Welche Voraussetzungen machen Industrie 4.0 möglich?

Viele Fabriken sind noch nicht reif für den Sprung zu 4.0. Aber ist dieser Sprung überhaupt notwendig oder sinnvoll? Wie trifft man die richtigen Entscheidungen?

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Teil drei einer vierteiligen Serie.

Industrie 4.0 kann nachweislich nur funktionieren, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

1. Absolut zuverlässige Anlagen, die sehr schnell umgerüstet werden können

Jedes Produkt wird individuell nach Kundenwunsch hergestellt und bewegt sich – basierend auf den Informationen seines digitalen Zwillings – selbstständig durch die Fabrik von einer Anlage zur nächsten. Da die Anlage möglicherweise für jedes Produkt anders eingestellt werden muss, müssen die Anlagen sofort einsatzbereit sein.

Nach meiner Erfahrung, die auf der Messung Tausender Anlagen basiert, hat die überwiegende Mehrheit der Anlagen eine mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) von weit weniger als acht Stunden. Die bewährten Techniken der vollständigen produktiven Instandhaltung ('TPM'), einschließlich der autonomen und vorbeugenden Instandhaltung, gewinnen mit zunehmender Komplexität und Anfälligkeit der Anlagen nur noch mehr an Bedeutung. Die meisten mir bekannten Anlagen lassen sich kaum innerhalb einzelner Zyklen und mit vertikalem Ramp-down/Ramp-up einrichten.

Daher muss der Austausch von Werkzeugen innerhalb einer Minute (SMED) einfach ein fester Bestandteil des Prozesses sein und sich zu 'SCED' weiterentwickeln: Austausch von Werkzeugen innerhalb eines Zyklus.

2. Absolut zuverlässige Produktionsprozesse

Im 4.0-Konzept gibt es absolut keine Zeit, Produkte zu überprüfen, geschweige denn zu korrigieren. Es ist durchaus möglich, fehlerfrei zu produzieren, aber dann müssen alle Prozesse perfekt beherrscht werden.

Henry Ford erkannte bereits zu seiner Zeit die Notwendigkeit einer weitgehenden Standardisierung, und W. Edwards Deming lehrte, mithilfe der statistischen Prozesskontrolle (SPC) normale von abnormalen Abweichungen zu finden und zu unterscheiden. Ohne SPC ist dies schwer zu erkennen. Während sich viele Hersteller heute mit Qualitätswerten von über 95 % zufrieden geben, stellt sich die Frage, ob wir in einer Traumumgebung 4.0 mit einer Qualität von 99,99 % einen ausreichenden Flow aufrechterhalten können.

3. Vollkommen zuverlässige interne Prozesse

Neben den Produktionsprozessen müssen auch alle anderen Geschäftsprozesse zuverlässig sein. Bei Messungen der Gesamtanlageneffektivität (OEE) zeigt sich immer wieder, dass die Ursachen für Anlage-Stillstände irgendwo im Büro liegen. Meine bevorzugte Methode, um Verwaltungs- und Unterstützungsprozesse auf den richtigen Weg zu bringen, ist die Prozessverbesserung nach Makigami.

Wie auch immer dies geschieht: Die Fertigung darf nicht länger der Ort sein, an dem Fehler aus anderen Prozessen behoben werden müssen.

4. Vollkommen zuverlässige Lieferkette

Was für die Prozesse der Unternehmen gilt, gilt auch für die Prozesse in der Lieferkette. Weder die Produkte selbst noch der Zeitpunkt der Lieferung dürfen die Wertströme stören. Das ist leichter gesagt als getan. Von echten 3.0-Herstellern wissen wir, dass sie in einigen Fällen die Prozesse bis zur Tier 4 genauso gut kennen wie ihre eigenen und davon überzeugt sind, dass diese ebenso gut beherrscht werden. Solange Einkäufer glauben, dass Qualität durch (Eingangs-)Kontrollen erreicht werden kann, sollte „begründeter Zweifel” bestehen.

Wenn eine der vier oben genannten Voraussetzungen nicht erfüllt ist, wird dies in der OEE-Messung sichtbar (sofern diese korrekt durchgeführt wird). Daher ist die OEE ein unverzichtbarer Indikator für die Einführung beherrschte Prozesse.

5. Alles kann mit allem kommunizieren

A. Ein nicht unwichtiges Detail, um 4.0 zum Laufen zu bringen: Alle Transport- und Umwandlungsgeräte müssen sowohl miteinander als auch mit einer zentralen Steuerung kommunizieren können. Die meisten Anlagen, die ich in gewöhnlichen Fabriken vorfinde, sind Jahrzehnte alt und wurden niemals dafür konzipiert, mit ihrer Umgebung zu kommunizieren (oder innerhalb eines Zyklus umzuschalten und eine sehr hohe Zuverlässigkeit und Betriebszeit zu bieten).

