Lean Production & Smart Factory. Synergieeffekte und Konfliktpotenziale auf der Wertschöpfungsebene


Bachelorarbeit, 2016
62 Seiten, Note: 1,8

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Aufbau der Thesis

2 Grundlagen der Lean Production und Smart Factory
2.1 Lean Production
2.2 Smart Factory
2.2.1 Cyber Physische Systeme
2.2.2 Cyber-Physische-Produktions-Systeme
2.2.3 Herausforderung und Risiken in der zukünftigen Produktion
2.2.4 Chancen und Nutzen von Smart Factory
2.3 Lean trifft Smart
2.3.1 Lean Methoden in der digitalen Welt
2.3.2 Horizontale und vertikale Integration überWertschöpfungsketten
2.3.1 Beispiel einer Wertschöpfungskette in der Automobilindustrie
2.3.2 Praxisbeispiel

3 empirische Untersuchung
3.1 Schriftliche Befragung
3.2 Die Analysemethode für die Datenanalyse
3.3 Auswertung

4 Diskussion

5 Fazit

Anhang:

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Lean Management Säulen

Abbildung 2: Darstellung einer Wertschöpfungskette ohne Industrie 4.0

Abbildung 3: Darstellung einer Wertschöpfungskette mit Industrie 4.0

Abbildung 4: Der Weg zu Lean Enterprise im Unternehmen SEW-Eurodrive

Abbildung 5: Bestücktisch in der Elektronikfertigung Bruchsal nach dem Best­Point-Prinzip

Abbildung 6: Optimierte Montageinsel in der Getriebemontage in Graben-Neudorf nach den Gestaltungsprinzipien von Lean und Industrie 4.0

Abbildung 7: Auswertung der 1. Frage

Abbildung 8: Auswertung der 2. Frage

Abbildung 9: Auswertung der 3. Frage

Abbildung 10: Auswertung der 4. Frage

Abbildung 11: Auswertung der 5.Frage

Abbildung 12: Auswertung der 6. Frage

Abbildung 13: Auswertung der 7. Frage

Abbildung 14: Auswertung der 8. Frage

Abbildung 15: Auswertung der 9. Frage

Abbildung 16: Auswertung der 10. Frage

Abbildung 17: Auswertung der 11 .Frage

Abbildung 18: Auswertung der 12. Frage

Abbildung 19: Auswertung der 13. Frage

Abbildung 20: Auswertung der 14. Frage

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Das Alltagsleben von Menschen, Märkten, Geschäftsbeziehungen und Wertschöpfungsket­ten werden durch ansteigende Vernetzungen und Digitalisierungen der virtuellen mit der rea­len Welt verändert. Digitale Technologien werden in Geschäftswelten integriert und imple­mentiert. Diese Technologien werden zum einen als Chance für Entwicklungen bestehender Geschäftsmodelle und Erzeugung neuer Geschäftspotenziale betrachtet. Auf der anderen Seite werden digitale Technologien als eine Herausforderung angesehen, da Unternehmen mit ihnen ihre Wettbewerbsfähigkeiten ausbauen und nachhaltig sichern. Unternehmen wer­den daher in der Zukunft auf Veränderungen reagieren und sich dementsprechend noch mehr anpassen müssen. Neuartige Technologien und Innovationen ermöglichen eine Kom­munikation zwischen Menschen und Maschinen sowie Maschinen mit Maschinen. Dadurch erhalten Unternehmen die Möglichkeit das Kundenverhältnis zu verbessern, da mehr geziel­te Informationen über Fortschritte einer Produktion geleistet werden können. Durch Studien ist zu erkennen, dass durch die Zusammenwirkung der digitalen und produzierenden Indust­rie, Unternehmen ihre Effizienz in der Schnelligkeit, Flexibilität und Produktivität um 40 Pro­zent erhöhen.[1] Der Begriff Industrie 4.0 ist die aktuelle Entwicklung, die auch als ‘Vierte in­dustrielle Revolution' bezeichnet wird. Eine Standard Definition gibt es für den Begriff nicht. Für die meisten Autoren[2] jedoch ist Industrie 4.0 die Digitalisierung der zukünftigen Produkti­on. Zu den Zielen der Industrie 4.0 gehören die Flexibilisierung und Verbesserung der Wert­schöpfungen, sowie die Individualisierungen der Produkte. Industrie 4.0 und die Ziele werden in Themengebiete wie ‘Smart Factory', ‘Internet der Dinge' und ‘Business Digitalization' be­handelt. Industrie 4.0 ist die Zusammensetzung und Weiterentwicklung traditioneller Produk­tionsmethoden wie Lean Management und Computer-integrated manufacturing (CİM). Eine Umsetzung dieser Konzepte ist teilweise möglich, da Forschungsbedarf an der Technologi­schen Weiterentwicklung besteht. Daher klassifizieren auch viele Autoren die Industrie 4.0 als eine Evolution ein.[3] Industrie 4.0 fokussiert sich auf Smart Factory, der intelligenten Fab- rik. Die intelligente Fabrik setzt sich aus Cyber-Physischen-Systemen (CPS) und Smart Pro­duct beziehungsweise (bzw.) intelligenten Produkten zusammen.[4] Es lassen sich aber grund­legende Leitfragen in Bezug auf dieses Themengebiet stellen. Wie schlank ist die Smart Fac­tory tatsächlich aufgebaut? Wie gut passen Lean Methoden in die Philosophie von Smart Factory und welche Herausforderungen bestehen? Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wer­den die Synergieeffekte und Konfliktpotenziale von Lean Production und Smart Factory auf der Wertschöpfungsebene behandelt.

