Der Beitrag von Industrie 4.0 zur Gestaltung industrieller Arbeitsplätze im Kontext von Lean Production

Inhaltsverzeichnis

1) Einleitung

2) Lean Production
2.1) Definitionen von Lean Production und Lean Management
2.2) Entwicklung von Lean Production
2.3) Kernprinzipien der Lean Production
2.4) Zielsetzungen und Gestaltungsmöglichkeiten von Lean Production.
2.5) Wesentliche Bausteine der Lean Production
2.5.1) Gruppenarbeit
2.5.2) Standardisierung
2.5.3) Qualitätsbezogene Bausteine
2.5.4) Produktionsbezogene Bausteine

3) Industrie 4.0 - die vierte industrielle Revolution
3.1) Annäherung an die Definition Industrie 4.0
3.2) Grundlagen und Leitidee der Industrie 4.0
3.3) Technologische Lösungsansätze der Industrie 4.0
3.3.1) Das Internet der Dinge
3.3.2) Cyber-physische Systeme in der Produktion
3.3.3) Intelligente Assistenzsysteme
3.3.4) Cloud Computing
3.3.5) Smart Fabrik

4) Analyse eines Arbeitsplatzes im Bereich Autotürenmontage in der Automobilindustrie
4.1) Die deutsche Automobilindustrie im Überblick
4.2) Der Produktionsprozess eines Automobils
4.3) Montagesysteme der Türenvormontage
4.3.1) Einsatz der kollaborativen Roboter in der BMW-Fabrik Spartanburg
4.3.2) Das Forschungsprojekt ReApp
4.3.3) Das F&E-Projekt SMART FACE
4.3.4) iBin-System von Würth Elektronik
4.4) Türenendmontage
4.4.1) Einsatz des Türenhandlinggerätes in der BMW-Fabrik Dingolfing
4.4.2) Leuze Smart Kameras bei der vollautomatisierten Türenmontage des Audi A3 Ingolstadt
4.4.3) Vollautomatische Türenmontage am Siemens-Stand bei der Hannover Messe 2014
4.5) Einfluss der Automatisierung aufArbeitsorganisation und Qualifikation
4.5.1) Das F&E-Projekt ASSIST 4.0
4.5.2) Einsatz von Microsofts Augmented-Reality-Brille HoloLens bei Volvo

5) Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Die vier Stufen industrieller Revolutionen

Abbildung 2: Cloud Computing

Abbildung 3: Exemplarische Endmontagelinie und ihre Teilschritte

Abbildung 4: Beispiel einer Montagereihenfolge

Abbildung 5: Roboter im Montagebereich BMW-Fabrik Spartanburg

Abbildungen 6: Pilotdemonstrator (Projekt ReApp)

Abbildung 7: Elektrohängebahn (EHB) in der Automobilindustrie

Abbildung 8: KUKA Handlinggerät IR 662 /100 und Spezialgreifer

Abbildung 9: Smart-Kamera-Systeme LSIS 400i von Leuze electronic

Abbildung 10: VollautomatischeTürenmontage am Siemens-Stand in Hannover

Abbildung 11: Projekt Assist 4.0 - Einsatz von Augmented Reality und Datenbrillen

Abbildung 12: Augmented-Reality-Brille Microsoft HoloLens

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Merkmalevon Kaizen

Tabelle 2: Veränderung der Gestaltung herkömmlicher Lean Production Arbeitsplätze durch Industrie 4.0 im Bereich der Autotürenmontage

1) Einleitung

Im Jahr 2011 wurde der Begriff Industrie 4.0 auf der Hannover Messe erstmals einer breiten Öffentlichkeit präsentiert. Seitdem beschäftigen sich viele Unter­nehmen und Institute mit ihm und seiner genauen Auslegung. Industrie 4.0 kennzeichnet eine vierte industrielle Revolution in der produzierenden Wirtschaft. Nach der Mechanisierung der Arbeit in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts in Großbritannien folgte die, mit Hilfe elektrischer Energie ermöglichte arbeitsteilige Massenproduktion gegen Ende des 19. Jahrhunderts und Mitte des letzten Jahr­hunderts durch die Integration von Elektronik und Informationstechnik eine wei­tere Automatisierung der Produktion. Die vierte Stufe wird bestimmt durch die Verzahnung der industriellen Produktion mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik und der intelligenten Digitalisierung von Produktionspro­zessen. In der Zukunft werden Menschen, Maschinen, Logistiksysteme und Pro­dukte im produzierenden Unternehmen so vernetzt sein, dass diese eigenständig echtzeitige Informationen austauschen und sich wechselseitig selbständig steuern können, um die Produktion noch effizienter und flexibler zu gestalten. Die Umsetzung der Industrie 4.0 wird in kleinen Schritten über viele Jahre statt­finden.

