Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich
Lean 4.0? Mit schlanker Produktion ins digitale Zeitalter!Production Systems am 19.06.2018 in Stuttgart
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„Die Produkte sind komplexer geworden, die Optionsumfänge haben sich erweitert, der
Sonderkonstruktionsanteil ist größer geworden.…
Ziel ist es, … , es dem Mitarbeiter einfacher zu machen, mehr Arbeitsgänge zu übernehmen.“
C. Hössel, KVP-Manager bei DECKEL MAHO Seebach GmbH
Aktuelle Herausforderungen (1): Individualität
Bild: DMG Mori
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Aktuelle Herausforderungen (2): Schnelligkeit
Quelle: TRUMPF
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Aktuelle Herausforderungen (3): Datenbasierte Geschäftsmodelle
Alte Logik:Produkt = Eigentum und Verfügbarkeit Hardware hat Wert
Neue Logik:Produkt = Vehikel der Kommunikation Hardware + Daten haben Wert
Abschluss Inbetrieb-nahme
Nutzungsphase
Kunden-Interaktion
Erstatzteilgeschäft
Value Added Services
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Klassische und neue Produktionskonzepte
Klassische Fließproduktion• Stabilisierte und standardisierte Prozesse • Standardisierung = Takt, Sequenz und Bestand• Abweichungen werden umgehend erkannt• systematische Problemlösung und Entwicklung von Mitarbeitern
Neue „Fluss“ Konzepte• Variabilität wird zugelassen (Takt, Sequenz und Bestand)• Fokus liegt auf Selbstoptimierung• Konflikt zu klassischem „Lean“, wenn Standardarbeit entfällt• „Mitarbeiter müssen keine Angst mehr vor Bandstopp haben …“
Quelle: TRUMPF
Quelle:AUDI
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Zwei Ansätze – viele Fragen …
• Digitalisieren, ohne den Lean Gedanken aufzugeben: Worauf ist zu achten?
• Lean stößt in vielen Bereichen an seine Grenzen: Wie können wir Lean weiterentwickeln?
• Information in der Produktion erhält einen neuen Wert: Wie steht Lean dazu?
• Der PDCA wird Probleme abstellen, die noch gar nicht aufgetreten sind. Wie geht das?
• Die Produktion ist nur eine Station des Kundenauftrags: Wie sieht die ganzheitliche Sicht auf einen schlanken, digitalen Wertstrom aus?
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ActPlan
Do
Check
1
3
4
2
ActPlan
Do
Check
1
3
4
2
Der PDCA-Kreislauf darf nicht durchbrochen werden …
Prozess wird verbessert
Mitarbeiter werden entwickelt
1. Stabilität + Standardisierung 2. Fluss
3. Prozess zeigt Probleme auf
4. Mitarbeiter Lösen Probleme
Ergebnis 1:
Ergebnis 2:
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Die Lean Werte dürfen nicht aufgegeben werden …
Respekt für Menschen
Kontinuierliche Verbesserung
Beobachte selbst. Führe vom Ort des Geschehens.
Setzte anspruchsvolle Ziele und entwickle Menschen.
Lebe systematische Problemlösung täglich vor.
Stimme Teams auf ein gemeinsames Ziel ab.
Sei Lehrer und Coach. Frage „Warum“ nicht „Wer“.
Quelle: Toyota
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Zwei Ansätze – viele Fragen …
• Digitalisieren, ohne den Lean Gedanken aufzugeben: Worauf ist zu achten?
• Lean stößt in vielen Bereichen an seine Grenzen: Wie können wir Lean weiterentwickeln?
• Information in der Produktion erhält einen neuen Wert: Wie steht Lean dazu?
• Der PDCA wird Probleme abstellen, die noch gar nicht aufgetreten sind. Wie geht das?
• Die Produktion ist nur eine Station des Kundenauftrags: Wie sieht die ganzheitliche Sicht auf einen schlanken, digitalen Wertstrom aus?
