Mitarbeitende miteinbeziehen
Mit drei großen Herausforderungen haben Unternehmen in Deutschland laut Prof. Dr. Markus Schneider von der Hochschule Landshut derzeit unter anderen zu kämpfen: dem Fachkräftemangel, den hohen Produktionskosten und dem zunehmenden Nachhaltigkeitsdruck, der vor allem mit der CSR-Berichtspflicht spürbar wird. Besonders einer dieser Herausforderungen hat sich die Lab-Tour am Technologiezentrum PULS in Dingolfing gewidmet, dessen Wissenschaftlicher Leiter Professor Schneider ist: dem Fachkräftemangel.
Laut Maria Maier, Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München und Mitarbeiterin im Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg stehen wir beim Fachkräftemangel erst am Anfang. Es werde noch schlimmer werden und die Zuwanderung reiche nicht aus, um den Mangel auszugleichen. Mitarbeitendenunterstützung, -weiterbildung und -partizipation sei deswegen ein wichtiger Faktor, um vorhandene Arbeitskräfte zu halten und sie in Entscheidungen miteinzubeziehen.
Produktionssysteme neu denken
Einen Ansatz den Professor Markus Schneider als Lösung sieht, ist die Automatisierung. Produktionssysteme sollten dabei aber komplett neu gedacht werden. Er verfolgt die These, dass es am besten sei Mensch und Maschine zu trennen, womit er gegen den Trend der Kollaboration geht: „Menschen machen Fehler, lassen zum Beispiel Behälter stehen und was machen die Maschinen? Sie bleiben stehen und piepsen.“ Technik müsse nicht überall eingesetzt werden, nur in bestimmten Bereichen und hier sollte der Mensch keinen Zutritt haben. Auf der anderen Seite habe Automatisierung aber auch ihren Preis, da man gut ausgebildete Personen brauche, um das Ganze umsetzen.
Planung als Stellhebel nutzen
Was es braucht, um Prozesse zu automatisieren? Erstmal den Prozess aufräumen, sonst hat man einen schlecht automatisierten Prozess laut Professor Schneider. In der Musterfabrik macht er das den Teilnehmenden deutlich. Die Unternehmensvertreter:innen hat er insbesondere dafür sensibilisiert die Standarddenkweise aufzugeben: Pro Sekunde werden sechs Quadratmeter Fläche zubetoniert, was eine große Verschwendung ist. Vor allem bereits in der Planung liege großes Potenzial, das zu ändern.
Wie Platz eingespart werden kann, konnten die Teilnehmenden in der Musterfabrik erfahren. Boden und Decke werden mitgenutzt, so ist beispielsweise an der Decke ein Logistiksystem mit Transportrobotern angebracht. Weitere Automatisierungslösungen gab es in den verschiedenen Bereichen zu sehen, denn in der Musterfabrik ist ein kompletter Wertschöpfungsprozess vom Wareneingang über die Fertigung bis zum Warenausgang abgebildet.
Interessant war dabei auch die „O-Zelle“. In der Mitte befindet sich ein Roboter, der das Material auf die umliegenden Arbeitsplätzen verteilt, sodass es nur noch eine Schnittstelle zwischen Transport- und Montagesystem gibt. Dies ermöglicht effizienteres Arbeiten als in einer „U-Zelle“ – diese wird in der Fließfertigung häufig eingesetzt – und spart Platz.
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Maria Maier von der TUM während ihres Vortrags © TZ PULS
Teilnehmende der Factory-Tour am TZ PULS © TZ PULS
Prof. Dr. Markus Schneider führt die Teilnehmenden durch die Musterfabrik am TZ PULS © VDMA Bayern
Prof. Dr. Markus Schneider führt den Teilnehmenden die O-Zelle vor © VDMA Bayern
„Ich möchte Ihnen helfen, wettbewerbsfähig in Deutschland zu produzieren“, betonte Prof. Dr. Markus Schneider von der Hochschule Landshut gleich zu Beginn seines Vortrages. Da Deutschland ein Hochkostenland mit der höchsten Steuerbelastung weltweit ist, stellt die Wettbewerbsfähigkeit eine große Herausforderung für Unternehmen dar. Der Wissenschaftliche Leiter des Technologiezentrums PULS hat es sich zur Aufgabe gemacht Unternehmen dabei zu unterstützen – durch Lean und Automatisierung.