B. Diese Kommunikation muss vom digitalen Zwilling gespeist werden. Daher muss für jedes einzelne Produkt detailliert und fehlerfrei erfasst werden, wie das Produkt aussieht, welche Spezifikationen und Toleranzen es hat, wie und wo es hergestellt wird usw. Meiner Erfahrung nach sind die Produktspezifikationen und vor allem die Toleranzen für viele Produkte nur unzureichend dokumentiert. Dies gilt insbesondere für Prozessparameter.

Ich wage zu behaupten, dass diese Anforderungen in jeder Produktionsumgebung sehr hilfreich wären. In einer gut organisierten 3.0-Umgebung wird dies sicherlich weitgehend der Fall sein. Wenn in einer 3.0-Fabrik etwas schiefgeht, sorgen die Selbstregulierungsfähigkeiten der gut ausgebildeten Mitarbeiter, die Tag für Tag im Prozess tätig sind, dafür, dass alles weiterläuft, und nutzen solche Ereignisse, um den Prozess weiter zu verbessern. Ich sehe keine Möglichkeit, wie dies in einer 4.0-Umgebung noch der Fall sein könnte.

Hat das schon jemand ausprobiert?

Fiat, Volkswagen und zuletzt Tesla haben es bis zu einem gewissen Grad versucht. Alle drei haben aufgegeben. Alle drei haben gelernt, dass man komplexe Prozesse nicht mit noch komplexeren Lösungen „lösen” kann. Vor allem aber haben sie gelernt, wie wichtig die Selbstregulierungs- und Problemlösungsfähigkeiten von Menschen sind. Alle drei haben einen hohen Automatisierungsgrad angewendet, aber der Faktor Mensch wurde wieder in den Prozess eingebracht, und sie haben gelernt, die Schönheit von 3.0 zu erleben.

Fazit?
Es scheint eine Tendenz zu geben, Probleme durch „Automatisierung” zu lösen, indem man Probleme und Menschen aus dem Weg räumt, was manchmal Milliarden kostet. Ist es nicht viel sinnvoller, es umgekehrt zu machen?

1. Lösen Sie zuerst die Probleme, bringen Sie den Prozess in Ordnung und automatisieren Sie ihn dann.
2. Anstatt den menschlichen Faktor zu eliminieren, integrieren Sie ihn und nutzen Sie seine einzigartigen Eigenschaften.

Automatisierung ist eine großartige Lösung für quantitative Aufgaben. Bei qualitativen Problemen ist es jedoch viel effektiver, zunächst die Dinge zu vereinfachen, die tatsächlichen Wertströme zu ermitteln und sie unter Beherrschung zu bringen, anstatt zu versuchen, das zugrunde liegende Problem mit komplexer Technologie zu „organisieren”. Dadurch wird das Problem nur noch größer.

Was wird IMMER benötigt?

Unabhängig davon, welches Fertigungskonzept bevorzugt wird, sind einige Dinge immer von Vorteil oder sogar unverzichtbar:

1. Menschen, die genau wissen, was sie tun, warum und wie.

Nur wenn Ihre Mitarbeiter wissen, was sie tun und warum sie es tun, können wir sicherstellen, dass Menschen die Technologie beherrschen und angemessen auf unerwartete Situationen (die es immer geben wird) reagieren. 

2. Abweichungen, die sofort sichtbar sind und auf die reagiert wird.

Nur wenn wir wissen und sehen können, dass etwas abweichend ist, können wir darauf reagieren und es möglicherweise stoppen oder korrigieren, bevor es zu spät ist.

3. Ein Verbesserungssystem, das die Ursachen beseitigt.

Je größer und komplexer der Fertigungsprozess wird, desto mehr kann schiefgehen. Nur wenn wir jeden Fehler in eine Verbesserung umwandeln können, können wir wachsen lassen.

4. Umfassende Standardisierung.

Nur wenn wir wissen, wie etwas am besten zu tun ist, (und sicherstellen, dass es immer so gemacht wird,) können Prozesse beherrscht werden. Durch die Zusammenstellung komplexer Produkte aus standardisierten Komponenten wird die Komplexität viel besser beherrschbar.

5. Maschinen und Prozesse sind zuverlässig.

Nur mit zuverlässigen Maschinen und Prozessen ist es möglich, dem Markt schnell, zuverlässig und zu einem günstigen Preis optimale Produkte zu liefern. Dies lässt sich mit keiner Technologie umgehen.

Ein zuverlässiger Prozess ist der kostengünstigste, schnellste, sicherste, am besten planbare usw.

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