Heutzutage werden mehrere Debatten über die Zukunft von Arbeit im digitalen Zeitalter durchgeführt. Es geht um Fragen des Zusammenwirkens von Maschi­nen/Robotern und Menschen, der Unterstützung und der ergonomischen Gestal­tung der menschlichen Arbeit durch intelligente Assistenzsysteme, der Lernför- derlichkeit von Arbeitsumgebungen, den Anforderungen an die Qualifikation von Mitarbeitern sowie um neue Chancen verbunden mit arbeitsorganisatorischen Lösungen.

Diese Entwicklungen hatten in der Vergangenheit mit der Einführung von Lean Production begonnen und werden auch heute großen Einfluss nehmen auf Be­schäftigung an sich und die Arbeit von Beschäftigten in den Unternehmen der Automobilindustrie. Die Automobilindustrie hat jahrelang auf Lean Production als Ansatz für die effiziente Gestaltung der Produktion gesetzt und hervorragende

Ergebnisse erzielt. Nun kommt die Frage: Wie verändert sich die Gestaltung der Arbeitsplätze mit der Anwendung der Industrie 4.0 im Montagebereich?

Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, den Beitrag von Industrie 4.0 zur Gestal­tung industrieller Arbeitsplätze im Kontext von Lean Production darzustellen und die Auswirkungen durch die Umsetzung der Lösungsansätze der Industrie 4.0 und abgeleitete Anforderungen an Arbeitsorganisation und Qualifikation im Be­reich derAutotürenmontage aufzuzeigen.

Seit einigen Jahren befindet sich die Automobilindustrie aufgrund der sich schnell verändernden Märkte, wachsender Dynamik, kürzerer Produktlebenszyklen und kundenspezifischer Produkte in einem großen und grundlegenden Wandel. In Deutschland wird dieser Vorgang mit dem Begriff Industrie 4.0 in Verbindung gebracht. Daher wird eine Analyse eines Arbeitsplatzes im Bereich Autotüren­montage in der Automobilindustrie anhand der Beispiele aus der Praxis und den Forschungsprojekten durchgeführt. Im Anschluss dieser Arbeit wird eine tabella­rische Darstellung der Veränderung der Gestaltung herkömmlicher Lean Produc­tion Arbeitsplätze durch Industrie 4.0 im Bereich der Autotürenmontage vorges­tellt.

Die Arbeit unterteilt sich, neben der Einleitung in Kapitel 1 und dem Fazit und Ausblick in Kapitel 5, in drei weitere Teile.

Kapitel 2 enthält die für das Verständnis der Lean Production notwendigen theo­retischen Grundlagen. Zu den in diesem Kapitel beschriebenen Themen, gehört die Beschreibung der Definitionen von Lean Production und Lean Management, Entwicklung, Kernprinzipien, Zielsetzungen und Gestaltungsmöglichkeiten der Lean Production. Die Beschreibung der wesentlichen Bausteine der Lean Produc­tion bildet den Abschluss dieses Kapitels.

Im Kapitel 3 wird Industrie 4.0 als die vierte industrielle Revolution erläutert. Zum Verständnis der Definition, Grundlagen, Leitidee und technologischer Lö­sungsansätze wird das Thema Industrie 4.0 detailliert beleuchtet.

Kapitel 4 widmet sich anschließend der Analyse der Gestaltung eines Arbeitsplat­zes im Bereich Autotürenmontage in der Automobilindustrie. Zunächst wird der Überblick der deutschen Automobilindustrie und der Produktionsprozess eines Automobils vorgestellt. Des Weiteren, werden die Umsetzung von Lean Producti­on und schwerpunktmäßig die weiteren Einflüsse der Industrie 4.0 an Hand von

Beispielen auf die Gestaltung der Arbeitsplätze In der Türenvormontage und Tü­renendmontage aufgezeigt. Der Ausblick auf aktuelle Forschungsprojekte der Industrie 4.0 und ihre weitere Auswirkung auf die Montagesysteme der Zukunft werden gegeben. Ferner, wird der Einfluss der Automatisierung in Hinblick auf Arbeitsorganisation und Qualifikation im Rahmen der Industrie 4.0 beschrieben sowie der mögliche Einsatz von unterstützender Augmented Reality.

