organisatorische Maßnahmen.
Weitere Informationen
Weitere passende Kennzahlen sind:
Weitere Grundlagen finden Sie auf der Übersichtsseite MES-Kennzahlen und unter MES-Lastenheft erstellen.