Nordstern als Wegweiser
Was hinter dem „Lean“-Gedanken („lean“ = „schlank“) steckt, brachte Leonhard Feiner vom Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) der Technischen Universität München den Teilnehmenden näher. Zurückzuführen ist die Methode auf den japanischen Autohersteller Toyota und verfolgt den Grundsatz: Eliminierung von Verschwendung, Unausgeglichenheit und Überbeanspruchung. Dieses Prinzip ist auf alle Bereiche im Unternehmen übertragbar.
Professor Schneider ging anschließend näher auf das Lean Factory Design ein, was nichts anderes bedeutet als die Fabrik mit allen Produktionsschritten optimal zu gestalten. Dabei zog er folgenden Vergleich heran: Was die Permakultur für den Garten sei, sei Lean für die Fabrik. Auch diese Kultur müsse man erst richtig verstehen, damit der Garten gedeihen kann. Genauso verhält es sich mit Lean und der Fabrik. Ein zentraler Bestandteil, um die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten, sei zudem die Automatisierung. Dabei müssten aber Systeme entwickelt werden, die dafür geeignet seien. Bestehende Systeme auf Automatisierung anzupassen sei schwierig.
Da es keine pauschale Lösung für alle gibt, sondern jedes Unternehmen eine individuelle finden müsse, führte Professor Schneider den Teilnehmenden den sogenannten Nordstern vor, den man als richtungsweisendes Ziel stetig vor Augen hat. Dieses Ziel kann beispielsweise in einem Satz formuliert werden, dessen Erreichung in viele kleine Ziele heruntergebrochen wird. Aber Professor Schneider stellte klar: „Ein Nordstern fällt nicht vom Himmel.“
Innovative Technologien live erleben
Bei der anschließenden Führung gab Professor Schneider einen Einblick in die 900 m² große Lern- und Musterfabrik des TZ PULS. Verschiedene Bereiche – von der Fertigung über die Montage, bis hin zur Intralogistik – können hier betrachtet werden. Ziel sei es laut Professor Schneider vor allem bekannte psychologische Hindernisse zu überwinden. So werde den Unternehmer:innen beispielsweise vermittelt, dass eingesparte Zeit beim Stanzen nicht automatisch in höhere Stückzahlen investiert werden sollte, sondern in häufigeres Rüsten. So spare man hinterher bei der Montage mehr Zeit ein. Ein innovativer Ansatz, den sich die Teilnehmenden hier ebenfalls anschauen konnten, ist die sogenannte Z-Production. Die nicht-wertschöpfungsorientierten Prozesse werden oberhalb und unterhalb der Wertschöpfungsebene angebracht, sodass der Flächenverbrauch reduziert wird.
Wie das Zusammenspiel der einzelnen automatisierten Systeme aussieht, vom fahrerlosen Transportsystem bis zur deckengeführten Logistik mit Transportrobotern, war das abschließende Highlight der Führung. Die Teilnehmenden konnten so viele Impulse für die Entwicklung ihres eigenen Nordsterns mitnehmen.
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Prof. Dr. Markus Schneider während seines Vortrages über Lean und Automatisierung © VDMA Bayern
Führung durch die Lern- und Musterfabrik des TZ PULS © VDMA Bayern
Blick von oben auf die Lern- und Musterfabrik mit deckengeführter Logistik © VDMA Bayern
Alexander Zipfel, Leiter des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Augsburg und Gruppenleiter für Produktionsplanung und -steuerung am Fraunhofer IGCV, erklärte die Auswirkungen diverser Fehlschlüsse („Mythen“) in der PPS auf die Effizienz der Auftragsabwicklung. Dabei betonte er die Relevanz des richtigen Verständnisses komplexer produktionslogistischer Wirkzusammenhänge für den perfekten Produktionsablauf. Eine geeignete Informationsbasis ist dabei essenziell, um die richtigen Entscheidungen treffen und zielführende Maßnahmen auswählen zu können. Der Wert eines immateriellen Vermögensgegenstandes Information lässt sich dabei über drei verschiedene Möglichkeiten monetär quantifizieren: Nutzen, Kosten, Marktwert. Welches Vorgehen zu bevorzugen ist, muss im Einzelfall geprüft werden. Einflussfaktoren sind beispielsweise die spezifische Zielsetzung, die gewählte Systemgrenze oder die Art und Qualität der zu bewertenden Information.
