Lean Industrie 4.0: Erfolgreich mit Werten und Menschen im Mittelpunkt! AUTOR: Johann Soder, Geschäftsführer Technik, SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG In einer Lean Industrie 4.0 werden die neuen Konzepte der Industrie 4.0 mit den etablierten Prinzipien des Lean Management kombiniert und ermöglichen so eine neue Kollaboration von Mensch, Maschine und Produkten, mit dem Menschen und seiner Wertschöpfung im Mittelpunkt! Industrie 4.0 ist seit 2 Jahren der Hoffnungsträger für den Standort Deutschland. Im Rahmen der Neuausrichtung des Projekts werden die Stimmen lauter, die nun jenseits von politischen Verlautbarungen und Grundsatzfragen und Definitionen vor allem auch den Nachweis der Praxistauglichkeit und die Umsetzung von Visionen in reale Produktionsszenarien einfordern, die sich rechnen. Zugleich wird eine stärkere Fokussierung auf den Menschen in der Industrie 4.0 gefordert. Beides lässt sich harmonisieren, indem praxistaugliche und wertorientierte Konzepte einer Lean Industrie 4.0 gerade auf das Zusammenwirken von Mensch und Maschine setzen. Nachfolgend wird an Beispielen aufgezeigt, was schon heute möglich ist. Dabei stehen Assistenzsysteme im Vordergrund, die den Mitarbeiter kollaborativ unterstützen und zugleich vollkommen neue, flexiblere Produktionskonzepte ermöglichen. 52
Quelle: Technik SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG Gestern schon an morgen denken... Die wachsende Innovationsgeschwindigkeit hat den Druck auf Deutschlands Unternehmen erhöht. Deshalb gilt es, Langfriststrategien zu entwickeln, die über den aktuellen Status quo hinausgehen und ein spezifisches, auf das eigene Tun, auf die Historie einer Firma, ihr Image und ihr Portfolio zugeschnittenes Zukunftsbild beschreiben. Begriffe, die im Zusammenhang mit einer zu realisierenden Fabrik von morgen immer wieder fallen, sind: Energieeffizienz; intelligente, kommunizierende Produkte; Smart Factory, Leistungsanpassungen; dynamische Geschäftsund Engineering Prozesse; Verschmelzung von virtueller und realer Welt; Mensch als Gestalter; unterstützende Assistenzsysteme; alternde Gesellschaft, Datenübertragung in Echtzeit; Work-Life-Balance; Cyber Physical Systems (CPS); Industrie 4.0; virtuelle Inbetriebnahme; Plug & Work; lebenslanges Lernen; Internet der Dinge; individualisierte Kundenwünsche; Ressourceneffizienz... Mehr als nur neue Technik, vor allem neue Produktion mit dem Mensch im Mittelpunkt! Eines ist dabei besonders wichtig: Technik ist nicht Selbstzweck, sondern nur eine Basis für die Industrie 4.0. Künftig werden reale und virtuelle Welt miteinander verschmelzen und ganzheitlich miteinander vernetzt sein. Das ermöglicht vollkommen neue Formen der Produktion und Zusammenarbeit. Neu ist in diesem Ansatz, dass nicht nur Maschinen und integrierte Systeme untereinander kommunizieren, sondern im Rahmen von Industrie 4.0 alle Systeme untereinander intelligent vernetzt sind und mit den zu fertigenden Produkten echtzeitnah Informationen austauschen (natürlich auch der Mensch!). In einer Lean Industrie 4.0 werden die neuen Konzepte der Industrie 4.0 mit den etablierten Prinzipien des Lean Management kombiniert und ermöglichen so eine neue Kollaboration von Mensch, Maschine und Produkten, mit dem Menschen und seiner Wertschöpfung im Mittelpunkt! Industrie 4.0 und Lean Management kombiniert... Wesentliche Elemente der Industrie 4.0 sind dabei sogenannte Cyber Physical Systems (CPS) - das Konzept, reale Dinge mit Wissen auszustatten und zu vernetzen und so dezentralere und fluidere Produktionskonzepte zu ermöglichen. Die smarte Produktion der Zukunft kennt - das ist meine Überzeugung - keine Planungs- und Steuerungsebenen mehr. Wir erhalten einen Auftrag, der direkt in die Fertigungszellen weitergeleitet wird. In dieser Zelle sehen wir unseren Arbeitsvorrat und verheiraten den Auftrag mit mobilen Montageassistenten. Anschließend wird das Produkt gefertigt und sucht sich selbstständig seinen Weg durch die Fabrik bis hin zum Versand. Kombiniert man diese Industrie 4.0-Konzepte bei einer Lean Industrie 4.0 mit den Konzepten des Lean Managements, dann wird nicht Technik als Selbstzweck maximiert, sondern die Wertschöpfung und der Mensch in den Mittelpunkt der Produktionskonzepte gerückt. Während in der CIM-Euphorie (Computer Integrated Manufacturing) in den 80er Jahren noch IT-Technik dominierte, erfasste in diesem Sinne im Laufe der 90er Jahre die Lean-Philosophie aus Japan die deutschen Produktionshallen. Hier waren wichtige Schlagworte zum Beispiel eher Gruppenarbeit, kontinuierliche Verbesserungsprozesse, Just-In-Time-Prinzipien oder ziehende Fertigung. 53
