Wie Industrie 4.0 die Welt verändert Lean Manufacturing

Wie frühere industrielle Revolutionen treiben auch neue technologische Entwicklungen die Industrie 4.0 voran. Die wichtigsten dieser neuen Technologien für schlanke Hersteller sind cyber-physische Systeme (CPS) und das industrielle Internet der Dinge (IIoT).

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

Für Lean-Hersteller ist diese neue Technologie eine Gelegenheit, die Kernziele von lean manufacturing zu erreichen: Menschen zu befähigen, Verbesserungen voranzutreiben.

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Wagner, Hermann und Thiede definieren cyber-physische Systeme als "das Ergebnis eines geschlossenen Kreislaufs von sensorbasierter physischer Prozessdaten Erfassung in Kombination mit Cyber-Datenverarbeitung und autonomer aktorischer Prozesssteuerung, die mit dem Internet, seinen Daten und Diensten verbunden ist."

Einfach ausgedrückt, ermöglichen cyber-physische Systeme (CPS) die Verbindung und Erfassung von Daten aus der Produktion über ein Netzwerk - in der Regel die Cloud. In einem cyber-physischen System gibt es drei Hauptwege zur Datenerfassung: Mensch zu Maschine, Maschine zu Maschine und Datenerfassung und -verarbeitung.

Von Mensch zu Maschine

Die Datenerfassung von Mensch zu Maschine erfolgt in erster Linie durch die Bediener über eine digitale Schnittstelle. Das CPS kann Informationen über die herkömmliche Dateneingabe, über Methoden wie das Eintippen in einen Computer oder die Auswahl von Optionen auf einem Tablet erfassen. Die Bediener können Informationen auch über fortschrittliche Technologien austauschen. Zum Beispiel kann Computervision Daten über bestimmte Gesten oder Bewegungen sammeln, denen eine Bedeutung zugewiesen ist.

Die Verbraucherwelt hat sich viel schneller digitalisiert als die Industriewelt. Viele dieser Methoden zur Eingabe von Informationen sind den Bedienern bereits vertraut. Gemeinsame UI/UX-Designprinzipien machen es den Menschen leichter, sich an neue HMI-Technologien anzupassen. Zum Beispiel die Auswahl roter digitaler "Tasten" für negatives Feedback und grüner digitaler "Tasten" für positives Feedback.

Von Maschine zu Maschine

Die Kommunikation von Maschine zu Maschine bedeutete in der Vergangenheit, dass eine Maschine Daten an eine andere Maschine sendet. 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 verändert die Kommunikation von Maschine zu Maschine auf zwei wichtige Arten. Erstens geht die Kommunikation oft in beide Richtungen, statt nur von einem Gerät zum anderen. Zweitens bietet die Einbeziehung der Cloud mehr Möglichkeiten für die Kommunikation zwischen Maschinen. Mit IoT wünschen die Käufer mehr Verbindungsoptionen, was einen Wechsel von der in die Hardware eingebetteten Punkt-zu-Punkt-Kommunikation hin zur offenen Kommunikation zwischen den Geräten bewirkt.

Dies bietet potenziell unbegrenzte Integrationsmöglichkeiten. Diese Änderungen führen zu zusätzlichen Informationen und Optionen für Hersteller.

Datenerfassung und -verarbeitung

Viele Hersteller bereiten bereits Daten in anderen Softwaresystemen vor und erfassen sie. Sie verwenden Enterprise Resource Planning-Software (ERPs), um Einkäufe, Finanzplanung, Mitarbeiter und andere Aspekte ihres Geschäfts zu verwalten. Sie verwenden MES oder Manufacturing Execution Systems, um Materialien, Ressourcen usw. zu verfolgen und nachzuverfolgen.

