Industrie 4.0 – die Ablösung von Lean?

1. Gestern noch Lean, heute Industrie 4.0 und was kommt morgen?

Gestern redeten alle noch von Lean, inzwischen von Industrie 4.0 oder Digitalisierung.

  • Was ist jetzt wichtig?
  • Bringen mir die neuen technischen Möglichkeiten etwas oder ist der Hype bald wieder vorbei?
  • Welches Vorgehen passt am besten zu meinen Zielen?

Auf diese und anderen Fragen soll dieses Whitepaper Antworten und Anregungen geben.

2. Industrie 4.0 – umfassende Nutzung digitaler Technologien

Abbildung 1: Technologien

Industrie 4.0 steht für die Vernetzung von Menschen, Systemen und Objekten in Echtzeit, innerhalb sich selbstorganisierender und optimierender Wertschöpfungsketten. Synonym setzt sich der Begriff „Digitalisierung“ durch, der vereinfacht gesagt, die Umwandlung analoger Prozesse in digitale, bezeichnet. Technologien der Digitalisierung finden vielfältige Anwendung in Produktion und Logistik (Abbildung 1).

In der Produktion werden die Arbeitsstationen zunehmend digital vernetzt. Sensoren an den Arbeitsplätzen sorgen dafür, dass immer der aktuelle Status digital "bekannt" ist. Datenvisualisierungen zeigen etwaige Abweichungen vom Soll-Zustand in Echtzeit an. Gegenmaßnahmen werden zeitnah eingeleitet.

Der permanent aktuelle Auftragsstatus hilft Produktionsplanern, die richtigen Entscheidungen zu treffen. Mit fortschreitender Digitalisierung werden sie durch Cyber Physikalische Systeme (CPS) unterstützt. Darin sind Bearbeitungsstation, Werkstücke und Transportmittel so vernetzt, dass sie untereinander kommunizieren und den nächsten Prozessschritt vorbereiten. Produktionsplaner überwachen den Fortschritt und greifen nur bei Abweichungen ein.

Auch Roboter können zukünftig eine Komponente eines CPS sein. Derzeitig übernehmen sie Routinetätigkeiten oder körperliche schwere Arbeiten, kooperieren aber auch direkt mit Mitarbeitern im Rahmen einer Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK), beispielsweise beim Kleben von Autoteilen oder beim Kommissionieren im Lager.

Im Lager setzen sich neben Barcodes mehr und mehr QR-Codes durch, mit denen die Lagerartikel berührungslos identifiziert werden können. RFID-Chips ermöglichen die Erkennung der Artikel auch ohne optisches Scannen. Intelligente Kamerasysteme identifizieren Artikel durch spezifische (Oberflächen-)Eigenschaften, d. h. eine zusätzliche Kennzeichnung ist nicht erforderlich.

Die Kommissionierung wird durch Pick-by-Technologien unterstützt (Pick by Light, by Voice, by Vision mittels Smart Glasses). Smart Watches zeigen Informationen an und können als Scanner eingesetzt werden. Neue Möglichkeiten bieten auch intelligente Ladungsträger, die immer ihren Bestand kennen und bei Bedarf eigenständig nachbestellen.

Lager und Produktion sind durch den innerbetrieblichen Transport verbunden. Autonome Stapler erlauben eine automatische Entladung von Warenlieferungen. Fahrerlose Transportsysteme (FTS) versorgen die Produktion mit Rohmaterialien und transportieren die Fertigwaren zum Lager. Sie navigieren induktiv, optisch oder mittels Laser. Der Einsatz von Drohnen ist innerhalb von Fabrikhallen aus Sicherheitsgründen noch stark eingeschränkt.

Ein zentraler Bestandteil der fortschreitenden Digitalisierung wird der digitale Zwilling sein. Dieser repräsentiert permanent das Abbild des Logistik- und Produktionssystems sowie der Produkte. Somit sind jederzeit Auftragsstatus, Maschinenverfügbarkeiten, Lagerbestände, Transportkapazitäten, aktuelle Position, Bearbeitungszustand, Qualitätsmängel und andere Informationen abrufbar. Veränderungen am realen System lassen sich vorab jederzeit realistisch am Digitalen Zwilling testen.

Die vorgestellten Technologien bieten exzellente Möglichkeiten zur Verbesserung der Prozesse in Produktion und Logistik und somit zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. Bedeutet das, wir beschäftigen uns nicht mehr mit Lean und starten stattdessen gleich digital durch? Lassen sich mit den neuen technischen Möglichkeiten viele Probleme direkt lösen?

3. Digitalisierung als neuer Problemlöser

Abbildung 2: Erhöhung der Termintreue mit Hilfe der Simulation

Beispielsweise möchte ein beliebiges Unternehmen seine Termintreue erhöhen. Als Hauptursache wurde die geringe Planungsqualität ermittelt. Eine Lösung bietet Industrie 4.0 mit der simulationsgestützten Planung. Planungsszenarien werden so vor der Freigabe realitätsnah simuliert und bewertet (Abbildung 2).