1.2 Aufbau der Thesis

Die vorliegende Bachelorarbeit ist in vier Teile gegliedert. Zuerst wird der Begriff Lean Pro­duction beleuchtet und mit den bestehenden Lean Methoden in Einklang gebracht.

Im zweiten Teil wird das Thema ‘Smart Factory' bearbeitet und ein Überblick über Industrie 4.0 geschaffen. Außerdem werden auf die Smart Factory Technologien, Cyber Physische Systeme und Cyber-Physische-Produktionssysteme (CPPS) eingegangen. Zudem werden die Herausforderungen und Risiken an die zukünftige Produktion beschrieben. Darauffolgend werden die Chancen und Nutzen von Smart Factory behandelt. Auf die horizontale und verti­kale Integration überWertschöpfungsketten wird zum Schluss dieses Kapitels eingegangen.

Besonderes Augenmerk wird dabei dem dritten Teil der Arbeit gewidmet. Zunächst wird die Zusammenwirkung von Lean Production und Smart Factory klargestellt. Zur Verdeutlichung wird anhand eines Beispiels die Wertschöpfungskette mit und ohne Industrie 4.0 betrachtet. Des Weiteren werden Nutzen der Lean Methoden in IT-Systemen behandelt. Das Praxisbei­spiel zum Schluss wird im Mittelpunkt des Kapitels stehen und die Entwicklung von CIM über Lean Production zu Industrie 4.0 beschreiben.

Im letzten Teil der Arbeit wird eine empirische Untersuchung dargestellt. Die Vorgehenswei­se der Datenerhebung wird beschrieben. Anhand statistischer Kennzahlen wird der Frage­bogen ausgewertet. Dieser Teil der Arbeit soll den jetzigen Zustand der Unternehmen dar­stellen, inwiefern sie digitalisiert sind und welche persönliche Stellungnahme sie zur Thema­tik haben. Im Anschluss folgt eine Diskussion über die Fragestellung der Arbeit, indem die Umfrageergebnisse erläutert werden. Abschließend erfolgt eine Zusammenfassung, die in Form eines Fazits eine persönliche Stellungnahme zu dem Thema beinhaltet.

2 Grundlagen der Lean Production und Smart Factory

2.1 Lean Production

ImJahre 1990 erforschte die Universität Massachusetts Institute of Technology (MIT) durch eine Studie den japanischen Erfolg in der Produktion. Vorreiter dieser Entwicklung in Japan war damals der Automobilhersteller Toyota. Verantwortlich für den nachhaltigen Erfolg japa­nischer Unternehmen ist ein ganzheitliches Managementsystem hinter den Aspekten ‘Ent­wicklung[1], ‘Produktion[1], ‘Vertrieb[1] und ‘Verwaltung[1]. Der größte Teil des Betriebskapitals und der Mitarbeiter sind im Unternehmen von Toyota an den Produktionsbereich gebunden, da­her wird dieses Managementsystem als ‘Lean Production' (deutsch: schlanke Produktion) bezeichnet.[5]

Mit Hilfe von Lean Production produzieren Unternehmen mit geringen Verschwendungen und verfügen dabei über einen geringen bzw. keinen Lagerbestand, indem sie die Probleme vor Ort beheben und Ursachen langfristig vermeiden.[6] Lean Production ist die Identifizierung und Eliminierung von Verschwendungen.[7] Bei einer Durchführung mit vollständiger Vermei­dung von Verschwendungen ist die Verbesserung der Effizienz in der Kosten red uktion bzw. Potenzialaufdeckung stets vorhanden. Außerdem wird die Effizienz von jedem Arbeiter sowie der Fließbänder analysiert. Die Effizienz wird auf jeder stufe und gleichzeitig für das ganze Werk verbessert. Eine sehr gute Verbesserung der Effizienz ist dann erreicht, wenn keine Verschwendungen mehr im Prozess vorhanden sind und die Arbeitseffektivität auf 100 Pro­zent erhöht wird.[8] Lean Production erarbeitet mit minimalen Einsatz von Arbeitskräften nur das Notwendige und produziert nur bei Bedarf. Dieser Vorgang führt zu einer abnehmerori­entierten, lagerlosen Produktion. Im Weiteren werden Fehler beseitigt, indem die Ursachen für die Fehler gesucht und dazu Lösungen gefunden werden. Dieses Verfahren zielt auf eine fehlerfreie Produktion ab. Zudem sind alle Mitarbeiter und externen Zulieferer dazu aufgefor- dert, die Prozesse und Produkte ständig zu verbessern, นทา eine optimale Produktion zu ge­währleisten.[9]

Nachdem Lean Production sich auch in produktionsfremden Bereiche und anderen Branchen als anwendbar und effizient erwiesen hat, entstand der Begriff des Lean Management.[10] Das Lean Management gestaltet die Prozesse und Strukturen im ganzen Unternehmen schlanker und wirkungsvoller.[11] Im Lean Management wird durch die Verschlankung der Organisatio­nen, Abbau von Hierarchien und die Verknüpfung horizontaler und vertikaler Abläufe die Effi­zienz erhöht. Durch komplexe Organisationen entstehen Fehlleistungen und Verschwendun­gen, wobei Lean Production versucht diese zu reduzieren.[12]

Taiichi Ohno ist der Produktionsleiter und Pionier von Lean Production.[13] Er baute ein Sys­tem auf, indem sieben Arten von Verschwendungen auftauchen, um Mitarbeitern zu helfen solche Verschwendungen zu identifizieren.[14] ‘Muda' ist der japanische Begriff für Ver­schwendung. Die Mitarbeiter müssen diese Verschwendungsarten kennen, damit sie Ver­schwendungen in allen Erscheinungsformen erkennen und vermeiden. Die folgende Auflis­tung stellt die sieben Verschwendungsarten aus dem Toyota-Produktionssystem dar:

- Überproduktion: Überproduktion herrscht dann, wenn mehr produziert wird als benö­tigt
- Wartezeiten/ Verzögerungen: Die Zeit in der keine wertschöpfenden Tätigkeiten voll­zogen werden
- unnötiger Transport: Charakterisiert einen nicht wertschöpfenden Transport
- unnötige Bewegung: Sind ineffiziente Abläufe bei der Bearbeitung
- Ausschuss: Sind falsche Bearbeitungen und Teile mit Fehlem
- hohe Lagerbestände: Produkte sind nicht nach Marktbedarf produziert worden und stehen unnötig im Lager
- Bearbeitungen: Unnötige Bearbeitungen am Produkt die keinen Nutzenzuwachs für den Kunden hat[15]

Im Folgenden werden einige Lean Methoden aufgelistet. Auf detailliertere Informationen wird unter Punkt 2.3 weitereingegangen:

- JIT Prinzip: Es charakterisiert ein Organisationsprinzip der dezentralen Planung und Steuerung, bei der die erforderliche Zulieferung für die Produktion bedarfsgenau, zum richtigen Zeitpunkt, in der richtigen Menge, in der richtigen Qualität am richtigen Ort zur Verfügung steht, wenn Bedarf ist.[16]

- One Piece Flow: Der One-piece-flow ist die Basis des Fließprinzips, indem das Bau­teil nach der Verarbeitung sofort an den nächsten Arbeitsschritt weitergegeben wird, um dort weiter bearbeitet zu werden.[17] Durch die flussoptimierte Fertigung wird die Durchlaufzeit reduziert.[18]

- Wertstromanalyse: Ein Wertstrom ist die Reihenfolge der Arbeitsschritte, die den Wertefluss von der Kundenanfrage bis zum Versand des Produkts an den Kunden darstellt.[19] In Bezug auf die Verfahren und Ziele der Lean Production wird die Wert­stromanalyse gegenwärtig vermehrt als Instrument zur Illustration und Untersuchung von Material- und Informationsflüssen verwendet.[20]

- 5S-Methode: Die 5S-Methode besteht aus fünf Punkten. Sortieren, sichtbare Ord­nung, Sauberhalten, standardisieren und Standards einhalten und verbessern sind die fünf Schritte, die zur Ordnung und Sauberkeit am Arbeitsplatz führen.

- Kanban-Svstem: Beim Kanban-System richtet sich die Nachlieferung des Materials an einer ziehenden Prozesskette (Pull-Prinzip). Die Kanban-Karte signalisiert den Bedarf an Material, um neues Material zu bestellen.

- Kontinuierlicher Verbesserunqsprozess: Der KVP basiert auf der ständigen Verbes­serung und Erneuerung der Prozesse in allen Bereichen des Unternehmens.

- SMED: Mit dem ‘Single Minute Exchange of Die' wird die Rüstzeit reduziert. Durch das schnelle Rüsten wird die Maschinenverfügbarkeit erhöht und die Losgröße[21] re­duziert.

- Standardisierung: Prozesse und Arbeitsgänge werden standardisiert, so dass Syste­me transparent dargestellt werden, um optimale Qualität der Ergebnisse zu erhal­ten.[22] [23]

Diese Methoden und Prinzipien sind wichtige Faktoren um eine schlanke Produktion zu er­reichen.

Abbildung 1: Lean Management Säulen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Kästle: 2016[23]

In der Zukunft werden Unternehmen im globalen Wettbewerb befähigt sein prozessoptimier­ter zu produzieren, wenn jegliche Fertigungs- und Lieferprozesse am Kunden ausgerichtet und dementsprechend gestaltet werden. Weiterhin wird es darauf ankommen, Verschwen­dungen in der Produktion zu erkennen und zu beseitigen. Lean Production überprüft und verbessert bestehende Systeme hinsichtlich den Wünschen der Kunden in Bezug auf Ver­fügbarkeit, Individualität, Qualität und Preisgestaltung. Hinzu kommt, dass sich das Unter­nehmen intern immer weiter in allen Prozessschritten verbessern kann und damit seine

Wettbewerbsmöglichkeiten verbessert. Die kundenorientierte Sichtweise in der Produktion ist ein wichtiges Grundprinzip bei allen Lean-Überlegungen. Der Kunde soll das richtige Pro­dukt, zum richtigen Ort, zur richtigen Zeit, zum richtigen Preis in der richtigen Qualität be­kommen.

Eine prozess- und kundenorientierte Fertigung ist in jedem Betrieb umsetzbar, wenn ein Höchstmaß an Transparenz besteht. Anhand Echtzeit[24] -lnformationen aus dem Produktions­prozess werden Wert- und Produktionsflüsse verfolgt, nicht-wertschöpfende Prozesse er­kannt sowie Arbeitsabläufe flexibel und weitestgehend fehlerfrei gesteuert. Die Transparenz ist die Grundlage für Lean Production. Damit ein schlanker Produktionsablauf unverzichtbar ist, werden Aufträge, Komponenten und Betriebsmittel durchgängig sichtbar gestellt. Um Echtzeit-Informationen zu erhalten, werden Systeme wie Barcode, radio-frequency Identifica­tion (RFID), wireles local area network (WLAN) und Bluetooth benutzt.[25]