2) Lean Production

2.1) Definitionen von Lean Production und Lean Management

Der Begriff Lean Production wurde im Jahr 1988 von John Krafcik im Bericht „Triumph of the Lean Production" geprägt.¹ Er war Mitarbeiter des Massachusetts Institute of Technology, welches von 1985 bis 1991 eine umfassende Studie zur „Untersuchung von 90 Montagewerken in 17 Ländern" unter der Leitung von Ja­mes P. Womack, Daniel T. Jones und Daniel Ross durchführte.² Lean Production wird als schlanke Produktion übersetzt. Damit ist gemeint, dass die Produktion durch überflüssige Lagerbestände, Personalreserven, Hierarchien oder Bearbei­tungsprozesse nicht belastet wird.³

Auf der Grundlage der Lean Production wurde das Führungskonzept "Lean Mana­gement" abgeleitet, das ein Modell zur Gestaltung der Aufbau- Ablauforganisati­on liefert.⁴ Unter Lean Management versteht man den sparsamen und zeiteffi­zienten Einsatz der Produktionsfaktoren wie Betriebsmittel, Personal, Werkstoffe, Planung und Organisation in allen Funktionsbereichen des Unternehmens.⁵ Lean Management wird auch durch Lieferungen entsprechend den Kundenwünschen und der Produktion nach höchsten Qualitätsstandards gekennzeichnet.

2.2) Entwicklung von Lean Production

Das Konzept der Lean Production beruht zu wesentlichen Teilen auf den westli­chen Managementansätzen, die in die japanische Produktionsphilosophie über­nommen und erweitert wurden.

Im Jahr 1913 führte Henry Ford in seinen Fabriken die erste motorisierte Fließ­bandanlage ein.⁶ Er erkannte, dass die Arbeitsproduktivität und die Arbeitsteilung noch erheblich gesteigert werden können, wenn Mitarbeiter den festen Arbeits­plätzen zugeordnet werden und die zu montierende Fahrzeugteile an eben diesen Arbeitsplätzen vorbeilaufen.

Der Arbeitsrhythmus wurde damit nicht vom Mitarbeiter, sondern vom Arbeits­takt des Fließbandes vorgegeben. Zur Steigerung der Produktivität führte nicht das Fließband, sondern die Standardisierung, Vereinfachung und Normung der Arbeit.

Die Montageprinzipien von Ford sind durch folgendes gekennzeichnet:

- Lange Wege werden vermieden, indem Arbeiter und Werkzeuge in der Reihenfolge der Verrichtung angeordnet werden.
- Das Fließband liefert die benötigten Teile zum nächsten Arbeitsschritt, da­mit der Arbeiter stets an seinem Arbeitsplatz bleibt.
- Die Montageteile werden vom Fließband in gleichen Abständen und in der benötigten Stückzahl bereitgestellt.
- Alle Verrichtungen unterliegen dem Prinzip der Arbeitsteilung.⁷

Weiterhin hat Ford die Idee des Taylors Scientific Management für eine Anwen­dung im industriellen Betrieb modifiziert. Die Produktion wurde in direkte und indirekte Fertigungsbereiche geteilt. Damit übernahmen die ungelernten Arbeiter nur wenige Montageschritte und wurden durch Führungskräfte angeleitet. Der Produktionsprozess wurde ständig analysiert und so Material eingespart und Ar­beit erleichtert, um jegliche Verschwendung zu vermeiden. Durch die Maßnah­men zur Standardisierung des Messsystems wurde die Fertigungstiefe reduziert.⁸

Im Jahr 1950 reisten Firmeninhaber von Toyota, Eiji Toyoda und sein Produkti­onsleiter Taiichi Ohno in die USA, um die Automobilfabriken der Ford Motor Com­pany und General Motors zu besichtigen. Nach der Analyse des Produktionssys­tems von Henry Ford erkannten beide, dass die inflexible und kapitalintensive Massenproduktion mit den hohen Lagerbeständen an fertigen und halbfertigen Erzeugnissen für Toyota nicht den richtigen Weg darstellte. Nach dem zweiten Weltkrieg hatte die Firma Toyota keine Kapitalinvestitionen zur Anschaffung der Produktionsanlagen. Der kleine japanische Automobilmarkt verlangte nach einer hohen Produktvielfalt bei kleinen Stückzahlen. Toyota sollte sich ausschließlich nach Build-to-Order mit minimalen Durchlaufzeiten orientieren. Dadurch wurde das Toyota-Produktionssystem entwickelt, das auf der Produktionsphilosophie für das Vermeiden von Verschwendung basiert.

