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Vom Fließband zur gesteuerten Flexibilität

Kennzahlenoptimiert produziert

Vom Fließband zur
gesteuerten Flexibilität

Für Industrien wie die Automobilbranche wirken sich individuelle Kundenwünsche schon lange auf die Organisation der Produktionsprozesse aus. Dabei bietet das ursprünglich für die Serienfertigung konzipierte Fließbandprinzip nur bedingt Flexibilität, wird aber heute nur noch im Zusammenspiel mit einer kennzahlenbasierten Optimierung den Anforderungen gerecht. Mehr noch: Mit anderen Kennzahlen angereichtert, könnten diese Optimierungen auch eine IoT-gesteuerte Fertigung zu orchestrieren helfen.

Bild: ©HABRDA / Shutterstock.com; Fraunhofer IML, Dortmund [1]

Bild: ©HABRDA / Shutterstock.com; Fraunhofer IML, Dortmund

Um zwischen Serienfertigung und Individualisierung wirtschaftlich zu produzieren, unterstützen schon länger Kennzahlen-orientierte Softwares bei der Prozessgestaltung und -steuerung. Diese Anwendungen sind im Grunde auch geeignet, den Trend zur Kleinserienfertigung mitzuvollziehen. Für diese neue Ordnungsstruktur der Produktion müssen lediglich die Input-Kennzahlen angepasst werden.

Die physikalischen Grenzen des Fließbands

Bereits heute ist die Automobilproduktion durch operativ komplexe Sequenzierungen charakterisiert, die durch die restriktiven physischen Vorgaben des Fließbandes immer komplexere Berechnungen erfordern. In diese fließen die Vorgaben der einzelnen Fertigungsstufen, also Karosseriebau, Lackiererei und Montage, ausgewogen ein. Jedoch führen die steigende Variantenvielfalt und die kürzeren Lebenszyklen das Montageband als ordnungsgebende Kraft – sowohl für die interne Logistik als auch für die angeschlossenen Zulieferprozesse – immer mehr an seine Grenzen. Vor diesem Hintergrund wird das Ziel, zu Bedingungen der Serienproduktion rentabel in Losgröße 1 zu fertigen, immer schwieriger zu erreichen sein. Denn die hierfür erforderliche Dynamik wird ohne häufige physische Umorganisation des Fließbandes kaum funktionieren – die wirtschaftlich meist ineffizient ist. Soll beispielsweise das aktuell zu fertigende Modell Sonderausstattungen wie Rückfahrkamera und Einparksensor bekommen, muss geprüft werden, ob das Montageband mit den an die Ausstattung geknüpften Abstandsvorgaben dies realisieren kann. In diesem Fall müssen für den reibungslosen Ablauf der Produktion nach einem Fahrzeug mit Rückfahrkamera und Einparksensor mindestens drei Fahrzeuge ohne diese Ausstattung folgen. Je häufiger solche Veränderungen zu organisieren sind, desto häufiger muss die Ordnung am Band nachoptimiert und bei der Sequenzierung berücksichtigt werden, womit die Flexibilität durchaus an ihre Grenzen gelangen kann.

Ein Blick auf die Produktion der Zukunft

In einer Produktionsordnung der Zukunft werden Flexibilität und Selbstorganisation benötigt, da als Gegenstände digitalisierte und verortete Arbeitsstationen und Aufträge mit anderen verorteten, sich selbst organisierenden Gegenständen vernetzt sind. Die Idee: Maschinen und Anlagen stehen multifunktional in der Produktionshalle und werden von Aufträgen als Internet of Things-Objekte bedarfsgerecht auf freifahrenden Transportsystemen angesteuert. Dabei sind die Arbeitsstationen in ihrer Funktion nicht starr an das zu fertigende Produkt gebunden, sondern bilden langfristig gültige Fertigungsfunktionen ab. KPI-optimierte Aufträge bahnen sich in einer solchen Produktionsstruktur selbst ihren Weg durch die Produktionshalle und entscheiden, in welcher Reihenfolge sie welche Arbeitsstation jeweils wann ansteuern. Dabei richten sich die Aufträge nach dem technischen Funktionsspektrum der Arbeitsstationen und nach den in neuen wirtschaftlichen Kennzahlen definierten Fertigungsstrategien.

KPI-orientierte Optimierung in der Praxis

Ein Blick in die Praxis zeigt, dass schon heute Ansätze einer KPI-orientierten Optimierung, beispielweise von der PSI FLS Fuzzy Logik Systeme GmbH, in einigen Automobillinien im produktiven Einsatz sind. Dabei erfolgt die Planung und Steuerung der Produktionsreihenfolgen mit einer multikriteriellen Optimierung nach den Bearbeitungszeitbedarfen der Arbeitsstationen für die Aufträge und nicht mehr direkt nach physischen Eigenschaften der Aufträge und der Linie. Als wirtschaftliche KPIs zur Optimierung der Sequenzen dienen detaillierte Bewertungen der resultierenden Auslastungskurven für alle Bereiche. In der Regel verursachen etwa ein Drittel der KPI-Ziele in einem Produktionsprozess Konflikte. Der Ausgleich erfolgt über die durch den Prozessbetreiber vorgenommene Konfiguration der KPI-Ziele. Eine KPI-orientierte Ausbalancierung der Zielkonflikte führt daher meist zu Effizienzsteigerungen bei geringeren Kosten. Gerade in klassisch organisierten und mitunter sehr dynamischen Geschäftsprozessen hat sich eine KPI-basierte Steuerung bewährt. In einem Industrie 4.0-Szenario liefe die Produktionssteuerung im Kern wie beschrieben. Die Software steht bereit und muss lediglich mit neuen Kennzahlen versorgt werden. Das Geschehen in der Fabrik könnte in Zukunft durch Entscheidungen geprägt sein, die aus KPI-orientierten Verhandlungen zwischen autonomen Agenten resultieren, welche aus Arbeitsstationen und Aufträgen bestehen. Eine zwischengeschaltete Software löst für die Agenten Zielkonflikte unter lokaler und globaler Bewertung von KPIs auf. Die Richtung der Ausbalancierung wird dabei durch den Prozesseigner über die KPIs bestimmt.

Die Flexibilisierung des Fließbandes

Die Produktion der Zukunft, die sich branchenunabhängig immer stärker an den Wünschen der Kunden orientiert, bedeutet – erst recht im Zeitalter der vierten industriellen Revolution – das Ende des physisch festen Fließbandes als ordnungsgebende Kraft. Eine Flexibilisierung kann mithilfe einer logischen Ordnung gelingen, die sich nach neuen KPIs richtet. Geeignete Software hierfür existiert bereits und ist vielfach praxiserprobt.