Leitfaden für Lean Production in der Fertigung mit KI und Automatisierung

Lean Production, oder schlanke Fertigung, basiert auf der Idee, Prozesse kontinuierlich zu verbessern und Verschwendung zu eliminieren. Verschwendung umfasst Zeit, Geld und Material – alles, was Ihre Betriebskosten erhöht, ohne Mehrwert für den Kunden zu schaffen. Wie können Sie als Führungskraft strategische Entscheidungen treffen, wenn Sie in neue Technologien wie KI und Cobots investieren? Dieser Leitfaden gibt Ihnen einen Überblick über Lean Production-Prinzipien sowie darüber, wo Automatisierungen kosteneffektiv und risikoarm integriert werden können, um sofort Mehrwert für Ihr Unternehmen und Ihre Kunden zu schaffen.

Was bringt Lean Manufacturing?

Viele Konzepte der Lean Production stammen aus japanischen Nachkriegs-Produktionsprozessen, bekannt geworden durch die Toyota Just-in-Time-Fertigung. Lean Manufacturing ermöglicht es Teams, qualitativ hochwertigere Produkte zu deutlich niedrigeren Kosten zu liefern. Es ist ein Fertigungsansatz mit vielen verschiedenen Tools, die Sie je nach Bedarf einsetzen können.

Sie müssen nicht alles anwenden. Sie müssen auch nicht jede neue KI-Lösung oder Technologie integrieren. Nehmen Sie stattdessen das, was funktioniert, um die Effizienz, Effektivität und Rentabilität Ihrer Fertigungsprozesse in spezifischen Bereichen zu steigern. Im Folgenden gehen wir auf gängige Lean Production-Begriffe ein und zeigen, wo Digitalisierung, KI oder Industrie 4.0-Roboter Ihre Prozesse unterstützen können.

Kontinuierlicher Fluss als Ziel

Das Ziel von Lean Production ist der “kontinuierliche Fluss” (Englisch: “Continuous flow”), bei dem alles reibungslos durch die Produktionsstufen fließt – mit minimalen (oder gar keinen) Puffern zwischen den Schritten. Bei der Ressourcenplanung ist es realistisch, Puffer für die Lieferzeitschätzung einzuplanen. Das Ziel des kontinuierlichen Flusses ist es jedoch, diesen Puffer (Verschwendung) durch Standardisierung, Just-in-Time-Lieferung und Automatisierung so weit wie möglich zu reduzieren, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen.

5S

Eines der Grundprinzipien der Lean Production ist 5S, das darauf abzielt, Verschwendung zu eliminieren, die durch einen schlecht organisierten Arbeitsbereich entsteht. Indem Sie nur das haben, was Sie brauchen, und die effizienteste Anordnung der Werkzeuge finden, können Ihre Mitarbeiter ein paar Sekunden oder Minuten sparen, die sich über das Jahr zu Stunden und Tagen summieren.

5S bezieht sich darauf, was mit einem Arbeitsbereich zu tun ist:

Sortieren (Seiri): Eliminieren Sie, was nicht gebraucht wird (aufräumen)
Systematisieren (Seiton): Organisieren Sie verbleibende Gegenstände (Chaos reduzieren)
Säubern (Seiso): Reinigen und inspizieren Sie den Arbeitsbereich (stellen Sie sicher, dass Werkzeuge einsatzbereit sind)
Standardisieren (Seiketsu): Schreiben Sie Standards für die obigen Punkte (teilen Sie Best Practices)
Selbstdisziplin (Shitsuke): Wenden Sie die Standards regelmäßig an

Verbesserungen für 5S brauchen nicht sofort Technologie. Stattdessen können Verbesserungen durch das Prinzip von Gemba erzielt werden, das wir weiter unten erklären. Durch sorgfältige Beobachtung und Optimierung wird die Verbesserung des Arbeitsplatzes selbst Effekte haben. Auf Teamebene kann dies manuell durch die Zeit verfolgt werden, die für die Herstellung eines Teils oder die Erledigung einer Aufgabe vor und nach der Anwendung des 5S-Ansatzes benötigt wird. Auf Produktionsebene ist es möglich, die Daten aller Shopfloor-Teams zu sammeln und für weitere Optimierungen zu analysieren.