Im zweiten Vortrag veranschaulichte Prof. Dr. Markus Schneider, Experte für Produktionsoptimierung, den 30 Teilnehmenden, wie die Mitarbeiter- und Flächenproduktivität um 30-60 % gesteigert werden kann. Der Ansatz stützt sich insbesondere auf schlaue Prozesslösungen zur automatisierten Materialbereitstellung im Rahmen der patentierten „O-Zelle“. In der in „O-Form“ angeordneten Zelle wird das Material durch einen sich im Zentrum befindlichen kollaborierenden Roboter den umliegenden Arbeitsplätzen zugeführt. So werden die Anzahl der Schnittstellen zwischen Transport- und Montagesystem auf einen einzigen Übergabepunkt reduziert. Eine abschließende Führung durch die Lern- und Musterfabrik des TZ PULS der Hochschule Landshut brachte den Teilnehmenden die Vorteile der verschiedenen Optimierungslösungen nahe.
Einen herzlichen Dank an das TZ PULS für den praxisnahen Einblick sowie die anregenden Gespräche.
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Die O-Zelle am TZ PULS © TZ PULS
Die Ausgangsthese: Die beinahe 60 Jahre alte, hierarchisch-sequenzielle Vorgehenslogik ist nicht mehr für heutige Produktionssysteme geeignet. Entsprechend wird eine Anpassung der alten Denk- und Vorgehensweisen bei der Einführung von PPS-Systemen notwendig. Professor Schneider entwarf für diese Anpassung einen Vorschlag einer hybriden PPS, die einen zentralen softwaregestützten High-Level-Planungsansatz mit einem dezentralen Steuerungsansatz verbindet. Diesen neuartigen Lösungsbaustein, den sogenannten „Obeya“, konnten die Teilnehmenden unter Einhaltung eines strengen Hygienekonzepts live in der Lern- und Musterfabrik besichtigen.
Was ist ein PPS-System?
Unter Produktionsplanungs- und Steuerungssystemen (PPS-Systemen) werden Softwaresysteme verstanden, die den Anwender in der operativen Planung und Steuerung des Produktionsgeschehens unterstützen und die damit verbundene Datenverwaltung übernehmen. Das PPS-Modul erlaubt u. a. Fertigungsaufträge, Kapazitäten, Termine und Maschinen im Blick zu behalten und versucht den Zielkonflikt zu bewältigen, einerseits Kapazitäten optimal auszulasten und andererseits eine hohe Flexibilität bei niedrigen Kosten sicherzustellen. Das Ziel: die Realisierung kurzer Durchlaufzeiten, die Einhaltung der vereinbarten Lieferzeiten, die Gewährleistung eines optimalen Bestands sowie die wirtschaftliche Nutzung der verfügbaren Betriebsmittel.
Das Problem: Systemgestaltung ist heute nicht Aufgabe der PPS
Doch wo liegt die Problematik? Entscheidende Parameter, wie die Verteilung und Terminierung der Aufträge (Planungsvorgehen) des zu steuernden Produktionssystems werden Professor Schneider zufolge nicht hinterfragt. Denn das passende PPS-Konzept wird auf Basis von Faktoren wie der Art des Teileflusses, der Material- und Produktkomplexität und der Schwankungen des Kundenbedarfs ausgewählt, mit der Zielstellung, die IST-Situation möglichst detailgetreu abzubilden.
„Dass wir die Systemgestaltung nicht als Teil des PPS-Systems verstehen, kann Auslöser eines erheblichen Potenzialverlustes sein“, so Prof. Schneider. Ihm zufolge wird die Komplexität der Produktion somit lediglich in das Produktionssystem verlagert. Dazu kommt die oft mangelnde Qualität der Eingangsdaten (z. B. Stücklisten) und die daraus resultierende „Fehlerfortpflanzung“ in den Datenbeständen. Betroffen sind, nach Einschätzungen von Herrn Prof. Markus Schneider, 20-30% der eingespeisten Daten – je nach Unternehmen. Zusätzlich erschweren Überplanungen der tatsächlich verfügbaren Kapazitäten sowie der Umstand, dass bis zu 95% der Durchlaufzeiten auf Basis von Arbeitsplänen grob geschätzt werden, eine termingerechte Produktion.