Neben der Einführung einer geeigneten Software für die Simulation müssen in Echtzeit Daten erhoben und entsprechend aufbereitet werden. Dann kann ein erfahrener Planer deutlich bessere Ergebnisse bei der Planung erreichen als ohne Simulation.

Aber ist das der einzige, der richtige Weg? Wie wäre die Lösung vor dem Zeitalter von Industrie 4.0 ausgefallen?

Zunächst sind die tieferen Ursachen der mangelnden Planungsqualität zu analysieren. Meist führen hohe Durchlaufzeiten dazu, dass zwischen Planung und Realität zu viel Zeit vergeht, d. h. wenn der Plan in die Realität scharfgeschaltet wird, gelten die angenommenen Planungsparameter längst nicht mehr. Hohe Durchlaufzeiten resultieren wiederum aus komplexen Prozessen, vielen Übergabeschritten, hohen Beständen, Losgrößen, Rüstzeiten u. v. a. m.

Zur Verkürzung von Durchlaufzeiten bietet der Werkzeugkasten von Lean vielfältige Lösungsansätze. Prozesse lassen sich vereinfachen. Die Vermeidung von Überproduktion reduziert Werkstattbestände. Kleinere Losgrößen und kürzere Rüstzeiten sind ein wesentlicher Hebel für kurze Durchlaufzeiten. Wo möglich, sollte auch die Umstellung von Push‑ auf Pull‑Steuerung geprüft werden. Mit diesen und anderen Maßnahmen von Lean gelingen ganz ohne Investitionen in digitale Technik deutliche Verbesserungen der Durchlaufzeit und somit der Planungsqualität.

Abbildung 3: Erhöhung der Termintreue durch Prozessverbesserungen und Digitalisierung

Also brauchen wir die technischen Möglichkeiten eigentlich gar nicht? Doch, aber die Einführung digitaler Technik ist immer der zweite Schritt (Abbildung 3). Zunächst sind die Prozesse zu verbessern. Schon damit lassen sich große Potentiale erschließen. Kommen anschließend digitale Lösungen gezielt zum Einsatz, gelingt ein noch größerer Sprung von Verbesserungen. Im beschriebenen Beispiel verkürzen FTS die Transportzeit und Elektronik-Kanban erhöht die Versorgungssicherheit. Die Überwachung der Betriebs- und Maschinendaten ermöglicht zeitnahe Eingriffe bei Soll-/ Ist-Abweichungen. In Kombination mit all diesen Maßnahmen sorgt dann eine simulationsgestützte Planung für eine deutlich höhere Termintreue.

Das beschriebene Beispiel zeigt, dass der alleinige Fokus auf Digitalisierung wenig bringt. In anderen Beispielunternehmen sammeln manche „Vorreiter“ der Industrie 4.0 nahezu unendlich viele Daten. Aber keiner weiß genau, was und wie sie ausgewertet werden können. Ja, die Planungsergebnisse werden auch ohne Prozessveränderung besser, wenn aktuelle Planungsdaten verwandt werden. Aber es kommt nicht darauf an, die geringe Produktivität zu managen, sondern sie zu erhöhen.

4. Digitalisierung und Lean – in Summe mehr als einzeln

Lean zielt auf die Vermeidung/ Beseitigung von Verschwendung, also letztendlich auf die Maximierung der Produktivität und Minimierung der Kosten. Diese Ziele verfolgt der Einsatz von Industrie 4.0 genauso. Viele Lean-Prinzipien werden sogar durch digitale Technologien unterstützt.

Takten

Takten bildet das ideale Prinzip für kürzeste Durchlaufzeiten, das auch im Zeitalter von Industrie 4.0 anzustreben ist. Aber kundenindividuelle Produkte mit steigender Variantenvielfalt werden sich nicht immer im Takt fertigen lassen. Hier hilft die Transparenz digitaler Daten, aktuell die beste Station zu finden, um ein Produkt effizient herzustellen.

Fließen

Lean zielt darauf ab, dass das Material gleichmäßig fließt und der Fluss nicht durch Puffer und Wartezeiten verzögert wird. Technologien von Industrie 4.0 helfen mit flexiblen, schnellen Transportmitteln (FTS, Drohnen) und bieten maximale Transparenz über Bestände und momentane Positionen des Materials.

Ziehen

Nach dem Pull-Prinzip soll die jeweils nachfolgende Station ihr Material vom Vorgänger „ziehen“. Das funktioniert nur bei hoher Verfügbarkeit und schneller Nachproduktion. Hier hilft eine digitale Überwachung der Anlagen und aktuelle Bereitstellung der benötigten Fertigungsinformationen.