Dieses System analysierten die Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology im Rahmen des International Motor Vehicle Program (IMVP). Beson­ders wurden die Unterschiede zwischen der US Massenproduktion und der schlanken Produktion in Japan betrachtet. Die aus den Forschungen entstande­nen Prinzipien eines auf Effizienz und Qualität getrimmten Entwicklungs- und Produktionssystems wurden als schlanke Produktion bzw. als Lean Production bezeichnet.⁹

2.3) Kernprinzipien der Lean Production

Ausgehend von den Prinzipien des Toyota-Produktionssystems wurden von Wo­mack und Jones fünf wesentliche Prinzipien wie Kundenwert, Wertstrom, Fluss­Prinzip, Pull-Prinzip und Perfektion herausgearbeitet, deren konsequente Anwen­dung zu einem Lean Thinking führt.

Die Ermittlung des Wertes erfolgt aus Sicht des Kunden und bezieht sich auf eine spezifische Leistung zur Erfüllung der Kundenbedürfnisse. Über die exakte Defini­tion der vom Kunden geforderten Leistungen kann man zwischen den wertschöp­fenden Gütern, Dienstleistungen und Tätigkeiten, und solchen, die als Ver­schwendung bezeichnet werden, unterscheiden. Damit kann Verschwendung vermieden und ein kontinuierlicherVerbesserungsprozess durchgeführt werden.¹⁰

Die Analyse des Wertstromes bedeutet die detaillierte Untersuchung der einzel­nen Prozessschritte vom Rohmaterial bis zum Endprodukt, um die Anzahl der nicht wertschöpfenden Prozesse zu verringern. Dabei sollten auch die Prozess­schritte der Geschäftspartner betrachtet werden, um die Aufdeckung unterneh- mensübergreifender Verschwendungen zu ermöglichen.¹¹

Eines der wichtigsten Gestaltungsprinzipien der Lean Production ist das Fluss­Prinzip. Die Hauptidee dieses Prinzips ist die kontinuierliche Flussorientierung der wertschöpfenden Prozessschritte. Entscheidende Grundlage des Prinzips ist der One-Piece-Flow, bei dem die Prozessschritte eines Produktes ausgetaktet wer­den. Der schnelle Wechsel zu beliebigen Produktkonfigurationen mit kleinen Los­größen, kurzen Rüstzeiten und somit minimierten Zwischenlagern erlaubt Kun­denbedürfnisse schneller, flexibler, kostengünstiger und mit einer niedrigeren Fehlerrate zu erfüllen.¹²

Die Flussorientierung des Produktionsprozesses schafft die Grundlage zur Reali­sierung des Pull-Prinzips. Hinsichtlich eines Kundenbedarfs werden nur direkt nachgefragte Mengen produziert und zum richtigen Zeitpunkt bereitgestellt.¹³ Bei diesem Verfahren entfällt die Lagerung von Teilprodukten und Fertigwaren.

Die gegenseitige Stimulation der vorgenannten Prinzipien führt im Rahmen des Prinzips der Perfektion zu einer kontinuierlichen Verbesserung des Prozessflus­ses.¹⁴ Um Verbesserungsmöglichkeiten zu identifizieren und zu standardisieren werden die in Kapitel 2.5.3 beschriebenen Kaizen-Prinzipien eingesetzt.

2.4) Zielsetzungen und Gestaltungsmöglichkeiten von Lean Production

Das Konzept der Lean Produktion verfolgt das Ziel, die Wirtschaftlichkeit durch konsequente Vermeidung jeglicher Verschwendung in allen Produktionsberei­chen, sowohl bei der Produktentwicklung als auch in der Zulieferkette zu stei­gern.¹⁵ Lean Production umfasst drei Grundtypen der Verschwendung: Muda (Verschwendung), Muri (Überlastung) und Mura (Unausgeglichenheit).¹⁶

Unter Muda werden die von Ohne definierten Formen der Verschwendung ver­standen, die im Folgenden zusammengefasst werden:¹⁷

1. Überproduktion

Die Überproduktion ist die schlimmste Form der Verschwendung, die die Lager­bestände und den unnötigen Arbeitskraftüberschuss im Montagebereich gene­riert. Das Management hat damit die Aufgabe, die Überproduktion zu vermeiden und überschüssige Arbeitskräfte zu identifizieren, um sie effektiver einsetzen zu können.

2. Wartezeiten

Wenn die Logistikabläufe nicht ausreichend abgestimmt oder nicht synchronisiert sind, entstehen Wartezeiten an Arbeitsplätzen im Montagebereich. Dieser zusätz­liche Zeitaufwand weist eine negative Auswirkung auf die Wirtschaftlichkeit des Unternehmens auf.