Lösung: Lean Factory Design
Zur Realisierung eines optimierten PPS-Systems bedarf es der vereinfachten Gestaltung des zu steuernden Systems. Als Gestaltungsansatz für die Produktionsplanung und -steuerung der Zukunft wurde in der Lern- und Musterfabrik am TZ PULS in Dingolfing eine Kommunikationszentrale (Obeya) aufgebaut. Der große Raum, japanisch „Obeya“, kombiniert analoge Lean-Methoden mit digitalen Werkzeugen (Ortungssystemen, KVP-Tools) und veranschaulicht, wie die Produktion auf Basis von Lean-Kriterien einfacher gestaltet und über Shopfloor Management dezentral gesteuert werden kann.
Folgende Maßnahmen unterstützen Sie laut Prof. Schneider, Ihr PPS-System zu verbessern:
1. Systemgestaltung als Teil der PPS
Schaffen Sie ein gesamtheitliches Systemverständnis im Unternehmen und reduzieren Sie die Komplexität zur Verbesserung der Steuerbarkeit des Systems. Essenziell hierfür sind u.a. flache Stücklisten (Auflösung der Baugruppen) sowie die Identifikation der Engpässe. Indem der Engpass geplant und die Auswirkungen auf andere Teilprozesse simuliert werden, lassen sich die tatsächlich verfügbaren Kapazitäten ermitteln und die damit einhergehende Planung vereinfachen. Zudem lassen sich Prozessprofile zur komplexitätsreduzierten Planung nutzen, anstelle von Arbeitsplänen. So entfallen unternehmenspolitische sowie für die Planung irrelevante Informationen (z. B. Vereinbarungen über Arbeitspausen) und eine ganzheitliche Betrachtung der Prozesse wird möglich. Das Resultat: Die gesamte Durchlaufzeit wird abbildbar. Gleichzeitig reduziert die Bildung von Produktfamilien die variantengetriebene Steuerungskomplexität der Systemteile. Beispielsweise lassen sich mehrere Arbeitsplätze zur U-Zelle oder Produktionsinsel zusammenfassen, sodass verzichtbare Wege vermieden und Rüstzeiten verkürzt werden.
2. Verbesserung der Datenqualität
Das Optimieren der Datenqualität ist ein dynamischer, kontinuierlicher Verbesserungsprozess, der sämtliche Geschäftsprozesse betrifft. Da die Aktualisierung und Pflege der Daten zumeist mit einem erheblichen Aufwand einhergehen, empfiehlt es sich bei der Pflege der Prozessprofile und der Planung zunächst auf die kritische Kette zu konzentrieren. Die kritische Kette bildet den langwierigsten Prozess ab. Lassen sich die Prozesse – und damit das Datenmanagement – der kritischen Kette beherrschen, so erfolgen, per Definition, alle weiteren Teilprozesse schneller.
3. Mit Industrie 4.0 Transparenz in Echtzeit schaffen
Nutzen Sie Industrie 4.0, um ein möglichst reales Abbild der Produktion in Echtzeit zu erhalten. Die wichtigsten Planungswerte zur Verbesserung des PPS-Moduls sind, laut Herrn Prof. Schneider, Durchlaufzeit und verfügbare Kapazität.
4. Aufbau einer Lernstrategie
Führen Sie eine Lernstrategie für das PPS-System ein, um dieses kontinuierlich zu verbessern. Ein Plan-Ist-Vergleich, bei dem geplante Werte den aktuellen Ist-Werten gegenübergestellt werden, kann hier als Lernansatz genutzt werden. Indem mögliche Ursachen für erkannte Abweichungen zu einem bestimmten Zeitpunkt identifiziert und im Shopfloor-Management in Echtzeit bereinigt werden, kann zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt der Fortschritt (Lernkurve) wiedergegeben werden. Dies ermöglicht die Ableitung von Maßnahmen zur gezielten Verkürzung der Planzeiten und zur Stabilisierung der Durchlaufzeit. Der Vorteil: Verbesserung der Termintreue und Kosteneinsparungen.
5. High-Level MRP und hybrider Steuerungsansatz mit „Obeya“
Planen Sie nur das Wichtigste. „In der Produktionsplanung immer weiter in die Detaillierung rein zu gehen, ein System immer weiter aufzusplitten und genauer planen zu müssen, das ist vermeintlich der richtige, aber eigentlich der falsche Weg“, so Prof. Markus Schneider. Es bedarf einer zentralen Produktionsplanung auf einem sehr hohen Aggregationsgrad (High-Level MRP). Gleichzeitig wird eine dezentrale Feinplanung erforderlich.
