[ Tribune 4.0 ] Die Produktion mit Just-in-Time optimieren

Zu Beginn der 3. Industriellen Revolution ebnete Lean Manufacturing den Weg zu besseren Produktionsleistungen. In einem jüngeren Umfeld, in dem die Komplexität der Industriestandorte stetig wächst und die Supply Chain unter starken Spannungen steht, bringt Industrie 4.0 Innovationen mit, um die neuen Herausforderungen anzugehen. Die softwaregestützte Just-in-Time-Produktion gehört zu den vielversprechendsten Transformationsansätzen auf diesem Gebiet.

Die Vorteile des Just-in-Time Manufacturing

Lean Manufacturing entstand in den Werken von Toyota in Japan in der Nachkriegszeit und hat sich vor allem in Produktionsumgebungen mit linearer Montage bewährt, die wenig flexibel, stark mechanisiert und kaum vom Menschen abhängig sind – wie in der Automobilbranche.

Diese Methode hat sich in einem bestimmten Kontext bewährt und – allgemeiner gesehen – die Industrie hat von den Erkenntnissen des Lean Manufacturing profitiert, um ihre Prozesse neu zu organisieren und ihre Produktion zu takten. Seit der 3. industriellen Revolution hat sich die Gesellschaft jedoch gewandelt, und die Grundlagen wurden durch neue Nutzungsweisen gestört.

Die neuen Herausforderungen der Industrie erfordern Veränderungen

Die Hyperindustrialisierung der Produkte und der Aufstieg einer stärker dienstleistungsorientierten Gesellschaft haben die Nachfrage der Kunden – Privatpersonen wie Unternehmen – verändert. Das hat sich auf die Beschaffung bei Zulieferern ausgewirkt und eine zusätzliche Komplexitätsebene geschaffen. Die Globalisierung der Supply Chain und ihre mangelnde Zuverlässigkeit haben insbesondere Industrieakteure mit einer langen Lieferkette verwundbarer gemacht.

Um dem abzuhelfen, bietet sich ihnen eine Lösung: die Resilienz ihrer Supply Chain zu testen und zu versuchen, Risikoquellen (bei Lieferanten aller Ebenen, in der Produktion, im Vertrieb …) zu antizipieren und transparent zu machen.

Die Vervielfachung der Arbeitsgänge als Quelle mentaler Belastung

Diese Variabilität wirkt sich auch auf die Produktion aus. Die Erweiterung der Produktpaletten führt zu komplexeren und damit weniger automatisierbaren Produktionsprozessen. Die Produktionsflüsse werden dadurch unregelmäßiger. Produktionskosten und -zeiten steigen, und die wachsende Produktkomplexität beeinträchtigt die FTC (First Time Capability), auf Französisch: Bon du Premier Coup (BPC). Die Unsicherheit über den rechtzeitigen Eingang der Ressourcen führt zu höheren Beständen am Eingang und Ausgang der Werke, aber auch in den Bereichen für Halbfertigerzeugnisse. Das zwingt die Verantwortlichen im Betrieb von Natur aus dazu, bei der Feinplanung und ihrer Frequenz (kurzfristige Planung) wachsamer zu sein und schneller auf Störungen zu reagieren.

In Branchen, in denen die Produktion in Werkstätten organisiert ist (Job Shop Manufacturing) und die Materialflüsse als „Spaghetti“-Flüsse bezeichnet werden, in denen sich Bediener und Logistiker in einer Folge aus manuellen und maschinengestützten Arbeitsgängen kreuzen, wird es komplizierter, Risiken vorherzusehen und zu antizipieren, die Produktionstaktung zu optimieren und die gute Zusammenarbeit der Mitarbeitenden zu organisieren.

