Die selbstregelnde Fabrik & die smarte Fabrik #5
Stufe 3 und Stufe 4 des Vier-Stufen-Modells zur Smart Factory im Detail
15.01.2025 15 min MPDV Mikrolab GmbH
Zusammenfassung & Show Notes
Sie haben bestimmt schon unseren Podcast zu den Stufen 1 und 2 auf dem Weg zur Smart Factory gehört – und sind nun neugierig, was in den beiden weiteren Stufen passiert? Wir spannen Sie nicht länger auf die Folter: Heute geht es um Selbstregelung und was die Smart Factory auszeichnet. Die Produktion wird immer effizienter und leistungsfähiger.
Wer erst einmal einen schnellen Überblick über das Vier-Stufen-Modell erhalten möchte, ist bei unserer Factory-Rock-Folge "Vom 4-Stufen-Modell zum Regelkreis der Smart Factory" genau richtig.
Wer erst einmal einen schnellen Überblick über das Vier-Stufen-Modell erhalten möchte, ist bei unserer Factory-Rock-Folge "Vom 4-Stufen-Modell zum Regelkreis der Smart Factory" genau richtig.
Sie haben bestimmt schon unseren Podcast zu den Stufen 1 und 2 auf dem Weg zur Smart Factory gehört – und sind nun neugierig, was in den beiden weiteren Stufen passiert? Wir spannen Sie nicht länger auf die Folter: Heute geht es um Selbstregelung und was die Smart Factory auszeichnet. Die Produktion wird immer effizienter und leistungsfähiger.
In dieser Episode erfahren Sie:
In dieser Episode erfahren Sie:
- Was eine selbstregelende Fabrik ausmacht
- Was Selbstregelung mit Dezentralisierung zu tun hat
- Was eine smarte Fabrik ausmacht
- Was sich hinter dem digitalen Zwilling verbirgt
- Warum Sie die Wertschöpfung immer im Blick behalten sollten
- Konkrete Beispiele für die smarte Instandhaltung und die Vernetzung von Produktion und Logistik
(00:00) Intro
(01:11) Die selbstregelnde Fabrik
(04:30) Selbstregelung bedeutet Dezentralisierung
(05:14) Beispiel: smarte Instandhaltung
(06:28) Die smarte Fabrik
(08:10) Beispiel: Vernetzung Produktion und Logistik
(12:15) Der digitale Zwilling
(12:55) Wertschöpfung immer im Blick
(01:11) Die selbstregelnde Fabrik
(04:30) Selbstregelung bedeutet Dezentralisierung
(05:14) Beispiel: smarte Instandhaltung
(06:28) Die smarte Fabrik
(08:10) Beispiel: Vernetzung Produktion und Logistik
(12:15) Der digitale Zwilling
(12:55) Wertschöpfung immer im Blick
Wer erst einmal einen schnellen Überblick über das Vier-Stufen-Modell erhalten möchte, ist bei unserer Factory-Rock-Folge "Vom 4-Stufen-Modell zum Regelkreis der Smart Factory" genau richtig.
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Sie möchten mehr zum Vier-Stufen-Modell erfahren? Dann sind die Whitepaper von MPDV wie für Sie gemacht:
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Sie möchten mehr zum Vier-Stufen-Modell erfahren? Dann sind die Whitepaper von MPDV wie für Sie gemacht:
- Stufe 1: Die transparente Fabrik
- Stufe 2: Die reaktionsfähige Fabrik
- Stufe 3: Die selbstregelnde Fabrik
- Stufe 4: Die smarte Fabrik
Weitere Informationen zur Fertigungs-IT von MPDV finden Sie auf der Website:
- Das Manufacturing Execution System (MES) HYDRA X
- Das Advanced Planning & Scheduling System (APS) FEDRA
- Die Manufacturing Integration Platform (MIP)
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Folgen Sie MPDV auf LinkedIn, um Smart Factory Updates und Infos zu neuen Episoden zu erhalten: https://www.linkedin.com/company/mpdvmikrolab/
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Transkript
Sie haben bestimmt schon unseren Podcast zu den Stufen 1 und 2 auf dem Weg zur Smart Factory gehört – und sind nun neugierig, was in den beiden weiteren Stufen passiert? Wir spannen Sie nicht länger auf die Folter: Heute geht es um Selbstregelung und was die Smart Factory auszeichnet. Freuen Sie sich: Die Produktion wird immer effizienter und leistungsfähiger.