3. ÜberflüssigerTransport

Überflüssiger Transport der für die Montage benötigten Teile über weite Strecken kann zum Beispiel zu langen Wartezeiten an Arbeitsplätzen oder zur versehentli­chen Beschädigung der Teile führen.

4. Unnötige oder falsche Prozessschritte

Unnötige oder falsche Prozessschritte können beispielsweise zu fehlerhafter Mon­tage, steigender Komplexität in der Montage, höherem Arbeitsaufkommen der Montagearbeiter und somit steigenden Durchlaufzeiten führen.

5. Überhöhte Lagerhaltung

Hohe Lagerbestände verursachen hohen Flächenbedarf, hohe Kosten durch Ein- und Auslagerung, teures Suchen von Materialien und Verlust der Transparenz.

6. Unnötige Körperbewegungen

Unnötige Körperbewegungen entstehen durch eine unergonomische Gestaltung der Arbeitsplätze. Eine andere oft auftretende Verschwendungsform ist das Su­chen. Der Montagearbeiter wendet viel Zeit auf, um nach Werkzeugen, Materia­lien oder Montageanweisungen zu suchen, wenn sie ihm nicht in entsprechender Form und Menge zur Verfügung gestellt werden.

7. Produktion fehlerhafter Teile

Mangelhafte Produkte stören den Produktionsfluss und führen zu teuren Nach­besserungen. Es können dafür folgende Gründe vorliegen: schlecht gewartete Maschinen, defekte Materialien, unkalibrierte Messwerkzeuge oder unzureichend qualifizierte Mitarbeiter.

Unter Muri versteht man die Vermeidung der Überlastung von Menschen und Ma­schinen. Auf Grund beispielweise der unergonomischen Gestaltung der Arbeits­plätze im Montagebereich können bei Mitarbeitern körperliche und geistige Über- belastungen ¡n Form von Stress, Übermüdung, Arbeitsunzufriedenheit oder Feh­lerhäufigkeit auftreten.¹⁸

Mura, die dritte und letzte der Grundtypen der Verschwendung, ist eine Verbin­dung von Muda und Muri. Beim Auftritt von Mura findet ein Wechselspiel zwi­schen Phasen der Überlastung (Muri) und Phasender Verschwendung (Muda) statt. Der Hauptgrund dafür ist eine ungleichmäßige Produktion durch interne Probleme.¹⁹

2.5) Wesentliche Bausteine der Lean Production

2.5.1) Gruppenarbeit

Der Erfolg der Lean Production basiert überwiegend auf der Einführung der grundlegend anderen Form der Arbeitsorganisation - Gruppenarbeit. Das Team hat die Aufgabe, komplizierte, technische Probleme eigenverantwortlich zu lösen und die Qualität und Produktivität zu verbessern.²⁰ Fünf bis acht Mitarbeiter bil­den ein Team, das von einem Teamleiter geführt und unterstützt wird.²¹ Die be­trieblichen Teams sind in mehreren horizontalen und vertikalen Gruppen zusam­mengefasst.²²

Die Grundgedanken für die Teambildung können wie folgt zusammengefasst werden:²³

- Mit der Eigenverantwortung höhere Identifikation mit der Tätigkeit
- Das Denken des Teams ganzheitlicher als Einzelne
- Verbesserung der Kommunikation
- Bessere Erkennung und Lösung der Probleme
- Reduzierung der Hilfsstellen durch Selbstverwaltung
- Kurzfristiger Ausgleich des Leistungsüberschusses und Fehlbedarfs
- Erhöhung der Leistungsfreude und Produktivität
- Persönlicher Schutz durch Team bei Misserfolgen
-Austauschbarkeit von Mitarbeitern.

2.5.2) Standardisierung

Standardisierung der Arbeitsschritte ist eine Grundvoraussetzung für die konti­nuierliche Verbesserung und die Übertragung von Verantwortung auf die einzel­nen Mitarbeiter.²⁴ Durch Standardisierung werden alle einzelnen Prozessschritte der Automobilproduktion detailliert beschrieben und in schriftlicher Form doku­mentiert.²⁵ Die Arbeitsabläufe werden unter dem Aspekt der Optimierung men­schlicher Bewegungsabläufe bestimmt. Die Festlegung der Standard­Arbeitsblätter im Montagebereich ist nicht statisch, sondern unterliegt durch kon­tinuierliche Verbesserung einer permanenten Veränderung. Für die Aktualisie­rung der Inhalte ist der Teamleiter verantwortlich. Toyota geht davon aus, dass die Montagearbeiter die Montageprozesse durch die tägliche Ausführung besser kennen. Deshalb werden diese Mitarbeiter gemeinsam mit ihrem Teamleiter in Kaizen-Projekte und die entsprechende Aktualisierung der Standards involviert. Die angepassten Standards stellen wieder die Ausgangsbasis für die neuen Ver­besserungen dar.