MES, die von der Realität vor Ort entkoppelt sind

Man könnte meinen, dass die bereits vorhandene Software ausreicht, um diese Komplexität zu bewältigen. Fachanwendungen wie MES (Manufacturing Executing System) spielen jedoch im Wesentlichen eine administrative Rolle. Sie haben nur über die manuell von den Mitarbeitenden vorgenommenen Meldungen einen Bezug zur Praxis. Wenn ein Mitarbeitender versäumt, eine Information einzutragen, kann dies zu einer Bestandsabweichung führen.

Wenn WIP von Arbeitsplatz zu Arbeitsplatz bewegt, gelagert und geprüft wird, besteht somit das Risiko, dass diese Schritte nicht erfasst werden. Dann wird es für einen Fertigungsplaner schwierig, den tatsächlichen Stand der Produktion zu kennen, aber auch für Mitarbeitende, ihr WIP wiederzufinden.

Lücken in der Zusammenarbeit vor Ort

Heutzutage arbeiten die Teams in der Regel in Silos und arbeiten nur auf Werkstattebene zusammen. Dadurch entsteht die Tendenz, nur den eigenen Bereich zu betrachten und nicht die gesamte Produktion. Außerdem neigen Mitarbeitende, die ihre Produktions-KPIs optimieren, dazu, zu viel zu produzieren, und fertigen nicht das, was im nachfolgenden Schritt benötigt wird.

Nur wenige Systeme zeigen den Mitarbeitenden an, welche Aufgabe die optimale ist, und das zudem in Echtzeit. In den allermeisten Fällen nimmt der Bediener den erstbesten Fertigungsauftrag (FA) oder den FA mit dem dringendsten Liefertermin.

Die Auswirkungen auf die Feinplanung und die Produktion

Um optimiert zu werden, erfordert die Produktion also ständige Aufmerksamkeit. Es bleiben zwei Möglichkeiten:

– Entweder ist eine Person damit betraut, Produktionsfehler jederzeit zu prüfen und zu korrigieren (was nahezu unmöglich ist),

– oder ein automatisiertes System ist in der Lage, den Ist-Zustand zu messen und Korrekturen vorzuschlagen.

Die Regelung: eine Methode zur Steuerung von Schwankungen in Echtzeit

Hier kann man sich den Vergleich mit der Temperatur eines Backofens erlauben. Der Koch stellt den Thermostat ein, um dem Ofen seinen Temperatursollwert zu übermitteln. Da diese Temperatur schwankt, misst der Ofen seine Innentemperatur, um seine Heizleistung anzupassen. Das nennt man Regelung.

Im Fall der Produktion ist das System weitaus komplexer, insbesondere in Werkstätten des sogenannten Job Shop Manufacturing. Der erste Grund: Die Ressourcenbeschränkungen sind zahlreich – Bestände, Werkzeuge, Maschinenkapazität, Verfügbarkeit des Personals usw. Für jede Feinplanung muss eine eingehende Last-Kapazitäts-Analyse durchgeführt werden. Hinzu kommen der Liefertermin beim Kunden und die Verspätungen, die so weit wie möglich minimiert werden müssen. Der Fertigungsplaner muss außerdem die Pufferbestände an WIP begrenzen, die dazu dienen, Störungen der Produktion abzufedern.

Da Fertigungsaufträge tendenziell nach Priorität eingeplant werden und das selten die effizienteste Methode ist, sollte der Fertigungsplaner sich zur Verbesserung theoretisch darum bemühen, mögliche Produktionsverzögerungen insgesamt zu minimieren, statt um jeden Preis das Produkt für den vorrangigsten Kunden fertigzustellen. Denn in dieser Konstellation sind alle Kunden unzufrieden, weil … alle zu spät dran sind!

Mit all diesen widersprüchlichen Vorgaben ist es dem Fertigungsplaner daher fast unmöglich, die ideale Lösung zu finden. Die Manager neigen dazu, zu viel zu produzieren und große Pufferbestände aufzubauen, um diesen Risiken entgegenzuwirken. Die Produktion erfolgt dann im Push-Fluss und läuft weiter, obwohl der Bedarf noch nicht belegt ist. Die Folge sind geringere Produktivität und Qualitätsmängel.