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Individualität und ihre Folgen
Produktstandardisierung
nied
righo
ch
Proz
ess-
Stan
dard
isie
rung
Standardprodukt Baukasten + Optionsmodule Kundenindividuelles Produkt
Einsatz von Lean
nicht Lean
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Werker-Assistenz für Standardarbeit und AbweichungsmanagementBeispiel DMG Mori
Quelle: DMG MORI
• Bereitstellung technischer Zeichnungen, Materialstatus, Arbeitsablauf, etc.
• Personalisierung
• ANDON-Ruf
• Materialabruf
• Transparenz durch kurzzyklische Rückmeldung
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Digitales Shop Floor ManagementBeispiel Lernfabrik CiP
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Zwischenfazit:Lean Ideale weiterverfolgen – bewährte Lean Konzepte digital aufwerten
Neue Möglichkeiten durch
• mobile Informationsverfügbarkeit • Entscheidungsunterstützung• Nutzung von Produkt- und Prozessdaten
Ist-Zustand
P DA C
… unterstützen das Erreichen von …
Standardisierung
SMED
Klassisches Lean, z.B.:
Shopfloor Management (SFM)Autonome Instandhaltung
Adaptive StandardisierungDigitales SFM
…Prediktive Instandhaltung
……
…….
Lean Ideale • 0 Fehler• 100% Wertschöpfung• Einzelstückfluss • Wertschätzen und Fordern
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Zwei Ansätze – viele Fragen …
• Digitalisieren, ohne den Lean Gedanken aufzugeben: Worauf ist zu achten?
• Lean stößt in vielen Bereichen an seine Grenzen: Wie können wir Lean weiterentwickeln?
• Information in der Produktion erhält einen neuen Wert: Wie steht Lean dazu?
• Der PDCA wird Probleme abstellen, die noch gar nicht aufgetreten sind. Wie geht das?
• Die Produktion ist nur eine Station des Kundenauftrags: Wie sieht die ganzheitliche Sicht auf einen schlanken, digitalen Wertstrom aus?
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Information im Kontext von Lean
Bisher:
• Informationsflüsse aus Perspektive der Produktionssteuerungbetrachtet
• Produktion im Fokus
Neu:
• Verschwendung im Umgang mit Information vermeiden
• Gezielte Nutzung von Information zur Prozessverbesserung
• Information zur Steigerung des Kundennutzens
• Erweiterter Fokus auf Auftragsabwicklung
FIFOFIFO
Bestand Arbeitspläne
permanent
k -a -
10 Stk.0 M
in.Bestand
Transportzeit
Bestand Aufträge
permanent
k -a -
48 Stk.0 M
in.Bestand
Transportzeit
Kunden
- -- -
5 Min.
45 Min.
10 Min
KundendatenKonfigurieren
Kontrolle Bestellung
Speichermedium
Online Konfiguration
0Schichten (24h)
Tätigkeit KPIs
1 1 1 1 1 1 1 1
a a a a a a a a
0 Min.
0 Min.
0 Min.
0 Min.
0 Min.
1 %
60 Min.
8
Auftrag anlegenAuftrag abm
elden
Programcode
generieren
Arbeitsplan erstellenM
aterialliste Einkauf
Rückfragen
Bearbeitungszeit (Kunde)
Stückzahl/Tag
Fertigung
1Schichten 2
Tätigkeit KPIs
- - 1 - 1 1 1 1 1
m m m m - a t a a
1 Min.
1 Min.
1 Min.
10 Min.
2 %67 %1 %
40 Min.
7
Auftrag anmelden
Auftrag abmelden
Programcode
einlesen
(Rückfragen)
Rückfragen
OEE
AusschussZykluszeit
Stückzahl/Tag
Freigabe
1Schichten 1
Tätigkeit KPIs
- - - - - - 1 e e
m m m m m m m - -
1 Min.
1 Min.
5 Min.
2 Min.
3 Min.
<20Min.