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Generative Design: Innovation mithilfe von Künstlicher Intelligenz
Zum Einstieg wurde von Herrn Karl Osti (Autodesk GmbH) das sogenannte „Generative Design“ am Beispiel einer Hinterradaufhängung eines Motorrads vorgestellt. Anders als bei klassisch konstruierten Bauteilen werden hier die physikalischen Anforderungen an das Produkt in das Programm eingespeist. In der Cloud werden dann in mehreren Durchgängen verschiedene Konstruktionsmöglichkeiten der Aufhängung errechnet. Als Ergebnis können dabei neuartige Designs entstehen, die beispielsweise mit viel weniger Material auskommen als herkömmlich konstruierte Bauteile.
Führung durch das VR-Center of Excellence
Anschließend führte Danny Tierney die Teilnehmer durch das VR-Center of Ecxellence der Autodesk GmbH. Dort konnten sie Engineering Reviews mit immersiver VR ausprobieren, mehr darüber erfahren, wie VR bei Messen unterstützen kann und sich davon überzeugen, warum es besonders bei interdisziplinären Teams sinnvoll ist, mit VR zu arbeiten. Außerdem wurden Fragen zu Kosten, Aufbereitungsaufwänden und Hardwareanforderungen diskutiert.
VR und AR als Vorstellungshilfe
„Wer plant noch mit Stift und Papier?“, mit dieser Frage eröffnete Maximilian Langewort seinen Vortrag zu AR und VR bei der Planung der Musterfabrik des TZ Puls in Landshut. Stift und Papier sind bis heute noch für Viele die erste Wahl, um Gedanken zu ordnen und erste Überlegungen darzustellen. Mittlerweile ist in den meisten Betrieben die Planung mit 2D/3D-Software zum Standard geworden. Wann lohnt sich jedoch der Einsatz von VR und AR? Der Mitarbeiter des TZ Puls hat dies anhand eines einfach verständlichen Modells erklärt:
Das menschliche Gehirn ist laut Herrn Langewort oft nicht in der Lage, sich die am Bildschirm durchgeführte Planung plastisch vorzustellen. Um hier erste Planungsfehler zu beseitigen, wie zum Beispiel eine nicht funktionale Anordnung der Arbeitsplätze, lohnt eine virtuelle Begehung. Werden dabei Möglichkeiten zur Verbesserung entdeckt, können diese wieder direkt in die ursprüngliche Planung eingearbeitet werden.
Ist die neue Produktionshalle bereits vorhanden, kann mit Hilfe von AR überprüft werden, ob Werkplätze und Produktionsmittel wirklich wie geplant in der Halle platziert werden können oder ob beispielsweise Säulen oder Leitungen im Weg sind, die in der bisherigen Planung nicht berücksichtigt wurden. Ist dies der Fall, kann es erneut in der Planungssoftware angepasst werden.
Herrn Langewort zu Folge sind die neuen Darstellungsmöglichkeiten nicht das Allheilmittel, aber ein gutes Mittel, um Kosten aufgrund von Fehlplanungen gering zu halten. Der Aufwand muss jedoch gerechtfertigt sein – für den Neubau ganzer Hallen sollte auf jeden Fall darüber nachgedacht werden VR und AR einzusetzen, für die Erweiterung eines kleinen Handwerksbetriebes übersteigen die Kosten meist den Nutzen.
Virtuelle Inbetriebnahme: Proben an einer virtuellen Maschine
Zum Abschluss informierte Florian Wegmann von der machineering GmbH über virtuelle Inbetriebnahme. Die Idee zur Gründung der Firma entstand, als sich eine Inbetriebnahme in Taiwan von geplanten drei Wochen auf drei Monate verlängerte. Um den Inbetriebnahmeprozess problemlos zu gestalten, können mit der Software des Unternehmens die Funktionalitäten ganzer Anlagen virtuell simuliert werden und so Planungsfehler schon vor der realen Inbetriebnahme erkannt und behoben werden.
Die angeregten Diskussionen während und nach der Veranstaltung zeigten, dass Augmented und Virtual Reality in der Industrie zwar durchaus relevant sind, die optimalen Anwendungsfälle allerdings oft noch identifiziert werden müssen.