Und damit herzlich willkommen zu einer weiteren Folge des MPDV Podcasts "Factory Rock – Die Zukunft der Fertigung im Takt". Diesmal beschäftigen wir uns vor allem mit der Stufe 3, der selbstregelnden Fabrik. Und als 4. und damit letzte Stufe unseres Modells mit der Smart Factory.
In den ersten beiden Stufen haben wir die Fertigung transparenter und reaktionsfähiger gemacht. Jetzt geht es darum, die Selbstregelung und die Vernetzung mit anderen relevanten Unternehmensbereichen zu verzahnen. Am Ende steht dann eine möglichst smarte und effiziente Fabrik.
Doch beginnen wir erst einmal mit der dritten Stufe des 4-Stufen-Modells: Selbstregelung.
Um erst einmal etwas geradezurücken. Selbstregelung heißt hier nicht, dass die Fabrik alles selbst regelt und kein Mensch mehr eingreifen muss. Das ist und bleibt fast immer eine Utopie – oder vielleicht ist es sogar eher eine Dystopie? Die menschenleere Fabrik ist noch Zukunftsmusik und auch nicht wirklich im Sinne der Industrie 4.0.
Wir leiten den Begriff Selbstregelung aus der modernen Regelungstechnik ab. Dabei geht es in der Selbstregelung darum, dass ein bestimmter Ablauf bzw. Prozess sich selbst so reguliert, dass vorgegebene Parameter möglichst gut eingehalten werden. Das hilft, Maschinen optimal auszulasten, Qualität sicherzustellen, Richtlinien einzuhalten – die Produktivität zu steigern.
Selbstregelung kann unterschiedlich weit gehen.
Die einfachste Form der Selbstregelung besteht darin, einen oder mehrere Parameter zu überwachen und beim Überschreiten der gesetzten Schwellenwerte eine Benachrichtigung zu verschicken bzw. ein Signal zu geben, damit manuell darauf reagiert werden kann. In heutigen MES-Systemen – also dem Fertigungs-IT "Manufacturing Execution System" – heißen solche Funktionen zum Beispiel "Eskalationsmanagement" oder "Messaging & Alerting".
Etwas mehr können Funktionsbausteine, die im MES üblicherweise als "Workflow Management" bezeichnet werden. In diesem Fall wird nicht nur über die Abweichung vom Soll informiert, sondern auch gleich eine Gegenmaßnahme vorgeschlagen bzw. eingeleitet. Ein Beispiel dafür ist das Auslösen einer Prüffälligkeit, sobald die Temperatur in einer Maschine 60 Grad überschreitet. So wird sichergestellt, dass äußere Einflüsse keine Auswirkungen auf die gefertigte Qualität haben.
Die nächste Steigerung sind komplett selbstregelnde Systeme. Sie kennen bestimmt das Schlagwort Kanban bzw. das digital unterstützte Äquivalent eKanban. Damit wird automatisch Nachschub bestellt, sobald das Material zur Neige geht. Durch die eingebaute Regelung werden jedoch keine unnötigen Bestände aufgebaut.
Und schließlich die Königsklasse der Selbstregelung: die Prozessverriegelung. Diese stellt zum Beispiel sicher, dass nur das Material verwendet wird, das für den jeweiligen Arbeitsschritt vorgesehen oder freigegeben ist. Und dass nur diejenigen Teile weiterkommen, die einwandfrei bearbeitet wurden. Insbesondere in der "variantenreichen Sequenzfertigung" ist die Prozessverriegelung von essenzieller Bedeutung, weil hier eine Null-Fehler-Produktion entscheidend ist.