1 %12 M
in.9
Auftrag anmelden
Auftrag abmelden
StücklisteTransportauftragM
aterialbuchung(R
ückfragen)
Rückfragen
BearbeitungszeitStückzahl/Tag
ERP-System
Shopfloor Management
Mitarbeiter
Telefon
Distributed Numerical Control
Online - Konfigurator
Materialetikett
Maschinensteuerung
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Zwei Ansätze – viele Fragen …
• Digitalisieren, ohne den Lean Gedanken aufzugeben: Worauf ist zu achten?
• Lean stößt in vielen Bereichen an seine Grenzen: Wie können wir Lean weiterentwickeln?
• Information in der Produktion erhält einen neuen Wert: Wie steht Lean dazu?
• Der PDCA wird Probleme abstellen, die noch gar nicht aufgetreten sind. Wie geht das?
• Die Produktion ist nur eine Station des Kundenauftrags: Wie sieht die ganzheitliche Sicht auf einen schlanken, digitalen Wertstrom aus?
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Bislang greifen zwei PDCA-Schwungräder ineinander
Standard
Initiale Verbesserung ReaktiveVerbesserung
Ziel: Abweichung vermeiden, Standard schaffen
Ziel: Abweichung erkennen, Ursache
abstellen
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Künftig werden es drei sein …
Standard
InitialeVerbesserung
ReaktiveVerbesserung
Ziel: Abweichung vermeiden, Standard schaffen
Ziel: Abweichung erkennen, Ursache
abstellen
Ziel: Ursache abstellen, bevor
Abweichung eintritt
PrädiktiveVerbesserung
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Data Analytics wird Verbesserungsprozesse verändern …
Quelle: nach IBM. (2015). Analytics Landscape. Requested on 5. Mai 2017, of https://www.ibm.com/developerworks/community/blogs/jfp/entry/Analytics_Models
„Es ist etwas geschehen!“
„Wo/Warum ist es geschehen?“
„Was wird geschehen?“
„Was sollte ich tun?“
DiagnosticAnalytics
PredictiveAnalytics
Menschanalysiert
Systemanalysiert
Vergangenheit ZukunftZeit
Informations-gehalt
DescriptiveAnalytics
PrescriptiveAnalytics
VermeidenReagieren
Jetzt
Lernen
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Descriptive Analyse: Erkennen von Abweichungen
• Schwellwertbasiert (z.B. Normalwert ±x%)• Wenn Statistik: dann einfache Kennwerte oft ausreichend• Erfordert ausreichende Datenreihe „normaler“ Zustände (bereinigt
um Ausreißer)Abweichungs
n
xxs grenz
n
ii
⇒>−
=∑=1
2)(
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Diagnose: Schneller zum Punkt der Fehlerentstehung
Luftverlust, warum?
Datensatz betroffenes Bauteil
RFID Tag
• Gegenüberstellung von Abweichung und zugehörigen Prozessdaten
×
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Prädiktion: Probleme lösen, bevor eine (sichtbare) Abweichung eintritt.
Temperatursensor
IR-Temperatursensor
Temperatursensor
Schwingungssensoren
Lichtschranke
Stromwandler
Axial
Quer
Vertikal
Schwingungssensor
Temperatursensor
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Prädiktion: Riss eines Sägeblatts kann bis zu 50 Schnitte vorher erkannt werden.
Schutz von:• Mitarbeiter• Maschine
Vermeiden von:• Defekten/Ausschuss• Ausfallzeiten
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RMS-vib x
RMS-vib y
RMS-ae
FFT - Gesamtes Spektrum
Frequenzband 1
Frequenzband 7
…FFT - Gesamtes Spektrum
Frequenzband 1
Frequenzband 7
…
FFT - Gesamtes Spektrum
Frequenzband 1
Frequenzband 7
…… Ausschuss? ja
nein
Sägebandzustand
Abgenutztes Sägeband
neues Sägeband mit Ruckbewegungen beim Sägen
neues Sägeband
Sägeeinstellung
188 mm
189 mm
190 mm
188,5 mm
…
Trainieren eines KNN: Eingangsgrößen
Planfräsen - Rohdaten
Band 3 und 4
Band 5Band 6 Band 7
Band 1Band 2
Umwandlung in Frequenzbereich
BAZ
Eingangsgrößen Ausgangsgrößen
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Zwei Ansätze – viele Fragen …
• Digitalisieren, ohne den Lean Gedanken aufzugeben: Worauf ist zu achten?
