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Lichtblick: Mit Prozessoptimierung gegen Lieferengpässe

Immer öfter klingelte das Telefon der Noblex GmbH, einem südthüringischen Unternehmen nahe Eisfeld. In der Chefetage, im Verkauf und auch sogar direkt in der Produktion. Lieferverzug, verspätete Lieferung – dass waren die Worte, die ständig in der Luft schwebten. Eine Veränderung musste her. Der Ausweg aus dem Dilemma war schnell gefunden. Das Unternehmen wandte sich an das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Ilmenau, welches in Kooperation mit der Berghof Group GmbH dem Unternehmen zum Wendepunkt verhalf.

Praxisorientierte Unterstützung

Angefangen wurde klassisch: In einer Ist-Analyse wurde zunächst der Auftragsabwicklungsprozess unter die Lupe genommen. Bereits hier wurden die ersten Diskrepanzen zwischen dem wahrgenommenen, also gewünschten Prozess, und den eingestellten Parametern im eingesetzten ERP-System festgestellt. Kurzgefasst, die gelebten Grunddaten passten nicht zum angestrebten Logistikansatz.

Doch damit war die Unterstützung nicht zu Ende. Die Produktionsengpässe wurden als Nächstes untersucht. Durch die Turboeinführung eines Advanced Planning and Scheduling (APS)-Systems [1] konnten durchgehende Auftragsnetze[2] gefunden werden – ein wahres Vorzeigeergebnis. Die berühmte Geschichte eines Fehlteils, das zum Zeitpunkt der Auslieferung einen vier-, fünf- oder sogar sechsstelligen Wertbetrag erhält, gehörte ab sofort der Vergangenheit an. Die Disposition wurde neu ausgerichtet, die Synchronisationsfehler zwischen den Bedarfen und Zugängen auf allen Dispositionsstufen gefunden und eliminiert. Somit schrumpfte die Fehlteilliste von Tag zu Tag.

Volle Ausschöpfung der Kapazitäten

Nach dem Material folgten die Kapazitäten. Um die Engpässe im Unternehmen aufzulösen, setzte man organisatorisch stringent den „Theory of Constraints“(TOC)-Ansatz von Goldratt um, auch bekannt als „Engpasstheorie“. Der Hauptsatz der TOC besagt, dass es in jeder Wertschöpfungskette genau ein System gibt, dass die Leistungsfähigkeit des Ganzen bestimmt – der „eindeutige Engpass“[3]. Aufbauend auf dem TOC-Ansatz wurde in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Ilmenau und Berghof Group GmbH ein Simulationsprogramm entwickelt, das nicht nur den Puffer vor dem Engpass erhöht, sondern auch den Austausch von Arbeitsvorräten der Engpässe ermöglicht. Diese neue Weiterentwicklung des TOC-Ansatzes sorgt nun für eine optimale Belegung aller Maschinen. Als Folge davon wurde die zuvor unvollständig genutzte Flexibilität effizienter ausgeschöpft. Die Auswirkung ließ nicht lange auf sich warten: der Materialstau an den Engpässen ist sichtbar gesunken und der Wochenoutput gestiegen.

Wie geht es weiter?

Schnelle Reaktionszeiten sind der Schlüssel zum Erfolg. Folglich ist die Optimierung der aktuellen Situation nicht das Endergebnis, sondern nur die Basis dafür. Das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Ilmenau und die Berghof Group GmbH arbeiten momentan an einer Lösung, welche den Mitarbeitern fortlaufend die prognostizierten Engpässe anzeigt. Vorausschauende Planung und Steuerung wird dadurch direkt am Ort des Geschehens, in der Produktion, möglich.

Die Optimierung hatte übrigens noch einen weiteren positiven Effekt: Das Telefon klingelt jetzt deutlich seltener.

 

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Jean Pierre Bergmann (Co-Autor) entstanden.

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[1] Advanced Planning and Scheduling-Systeme (APS-Systeme) werden in der Produktionswirtschaft zur Unterstützung der Planungsfunktionen eingesetzt. Beispiel: ERP-Systeme

[2] Ein Auftragsnetz ist die Verknüpfung von Plan- oder Fertigungsaufträgen über mehrere Fertigungsstufen hinweg.

[3] Weiterführende Informationen zu dieser Theorie finden Sie im Buch „Das Ziel“ von Eliyahu Goldratt (2002).