Die Herausforderungen der Industrie mit Feinplanung im Just-in-Time lösen

Angesichts all dieser neuen Herausforderungen haben sich die Industrieunternehmen auf die Suche nach Lösungen gemacht, um die Vorhersagbarkeit der Abläufe zu erhöhen und den Umgang mit der Komplexität zu verbessern.

Mit der Just-in-Time-Produktion, dem zentralen Ziel des Lean Manufacturing, lassen sich Abläufe dank Echtzeitmessungen optimieren – Messungen, die sichtbar machen, wenn die Produktion vom ursprünglichen Auftrag abweicht (in der Regel als PDP oder Produktionsplan bezeichnet). Um diese Echtzeitmessungen zu erhalten, wird im Werk bzw. auf den bewegten Behältern und Fahrzeugen eine Software zur Performance-Steuerung eingesetzt, die Fachdaten miteinander verbindet und an einem zentralen Punkt zusammenführt. Hinzu kommt eine IIoT-Lösung (Industriesensorik) für das Tracking von Produkten, Behältern und Fördermitteln.

Durch diese Zentralisierung werden die erfassten Daten nutzbar. IT-Flüsse und physische Flüsse werden aufeinander abgestimmt, und die Taktung der Produktion stützt sich auf eine ganzheitliche statt lokale Sicht – was sehr hohe Leistung garantiert.

Das Zieldreieck aus Kosten, Qualität und Terminen sicherstellen

Die Lösung beruht auf der Regelung der Produktion. Der mittel- bis langfristige Produktionsplan fungiert als Sollwert für die Produktion, so wie die Temperatur für den Ofen. Dieser Sollwert ergibt sich aus der Kundennachfrage. Die Supply-Chain-Teams haben daher eine Absatzprognose geliefert, und die drei zu optimierenden Parameter bilden das Zieldreieck aus Kosten, Qualität und Terminen.

Um zu überprüfen, dass diese Zusagen eingehalten werden, muss die Produktion jederzeit gemessen werden. Die Geolokalisierung ermöglicht es, den Stand der Produktion und der Bestände in Echtzeit zu kontrollieren. Sie misst die Abweichung vom Produktionsplan und von der Feinplanung.

Sobald eine Abweichung erkannt wurde, muss das Echtzeit-Feinplanungstool vor der Abweichung warnen und, wenn möglich, eine Alternative vorschlagen, damit die übrigen Arbeitsplätze nicht unter den Verzögerungen leiden.

Die Auswirkungen von Just-in-Time auf das Humankapital

Durch einen besseren Umgang mit Komplexität entsteht ein günstigeres Arbeitsumfeld für Fachkräfte in der Produktion. Die Isolation des Bedieners wird durchbrochen, indem er dank Echtzeitinformationen und eines Gesamtüberblicks in die Produktionskette eingebunden wird. Besser informiert, kann er schneller zum Wesentlichen kommen und sich auf seine Kernaufgaben konzentrieren. Die Automatisierung von Aufgaben mit geringer Wertschöpfung – etwa bestimmter Routinen – befreit ihn von unnötiger und vermeidbarer mentaler Belastung.

Zusammenfassend stellt Just-in-Time Manufacturing einen bedeutenden Fortschritt bei der Transformation der Produktionsmethoden dar. Dieser Ansatz, der auf Fakten und fundierten Analysen beruht, bietet eine greifbare Lösung, um die aktuellen Herausforderungen der Fertigungsindustrie zu bewältigen. Mit diesem innovativen Ansatz können Unternehmen nicht nur wettbewerbsfähig bleiben, sondern auch ihre Agilität, ihre Qualität und ihre Rentabilität steigern.

Ein Gastbeitrag von Bastien Triclot, Gründer und CEO von Zozio