• Lean stößt in vielen Bereichen an seine Grenzen: Wie können wir Lean weiterentwickeln?
• Information in der Produktion erhält einen neuen Wert: Wie steht Lean dazu?
• Der PDCA wird Probleme abstellen, die noch gar nicht aufgetreten sind. Wie geht das?
• Die Produktion ist nur eine Station des Kundenauftrags: Wie sieht die ganzheitliche Sicht auf einen schlanken, digitalen Wertstrom aus?
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Durchlaufzeitanteile am Prozess der Auftragsabwicklung
0% 20% 40% 60% 80% 100%Throughput time for customer specific hydraulic cylindersDurchlaufzeitanteil
29%4%67%
Klärung und Abschluss
Entwicklung und Beschaffung Produktion Lieferung und
Inbetriebnahme
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Wertstrommethode 4.0
&WAS erzeugt Kundennutzen(was nicht)?
WIE wird Kundennutzen(künftig) erzeugt?
A Wertschöpfung definieren
klassische Verschwendungen analysieren (WSA)
informationslogistische Verschwendungen analysieren
WSA 4.0
B Ist-Zustand analysieren
Produkt- & Informationsfluss integrieren
Wertstrom in Fluss bringen(WSD)
Produktfluss digitalverbessern
WSD 4.0
C Soll-Zustand bestimmenKlassische Schritte
Neue Schritte
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Beispiel: Munsch Chemiepumpen
Chemiepumpe Bisher: Manuelles Einrichten und Bearbeiten
Neu: CNC-Programm aus dem Konfigurator
Basis-Anforderungen:o Qualitäto Preis-Leistungsverhältnis
Begeisterungskriterien: Individuelles Produkt Kürzeste Lieferzeit
N10 G01 X0 Y0 Z0N20 G01 Z-10N30 G02 X0 Y10 I0 J5N40 G01 X10 Y10N50 G02 X10 Y0 I0 J-5N60 G01 X0 Y0N70 G01 Z0
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Beispielanwendung WSA 4.0
Speichermedium
Nutzung
Digitalisierungsrate2/19 = 11 %
Wiederholende Tätigkeit beiähnlichem
Arbeitsinhalt
Kundenauftrag anlegen
2Schichten 1
Tätigkeit KPIs
- - - - - e e e
m m m m m - - -
1 Min.
1 Min.
30 Min.
120 Min.
30 Min.
10 %3 h 9
Auftrag anmelden
Auftrag abmelden
Kundendatenerfassen/anlegen
Arbeitsplan erstellenM
aterialliste EinkaufR
ückfragenBearbeitungszeitStückzahl/Tag
Bestand Arbeitspläne
1-2x / Tag
- -- -
17 Stck.10 M
in.Bestand
Transportzeit
Bestand Aufträge1-2x / Tag
- -- -
9 Stk.5 M
in.Bestand
Transportzeit
Kunden
-m
150M
in.Produkt bestellen
Konstruktion
2Schichten 1
Tätigkeit KPIs
- - - - - - - e e e
m m m m m m m - - -
1 Min.
1 Min.
>30M
in.<30 M
in.>30 M
in.
>90M
in.
<30M
in.10 %3 h 7
Auftrag anmelden
Auftrag abmelden
StücklisteTransportauftrag
Arbeitsplan
Konstruktion undSim
ulation
(Rückfragen)
Rückfragen
BearbeitungszeitStückzahl/Tag
Bestand Anfragenstündlich
- -- -
14Stk.