Gemäß einer Studie der Staufen AG haben viele Unternehmen die gesamte Organisation effizient aufgestellt. Unternehmen entwickeln Prozesse und Abläufe in der Wertschöpfung weiter, indem der technische Fortschritt und die Weiterentwicklung der Führungskultur gleichzeitig ablaufen. Lean Management ist die ideale Grundlage für Smart Factory.[26] Indust­rie 4.0 ist ein wesentlicher Ansatz zum Umgang mit Komplexität und Dynamik, daher ist es notwendig, die zukunftsfähige Produktion so zu gestalten, dass Industrie 4.0 und Lean Ma­nagement Zusammenwirken. Sowohl die Produktionsprozesse in den Lean-Prinzipien, als auch Industrie 4.0 suchen Lösungen für die schnelle Zunahme an Komplexität in den Pro­zessen.[27]

2.2 Smart Factory

Mit der ersten Revolution der Einführung mechanischer Produktionsanlagen unter der Ver­wendung der Wasser- und Dampfkraft, der zweiten Revolution der Einführung der arbeitstei­ligen Massenproduktion mit Unterstützung der elektrischen Energie und der dritten Revoluti­on des Einsatzes der Elektronik und IT zur Automation, ist die Welt durch vernetzte und kommunizierende Systeme auf Grund der neuesten Internettechnologien in der vierten Re­volution angekommen.[28]

Laut den drei Verbänden BITKOM, VDMA und ZVEI[29] wird Industrie 4.0, als vierte industrielle Revolution bezeichnet. Diese wird als eine neue Vorgehensweise der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten defi­niert. Der individuelle Kundenwunsch reicht von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, bis hin zur Auslieferung eines Produktes an den Verbraucher und dem Re­cycling, inklusive der beinhaltenden Dienstleistung. Damit die Kundenwünsche dementspre­chend erfüllt werden, ist es notwendig alle nützlichen Details für die Wertschöpfung in Echt­zeit vorhanden zu haben. Durch die Vernetzung von Menschen, Objekten und Systemen werden dynamische, echtzeitoptimierte und selbstorganisierende, unternehmensübergrei­fende Wertschöpfungsnetzwerke geschaffen, die sich nach verschiedenen Merkmalen wie Z.B. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch perfektionieren lassen.[30] Industrie 4.0 beinhaltet die Digitalisierung der horizontalen und vertikalen Wertschöpfungskette. Die Un­ternehmen werden ihr Produkt- und Serviceangebot verändern, um den Kundenbedürfnissen besser zu entsprechen. Um mehr Nutzen als nur die Optimierung von Produktionstechniken zu erzielen, müssen die Unternehmen für Industrie 4.0 hohe Investitionen tätigen. Deshalb hat dieses Thema bei Vorständen und Geschäftsführern deutscher Industrieunternehmen oberste Priorität.[31]

Unternehmen die sich für eine Industrie 4.0 Strategie entscheiden, können mit drei Merkma­len ihre Industrie 4.0 Konzepte Umsetzen. Das erste Merkmal für eine Umsetzung ist allen Dingen einen Namen zu geben, indem alle Produkte und Produktionsmittel einen klaren Identifikátor (ID), beispielsweise über einen Barcode, mit einem eindeutigen Namen verse­hen werden. Dadurch ist es möglich Daten zu erheben und eine komplett digitale Eigenbe­schreibung von Produkten und ihren Bestandteilen darzustellen. Anschließend soll entlang der gesamten Wertschöpfungskette die ganzen anfallenden Prozess- und Sensordaten ge­messen werden, damit der aktuelle Zustand erhoben werden kann. Sensoren werden an multiple Messpunkte angelegt. Diese werden über die gesamte Fertigung und den Produkten hinweg angelegt, um anschauliche und nachhaltbare Ergebnisse zu erlangen. Durch die Ver­fügbarkeit von Messdaten werden die Durchlaufzeiten verbessert, die Produktqualität erhöht und die Prozesskosten gesenkt. Das dritte Merkmal für eine Umsetzung der Konzepte auf die hingedeutet wird, ist sich zu vernetzen und zu analysieren. Die klar identifizierten Produk­te mit ihrer digitalen Eigenbeschreibung werden mit Produktionsmitteln, wie den anfallenden Prozess- und Sensordaten vernetzt. Dadurch wird eine Verknüpfung der verschiedenen Da­tenquellen erstellt. Notwendige Kommunikations- und IT-Infrastrukturen werden geschaffen, damit eine Vernetzung möglich ist, um die Daten zu speichern, kombinierbar und analysier­bar zu machen. Durch diese Schritte werden konsequente und integrierte Datennutzungen ermöglicht, wobei weitere Maßnahmen für das Unternehmen und die Leistung der Wert­schöpfungspartner abgeleitet werden können.[32] Zusammengefasst verstehen Fachleute un­ter Industrie 4.0, den selbstständigen Austausch von Informationen und Befehlen zwischen der Maschine und dem Produkt. Die Produkte durchlaufen mittels Fahrroboter den gesamten Prozess. Dabei teilt das Produkt der Maschine mit Hilfe des Internets und Funkverbindungen mit, in welcher Form es bearbeitet werden muss.