Industrie 4.0 – Bereit für die Massenfertigung individualisierter Produkte?

Industrie 4.0 gilt als Synonym für den Fortschritt. Mit „aufregend Neuem“ und „Fortschritt im Allgemeinen“ wird, wie Prof. Syska in seinem Buch „Illusion 4.0 – Deutschlands naiver Traum von der smarten Fabrik“ schreibt, dabei oft das Synonym 4.0 assoziiert. In verschiedensten Lebensbereichen wie Arbeit 4.0, Berufsausbildung 4.0, Mensch 4.0 oder Wirtschaft 4.0 findet die Abkürzung ihre Ver­wen­dung und suggeriert das Handeln auf einem nächst höheren Niveau.

Wissenschaft und Industrie forschen und entwickeln fleißig an technischen Lösungen, um Industrie 4.0 zu realisieren und die Vision einer rentablen individuellen Massenfertigung zu verwirklichen. Dennoch stellt sich die Frage, ob die aktuellen vorherrschenden Ablauf- und Steuerungsprinzipien für Industrie 4.0 geeignet sind und ob neben den technischen Innovationen auch eine Revolution im Denken stattfinden muss.

Die Geschichte der Massenfertigung

Ein Blick in die Zeitreihe der industriellen Revolution lässt feststellen, dass jede Revolution eine Auswirkung auf die Massenfertigung hatte.

Die erste Revolution ersetzte den von Menschen geleisteten Antrieb der Produktionsmaschinen durch die Dampfmaschine und ermöglichte erstmalig die Massenproduktion. Die zweite Revolution ersetzte die Dampfmaschine durch Elektromotoren, führte das Fließbandfertigung ein und beschleunigte die Massenproduktion. Als das Zeitalter der dritten Revolution eintrat, wurden erste Prozesse in den Fabriken automatisiert, um die Massenproduktion in gleichbleibender Qualität aber gleichzeitig kostengünstig sicherstellen zu können.

In der vierten Revolution steht nun die Massenproduktion von individualisierten Produkten im Fokus. Die steigende Nachfrage des Kunden an individuellen Produkten stellt die Hersteller nicht nur auf der technologischen Seite vor eine Herausforderung, sondern auch planerisch. Wesentlich für die vierte Revolution sind die cyber-physischen Systeme (CPS). Fraglich ist an dieser Stelle, ob allein der Einsatz von CPS in bestehenden Produktionsstrukturen ausreicht, um alle Voraussetzungen für eine individuelle Massenproduktion zu erfüllen und damit die Fabrik von morgen aufzubauen.

Entwicklungen im Rahmen von Industrie 4.0

Auch verändert sich in Industrie 4.0 die Rolle des Kunden. Der Kunde wird nicht mehr als passiver Nutzer gesehen, sondern als aktiver Gestalter, der frühzeitig in den Entwicklungsprozess eingreifen kann und beispielsweise durch Konfiguratoren individualisierte Produkte selbst mitentwickelt. Auch sind die Produkte nicht mehr passive Teilnehmer im Produktionsprozess. Beispielsweise mithilfe eines Transponders kann ein Produkt zum intelligenten Produkt werden und selbst mit der Umwelt kommunizieren und eindeutig maschinell identifiziert werden.

Auf der technologischen Seite ermöglicht der Einsatz von additiven Fertigungsverfahren für Kunststoff, Metall, Keramik, Beton und weiterer Materialien die Realisierung der individualisierten Kundenwünsche. Kombiniert mit klassischen Herstellungsverfahren ist die Entstehung hybrider Maschinen möglich, ein Beispiel hierfür ist die LUMEX Serie von Matsuura, die Lasersintern und Hochgeschwindigkeitsfräsen kombiniert.

Trotz aller geistigen und technologischen Entwicklungen bleibt die Liefertreue, auch im Zeitalter von Industrie 4.0, die Basisanforderung im Kano Modell und wird durch die Innovationen in der vierten industriellen Revolution vor neue Herausforderungen gestellt.