Mit dem Ziel einer wertschöpfungskettenorientierten Unternehmensgestaltung und mit der bewussten Berücksichtigung des Menschen in der Produktion, wurden diese Ansätze auch in unserem Unternehmen angewandt. Nachfolgend wird nun das Konzept und der Begriff der Assistenzsysteme beispielhaft aufzeigen, dass es bei einer Lean Industrie 4.0 daher um die Unterstützung des Menschen und seiner Wertschöpfung geht, weniger um seine Substitution oder sogar Fremdbestimmung wie manche Negativ-Szenarien zur Industrie 4.0 (s. Video) befürchten lassen. Die partnerschaftliche Vernetzung und Kollaboration ist das Ziel der (Lean) Industrie 4.0. Wie diese Szenarien konkret ablaufen, wird noch nachfolgend zu skizzieren sein. Zunächst aber vorweg: Der Mensch ist aber nicht nur in der Produktion 4.0 im Mittelpunkt. Bereits zuvor auf dem Weg zur Industrie 4.0 ist der kreative Mensch sogar der entscheidende Erfolgsfaktor, um die gewünschte Innovation zu ermöglichen. Interdisziplinäre Teams mit Herzblut als Basis der Industrie 4.0-Umsetzung! Wir setzen in unserem Unternehmen bei der Konzeption und Umsetzung von Lean Industrie 4.0 auf eine interdisziplinäre Mannschaft, die das Thema mit Herzblut vorantreibt. Vertreter aus Produktion, Instandhaltung, Forschung, Software- und Mechanikentwicklung, die die reine Theorie mit Leidenschaft auf die Straße bringen. Es erfordert dabei eine andere Denk- und Handlungsweise von allen Unternehmensbereichen - weg von einer funktionsorientierten hin zu einer wertstromorientierten Denk- und Handlungsweise über die gesamte Wertschöpfungskette. Im Zuge von Industrie 4.0 werden insbesondere Forschung & Entwicklung und die Produktion in der Wertschöpfungskette noch näher zusammenrücken, da intelligente Fabriken intelligente Produkte erfordern und umgekehrt. Produkte sollen so designt sein, dass sie eine wirtschaftliche und effiziente Fertigung ermöglichen. Die Gestaltung der Produktionsprozesse und die Produktentwicklung müssen synchron verlaufen und perfekt aufeinander abgestimmt sein. Mobile Assistenzsysteme in der Produktion Quelle: Technik SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG 54
Assistenzsysteme zur durchgehenden Unterstützung, z.b. der Versorgung und Logistik Quelle: Technik SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG Die Fabrik der Zukunft - perfekte Kombination von Mensch, Technik und IT Und was ist das Ergebnis, wenn so übergreifend über die neue Produktion bzw. die Fabrik der Zukunft nachgedacht wird? Vieles wird sich verändern - aber nicht alles. Wie in der Vergangenheit braucht ein Unternehmen auch in der Zukunft ein stabiles Fundament. Tatsächlich realisierbar sind die Ansätze von Industrie 4.0 nur dann, wenn eine fehler- und störungsfreie Automatisierung in allen Prozessen und dadurch eine hohe Verfügbarkeit erreicht wird. Hier müssen Unternehmen ihre Hausaufgaben erledigen. Aufgrund der vielen Abhängigkeiten, die in der vernetzten Fabrik entstehen, ist dies eine schwierige Aufgabe. Es gilt daher, die bewährten Grundpfeiler Wertschöpfung, Wertstromorientierung, Störungs- und Fehlerfrei sowie effiziente Führung zu festigen und mit intelligenten Automatisierungslösungen anzureichern. Die Herausforderung, die es dabei zu meistern gilt: Mensch, Technik und IT im Arbeitsprozess so intelligent miteinander zu kombinieren, dass eine optimale Wertschöpfung sichergestellt wird. Mobile Assistenzsysteme als Konkretisierung der Industrie 4.0 Grau, treuer Freund, ist alle Theorie... Am besten lässt sich das Konzept verstehen, wenn es sich quasi materialisiert wie es bei unseren mobilen Assistenzsystemen der Fall ist. Die Entwicklung hin zu individualisierten Produkten erfordert wandlungsfähige Fabriken. Anstelle starrer Förderelemente schaffen daher sogenannte mobile Assistenzsysteme ein hohes Maß an Skalierbarkeit und Flexibilität, um auf den Auftragseingang und die Anforderungen neuer und kundenindividueller Produkte reagieren zu können und zugleich den Menschen in der Produktion wirkungsvoll zu unterstützen. Die mobilen Assistenzsysteme, die heute bei uns bereits in unserer Produktion eingesetzt werden, haben wir auf Grundlage unserer Produktbaukästen selbst entwickelt. Auf Basis einer Plattform können je nach Einsatzgebiet Montageassistenten, Handlingsassistenten oder Logistikassistenten generiert werden. 55