Das menschliche Gehirn ist laut Herrn Langewort oft nicht in der Lage, sich die am Bildschirm durchgeführte Planung plastisch vorzustellen. Um hier erste Planungsfehler zu beseitigen, wie zum Beispiel eine nicht funktionale Anordnung der Arbeitsplätze, lohnt eine virtuelle Begehung. Werden dabei Möglichkeiten zur Verbesserung entdeckt, können diese wieder direkt in die ursprüngliche Planung eingearbeitet werden. Ist die neue Produktionshalle bereits vorhanden, kann mit Hilfe von AR überprüft werden, ob Werkplätze und Produktionsmittel wirklich wie geplant in der Halle platziert werden können oder ob beispielsweise Säulen oder Leitungen im Weg sind, die in der bisherigen Planung nicht berücksichtigt wurden. Ist dies der Fall, kann es erneut in der Planungssoftware angepasst werden. Herrn Langewort zu Folge sind die neuen Darstellungsmöglichkeiten nicht das Allheilmittel, aber ein gutes Mittel, um Kosten aufgrund von Fehlplanungen gering zu halten. Der Aufwand muss jedoch gerechtfertigt sein – für den Neubau ganzer Hallen sollte auf jeden Fall darüber nachgedacht werden VR und AR einzusetzen, für die Erweiterung eines kleinen Handwerksbetriebes übersteigen die Kosten meist den Nutzen.
Zum Abschluss informierte Florian Wegmann von der machineering GmbH über virtuelle Inbetriebnahme. Die Idee zur Gründung der Firma entstand, als sich eine Inbetriebnahme in Taiwan von geplanten drei Wochen auf drei Monate verlängerte. Um den Inbetriebnahmeprozess problemlos zu gestalten, können mit der Software des Unternehmens die Funktionalitäten ganzer Anlagen virtuell simuliert werden und so Planungsfehler schon vor der realen Inbetriebnahme erkannt und behoben werden. Die angeregten Diskussionen während und nach der Veranstaltung zeigten, dass VR und AR für Unternehmen zwar durchaus relevant sind, die optimalen Anwendungsfälle allerdings oft noch identifiziert werden müssen.
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Darstellung Maximilian Langewort, TZ Puls
Lean Management einfach erklärt
In Skigebiet Nr. 1 befördert ein Sessellift ca. alle 30 Sekunden acht Personen zum Gipfel und erreicht somit eine Kapazität von 1000 Personen pro Stunde. In einem vergleichbaren zweiten Skigebiet steht statt eines Sesselliftes eine Großraumgondel mit einer Kapazität von 100 Personen. Diese fährt alle 6 Minuten zum Gipfel und erreicht somit ebenfalls eine Kapazität von 1000 Personen pro Stunde.
Die Frage an das Publikum, welches Skigebiet für den Winterurlaub gewählt werden würde, fiel eindeutig zu Gunsten des Gebiets mit dem Sessellift aus. Die Gründe dafür liegen auf der Hand: In Skigebiet Nr. 1 beträgt die Wartezeit am Lift für den einzelnen Skifahrer nur 30 Sekunden. Zudem befinden sich zeitgleich weniger Skifahrer an der gleichen Stelle im Skigebiet, was besser ausgelastete Pisten sicherstellt – im Gegensatz zu Skigebiet Nr.2, wo nach der Ankunft auf dem Gipfel 100 Personen gleichzeitig auf die Piste drängen und so das Skierlebnis für den individuellen Skitouristen trüben.
Die drei Grundprinzipien der Lean Methode
Mit Hilfe dieser kurzen Analogie fasste Prof. Markus Schneider die drei ersten Prinzipien einer Produktion, die nach dem Lean-Schema konzipiert ist, zusammen.
Prinzip Nr. 1 – Fluss: Die Produktionsplanung sollte einen stetigen Fluss sicherstellen. Um jedoch Stau und intransparente Wartezeiten zu vermeiden, muss die Fertigung einem bestimmten Takt unterliegen.
Prinzip Nr. 2 – Taktung: Diese stellt sicher, dass die einzelnen Produktionsschritte zeitlich ineinandergreifen.
Prinzip Nr. 3 – Standardisierung – ist Voraussetzung für die ersten beiden Lean Prinzipien. Nur wenn die Fertigung gewissen Standards folgt, ist es möglich, eine Taktung einzuführen, die einen Fluss in der Produktion ermöglicht.
Nach diesem anschaulichen Beispiel und Ausführungen, was die Nutzung der Lean Methode für Industrie 4.0 bedeuten kann, erläuterte Prof. Schneider den innovativen Prozess der Wertstromanalyse 4.0, die von der TU Darmstadt entwickelt wurde. Die Vorstellung des VDMA-Leitfadens „Industrie 4.0 trifft Lean“ durch Felix Prumbohm, folgte das Highlight der Veranstaltung: die Führung durch die Musterfabrik.