Abbildung 4: Reduzierung der Verschwendungen durch Technologien von Industrie 4.0

Null Fehler

Die o. g. Vermeidung von Puffern und Wartezeiten funktioniert nur, wenn Fehler früh erkannt und möglichst vermieden werden. Auch dieses Lean-Prinzip wird durch die digitalen Technologien zur permanenten Qualitätsüberwachung und -verbesserung unterstützt.

Diese Beispiele zeigen, dass Lean und Industrie 4.0 dieselben Ziele verfolgen Die neuen Möglichkeiten von Industrie 4.0, richtig eingesetzt, führen zu einer weiteren Reduzierung der in Lean definierten Verschwendungsarten (Abbildung 4).

Transport

Transporte können künftig effizienter und schneller abgewickelt werden. Fahrerlose Transportsysteme oder gar Drohnen erhalten zeitnah die Daten über Transportbedarfe zugespielt, stimmen sich untereinander ab (CPS) und erledigen den Transport über die schnellste Route.

Bestand

Aktuelle Daten und die Integration mit Kunden und Lieferanten erlauben eine permanente Optimierung der Bestandsparameter. Sicherheitsbestände für Ereignisse können auf ein Minimum reduziert werden. Kurze Transportzeiten sorgen für schnelles Auffüllen. Vor allem die Verbreitung von 3D-Druck werden Art und Höhe der Bestände deutlich verändern.

Bewegung

Durch den Einsatz dezentraler Informationsträger, wie Tablets oder Smartphones entfallen Bewegungen oder gar der Gang von der Wertschöpfung zu einem Bürocomputer. Mitfahrende Arbeitsplätze sorgen dafür, dass Material und Werkzeuge immer optimal im Zugriff sind.

Wartezeit

Mittels Sensorik und Datenvielfalt sorgt die Digitalisierung für eine hohe Transparenz der Fertigung. Die Einführung eines Digitalen Zwillings erhöht die Transparenz und erlaubt zudem das Durchspielen realitätsnaher Planungsszenarien. Entsprechend der Erkenntnisse aus den Szenarien werden Maßnahmen eingeleitet, um reale Wartezeiten zu vermeiden.

Überproduktion

Eine Überproduktion entsteht, wenn die Produktion höher als der Bedarf ist, um teure Kapazitäten auszulasten. Unausgelastete Kapazitäten lassen sich vermeiden, wenn das Kapazitätsangebot nah am tatsächlichen Bedarf geplant wird. Die hohe Transparenz und Datenverfügbarkeit von Industrie 4.0 hilft hier genauer und aktueller zu planen.

Fläche

Digitalisierung reduziert den Bedarf an Lagerfläche durch Bestandsreduzierung (s. o.). Darüber hinaus erlaubt die Identifikation der Produkte eine kompakte Lagerung, ohne dass manueller Suchaufwand entsteht. 3D-Druck bietet eine flächensparende Lagerung von Rohmaterialien statt Halbzeugen und Einzelteilen. Transportflächen lassen sich reduzieren, wenn Drohnen die dritte Dimension nutzen.

Qualität

Neue Möglichkeiten der Sensorik erlauben eine frühzeitige Erkennung von Qualitätsabweichungen und die Einleitung von Gegenmaßnahmen. Industrie 4.0 bringt durch die hohe Datenvielfalt und deren Auswertung eine hervorragende Basis zur Verbesserung der Qualität und zur kontinuierlichen Verbesserung insgesamt.

Ungenutztes Mitarbeiterpotenzial

Die Digitalisierung nimmt den Mitarbeitern zum einen Routinetätigkeiten ab und bietet zum anderen eine höhere Transparenz der Prozesse. So gewinnen die Mitarbeiter mehr Freiraum, ihre Kapazität und Kreativität für Prozessverbesserungen einzusetzen.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Digitalisierung keinesfalls Lean ablöst, ganz im Gegenteil. Durch Industrie 4.0 können Verschwendungen noch weiter reduziert werden als es Lean bisher vermochte. Somit gilt nach wie vor der Grundsatz: "Prozesse zuerst". Lösungen aus Industrie 4.0, die für optimale Prozesse implementiert werden, erschließen zusätzliche Verbesserungspotentiale (Abbildung 5).

Abbildung 5: Methodisches Vorgehen zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit

Welche Erfahrungen haben Sie mit Lean erworben? Wie gehen Sie vor, um die Konzepte von Lean in das Zeitalter der Digitalisierung zu überführen? Experten von Miebach Consulting haben erfolgreich Lösungen für viele Produktionsunternehmen verschiedenster Branchen implementiert. Gerne lernen wir Ihre Anforderungen zur Verbesserung Ihrer Produktion und Logistik kennen. Sprechen Sie uns an, um für Ihre ganz speziellen Ziele gemeinsam Lösungen zu finden.

Unser Autor
Dr. Reiner Friedland

Dr. Reiner Friedland

Principal

Telefon +49 30 893832-0

E-Mail friedland@miebach.com

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11:00 – 12:30 Uhr, BVL.digital Live-Webinar
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