2.5.3) Qualitätsbezogene Bausteine Kaizen

Das japanische Wort Kaizen setzt sich aus Wörtern Kai-"verändern" und Zen- "gut" zusammen. Kaizen ist eine japanische Lebens- und Arbeitsphilosophie, die ständige Verbesserung in kleinen Schritten voraussetzt.²⁶

In der Kaizen-Philosophie gelten alle Mitarbeiter als die Akteure der ständigen Optimierung jedes Prozessschrittes.²⁷ Die Montagearbeiter leisten diese Optimie­rung als Einzelner für den eigenen Arbeitsplatz und im Team für den erweiterten Montagebereich.²⁸

In der folgenden Tabelle sind die wesentlichen Merkmale von Kaizen dargestellt: Merkmale von Kaizen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Merkmalevon Kaizen²⁹

Seit 1990 wird Kaizen in der deutschsprachigen Industrie als Kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP), betriebliches Vorschlagswesen (BVW) oder Ideen­management (IM) bezeichnet und vielfach praktiziert.³⁰

2.5.4) Produktionsbezogene Bausteine

Just-in-Time

Der Begriff Just-in-Time (JIT) wurde von Taiichi Ohno entwickelt. Er dient als Ba­sis für das Toyota Produktionssystem und wurde durch den Erfolg des Toyota Produktionssystems auch in der westlichen Welt bekannt. "Just-in-Time bedeu­tet, dass in einem Fließverfahren die Teile, die zur Montage benötigt werden, zur rechten Zeit und nur in der benötigten Menge am Fließband ankommen."³¹

Der Just-in-Time Prozess erfordert folgende Voraussetzungen: synchrone und am Kundentakt ausgerichtete Prozesse, kontinuierlicher Fluss in der Produktion, kur­ze Umrüstzeiten, Pull-Prinzip, direkter Material- und Informationsfluss und Integ­rierte Logistik mit Einbeziehung der Zulieferer.³² Eine Just-in-Time-Produktion vermeidet eine unwirtschaftliche Lagerhaltung und lange Durchlaufzeiten. Die Weiterentwicklung der JIT Anlieferungen bietet heutzutage durch Einbindung der Zulieferer in EDV-Systeme der Automobilhersteller direkte Anlieferung an das Montageband an.

Kanban

Die wörtliche Übersetzung von Kanban in die deutsche Sprache lautet Zeichen­brett.³³ Bei seiner USA-Reise war Ohno sehr von amerikanischen Supermärkten begeistert und hat danach Kanban entwickelt. Nach dem Supermarktprinzip wird nach dem Pull-Verfahren durch jeden Verbrauch ein neuer Bedarf beim Lieferan­ten angestoßen.³⁴ Kanban ist eine bedruckte Karte, die teilespezifische Informa­tionen wie zum Beispiel Teilenummer, Lieferant, Montageort, Standardmenge pro Behälter und die laufende Nummer des Kanbans enthält.³⁵ Diese Kartei übermit­telt die Informationen vertikal und horizontal innerhalb TOYOTAS und an dessen Zulieferer.³⁶

Für eine erfolgreiche Implementierung eines Kanban-Systems müssen zunächst die Voraussetzungen erfüllt werden. Takeda nennt die folgenden sieben Voraus­setzungen:

- Aufbau einer Fließfertigung,
- Verkleinerung der Losgrößen,
- geglättete Produktion,
- Verkürzung und Vereinheitlichung derTransportzyklen,
- BestimmungderAdressen,
- konsequentes Management der Behälter und Verpackungsformen.³⁷

Anschließend dient das Kanban-System zur Steuerung des Materialflusses und der Produktion nach dem „Pull-Prinzip".