Diese Systeme enthalten oft produktionskritische Daten, aber sie sind riesig, isoliert und oft schwer zugänglich oder schwer zu manövrieren. Das CPS kann Daten in diese und andere Systeme pushen oder produktionskritische Daten aus diesen Systemen abrufen

Letztendlich können diese Daten kombiniert werden, um eine ganzheitliche und vernetzte Vision der Produktion zu liefern.

Der Wert von lean manufacturing besteht darin, dass es den Herstellern hilft, die betriebliche Komplexität zu reduzieren, Verschwendung zu beseitigen und die Produktivität zu steigern, indem es die Mitarbeiter in der Fertigung in die Lage versetzt, notwendige und kontinuierliche Anpassungen vorzunehmen.

Das menschliche Element ist ein Schlüsselprinzip von lean manufacturing. Menschliche Analyse und Flexibilität machen den Großteil der Effizienz dieser Prinzipien aus.

Ein traditioneller Lean-Werkzeugkasten kann eine Vielzahl von Methoden und Prinzipien enthalten. Hersteller sollten nicht unbedingt jedes Werkzeug in jeder Fabrik anwenden. Der Werkzeugkasten bietet jedoch Optionen für jede einzelne Fabrik. Zusammen können sie kombiniert und angewendet werden, um kontinuierlicher Verbesserungsprozess zu erreichen.

Industrie 4.0-Technologien sind Werkzeuge, mit denen Hersteller flexibler, effizienter und profitabler werden können.

Einfache Anpassungen, wie z.B. die Umstellung von papierbasierten Arbeitsanweisungen auf digitale Arbeitsanweisungen, können Einsparungen mit wenig bis gar keiner kulturellen Anpassung bewirken. Hersteller erzielen Effizienzsteigerungen von 10 - 15 %, wenn sie digitale Arbeits- und Robotertechnik in ihre Produktionslinien einbauen. Dies ist ein eigenständiges Industrie 4.0-Projekt.

Eigenständige Digitalisierungsmaßnahmen führen im Durchschnitt zu einer Senkung der Betriebskosten um 10-15%. Allerdings müssen diese Projekte richtig umgesetzt und konzipiert werden, um diese Verbesserungen zu erzielen. Außerdem kann es schwierig sein, sie zu ändern, wenn sie sehr individuell sind.

Wenn Hersteller sowohl eine schlanke Methodik als auch Industrie 4.0-Tools einsetzen, können sie mehr erreichen, als wenn sie diese Initiativen getrennt voneinander versuchen. CPS und IoT können eine Produktionsstätte wirklich schlank machen. Die Echtzeitdaten und die Kommunikation zwischen Menschen, Maschinen und Systemen bieten einen ganzheitlichen Überblick über die Produktion und befähigen die Mitarbeiter an der Front, Anpassungen in Echtzeit vorzunehmen.

BCG berichtet, dass Unternehmen, die Lean und Industrie 4.0 kombinieren, eine Kostensenkung von 40% erreichen können. Das bedeutet, dass die Kombination von Lean und Industrie 4.0 eine Steigerung der Einsparungen um 100 % im Vergleich zur getrennten Anwendung der beiden Elemente ermöglicht.

Besser mit einer Anwendungsfall

Trotz bester Absichten scheitern 84% der digitale Transformation Projekte. Die Gründe dafür sind unterschiedlich, aber sie umfassen lange Zeiträume für den Nachweis des Konzepts, hohe Implementierungskosten und eine allgemeine Unklarheit der Daten über die Leistung vor dem Projekt und die Verbesserungsziele.

In Anbetracht dieser Zahlen sollten sich Hersteller vor umfassenden Digitalisierungsprojekten hüten. Sie können das Risiko verringern, indem sie mit einer spezifischen Anwendung der Technologie beginnen, die ein klares Geschäftsziel verfolgt und eine kurze Zeitspanne bis zur Wertschöpfung hat.

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

Der Einsatz neuer Technologien kann den Betrieb einer Produktionslinie verteuern. Das Hinzufügen von kundenspezifischer Software kann eine Umschulung erfordern. Es kann auch erforderlich sein, neue Teammitglieder mit mehr technischem Fachwissen einzustellen.