Industrie 4.0 konzentriert sich hauptsächlich auf die Produktion intelligenter Produkte, Ver­fahren und Prozesse (Smart Production). Ein wichtiger Bestandteil von Industrie 4.0 ist die ‘Intelligente Fabrik' (Smart Factory).[33]

Die Smart Factory ist eine intelligente Fabrik, indem Menschen, Maschinen und Ressourcen miteinander Informationen austauschen. Mittels Funksender, Datenwolken im Internet oder im Intranet der Fabrik werden die Informationen ausgetauscht, womit sich die intelligente Fabrik selbst organisiert.[34] Der Austausch der Informationen erfolgt mit eingebauten RFID- Chips. Durch den Austausch besitzen die Teile Informationen der Orte, in denen sie einge­baut werden müssen. Darüber hinaus signalisieren Werkzeuge selbstständig, durchzufüh­rende Wartungen. Gleichzeitig überwacht der Mitarbeiter die Produktionssysteme.[35]

In der Smart Factory werden Smart Products (intelligente Produkte) mittels RFID-Technik, Bluetooth, WLAN, Barcodes et cetera (etc.), identifiziert und lokalisiert. Smart Factory be­herrscht die Komplexität in intelligenten Systemen, steigert die Effizienz in der Produktion, beherrscht die Robustheit gegen Störungen und Verknüpfungen des Wertschöpfungsnetz-

Werkes in Echtzeit.[36] Die intelligent ausgestatteten Produkte besitzen das Wissen ihres Her­stellungsprozesses und den darauffolgenden Einsatz. Die sogenannten ‘Smart Products' helfen aktiv den Fertigungsprozess zu steuern, indem eine Mitteilung ausgelöst wird. Die Mitteilung beinhaltet Informationen über den Fertigungszeitpunkt, Bearbeitungsparameter und Auslieferungsort. Die intelligente Fabrik ist ein wichtiger Faktor zukünftig intelligenter Infrastrukturen mit ihren Schnittstellen zu Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grids und Smart Products. Gewöhnliche Wertschöpfungsketten werden sich in der Zukunft ändern und es entstehen neue Geschäftsmodelle.[37] Im Grunde geht es in der zukünftigen Fabrik um die autonome Steuerung der Wertströme zwischen Kunden und Lieferanten in Echtzeit. Außer­dem werden Industrie 4.0 Komponenten zur jeweiligen Situation entscheiden können, welche Handlung oder (folgender) Schritt für den optimalen Aktivitätenablauf zum Kunden passt.

Die operative Steuerung entwickelt sich bei der zukunftsfähigen Fabrik von einer zentralen hin zu einer dezentralen Steuerung. In der zentralen Steuerung werden die Handlungsan­weisungen in einem vorgelagerten Prozess ermittelt und anschließend umgesetzt. Diese Komponenten werden mit 'Intelligenz' ausgestattet. Dadurch wird die Kompetenz der Erstel­lung von Handlungsariweisurigeri übertragen, wodurch ein flexibles echtzeitorientiertes Sys­tem resultiert. Das Ganze führt zu einem agilen und schlanken Wertstrom.[38] Das Werk der Smart Factory setzt wandlungsfähige Produktions- und Materialflussstrukturen voraus. Das zentrale Arbeitsziel ist ‘konzeptionelle Ansätze' weiter zu entwickeln, die weitere Möglichkei­ten zum durchgängigen Flussprinzip bieten. Es werden Ansätze erarbeitet, in denen Statio­nen und Cluster für die Montage entsprechend dem Verrichtungs-Prinzip flexibel miteinander vernetzt sind. Die Projekte für die Programmplanung und Steuerung der Smart Factory wird die zentrale Planung schlanker gestalten und diese zu einer selbstorganisierenden Steue­rung überleiten. Das Ziel ist es, den wirtschaftlich möglichen und sinnvollen Grad der Ent­kopplung zwischen zentraler Planung und dezentraler Steuerung festzustellen. Zusammen­gefasst beherrscht Smart Factory die Komplexität der Prozesse, ist gegenüber Störungen robust und erhöht die Effizienz in der Produktion. Dabei kommunizieren Menschen, Maschi­nen und Ressourcen wie in einem sozialen Netzwerk.[39]

Grundlage für die Umsetzung von Smart Factory sind Cyber Physical Systems, die selbst­ständig Informationen wahrnehmen, Aktionen bewirken und sich wechselweise steuern kön­nen.[40]

2.2.1 Cyber Physische Systeme

Cyber Physische Systeme sind Geräte, Gebäude, Verkehrsmittel, Produktionsanlagen, Lo­gistikkomponente etc., die eingebettete Systeme[41] enthalten, die über das Internet kommuni­zieren und Internetdienste nutzen können. Mittels der entsprechenden Sensorik erfassen die Cyber-Physischen Systeme ihre Umgebung, werten diese mit Hilfe der weltweit verfügbaren Daten und Dienste aus, speichern sie und wirken auf die physikalische Welt mit Hilfe von Aktoren ein. Ein weltweit verfügbarer Dienst ist z. B. Big Data. Big Data ist der intelligente Umgang mit großen und gleichzeitig heterogenen Datenmengen. Mit Hilfe des Menschen werden multimodale Mensch-Maschine-Schnittsteilen geschaffen und mit den CPS verbun­den. Dadurch kann der Mensch über eine Spracheingabe oder Benutzung des Touch Dis­plays die CPS steuern. CPS vernetzen sich autonom und errichten sich dezentrale Netzwer­ke, wodurch sie sich eigenständig selbst optimieren und ebenso eigenständig mit Hilfe des Menschen Probleme lösen. Mittels der CPS, die sich dezentral, eigenständig und zeitnah organisiert, entsteht die smarte Fabrik.[42] Intelligente CPS organisieren den Verkehrsfluss, helfen den Menschen bei wichtigen Entscheidungen und senken den Energieverbrauch im Verkehr und in Energienetzen.[43] CPS sind komplex und beinhalten viele unterschiedliche und teils autonom arbeitende Elemente und Module. Daher müssen gleichartige Definitionen, Standards und intelligente Schnittstellen geschaffen werden, um in Zukunft solche Systeme über eingegliederte Management-Technologien in Anwendungen sicher und mit Erfolg einzu­richten.[44]