Egal, wie weit die Selbstregelung schon geht – sie lässt sich mit einem integrierten MES abbilden, da die dafür notwendigen Informationen bereits im System vorliegen und auch die beteiligten Personen mit dem MES arbeiten.
Zum Anfang hatten wir gesagt, dass Selbstregelung nicht die menschenleere Fabrik bedeutet. Nein, es geht vielmehr darum, dass die Technik eine Unterstützung für den Menschen ist. Der Werker wird durch die Unterstützung des MES zum "Augmented Operator". Das heißt, dass der Werker unmittelbaren Zugang zu weiterführenden Informationen hat, die ihm in der jeweiligen Situation nützlich sind. Damit kann er rasch fundierte Entscheidungen treffen. Durch eine geeignete "Mensch-Technik-Schnittstelle" wird der Werker auf ergonomische Art und Weise zum Teil der Selbstregelung.
Selbstregelung bedeutet auch Dezentralisierung – Entscheidungen werden häufiger "vor Ort" an der Maschine getroffen. Damit das funktioniert, braucht es oft einen Paradigmenwechsel. Ist der Ist-Zustand wirklich optimal – oder können Prozesse und Entscheidungen nicht besser strukturiert werden? Gerade die Methoden des Lean Manufacturing können dabei eine gute Orientierung bieten.
Nach der Erfassung (und Optimierung) des Ist-Zustands steht im zweiten Schritt das Herunterbrechen in Regelkreise an. Manchmal reichen einfache Wenn-Dann-Beziehungen, manche Abhängigkeiten werden aber auch komplexer sein. Der dritte Schritt ist dann die Abbildung in der IT – ein modernes MES macht das besonders einfach.
Das war jetzt einige Theorie. Darum zur Veranschaulichung ein konkretes Beispiel, dass smarte Instandhaltung auch schon ohne eine komplette smart Factory möglich ist:
Ein Kunststoffverarbeiter nutzt den erfassten Energieverbrauch der Maschinen in Relation zu den angemeldeten Aufträgen. Damit will er feststellen, wann die Anlage die nächste Wartung benötigt. Hierzu gleicht das MES den Soll-Verbrauch mit dem Ist-Verbrauch ab. Als Regelkreis wird folgendes definiert: Wenn der erfasste Verbrauch mehr als 30 Prozent über der Vorgabe liegt, ist eine außerplanmäßige Wartung anzusetzen. Der zugehörige Wartungsauftrag wiederum wird über den Auftragsvorrat automatisch zeitnah eingelastet. Nachdem die Wartung abgeschlossen ist, wird auch das reguläre Wartungsintervall zurückgesetzt. Im Ergebnis wird die Anlage damit deutlich effizienter genutzt.
Die Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis kennen kaum Grenzen. Auch smarte Intralogistik, smarte Qualitätsprüfung, smarte Montagelinien und mehr lassen sich in der selbstregelnden Fabrik umsetzen.
Und das geht schon, obwohl Unternehmen vielleicht noch gar nicht die Stufe 4 erreicht haben.
Um die Stufe 4 – noch smarter werden – soll es jetzt gehen.
Was bedeutet das eigentlich: smart? Die Idee ist, durch eine sinnvolle Vernetzung ganz neue Möglichkeiten zur Optimierung zu schaffen. Vielleicht können daraus sogar ganz neue Geschäftsmöglichkeiten entstehen. Dazu müssen Anwendungen, Funktionen und insbesondere Daten, die bisher nicht gemeinsam betrachtet oder genutzt wurden, miteinander verknüpft werden.
Die Vernetzung bietet aber nicht nur zahlreiche neue Produktivitätschancen, sondern ist auch ganz schön komplex. Technisch wie auch organisatorisch. Umso wichtiger ist es, dass sowohl die Fertigungsmitarbeitenden als auch das Management die Eckpfeiler der Smart Factory wie Transparenz und Reaktionsfähigkeit verstehen und leben. Denn die Digitalisierung soll ja nicht im Chaos enden.