Zentrale Herausforderung für die Liefertreue sind die komplexen Materialflüsse, die aufgrund der hohen Produktvarianz entstehen. Die Wahl der Maschine durch das individuelle Produkt und die damit verbundene variable Bearbeitungszeit, welche technologie- und maschinenabhängig ist, erschwert die Kapazitätsplanung und die Vorhersage eines Fertigstellungstermins. Eine Lösung könnte die Durchführung von echtzeitnahen Simulationen zur Abschätzung der Bearbeitungszeiten sein. Bezieht die Simulation die von den Maschinen bzw. Werkzeugen gemeldeten Informationen wie Maschinenzustand, Werkzeugverschleiß etc. mit ein, dann lassen sich die Simulationsergebnisse präzisieren.

Industrie 4.0 impliziert, dass Maschinen miteinander kommunizieren. Technisch gesehen, lässt sich diese Kommunikation durch einheitliche Kommunikationsprotokolle bereits umsetzen. Wichtig für die Zusammenarbeit zwischen den Maschinen ist auch die Auswahl der zu kommunizierenden Daten sowie die Übertragungsverfahren.

Fertigungsprinzipien für die individuelle Massenproduktion

Der Treiber für diese Entwicklungen im Rahmen der Industrie 4.0 ist die individualisierte Massenproduktion. In der Theorie wird davon ausgegangen, dass die Fließfertigung für die Massenproduktion ausgelegt ist. Folglich sind die Maschinen durch starre Beziehungen miteinander verbunden. Die Fließfertigung ist jedoch im Allgemeinen, in Bezug auf die Anzahl unterschiedlicher Produktvarianten, sehr unflexibel. Darüber hinaus lässt sich der Durchsatz nicht variieren. Werden zusätzlich additive Fertigungsverfahren mit variablen Bearbeitungszeiten eingesetzt, können Engpässe im Produktionsprozess entstehen.

Die Werkstattfertigung eignet sich besonders für die Stückgutproduktion. Hierbei werden die Maschinen nach ihren Technologien zusammengefasst. Untereinander haben die Maschinen keinerlei Verkettung durch Systeme für die Realisierung von Material- und Informationsflüssen. Die Werkstattfertigung widerspricht aber zugleich dem angestrebten Ziel der Massenproduktion und den möglichst kurzen Lieferzeiten. Vor allem die Varianz der Bearbeitungszeiten ruft ungewollte Liege- und Wartezeiten hervor. Eine Lösung hierfür sind „intelligente“ Produkte, die selbst auf die Einhaltung der Lieferzeiten achten und bei Abweichungen aktiv in den Prozess eingreifen können.

Die Gruppenfertigung, die als Kompromisslösung aus der Werkstatt- und Fließfertigung angesehen werden kann, eignet sich durch teilweise verkettete Bearbeitungsschritte für große Mengen, ist aber in der Flexibilität eingeschränkt.

So bleibt aus der planerischen Sicht die grundsätzliche Frage: Wie stark müssen die Beziehungen bzw. Abhängigkeiten zwischen den Maschinen selbst und zwischen den Maschinen und den Produkten ausgeprägt sein um eine effiziente Prozesskette zu gewährleisten? Die Technologie- und die Softwareentwicklung schreiten in Richtung Industrie 4.0 voran. Essentiell bleibt dennoch die intelligente Planung durch den Menschen, die durch aktuelle Technologien lediglich unterstützt und ohne künstliche Intelligenz nicht ersetzt werden kann.

Der Anspruch einer Revolution

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nach der Dudendefinition unter der Revolution eine radikale Veränderung bzw. eine grundlegende Neuerung zu verstehen ist. Ob die sogenannte vierte industrielle Revolution diesem Anspruch genügt, bleibt immer noch offen.

Nicht umsonst vertritt Dr.-Ing. Rainer Draht in seinem Artikel „Industrie 4.0 – eine Einführung“ die Meinung, dass Industrie 4.0 die erste Revolution ist, die als Revolution bezeichnet wurde, bevor sie überhaupt stattgefunden hat.

Die Vision von Industrie 4.0, eine komplett vernetzte selbstorganisierte Produktion zu erreichen, ist zwar zukunftsweisend, jedoch aktuell kaum umsetzbar. Es gibt einige Hürden, die ein Unternehmen überwinden muss, um sich der Industrie 4.0 anzunähern. Dies sind zum einen die hohen Investitionskosten, der Mangel an qualifiziertem Personal, der Mangel an Standards sowie Sicherheitsbedenken.

Dieser Text ist in Zusammenarbeit mit Herrn M.Sc. Fabian Stark (Co-Autor) entstanden.