Wie Industrie 4.0 Lean Manufacturing verändert

Wie schon bei früheren industriellen Revolutionen treiben neue technologische Entwicklungen die Industrie 4.0 voran. Die für Lean-Produzenten relevantesten dieser neuen Technologien sind cyber-physische Systeme (CPS) und das industrielle Internet der Dinge (IIoT).

Die Angst vor der Automatisierung und andere Herausforderungen im Bereich der Arbeitskräfte in der Fertigungsindustrie führen dazu, dass die potenziellen positiven kulturellen Auswirkungen dieser Technologien leicht übersehen werden.

Für Lean-Unternehmen bietet diese neue Technologie die Chance, die Kernziele der lean manufacturing zu verwirklichen: die Mitarbeiter zu befähigen, Verbesserungen voranzutreiben.

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Wagner, Hermann und Thiede definieren cyber-physische Systeme als „das Ergebnis eines geschlossenen Regelkreises, der Prozessdaten sensorbasierte Prozessdaten physikalischer Prozessdaten mit der Verarbeitung von Cyberdaten und der autonomen, auf Aktoren basierenden Prozesssteuerung verbindet und mit dem Internet, dessen Daten und Diensten vernetzt ist.“

Einfach ausgedrückt ermöglichen cyber-physische Systeme (CPS) die Vernetzung und Erfassung von Produktionsdaten über ein Netzwerk – in der Regel die Cloud. In einem cyber-physischen System gibt es drei Hauptmethoden zur Datenerfassung: Mensch-Maschine, Maschine-Maschine sowie Datenerfassung und -verarbeitung.

Mensch zu Maschine

Die Datenerfassung vom Menschen an die Maschine erfolgt in erster Linie über eine digitale Schnittstelle durch die Bediener. Das CPS kann Informationen über herkömmliche Dateneingabemethoden erfassen, beispielsweise durch Eingabe in einen Computer oder durch Auswahl von Optionen auf einem Tablet. Die Bediener können Informationen auch mithilfe fortschrittlicher Technologien übermitteln. So Computervision beispielsweise Computervision Daten aus bestimmten Gesten oder Bewegungen erfassen, denen eine bestimmte Bedeutung zugewiesen wurde.

Die Konsumwelt hat sich wesentlich schneller digitalisiert als die Industrie. Viele dieser Methoden zur Eingabe von Informationen sind den Bedienern bereits vertraut. Gängige UI/UX-Designprinzipien erleichtern es den Menschen, sich an neue HMI-Technologien anzupassen. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung roter digitaler „Schaltflächen“ für negatives Feedback und grüner digitaler „Schaltflächen“ für positives Feedback.

Maschine-zu-Maschine

In der Vergangenheit bedeutete die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, dass eine Maschine Daten an eine andere Maschine übermittelte. Diese Maschinen waren in der Regel über eine Ethernet-Verbindung miteinander verbunden. Das volle Potenzial der M2M-Kommunikation wurde durch isolierte, proprietäre Technologien eingeschränkt.

IoT die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation in zweierlei Hinsicht grundlegend. Erstens handelt es sich dabei häufig um eine bidirektionale Kommunikation, im Gegensatz zu einer reinen Übertragung von einer Maschine zur anderen. Zweitens eröffnet die Einbindung der Cloud neue Möglichkeiten für die Interaktion zwischen Maschinen. Im Zusammenhang mit IoT wünschen sich Käufer mehr Verbindungsoptionen, was einen Wandel von der in die Hardware integrierten Punkt-zu-Punkt-Kommunikation hin zu einer offenen Kommunikation zwischen Geräten vorantreibt.

Dies eröffnet potenziell unbegrenzte Integrationsmöglichkeiten. Diese Veränderungen bedeuten für die Hersteller zusätzliche Informationen und Optionen.

Datenerfassung und -verarbeitung

Viele Hersteller bereiten bereits Daten in anderen Softwaresystemen auf und erfassen diese. Sie nutzen ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning), um den Einkauf, die Finanzplanung, das Personalwesen und andere Aspekte ihres Geschäfts zu verwalten. Sie setzen MES Manufacturing Execution SystemsMES ein, um Materialien, Ressourcen usw. zu verfolgen und nachzuverfolgen.