3) Industrie 4.0 - die vierte industrielle Revolution

Der Begriff Industrie 4.0 wurde erstmals im Rahmen der Hannover Messe 2011 der Öffentlichkeit vorgestellt. Die "Plattform Industrie 4.0" hat ihren Ursprung in einem Arbeitskreis genommen und stellt heute einen Zusammenschluss der Branchenverbände Bitkom, VDMA und ZVEI, der gemeinsam von BMBF und Bun­deswirtschaftsministerium (BMWi) geleitet wird, dar. Der Begriff Industrie 4.0 wird auch als die vierte industrielle Revolution bezeichnet. Es ist sinnvoll, zu­nächst die vergangenen drei Revolutionen zu erläutern, auf welchen die vierte industrielle Revolution aufbaut.³⁸

Die erste industrielle Revolution startete Mitte des 18. Jahrhunderts. Mit der Entwicklung der Dampfmaschine fand eine Mechanisierung der Landwirtschaft, Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen sowie Produktion statt.³⁹

Die zweite industrielle Revolution erfolgte Ende des 19. Jahrhunderts und wurde durch die flächendeckende Versorgung von Städten, Eisenbahnen und Produkti­onsstätten mit Elektrizität und den Einsatz der Verbrennungsmotoren in Kraft­fahrzeugen und im Luftverkehr gekennzeichnet. Es wurden auch Telegraphen und Telefone zur Kommunikation und Koordination von Produktionssystemen entwickelt.⁴⁰ Die Entwicklung des Fließbandes von Henry Ford war ein echter Durchbruch in derAutomobilindustrie.⁴¹

In weiterer Folge zeichnete sich die dritte Revolution Ende 60er Jahre durch Ein­satz von IT und Elektronik zur Automatisierung der Produktion aus.⁴² Mit der Er­findung des Computers wurde Massenproduktion von Computern unterstützt und computergesteuerte Systeme übernahmen die Steuerung von Maschinen und

Prozessen.⁴³ Darüber hinaus führte die Entwicklung der Informations- und Kom­munikationstechnologie zu einer fortschreitenden Automatisierung der Produkti­onsprozesse und folglich zu einer Rationalisierung sowie zu einer variantenrei­chen Serienproduktion.⁴⁴

Die Verbreitung des Internets schafft heute eine weltweite Kommunikation und Koordination von globalen Wertschöpfungsnetzwerken. Diese globale Vernetzung betrifft bisher aber nicht die Maschinen von Produktionssystemen, die weiterhin als abgeschlossene Systeme hierarchisch gesteuert werden.⁴⁵ Durch diese vierte industrielle, durch die IT ausgelöste, Revolution sollen die Produktionsbetriebe bis zum Jahr 2025 folgende Eigenschaften aufweisen:

- „Ein hohes Maß an Produktindividualisierung über die Standardkonfigurati­onsmöglichkeiten hinaus.
- Hoch flexibilisierte und zugleich effiziente Produktion bis zur Losgröße 1.
- Weitgehende Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäfts­und Wertschöpfungsprozesse.
- Verkopplung von Produktion und hochwertigen Dienstleistungen, die in so­genannten hybriden Produkten mündet."⁴⁶

In der nächsten Abbildung sind alle vier Stufen der Industriellen Revolution zu­sammengefasst:

3.1) Annäherung an die Definition Industrie 4.0

Seit 2011 beschäftigen sich viele Institute und die Industrie mit dem Begriff In­dustrie 4.0 und seiner genauen Definition. Daraus resultierend liegen viele ver­schiedene Auslegungen darüber vor, was unter dem Begriff genau zu verstehen ist.^{47 48} Heutzutage existiert aber keine eindeutige, allgemein akzeptierte Darstel­lung von Industrie 4.0.⁴⁹

Laut Plattform Industrie 4.0 wird Industrie 4.0 wie folgt definiert:

„Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Ver­netzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dyna­mische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifen­de Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bei­
spielsweise Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren las­sen."⁵⁰

3.2) Grundlagen und Leitidee der Industrie 4.0

Industrie 4.0 stellt eines der Zukunftsprojekte der Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung dar.⁵¹ Im Rahmen dieses Zukunftsprojekts sollen Standards, Ausbildung, Sicherheitsfragen und rechtliche Rahmenbedingungen hinsichtlich wirtschaftspolitischer Zielsetzungen aktiv gestaltet werden. Das Zukunftsprojekt hat eine wichtige Bedeutung für die Zukunft der Produktion in Deutschland und damit für Sicherung und Ausbau des Produktionsstandortes im internationalen Wettbewerb.⁵²

Industrie 4.0 steht für Verzahnung der Produktion mit modernster Informations­und Kommunikationstechnik, wobei die treibende Kraft dieser Entwicklung die rasant zunehmende Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft ist.⁵³ Dadurch entstehen autonome eingebettete Systeme, die drahtlos untereinander und mit den Daten und Diensten des Internets vernetzt sind. Diese neue Stufe der Digi­talisierung und Vernetzung wird als Internet der Dinge bezeichnet. Mit der Ver­besserung der Sensorik und Aktuatorik steigt auch das Potenzial der eingebette­ten Systeme (Embedded Systems). Die Verschmelzung von physikalischer und virtueller Welt wird cyber-physisches System (CPS) genannt. Zur Verbesserung der Produktionsprozesse entstehen cyber-physische Produktionssysteme (CPPS) mit intelligenten Maschinen, Lagersystemen und Betriebsmitteln, die eigenstän­dig Informationen austauschen, Aktionen auslösen und sich wechselseitig steuern.⁵⁴ Daraus ergeben sich auch intelligente Wertschöpfungsketten, die alle Schritte des Lebenszyklus des Produktes miteinschließen - von der Entwicklung über Produktion, Nutzung und Wartung bis hin zum Recycling.⁵⁵