Diese Assistenten unterstützen alle wichtigen Bereiche der Produktion: Innerhalb modular aufgebauter Montageinseln fungieren die mobilen Montageassistenten als mobile Werkbank, welche selbständig die einzelnen Arbeitsstationen anfährt und sich dabei auf die ideale Arbeitshöhe einstellt. Der Montageassistent wird zum Cyber Physcial System. Mit dem Auftrag verheiratet, führt der Assistent alle Auftragsdaten mit sich, unterstützt den Monteur bei seiner Tätigkeit und übermittelt ihm wichtige Informationen zu jeder Montagesequenz. Durch die Kollaboration Mensch-Assistent lassen sich so die gewünschten völlig neue flexiblere und skalierbarere Produktionskonzepte realisieren. Ca. 30% gegenüber den konventionellen Produktionsmethoden werden eingespart. Im Bereich der Fertigung ermöglichen intelligent verkettete Fertigungsinseln kurze Auftragsdurchlaufzeiten infolge einer Komplettbearbeitung. Um den Mitarbeiter zu entlasten werden die mobilen Handlingsassistenten eingesetzt, welche die Bestückung und die Werkstückentnahme übernehmen. Der Warentransport innerhalb der Fabrik wird mittels der mobilen Logistikassistenten umgesetzt. Auf diese Weise erfolgt die Verkettung der Small Factory Units, der Fabriken in der Fabrik. Im Bereich der Getriebemontage in Graben-Neudorf ist ein Schwarm von Fahrzeugen unterwegs, die miteinander kommunizieren können und sich selbst organisieren. Die Routenplanung erfolgt in Kooperation mit Nachbarfahrzeugen. Drei Assistentensysteme, durch die Produktion und Logistik flexibler werden, bei denen man aber weiter auf den Menschen setzt und ihn leistungsfähig unterstützt. Quo Vadis (Lean) Industrie 4.0? Wohin soll die Reise am Ende gehen bzw. bis 2020? Schauen wir zurück: Von der starren Linienfertigung der 70er-Jahre mit ihrer Wertschöpfung durch hochgradige Arbeitsteilung und Spezialisierung über die Welt des Computer Integrated Manufacturing (CIM) der 80er-Jahre und des Lean Management, der schlanken Produktion, bei dem man sich von der klassischen Linienfertigung verabschiedet hat, bis zur dezentralen Eigenverantwortung der Bereiche. In der fraktalen Fabrik sind mehrere Fertigungszellen in kleinen Fabriken in der Fabrik, sogenannten Small Factory Units, zusammengefasst. Industrie 4.0 ist die Fortschreibung dieses fraktalen Ansatzes. Zum einen wird die nach Lean-Prinzipien aufgestellte Fertigung in der Industrie 4.0 mit intelligenter Automatisierung angereichert. So erreichen wir ein optimales Zusammenspiel von Mensch und Technik. Zum anderen erhält der Verantwortliche künftig bessere Unterstützung bei seinen Entscheidungen. Gewisse organisatorische Aufgaben wie die Materialdisposition werden ihm zum Beispiel durch IT-basierte Logistiksysteme abgenommen. Er wird zum Dirigenten der Wertschöpfung. Er kümmert sich mehr um die Menschen in den Prozessen, sorgt dafür, dass sie die richtige Qualifizierung haben. Der Mensch fungiert als Dirigent der Wertschöpfung in der Fabrik und wird zunehmend als kreativer Entscheider und Problemlöser gefragt sein, um einen reibungslosen Ablauf in der vernetzten Fabrik sicherzustellen. Unsere Vision: Nach Eingang eines Auftrags gelangt dieser automatisiert und verschwendungsfrei direkt in die Fabrik und steuert dann seine Fertigung bis zur Auslieferung selbst - exakt nach Kundenwunsch. Der Montageauftrag für ein Getriebe synchronisiert seine Daten mit dem Montageassistenten und bestimmt so den Montageablauf. Die Montageassistenten fahren automatisch jede Montageposition und -höhe an, so dass eine fehlerfreie und optimale Ausführung der Montageschritte garantiert ist. Über Identifikationsund Leitsysteme bekommt der Werker visualisiert, welche Teile einzubauen sind. Der Mensch fungiert als Dirigent der Wertschöpfung in der Fabrik und wird zunehmend als kreativer Entscheider und Problemlöser gefragt sein, um einen reibungslosen Ablauf in der vernetzten Fabrik sicherzustellen. 56