Schaffen wir ein bisschen Ordnung. Von welcher Art Vernetzung sprechen wir? Relativ einfach ist die "horizontale Integration". Sie erlaubt schon eine Korrelation und bringt bereits neue Erkenntnisse. Doch sie ist auf ein einzelnes System beschränkt. Der Wert der Smart Factory entsteht aber über Systemgrenzen hinweg. Diese systemübergreifende Vernetzung heißt Interoperabilität. Damit sich die unterschiedlichen Systeme aber verstehen können, braucht es ein gemeinsames Verständnis von Daten und deren Bedeutung – eine gemeinsame Semantik. In unserer ersten Factory-Rock-Folge "Vom 4-Stufen-Modell zum Regelkreis der Smart Factory" gehen wir auf das Thema Interoperabilität etwas näher ein.
Damit sich die smarte Vernetzung auch lohnt, sollten zunächst die Anforderungen geklärt, die dafür notwendige Struktur definiert und anschließend gezielt ausgewählte Schnittstellen implementiert werden.
Was das konkret heißt, wollen wir an einem kurzen Beispiel erläutern, wie Produktion und Logistik vernetzt wurden.
Wer schon ein MES nutzt, weiß: Viele MES-Systeme bieten bereits Lösungen zur digitalen Abbildung der innerbetrieblichen Logistik. Aber durch die Vernetzung mit einem sogenannten Warehouse Management System, kurz WMS, können die vorhandenen Funktionen erweitert und somit noch leistungsfähiger werden. Das MES HYDRA von MPDV beispielsweise überwacht dabei im Materialmanagement definierte Bestände von Material und Zwischenerzeugnissen in der Fertigung. Also sogenanntes WiP-Material für Work in Progress.
Weil HYDRA mit aktuellen Beständen in der Fertigung arbeitet, verfügt es über weitaus detailliertere Informationen als ein ERP. Denn das ERP kennt meist nur die Bestände, die am Auftragsende verbucht werden. Außerdem kann das MES die voraussichtliche Reichweite von ausgewählten Materialien hochrechnen.
Wie wertvoll dieses Wissen wird, zeigt sich bei der Vernetzung von HYDRA mit einem WMS: Man könnte nun die Bestände einzelner Materialpuffer überwachen. Und die Informationen über Lagerplätze in der Fertigung mit den Daten anderer Lagerorte, die aber nur im WMS geführt wurden, korrelieren. So können Materialengpässe und damit verbundene Verzögerungen ohne großen Aufwand früher erkannt, umgangen oder gar vermieden werden. Und durch die smarte Vernetzung mit einem WMS kennt das MES die genaue Position des Materials und kann diese zum Beispiel am Shopfloor Client anzeigen.
Auch das Transportmanagement kann so optimiert werden: Transportaufträge können automatisch generiert werden, wenn Material an einer Maschine benötigt wird oder fertiges Material abtransportiert werden soll. Gemeinsam mit dem WMS könnte ein fahrerloses Transportsystem inklusive einer automatischen Routenplanung wichtige Versorgungsprozesse komplett automatisieren.
Ein weiteres Beispiel gefällig?
Stichwort Gebäudemanagement. Es gibt Fertigungsprozesse, bei denen die herrschenden Umgebungsbedingungen relevant sind. Mit einer Vernetzung der Fertigungsplanung und -steuerung mit dem Gebäudemanagementsystem können temperaturkritische Prozesse besser geplant werden. So werden sie zum Beispiel nur für Zeiten eingeplant, in denen das Gebäudemanagement die Temperatur sicher beherrscht. Oder die Klimatisierung der Fabrikhalle wird rechtzeitig vor Beginn solcher Prozessschritte angepasst. Oder es wird bei der Planung berücksichtigt, dass an heißen Tagen nur eine bestimmte Anzahl von Öfen zur Mittagszeit zugleich laufen darf. Und energieintensive Fertigungsverfahren könnten für Zeiten mit relativ niedrigen Energiebeschaffungspreisen gelegt, teure Lastspitzen reduziert werden.
Übrigens: Die Vernetzung von Fertigungsplanung und Energiemanagement steht in manchen Bereichen erst am Beginn ihrer Möglichkeiten. Darum beteiligt sich MPDV an diversen Forschungsprojekten dazu und lässt die Erkenntnisse in das MES HYDRA einfließen.