Eine Musterfabrik nach Lean Methode für die
Industrie 4.0
Hier zeigte das TZ PULS zahlreiche wegweisende Technologien aus den Bereichen Fertigung und Intralogistik – jedoch immer unter der Prämisse, dass ein Einsatz den Lean Prinzipien zufolge sinnvoll ist. Auf besonders großes Interesse in der Musterfabrik stieß zum Beispiel ein Schwarmroboter, der sich autonom auf einem Schienensystem bewegt, so als Ladungsträger fungiert und mit den anderen im Einsatz befindlichen Robotern kommuniziert.
Die positive Rückmeldung der Teilnehmer zeigte abschließend, dass die Musterfabrik des TZ PULS zahlreiche neue Denkanstöße und zukunftsträchtige Technologien für Unternehmen bereithält.
Bildquelle: TZ PULS
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© TZ PULS
Das Unternehmen, das früher vor allem für seine wegweisenden Mobiltelefone berühmt war, ist nun vor allem Anbieter für digitale Infrastruktur in allen Lebensbereichen. So bietet Nokia inzwischen Produkte an, die sowohl in der öffentlichen Infrastruktur als auch in der Industrie Verwendung finden. Als Topinnovation stellte Herr Dr. Hackenberg den neuen Mobilfunkstandard 5G als privates Netzwerk für Unternehmen vor. Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes „5G Campus Network“, das Unternehmen nutzen können, um in Echtzeit enorme Datenmengen zu übertragen, wie es Nokia bereits in seiner Fabrik in Oulu (Nordfinnland) tut.
Einige Beispiele wie Unternehmen ein privates mobiles Breitbandsystem nutzen können, stellte Edwin Sutedjo in seinem Vortrag vor. So wird das System in einem 42 Quadratkilometer großem Windpark in den USA genutzt, um Sensordaten der einzelnen Windräder zu übertragen und so potenzielle Fehler frühzeitig zu erkennen. Ein anderer, etwas kurioser Anwendungsfall ist das automatische Anhalten der Windräder. Dies ist auf folgenden Umstand zurückzuführen: Erscheinen bestimmte Arten von Aasfressern auf dem Boden, lockt dies auch eine streng geschützte Adlerart an, die durch die Rotorblätter der Windräder gefährdet ist. Werden diese Tiere durch die Rotorblätter verletzt, führt das zu hohen Geldstrafen für den Windparkbetreiber. Für diesen ist es somit günstiger die Umgebung der Windräder mit Sensoren zu analysieren, als hohe Strafen in Kauf zu nehmen und die Tiere sind besser geschützt.
Im Anschluss erläuterte Herr Johannes Giloth, CPO bei Nokia, wie der digitale Wandel und damit verbunden die zunehmende Komplexität auf allen Ebenen, die Organisation der Supply Chain vor neue Herausforderungen stellen. Anhand verschiedener Beispiele wie Cloud Robotics, Manufacturing Automation oder auch Software Robotics wurde gezeigt, wie Nokia diesen neuen Problemstellungen begegnet. Zum Abschluss der Veranstaltung hatten die Teilnehmer noch die Gelegenheit, anhand von verschiedenen Demonstratoren weitere Anwendungsfälle kennenzulernen. So gab es beispielsweise eine Echtzeitverbindung in den Hamburger Hafen, wo Nokia ein privates 5G Netzwerk für die Hamburger Hafengesellschaft installiert hat. Dieses ermöglicht die Liveübertragung von relevanten Daten der Schiffe der Hafengesellschaft, woraus sich zahlreiche Anwendungsfelder ergeben.
Die Lab-Tour bei Nokia gab den Teilnehmern einen guten Einblick, was mit einem 5G Netzwerk im industriellen Bereich heute schon möglich ist und zeigte dafür unterschiedliche Anwendungsfälle für die Industrie auf.
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Nach einer kurzen Vorstellung des Kompetenzzentrums begrüßten Susanne Wolf vom Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) und Sandra Müller vom Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) die Gäste im Namen der TUM und gaben einen kleinen Einblick in die Lehr- und Forschungstätigkeit einer der größten und innovativsten Universitäten Deutschlands.