Dies ist ein wichtiges Anliegen für die Hersteller, denn viele Hersteller haben Schwierigkeiten, MINT-Mitarbeiter einzustellen. Die Hersteller müssen mit anderen Technologieunternehmen um den gleichen Pool an knappen Talenten konkurrieren. Wenn sie keine internen Mitarbeiter einstellen, müssen sie sich für die Wartung dieser Systeme auf externes Fachwissen verlassen. Beides ist mit hohen Kosten verbunden.

Hersteller, die Lean 4.0 einführen möchten, sollten klein anfangen. Erkennen Sie, dass Ingenieure, Betriebsleiter und Führungskräfte nicht wissen, was sie nicht wissen - aber das ist in Ordnung!

Design zum Lernen

Der erste Schritt besteht darin, einen digitalen Prozess zu entwerfen, mit dem Daten gesammelt werden können. Der Designprozess bei Lean 4.0 ist ein fortlaufender Prozess. Das Benchmarking von Daten, um einen Einblick in den aktuellen Stand zu erhalten, kann Schwachstellen im bestehenden Prozess aufdecken.

Aus diesem Grund ist eine flexible Entwicklung für Hersteller wichtig. Abgesehen von einem datengesteuerten, klaren Ansatz sollten Hersteller dort ansetzen, wo es einen klaren Anwendungsfall und Nutzen gibt. Mit diesem Ansatz lässt sich quantifizieren, ob die Implementierung ein Erfolg ist oder nicht.

Testen und Daten sammeln

Nehmen Sie den ersten Test live in die Produktion auf. Wie bei jedem Test sollten Sie versuchen, die Variablen so weit wie möglich zu kontrollieren. Stellen Sie sicher, dass Sie Daten sammeln, die Aufschluss darüber geben, welche Elemente angepasst werden müssen, damit der Test erfolgreich ist. Ermitteln Sie zum Beispiel kulturelle und konditionelle Herausforderungen. Wenn die Betreiber Schwierigkeiten haben, sich an die neue Technologie anzupassen, versuchen Sie zu verstehen, warum und ob dies eine lang- oder kurzfristige Herausforderung ist. Um diese Herausforderung aufzudecken, müssen Sie die Produktivität in einem Prozess durch den Bediener verfolgen.

Iterieren und skalieren

Mit Lean 4.0 hört das Testen nicht auf. Die Technologie ermöglicht kontinuierlicher Verbesserungsprozess, aber erst die Iteration macht den Prozess wirklich kontinuierlich. Wenden Sie die Erkenntnisse aus den Tests auf andere Linien an und übertragen Sie die konzeptionellen Erkenntnisse auf andere Bereiche, um die Tests in der Pilotanlage zu erweitern.

Eine Anwendungsfall-fokussierte, schrittweise, datengesteuerte Implementierung, die den Nutzen auf dem Weg dorthin aufzeigt, wird es einfacher machen, die Zustimmung sowohl der Betreiber als auch anderer interner Interessengruppen zu erhalten. Diese Akzeptanz verringert das Risiko eines Scheiterns der Implementierung.

Mit Industrie 4.0 werden die größten Vorteile durch die Erschließung der analytischen Fähigkeiten des größten Vermögenswertes der Hersteller erzielt: ihrer Mitarbeiter.

Bessere Ergebnisse und mehr Engagement in den Betrieben

Denken Sie daran, dass lean manufacturing ein menschenzentrierter kultureller Rahmen ist. Der Einsatz von Industrie 4.0-Tools kann Ihre Mitarbeiter in die Lage versetzen, bisher ungeahnte Effizienz und Kreativität in der Fertigung zu erreichen, indem sie Echtzeitdaten und Einblicke in die Maschinen, Prozesse und Menschen erhalten, die an der Produktion beteiligt sind.

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