Nach Abschluss des Montagevorgangs übernehmen Logistikassistenten das Getriebe und bringen es zu den nächsten Bearbeitungscentern. Hier werden Motoren angebaut, mit Öl befüllt, Antriebe geprüft und zur Lackieranlage transportiert. Der durchgängige Materialfluss reicht bis zur Auslieferung im Versand - verknüpft über Informations- und Kommunikationstechnologien. Die Materialversorgung innerhalb der Fabrik erfolgt über smarte, zellulare Transportsysteme - direkt aus dem Lager ohne Zwischenkommissionierung. Ein Schwarm von Fahrzeugen kommuniziert und organisiert sich - so dass die benötigten Teile zum richtigen Zeitpunkt an der richtigen Stelle zur Verfügung stehen. So weit, so gut. Und was bedeutet dies für Mensch und Arbeit 4.0? Diese Industrie 4.0-Szenarien, die den Menschen in den Mittelpunkt stellen, bedeuten für den Mitarbeiter eine qualitative Verbesserung: Der mobile Montageassistent wird zum CPS und übernimmt alle Auftragsinformationen. Mitarbeiter wird bei der Ausführung seiner Tätigkeiten unterstützt, bzw. es werden ihm wichtige Informationen übermittelt (Augmented Reality). Mitarbeiter entwickelt sich vom reinen Montierer hin zum Steuernden und Regulierenden von miteinander vernetzten Produktionselementen. Neuartige IT-basierte Assistenzsysteme fördern Kreativität und Lernfähigkeit. Arbeitsablauf, der die Akzeptanz, Leistungs- und Entwicklungsfähigkeit, das Wohlbefinden und die Gesundheit der arbeitenden Menschen unterstützt. Mensch und Maschine in neuer Kollaboration! Mensch und Roboter arbeiten also Hand in Hand. Ihre Zusammenarbeit wird immer kooperativer. Immer stärker verschmelzen beide zu einem Team. Durch Gestensteuerung ergeben sich bei der Mensch-Roboter-Kollaboration völlig neue Möglichkeiten der intuitiven Bedienerführung. Dabei kann der Mensch durch einfache Gesten den Ablauf eines Prozesses situationsbedingt beeinflussen. So lässt sich durch Berührung, Druck oder Bewegung der Programmablauf des Roboters durch reine Gestensteuerung beeinflussen. Der Bediener kann verschiedene Teile anfordern, die ihm der Roboter aus mehreren Werkstücklagern holt und verbaut. Somit lassen sich im Sinne der Mensch-Roboter-Kollaboration Aufgaben zwischen Mensch und Maschine sinnvoll teilen, indem der Mensch die Aufgaben übernimmt, bei denen kognitive Fähigkeiten gefragt sind. Der Roboter kann so zum Beispiel dem Werker in der Fabrik Teile für eine Qualitätsprüfung in verschiedenen Ausrichtungen ergonomisch optimal anreichen. Der Aufbau in einem Forschungscampus zeigt, dass diese Vision schon bald Realität werden kann. Mobile Assistenzsysteme sind per Gestensteuerung berührungslos steuerbar und unterstützen den Menschen in seiner direkten Arbeitsumgebung. Wir haben alle Freiheit für eine menschenfreundliche Industrie 4.0 Die konkreten Beispiele der Assistenzsysteme und der flexibleren Produktion zeigen, wie durch die Industrie 4.0 die Flexibilität der Produktion wesentlich gesteigert werden kann und zugleich der Mensch zum Dirigenten der Produktion wird, den diese Assistenzsysteme umfassend unterstützen statt ihn fremdzubestimmen. Es liegt in unserer Gestaltungsfreiheit, was wir aus der Industrie 4.0 machen. Wenn wir sie lean mit Fokus auf die Wertschöpfung und den Menschen gestalten, ist der Gesamterfolg sicher. Das ist meine tiefe Überzeugung. Zu Johann Soder: Johann Soder ist seit Oktober 2007 Geschäftsführer Technik der SEW-EURODRI- VE GmbH & Co KG, mit den zugeordneten Bereichen Innovation und Produktion. Seit 1995 hat er als Produktionsleiter ein innovatives Elektronikwerk mit modernsten Fertigungs- und Logistikprozessen realisiert, mit dem Ergebnis des Industrial Excellence Awards 2000 Die Beste Fabrik und des TOP-Ehrenpreises des Bundeswirtschaftsministeriums 2004. Seit 2001 leitet Herr Soder WIEPRO-consulting und gestaltet und perfektioniert unternehmensweit Geschäftsprozesse. 57