Große Mengen von Daten werden von RFID’s, Sensoren, eingebetteten Systemen, den zu fertigenden Element selbst, den Maschinen und den steuernden und kontrollierenden Re­cheneinheiten gebildet. Diese großen Mengen an Daten beinhalten Informationen über den Produktionsprozess, Ort, Zeit und Zustand des zu fertigenden Produkts. Zudem sind Kon­struktionsunterlagen und die wirtschaftlichen Resultate des Produktionsprozesses, sowie mögliche Personendaten enthalten.[45] Durch einen erhöhten, mit weiterer Intelligenz und ei­ner übergreifenden Vernetzung eingerichteten Automatisierungsgrad, wird die Kundenorien­tierung mit CPS in Produktionsprozesse hinsichtlich der Effizienz und Transparenz erheblich verbessert. Mittels dieses Systems können auch komplexe Produkte auf Wunsch des Kun­den zugeschnitten (Losgröße 1) und produziert werden.[46]

2.2.2 Cyber-Physische-Produktions-Systeme

Das im Punkt 2.2.1 beschriebene CPS bildet die Grundvoraussetzung für den Einsatz eines Cyber-Physischen Produktionssystems.[47] Das CPPS ist die Verknüpfung von mehreren un­abhängigen CPS zu einem großen Produktionssystem. Sie sind durch den hohen Vernet­zungsgrad der Systeme untereinander gekennzeichnet und geben eine unabhängige intelli­gente Produktionseinheit wieder. Ein Anlagenagent repräsentiert diese Produktionseinheit nach außen, indem er die Schnittstelle zwischen dem Industrie 4.0-Agentensystem und der Anlage bildet.[48] Das CPPS ist in Verbindung mit Industrie 4.0 das System, das durch adapti­ve, selbst konfigurierende, teilweise selbstorganisierende und flexible Produktionsanlagen eine kostengünstigere und effizientere Produktion darstellt.[49] Produktionseinheiten sind An­lagen, Maschinen und Aggregate in der Produktion. Die Produktionseinheiten sind mit ihren Einsatzgebieten, Konfigurationsmöglichkeiten sowie Produktionsrahmenbedingungen ver­traut. Diese kommunizieren selbstständig über drahtlose oder drahtgebundene Kommunika­tion, wie Z.B. durch Web-Services oder M2M[50].[51]

2.2.3 Herausforderung und Risiken in der zukünftigen Produktion

Neue Produktionsmethoden und -Prozesse sollen in Zukunft effizienter werden. Verfahren, die ressourcen- und energieschonend sind, haben das Ziel mit gleichem Einsatz von Roh­stoffen und Energie die steigende Nachfrage der Weltbevölkerung auf dem Weg zu einem besseren Lebensstandard zu decken. Um sofort auf den Kundenwunsch nach einem Produkt oder Erzeugnis zu reagieren, sollte zugleich auch die Flexibilität verbessert werden. Das Vorhandensein der Produktionsmittel soll sich erhöhen und nachhaltig werden, sowie die Qualität der gelieferten Produkte als auch die Reproduzierbarkeit eines Produktionsprozes­ses. Zudem sollen Produkte über den Lebenszyklus überwacht werden und Produktionen nach Bedarf frei skalierbar sein. Das Ganze soll in Zukunft mit wenig Einsatz von Produkti­onsmitteln bzw. ohne Engineering („Zero Engineering“) erreicht werden. Mit Hilfe von diesen neuen Produktionstechnologien soll es möglich sein, mit der gleichen Infrastruktur zu Groß­serienkosten bei einer Losgröße von 1, unbekannte Produkte herzustellen.[52] Außerdem muss der Aufbau weiterer Kompetenzen geleistet werden, vor allem in den Bereichen IT und Datensicherheit. Kleine und mittelständische Unternehmen müssen sich geeignete Partner mit dem erforderlichen Gutachten eines Experten suchen, wie auch neuartige Dienstleistun­gen und Anbietermodelle, wie Software-as-a-Service(SaaS)[53] anwenden.[54] Als einer der größten Herausforderungen für Unternehmen werden, die hohen Investitionen mit Hinblick auf noch unklare Wirtschaftlichkeitsrechnungen für neuartige Industrie 4.0 Anwendungen gesehen. Es muss sichergestellt werden, dass die Mitarbeiter für die Anforderungen der Digi­talisierung qualifiziert, sowie verbindliche Standards definiert und Aufgaben im Bereich der IT-Sicherheit gelöst werden.[55]

„Die Produktion wird noch stärkeren Absatzschwankungen ausgesetzt sein“[56], sieht Profes­sor Spath als eine der ausschlaggebenden Herausforderungen. Er setzt fort, dass diese Schwankungen aus den immer mehr steigenden Kundenanforderungen zu produzieren re­sultiert, aber auch den Ausdruck der starken weltweiten Vernetzung der Märkte. Des Weite­ren wird es in Zukunft mehr Störungen geben, die das sämtliche Weltwirtschaftsgeschehen angeht. Dies führt dazu, dass zukünftig die Flexibilität in der Produktion steigen wird. Dr. Wit­tenstein zählt als Zukunftsanforderung auf, dass in der Produktion die Schwankungen besser beherrscht werden müssen. Aus diesem Hintergrund werden sich Strukturen, Prozesse und Produkte verändern. Die Produktion muss wandlungsfähiger und kombinierbarer sein, da in Zukunft die Produktion differenzierter und verteilter sein wird.[57] Thomas Feld, Vizepräsident der Scheer Group GmbH, besteht darauf, dass der Wandel von der Massenproduktion zur Individualproduktion bis hin zur Mikroproduktion in der Zukunft zunehmen wird. Durch kun­den-individuelle Massenproduktion und steigender Flexibilisierung der Produkte, wird die Vielfalt an Varianten und die daraus resultierende Produktvielfalt drastisch ansteigen.[58]