1 Min.
BestandTransportzeit
I CNC - Programmierung
1*Schichten 2
Tätigkeit KPIs
- - - - e e e e
m m m m - - - -
1 Min.
1 Min.
27 Min.
1 Min.
5 %10 %
30 Min.
7
Auftrag anmelden
Programliste
Manuelles
Programm
ieren
Programcode
speichern
FehlerquoteR
ückfragenBearbeitungszeitStückzahl/Tag
I Fertigung
1*Schichten 2Tätigkeit KPIs
- - - e e e e
m m m - - - -
1 Min.
1 Min.
10 Min.
5 %5 %
40 Min.
7
Auftrag abmelden
Programcode
einlesen
Rückfragen
Rückfragen
AusschussZykluszeit
Stückzahl/Tag
FAX
Zeichnungsgenerator
ERP-System
CAD-Programm
Shopfloor Management
Zeichnung
Materialbegleitschein
Auftragsschein
Mitarbeiter
Telefon
Tabellenkalkulationsprogramm
Papier
Maschinensteuerung
Zeit für Klärung und Bestellprozess
Maschinen-stillstand durch
Programmierung Ausschuss und Linienstopp durch Programmierfehler
häufigeRückfragen
I
Produktinformationsfluss
Produktfluss(+ Produktinformationsfluss)
* = geteilte Ressource
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Beispielanwendung WSD 4.0
FIFOFIFO
Bestand Arbeitspläne
permanent
k -a -
10 Stk.0 M
in.Bestand
Transportzeit
Bestand Aufträge
permanent
k -a -
48 Stk.0 M
in.Bestand
Transportzeit
Kunden
- -- -
5 Min.
45 Min.
10 Min
KundendatenKonfigurieren
Kontrolle Bestellung
Speichermedium
Nutzung
Online Konfiguration
0Schichten (24h)
Tätigkeit KPIs
1 1 1 1 1 1 1 1
a a a a a a a a
0 Min.
0 Min.
0 Min.
0 Min.
0 Min.
1 %
60 Min.
8
Auftrag anlegenAuftrag abm
elden
Programcode
generieren
Arbeitsplan erstellenM
aterialliste Einkauf
Rückfragen
Bearbeitungszeit (Kunde)
Stückzahl/Tag
Fertigung
1Schichten 2
Tätigkeit KPIs
- - 1 - 1 1 1 1 1
m m m m - a t a a
1 Min.
1 Min.
1 Min.
10 Min.
2 %67 %1 %
40 Min.
7
Auftrag anmelden
Auftrag abmelden
Programcode
einlesen
(Rückfragen)
Rückfragen
OEE
AusschussZykluszeit
Stückzahl/Tag
Freigabe
1Schichten 1
Tätigkeit KPIs
- - - - - - 1 e e
m m m m m m m - -
1 Min.
1 Min.
5 Min.
2 Min.
3 Min.
<20Min.
1 %12 M
in.9
Auftrag anmelden
Auftrag abmelden
StücklisteTransportauftragM
aterialbuchung(R
ückfragen)
Rückfragen
BearbeitungszeitStückzahl/Tag
ERP-System
Shopfloor Management
Mitarbeiter
Telefon
Distributed Numerical Control
Online - Konfigurator
Materialetikett
Maschinensteuerung
Produktinformationsfluss
Produktfluss(+ Produktinformationsfluss)
* = geteilte Ressource
Reduktion der Bearbeitungszeit:
-96%
Reduktion der Speichermedien:
-40%
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Typische Horizonte der Lean-Entwicklung im Unternehmen
Lean – erste GehversucheLean als Tool Box
Punktuelle Verbesserung
Wertstrom-perspektive Ganzheitlicher
MethodeneinsatzBestände und Durchlaufzeit
Digitales LeanAufwertung von Bewährtem Flexibilität am Arbeitsplatz, beschleunigterPDCA
Lean 4.0Synchronisation der Informations- und Materialflüsse
Auftragsabwicklung und Geschäfts-modellMitarbeiter-
perspektive Verbesserungs-
kultur gelebtMitarbeiter-entwicklung und „Lean Leadership“
1
2
3
4
5
Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | 271122LH01 | 32
Haben Sie Fragen?
Prof. Dr.-Ing. Joachim Metternich
M.Sc. Lukas Hartmann
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Tobias Meudt