Industrie 4.0 erhöht die Transparenz in der Wertschöpfungskette
Im Anschluss folgte das erste Highlight der Veranstaltung, der Vortrag von Prof. Johannes Fottner zum Thema „Vernetzung und Optimierung der Wertschöpfungskette im Zuge der Digitalisierung“. Fottner begann damit, den großen Vorteil zu benennen, der seiner Meinung nach Industrie 4.0-Lösungen im Bereich Logistik und Produktion notwendig macht: die effektive Verknüpfung der einzelnen Stationen der Lieferkette. So wird Industrie 4.0 zwar nicht zur vollständigen Transparenz der Prozesse führen, diese können durch Digitalisierungslösungen aber wesentlich transparenter abgebildet werden und so die Planung deutlich erleichtern. Diese zunehmende Transparenz bezieht sich aber nicht nur auf die Prozesse innerhalb eines Unternehmens, sondern auch auf die zwischen einzelnen Unternehmen. Besonders die Herausforderung des zunehmenden Variantenreichtums kann durch neue technische Möglichkeiten wesentlich effizienter und schneller gelöst werden, als dies bislang möglich war.
Keine „dark factories“ sondern „smart factories“
Professor Fottner war es zudem wichtig zu betonen, dass Industrie 4.0 nicht zu „dark factories“ führt, also menschenleeren Produktionshallen, sondern zu „smart factories“, in denen Mensch und Maschine Hand in Hand arbeiten. Wie eine digitalisierte Fertigung in Zukunft aussehen kann und zum Teil schon aussieht, macht Fottner an einem Beispiel aus der Automobilindustrie deutlich. So könnte eine Lösung sein, nicht mehr mit festen Produktionsstraßen zu fertigen, sondern mit Zellen, die je nach Produkt flexibel mit den erforderlichen Materialien beliefert werden können. Die Steuerung für solch ein Vorgehen erfolgt dann nicht mehr über eine zentrale Instanz, sondern durch die Kommunikation zwischen den Produktionsteilnehmern (IoT). Weiterhin ist es möglich, die Fehlerquote des Menschen in diesem Umfeld dank neuer Technologien drastisch zu reduzieren. So können Systeme wie „Pick by Vision“ oder Virtual Reality-Anwendungen bei der Kommissionierung oder bei der Planung von Produktionsabläufen unterstützen. Zum Abschluss seines Vortrages verwies Prof. Fottner nochmals darauf, dass es nicht notwendig ist, um des Digitalisierens Willen zu digitalisieren, sondern immer unter der Maxime, die Effizienz zu steigern.
Highlights aus der Forschung
Nach diesen grundlegenden Überlegungen zu Industrie 4.0 wurden im Themenblock „Blitzlichter I 4.0 – Highlights aus der Forschung“ konkrete Forschungsprojekte in 10-minütigen Slots vorgestellt. So zum Beispiel das Projekt PRECOM, dessen Ziel es ist, ein Predictive Maintenance System zu entwickeln, welches die Restlebensdauer wichtiger Komponenten abschätzt und gleichzeitig auch in der Lage ist, zukünftige Instandhaltungsarbeiten zu kostenoptimieren. Ein weiteres Forschungsprojekt, welches in diesem Rahmen vorgestellt wurde, ist das Projekt ToolCloud, das dazu vorgesehen ist, Werkzeugdaten für Unternehmen einer Werkzeug-Supply-Chain permanent und durchgängig bereitzustellen. Daneben wurden auch Projekte zu Sonderladungsträgern, Materialflusssystemen, Werkerinformationssystemen und zu Änderungsauswirkungen in der Produktion vorgestellt.
Nach einer kleinen Stärkung und Zeit zum Austausch startete der letzte Programmpunkt des Tages, nämlich die Lab-Tour im eigentlichen Sinne. Hier gab es die Gelegenheit verschiedene Entwicklungen der beiden Institute bzw. Lehrstühle auszuprobieren und Fragen an die Wissenschaftler der TUM zu stellen. So konnten unter anderem optische Systeme zur Gefahrenerkennung bei Logistikprozessen, Werkerassistenzsysteme, ein System zum Kommissionieren mit Hilfe von Datenbrillen und ein appbasiertes Schulungssystem für Fachkräfte bestaunt werden. Der Abschluss der Veranstaltung wurde dazu genutzt, letzte Fragen zu klären und sich mit den anderen Teilnehmern zu vernetzen. An dieser Stelle ein herzliches Dankeschön an alle Beteiligten des Institutes für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften und des Lehrstuhls für Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München.