Diese Systeme enthalten oft produktionskritische Daten, sind jedoch sehr umfangreich, in Silos organisiert und oft schwer zugänglich oder zu handhaben. Das CPS kann Daten in diese und andere Systeme übertragen oder produktionskritische Daten aus diesen Systemen abrufen

Letztendlich können diese Daten zusammen ein ganzheitliches und vernetztes Bild der Produktion vermitteln.

Der Wert von lean manufacturing besteht darin, dass es Herstellern hilft, die Komplexität ihrer Betriebsabläufe zu reduzieren, Verschwendung zu beseitigen und Produktivitätssteigerungen zu erzielen, indem es die Mitarbeiter in der Fertigung befähigt, notwendige und kontinuierliche Anpassungen vorzunehmen.

Der Faktor Mensch ist ein Grundprinzip der lean manufacturing. Menschliches Urteilsvermögen und Flexibilität sind ausschlaggebend für den Großteil der Effizienz, die sich aus diesen Prinzipien ergibt.

Ein traditioneller Lean-Werkzeugkasten kann eine Vielzahl von Methoden und Prinzipien umfassen. Hersteller sollten nicht unbedingt jedes einzelne Werkzeug in jedem Werk anwenden. Der Werkzeugkasten bietet jedoch Optionen für jedes einzelne Werk. Zusammen lassen sich diese kombinieren und anwenden, um kontinuierlicher Verbesserungsprozess zu erzielen.

Technologien für Industrie 4.0 sind Werkzeuge, die es Herstellern ermöglichen, flexibler, effizienter und rentabler zu arbeiten.

Einfache Anpassungen, wie die Umstellung von papierbasierten Arbeitsanweisungen auf digitale Arbeitsanweisungen, können zu Einsparungen führen, ohne dass dafür nennenswerte kulturelle Anpassungen erforderlich sind. Hersteller erzielen Effizienzsteigerungen von 10 bis 15 %, indem sie digitale Arbeitsabläufe und Robotik in ihre Produktionslinien integrieren. Dies ist ein eigenständiges Industrie-4.0-Projekt.

Einzelne Digitalisierungsmaßnahmen führen im Durchschnitt zu einer Senkung der Betriebskosten um 10 bis 15 %. Diese Projekte müssen jedoch korrekt konzipiert und umgesetzt werden, um diese Verbesserungen zu erzielen. Zudem lassen sie sich nur schwer anpassen, wenn sie stark auf die jeweiligen Gegebenheiten zugeschnitten sind.

Wenn Hersteller sowohl Lean-Methoden als auch Industrie-4.0-Tools einsetzen, können sie mehr erreichen, als wenn sie diese Initiativen getrennt voneinander umsetzen würden. CPS und IoT eine Fertigungsumgebung wirklich schlank gestalten. Die Echtzeitdaten und die Kommunikation zwischen Menschen, Maschinen und Systemen bieten einen ganzheitlichen Überblick über die Produktion und versetzen die Mitarbeiter an der Produktionsfront in die Lage, Anpassungen in Echtzeit vorzunehmen.

Laut BCG können Unternehmen, die Lean-Prinzipien und Industrie 4.0 miteinander verbinden, eine Kostensenkung von 40 % erzielen. Das bedeutet, dass die Kombination von Lean und Industrie 4.0 zu einer Verdopplung der Einsparungen führt, verglichen mit der separaten Anwendung der einzelnen Ansätze.

Besser mit einem Anwendungsfall

Trotz bester Absichten scheitern 84 % digitale Transformation . Die Ursachen sind vielfältig, umfassen jedoch unter anderem lange Proof-of-Concept-Phasen, hohe Implementierungskosten sowie allgemeine Unklarheiten hinsichtlich der Leistungsdaten vor Projektbeginn und der Verbesserungsziele.

Angesichts dieser Zahlen sollten Hersteller bei Projekten zur vollständigen Digitalisierung Vorsicht walten lassen. Sie können das Risiko minimieren, indem sie mit einer konkreten Anwendung der Technologie beginnen, die ein klares Geschäftsziel verfolgt und eine kurze Amortisationszeit aufweist.