In einem weiteren Punkt stellt Professor ten Hompel fest, dass die erforderliche Wandelbar­keit In der Produktion mit den traditionellen Instrumenten in Zukunft für den Industriestandort Deutschland nicht mehr erreicht werden kann. Er setzt fort, dass Unternehmen damit Geld verdienen werden, indem sie schneller und wandelbarer sind als alle anderen. Vergleichs­weise zum Maschinenbau, ergänzen die Anforderungen durch Internationalisierung, nachhal­tiges Wirtschaften und energieeffizienten Ressourceneinsatz, die Zukunftsentwicklungen. Abschließend setzt Professor Bauernhansl darauf, dass die Entkopplung von Wachstum und Ressourcenverbrauch mit Hilfe der IT erreicht werden kann.[59]

2.2.4 Chancen und Nutzen von Smart Factory

Mittelständische Unternehmen können sich durch das Angebot von Industrie 4.0 mit neuen Services am Markt differenzieren. Kunden werden im Falle von Business-to-business (B2B)[60] stärker über Supply-Chain[61] -Übergreifende Datendienste, wie Bestandsverfolgung, gebun­den. Die Vernetzungen in der Produktion liefern keine neuen Erkenntnisse, aber durch den Ansatz von Industrie 4.0 kommen neuartige Potenziale zum Vorschein. Neu ist die intelligen­te Vernetzung aller Produktionsressourcen mit dem zu fertigenden Produkt. Durch Industrie 4.0 wird das Internet der Dinge in den Bereich der Produktion hineingebracht. Dadurch ent­stehen neue, in Echtzeit steuerbare Wertschöpfungsnetzwerke mit Möglichkeiten, die unge­ahnt und revolutionär sind. Laut Herrn Lüder Sachse, können die Vorteile einer Vernetzung noch nicht richtig vorgestellt werden. Er behauptet, dass das Potenzial durch den Vernet­zungsgrad die funktionelle Erweiterung ist. Es wird so weit gehen, dass der Kunde im Inter­net zu jederzeit den Status in der Produktion seines Fahrzeugs einsehen kann, oder ein Er­satzteil bestellt, ohne das ein Mensch eingreifen muss.[62] Neue Möglichkeiten und viele Vor­teile werden bei der Verwendung der aktuellen Produktionsdaten durch den Einsatz mobiler Endgeräte möglich. Um zukünftig einen Wettbewerbsvorteil zu haben, müssen die gewonne­nen Daten, die durch vernetzte Systeme und Sensorik verfügbar sind, genau auf ein Indivi­duum zugeschnitten werden. Durch dieses Handeln wird der Mensch die Daten effizienter und schneller auswerten.

[...]


[1] Vgl. Roth, Armin: Einführung und Umsetzung von Industrie 4.0, Grundlagen, Vorgehensmodell und Use Cases aus der Praxis, Berlin Heidelberg (2016), S. 3.

[2] In dieser Bachelorarbelt wird aufgrund der besseren Lesbarkeit ausschließlich die männliche Form verwendet. Die Bezeichnungen sind gleichermaßen auf weibliche und männliche Personen bezogen.

[3] Vgl. Roth: (2016), S. 3-6.

[4] Vgl. Roth: (2016), S. 77.

[5] Vgl. Ohno, Taiichi u.a.: Das Toyota-Produktionssystem, [das Standardwerk zur Lean Production], Frankfurt am Main (2013), S. 9.

[6] Vgl. Dombrowski, Uwe: Lean Development, Aktueller Stand und zukünftige Entwicklungen, Heidel­berg (2015), S. 229.

[7] Vgl. Koenlgsaecker, George: Leading the lean enterprise transformation, Boca Raton Florida (2013), S. 10.

[8] Vgl. Ohno u.a.: (2013), S. 53.

[9] Vgl. Engroff, Bernd: Nivellieren und Glätten in der Produktion, in: AWF Arbeitsgemeinschaft (2014), S. 2.

[10] Vgl. Ohnou.a.: (2013), S. 9.

[11] Vgl. Töpfer, Armin: Lean Six Sigma, Erfolgreiche Kombination von Lean Management, Berlin Hei­delberg (2009), S. 4.

[12] Vgl. Brauckmann, Otto: Smart Production, Wertschöpfung durch Geschäftsmodelle, Berlin (2015), S. 46.

[13] Vgl. Ohnou.a.: (2013), S. 9.

[14] Vgl. Koenlgsaecker: (2013), S. 11.

[15] Vgl. Rothlauf, Jürgen: Total Quality Management in Theorie und Praxis, Zum ganzheitlichen Unter- nehmensverständnls, München (2014), S. 120.

[16] Vgl. dsb., S. 449-450.

[17] Vgl. Dickmann, Philipp: Schlanker Materlalfluss, Mit Lean Production, Kanban und Innovationen, Berlin Heidelberg (2009), S. 18-19.

[18] Vgl. Staufen AG: Do you speak Lean?

[19] Vgl. Koenigsaecker: (2013), S. 39.

[20] Vgl. Dickmann: (2009), S. 276-277.