Und hier ist noch ein letztes Beispiel, um Ihnen noch mehr Lust auf eine Smart Factory zu machen. Diesmal geht es um die Supply Chain.
Vielleicht muss auch Ihr Unternehmen den Herstellungsprozess jedes einzelnen Artikels lückenlos dokumentieren? Mit der zunehmenden Individualisierung von Produkten wird diese Anforderung für immer mehr Unternehmen immer wichtiger werden. Damit können Sie einen zielgerichteten Service und Support für die Produkte leisten zu können. Bisher reicht es aus zu dokumentieren, welche Rohmaterialien eingeflossen sind. Doch künftig werden weitere Parameter wichtig werden. Und nicht alle diese Informationen werden direkt vom MES erfasst. Umso wichtiger ist daher die Vernetzung mit anderen IT-Systemen, die diese Daten bereitstellen. Zum Beispiel können Werte der Raumklimatisierung, Transportwege bzw. -mittel, Daten vom Vorlieferanten und anderes dann im MES konsolidiert werden.
Wir könnten Ihnen jetzt noch berichten, wie die Vernetzung von Konstruktion, Fertigung und Qualitätssicherung schon im Design für eine höhere Produktqualität und weniger Nacharbeit in der Fertigung sorgen kann. Aber Sie sind bestimmt eh schon überzeugt.
All diese Beispiele smarter Vernetzung zeigen: Die Zusammenführung von Daten aus unterschiedlichen Systemen erweitern den Blickwinkel auf den kompletten Lebenszyklus eines bestimmten Produkts. Der digitale Zwilling der Produktion oder einzelner Produkte bekommt eine Zeitachse. Und davon profitieren sowohl Hersteller als auch spätere Nutzer der Produkte.
Gerade in Zeiten immer kürzerer Lebenszyklen und stetig steigender Variantenvielfalt ist eine solche Rückkopplung wichtig, um schnell und nachhaltig aus den gemachten Erfahrungen lernen zu können. Mit der smarten Vernetzung können alle Beteiligten vom gemeinsamen Wissen profitieren und aus Fehlern sofort lernen.
Eine letzte Frage bleibt zu klären: Womit sollten Sie anfangen?
Die Antwort klingt banal, ist aber ganz wichtig: am Anfang!
Fertigungsunternehmen sollten zunächst einmal feststellen, wo die eigene Produktion aktuell steht. Vielleicht befindet sich das Unternehmen bereits auf Stufe 1 oder Stufe 2. Dann gilt es zu prüfen, ob die erreichten Stufen ausreichend gefestigt sind, um die nächste Stufe anzugehen. Berücksichtigen Sie dabei, dass jedes Unternehmen unterschiedliche Anforderungen an die einzelnen Stufen hat. Was dem einen Unternehmen auf Stufe 2 vollkommen genügt, kann für das andere noch nicht einmal für Stufe 1 reichen.
Und Sie sollten nicht vergessen: Denken Sie die Änderungen nicht nur in der Technologie, sondern auch in der Organisation. Denn letztlich wird der Weg zur Smart Factory nur erfolgreich sein, wenn sowohl die richtigen IT-Lösungen implementiert als auch die passenden Lean Methoden etabliert werden.
Damit bei diesen Aufgaben der "rote Faden" nicht verloren geht, hilft es, immer an das Ziel zu denken: die Wertschöpfung. Also das, wofür der Kunde bereit ist, Geld zu bezahlen. Denn nur was dem Kunden einen Mehrwert bringt, ist auch "lean"!
Das waren die Stufen 1, 2, 3 und 4 auf dem Weg zur Smart Factory. Jetzt fehlt nur noch ein Schritt: Dass Sie loslegen mit der Umsetzung. Die Experten der MPDV Gruppe unterstützen Sie dabei. Sie sorgen dafür, dass der Weg zur smarten Fabrik so einfach wie möglich gegangen und erfolgreich umgesetzt wird.
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