Einen analogen Prozess in einen digitalen umzuwandeln, kann kontraproduktiv sein.

Die Einführung neuer Technologien kann den Betrieb einer Produktionslinie verteuern. Die Integration maßgeschneiderter Software kann eine Umschulung erforderlich machen. Zudem kann es notwendig sein, neue Teammitglieder mit mehr technischem Fachwissen einzustellen.

Dies ist ein zentrales Anliegen für Hersteller, da viele von ihnen Schwierigkeiten haben, Fachkräfte aus dem MINT-Bereich einzustellen. Hersteller müssen mit anderen Technologieunternehmen um denselben Pool an knappen Fachkräften konkurrieren. Wenn sie keine internen Mitarbeiter einstellen, sind sie auf externes Fachwissen angewiesen, um diese Systeme zu warten. Beides ist mit hohen Kosten verbunden.

Unternehmen, die Lean 4.0 einführen möchten, sollten klein anfangen. Machen Sie sich bewusst, dass Ingenieure, Werksleiter und Führungskräfte nicht wissen, was sie nicht wissen – aber das ist in Ordnung!

Lernen durch Gestaltung

Der erste Schritt besteht darin, einen digitalen Prozess zu entwerfen, der Daten erfasst. Der Entwurfsprozess im Rahmen von Lean 4.0 ist ein fortlaufender Prozess. Ein Datenvergleich zur Ermittlung des Ist-Zustands kann Schwachstellen im bestehenden Prozess aufdecken.

Aus diesem Grund ist eine flexible Entwicklung für Hersteller von Bedeutung. Neben einem datengestützten, klaren Ansatz sollten Hersteller dort ansetzen, wo ein klarer Anwendungsfall ein klarer Nutzen vorliegen. Dieser Ansatz liefert ein quantifizierbares Maß dafür, ob die Umsetzung erfolgreich ist oder nicht.

Testen und Daten erfassen

Führen Sie den ersten Test live in der Produktion durch. Versuchen Sie, wie bei jedem Test, die Variablen so weit wie möglich zu kontrollieren. Stellen Sie sicher, dass Sie Daten erfassen, die Aufschluss darüber geben, welche Elemente angepasst werden müssen, damit der Test erfolgreich verläuft. Ermitteln Sie beispielsweise kulturelle und situative Herausforderungen. Wenn die Bediener Schwierigkeiten haben, sich an die neue Technologie anzupassen, versuchen Sie zu verstehen, warum dies der Fall ist und ob es sich um eine kurz- oder langfristige Herausforderung handelt. Um diese Herausforderung aufzudecken, müssen Sie die Produktivität der Bediener in einem bestimmten Prozess verfolgen.

Iterieren und skalieren

Mit Lean 4.0 hört das Testen nicht auf. Die Technologie ermöglicht kontinuierlicher Verbesserungsprozess, doch erst die Iteration macht den Prozess wirklich kontinuierlich. Übertragen Sie die Erkenntnisse aus den Tests auf andere Produktionslinien und nutzen Sie die konzeptionellen Erkenntnisse in anderen Bereichen, um die Tests in der Pilotanlage auszuweiten.

Eine Anwendungsfall, schrittweise und datengestützte Umsetzung, die bereits während des Prozesses einen Mehrwert aufzeigt, erleichtert es, sowohl bei den Betreibern als auch bei anderen internen Interessengruppen Zustimmung zu gewinnen. Diese Zustimmung verringert das Risiko eines Scheiterns der Umsetzung.

Im Rahmen von Industrie 4.0 lassen sich die größten Vorteile erzielen, indem man das analytische Potenzial des wertvollsten Kapitals der Hersteller freisetzt: ihre Mitarbeiter.

Verbesserung der Ergebnisse und des Engagements am Arbeitsplatz

Denken Sie daran, dass lean manufacturing ein menschenzentriertes Kulturkonzept lean manufacturing . Durch den Einsatz von Industrie-4.0-Tools können Sie Ihre Mitarbeiter in die Lage versetzen, bisher ungeahnte Effizienz und Kreativität in der Fertigung zu entfalten, indem Sie ihnen Echtzeitdaten und Einblick in die Maschinen, Prozesse und Personen bieten, die an der Produktion beteiligt sind.

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