[21] Eine Losgröße ist die Menge eines Produktionsauftrages im Rahmen der Losfertigung

[22] Vgl. Staufen AG

[23] Kästle, Lena: Lean Management - Beratung und Schulungen, (2016)

[24] Echtzeit ist eine in der Elektronischen Datenverarbeitung vorgegebene Zeit, die bestimmte Prozes­se einer elektronischen Rechenanlage in der Realität verbrauchen dürfen: Duden, Berlin (2016)

[25] Vgl. Ubisense AG: Neue Perspektiven für Lean Production, Echtzeit-Ortung und Auftragssteuerung mit dem Ubisense Smart Factory System, in: Ubisense AG, S. 64.

[26] Vgl. Frenzei, Ulrich: Deutscher Industrie "4.0 Index" 2015, Industrie 4.0 und Lean, in: Staufen AG, (2015), S. 2.

[27] Vgl. Bick, Werner: Warum Industrie 4.0 und Lean zwingend zusammengehören, Man kann auch schlechte Prozesse digitalisieren, in: VDI, (2014)

[28] Vgl. Roth: (2016), S.5.

[29] BITKOM, VDMA und ZVEI sind Verbände aus der Informationstechnik, Maschinenbau und Elektro­technikbranche

[30] Vgl. Bauernhansl, T. / ten Hompel, M. / Vogel-Heuser, в.: Industrie 4.0 in Produktion, Automatisie­rung und Logistik, Anwendung, Technologien, Migration, Wiesbaden (2014), S. 347.

[31] Vgl. Koch, Volkmar u.a.: Industrie 4.0, Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution, in: PwC, (2014), S. 7.

[32] Vgl. Koch: (2014), S. 46.

[33] Vgl. Kagemann, H. / Wahlster, W. / Helbig, J.: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunfts proje kt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, in: acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.v., (2013), S. 23.

[34] Vgl. Elsert, Rebecca: Industrie 4.0, Gebt den Maschinen das Kommando

[35] Vgl. Pürslng, Monika: Radikale Veränderungen durch Smart Factory, in: Sapport, (2015)

[36] Vgl. Bauernhansl / ten Hompel / Vogel-Heuser: (2014), S.360.

[37] Vgl. Kagemann / Wahlster / Helbig: (2013), S. 23.

[38] Vgl. NuK Consulting UG: Industrie 4.0 Umsetzen, (2016)

[39] Vgl. Roth: (2016), S. 176-265.

[40] Vgl. Wolff, Ingo / Schule, Siegfried: Industrie 4.0-Cyber Physical Systems in der Produktion, Nord­rhein-Westfalen auf dem Weg zum digitalen Industrieland, in: Clustermanagement IKT.NRW, (2013), S. 7.

[41] eingebettete Systeme sind elektronische Rechner oder Computer, die in einen technischen Kontext eingebunden sind

[42] Vgl. Bauernhansl / ten Hompel / Vogel-Heuser: (2014), S.16.

[43] Vgl. Weber, Michael: Embedded und Cyber-Physical Systems

[44] Vgl. Wolff / Schule: (2013), S. 6.

[45] Vgl. Wolff / Schule: (2013), S. 15.

[46] Vgl. dsb., S. 30.

[47] Vgl. Roth: (2016), S.29.

[48] Vgl. Bauernhansl / ten Hompel / Vogel-Heuser: (2014), S. 146.

[49] Vgl. Bettenhausen, Kurt / KowalewskI, Stefan: Cyber-Physlcal Systems: Chancen und Nutzen aus Sicht der Automation, in: VDI, (2013), S. 3.

[50] M2M steht für Machlne-to-Machlne, d.h. es Ist ein automatisierter Informationsaustausch zwischen Endgeräten

[51] Vgl. Vogel-Heuser, B. / Frank, บ. / Bayrak, G.: Forschungsfragen in „Produktionsautomatisierung der Zukunft“, in: acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.v., (2012), S. 9.

[52] Vgl. Bauernhansl / ten Hompel / Vogel-Heuser: (2014), S. 249-250.

[53] SaaS Ist ein Softwaremodell Im Cloud-Computlng

[54] Vgl. Koch u.a.: (2014), S. 25.

[55] Vgl. dsb., S.9.

[56] Spath, Dieter: Produktionsarbeit der Zukunft - Industrie 4.0, Stuttgart (2013), S. 43.

[57] Vgl. dsb., S.43.

[58] Vgl. Spath: (2013), S. 43.

[59] Vgl.dsb., S. 43.

[60] B2B ist eine Geschäftsbeziehung zwischen mindestens zwei Unternehmen

[61] Supply chain ist das englische Wort für Lieferkette

[62] Vgl. Spath: (2013), S. 58.

Ende der Leseprobe aus 62 Seiten

Details

Titel
Lean Production & Smart Factory. Synergieeffekte und Konfliktpotenziale auf der Wertschöpfungsebene
Hochschule
Hochschule Ruhr West
Veranstaltung
Betriebswirtschaftslehre - industrielles Dienstleistungsmanagement
Note
1,8
Autor
Jahr
2016
Seiten
62
Katalognummer
V366814
ISBN (eBook)
9783668455191
ISBN (Buch)
9783668455207
Dateigröße
3073 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Industrie 4.0, Lean Management, Lean Production, Smart Factory, Digitalisierung, Wertschöpfung, Smart, Big Data, Cyber Physische Systeme, CPS, Lean Digital
Arbeit zitieren
Ülkücan Öz (Autor), 2016, Lean Production & Smart Factory. Synergieeffekte und Konfliktpotenziale auf der Wertschöpfungsebene, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/366814

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