Dabei soll Deutschland eine duale Strategie verfolgen und sich sowohl als Leitan­bieter entsprechender Maschinen und Einrichtungen als auch als Leitanwender

[...]

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¹ Vgl. Hansmann (2006), S. 210.

² Vgl. Dickmann (2015), S. 6.

³ Vgl. Hansmann (200б), S. 210.

⁴ Vgl. Wilmes (1996), S. 104.

⁵ Vgl. Hansmann (2006), S. 210.

⁶ Vgl. hierzu und im Folgenden Schuh / Kampker (2011), S. 39.

⁷ Vgl. Schuh / Kampker (2011), S. 40.

⁸ Vgl. hierzu und im Folgenden Schuh / Kampker (2011), S. 40ff.

⁹ Vgl. Schuh / Kampker (2011), S. 42.

¹⁰ Vgl. Töpfer (2009), S. 30.

¹¹ Vgl. Schuh (2013), S. 4.

¹² Vgl. Töpfer (2009), S. 31.

¹³ Vgl. Töpfer (2009), S. 31.

¹⁴ Vgl. Töpfer (2009), S. 31.

¹⁵ Vgl. Brunner (2014), S. 63.

¹⁶ Vgl. Brunner (2014), S. 68.

¹⁷ Vgl. Becker (2006), S. 65.

¹⁸ Vgl. Brunner (2014), S. 68.

¹⁹ Vgl. Becker (2006), S. 303.

²⁰ Vgl. Brunner (2014), S. 126.

²¹ Vgl. Brunner (2014), S. 113.

²² Vgl. Bösenberg / Metzen (1995), S. 71.

²³ Vgl. Bösenberg / Metzen (1995), S. 70.

²⁴ Vgl. Brunner (2014), S. 126.

²⁵ Vgl. hierzu und im Folgenden Oeltjenbruns (2000),

²⁶ Vgl. Brunner (2014), S. 11.

²⁷ Vgl. Schuh / Kampker (2011), S. 289.

²⁸ Vgl. Brunner (2014), S. 11.

²⁹ Brunner (2014), S. 27.

³⁰ Vgl. Reitz (2008), S. 104.

³¹ Ohne (2013), S. 37.

³² Vgl. Töpfer (2009), S. 35ff.

³³ Vgl. Dickmann (2015), S. 11.

³⁴ Vgl. Dickmann (2015), S. 11.

³⁵ Vgl. Klug (2010), S. 179.

³⁶ Vgl. Becker (2006), S. 294.

³⁷ Vgl. Dickmann (2015), S. 292.

³⁸ Vgl. Bauernhansl u. a. (2014), S. 5.

³⁹ Vgl. BITKOM / Fraunhofer IAO (2014), S. 9.

⁴⁰ Vgl. BITKOM / Fraunhofer IAO (2014), S. 9.

⁴¹ Vgl. Bauernhansl u. a. (2014), S. 6.

⁴² Vgl. Kaufmann (2015), S. 4.

⁴³ Vgl. BITKOM / Fraunhofer IAO (2014), S. 9.

⁴⁴ Vgl. Bauernhansl u. a. (2014), S. 6.

⁴⁵ Vgl. BITKOM / Fraunhofer IAO (2014), S. 9f.

⁴⁶ Roth (2016), S. 5.

⁴⁷ BITKOM / Fraunhofer IAO (2014), S. 10.

⁴⁸ Vgl. Bauernhansl u. a. (2014), S. 145.

⁴⁹ Vgl. BITKOM / Fraunhofer IAO (2014), S. 18.

⁵⁰ BMWi: Plattform Industrie 4.0 (21.05.2016)

⁵¹ Vgl. Forschungsunion & acatech (2012), S. 27.

⁵² Vgl. Roth (2016), S. 5.

⁵³ Vgl. Plattform Industrie 4.0 (21.05.2016)

⁵⁴ Vgl. Forschungsunion & acatech (2012), S. 8f.

⁵⁵ Vgl. Plattform Industrie 4.0 (21.05.2016)