Grundprinzipien der Lean Manufacturing

Da Lean Manufacturing aus der Nachkriegsproduktion in Japan stammt und durch das Toyota-Produktionssystem berühmt wurde, werden viele der verwendeten Begriffe aus ihren ursprünglichen japanischen Bezeichnungen übernommen, die wir im Folgenden skizzieren:

Gemba (現場): Die Idee, dass alle Führungskräfte Zeit in der Fertigung verbracht haben sollten, wo das eigentliche Geschehen stattfindet. Es fördert ein Verständnis aus erster Hand für reale Fertigungsprobleme durch direkte Beobachtung, durch Gespräche mit den Mitarbeitern vor Ort und durch das Erleben des Raums selbst.

Heijunka (平準化): Ebenfalls aus dem Toyota-Produktionssystem, ist dies eine Produktionsplanung, die kleinere Chargen durch Sequenzierung (Mischung) von Produktvarianten innerhalb desselben Prozesses fertigt, um Durchlaufzeiten und Lagerbestände zu reduzieren.

Hoshin Kanri (方針管理): Ein 7-stufiger Prozess in der strategischen Planung, bei dem die Unternehmensziele (Strategie) im gesamten Unternehmen kommuniziert werden, im mittleren Management zu Plänen werden (Taktik) und dann in der Fertigung umgesetzt werden.

Jidoka (自働化): Nicht nur Automatisierung, sondern speziell Ausrüstung, die für Teilautomatisierung konzipiert ist, was die Betriebseffizienz verbessert, ohne die Kosten und Risiken der Vollautomatisierung. Mitarbeiter werden freigesetzt, um mehrere Stationen zu überwachen, was die Arbeitskosten senkt, und der Prozess kann automatisch stoppen, wenn Defekte erkannt werden.

Kaizen (改善): Wird oft als kontinuierliche Verbesserung übersetzt, bei der Mitarbeiter proaktiv zusammenarbeiten, um schrittweise Verbesserungen im gesamten Fertigungsprozess zu erreichen. Es bündelt kollektive Talente innerhalb eines Unternehmens und gibt den Mitarbeitern die Möglichkeit, zu Prozessverbesserungen beizutragen.

Kanban (かんばん): Regelt den Warenfluss mit Lieferanten und innerhalb der Fabrik mit automatischen Nachfüllungen durch Signalkarten, um zu zeigen, dass mehr Waren benötigt werden. Es verfolgt den tatsächlichen Bedarf und reduziert Überproduktion und Lagerfläche.

Poka-Yoke (ポカヨケ): Baut Fehlererkennung und -prävention in Produktionsprozesse ein mit dem Ziel, 0 Defekte zu haben. Da die Fehlererkennung mit jeder Produktionsstufe teurer wird, erhöhen Kontrollen in jeder Phase die Chance, dass etwas früh erkannt wird, wodurch nachgelagerte Kosten eingespart werden.

Muda (無駄): Der japanische Begriff für Verschwendung, und das Hauptziel der Lean Production ist es, diese zu reduzieren.

Lean Production-Konzepte für Planung und Strategie

Wir haben Lean Production-Konzepte in Planung und Strategie unterteilt, was Zeit zum Nachdenken, Datensammeln und Dokumentieren von Ideen zum Teilen erfordert. Im Folgenden sind die Dinge aufgeführt, die Sie als Führungskraft planen können, sogar mit Stift und Papier. Nachdem Sie ein besseres Verständnis für Ziele, Leistungsindikatoren und vorhandene Basisdaten haben, können Sie die Verbesserung von Prozessen verfolgen und nach Tools suchen, die den Prozess später automatisieren können.

Effektive KPIs (Key Performance Indicators) setzen

KPIs sind zahlenbasierte Ziele, die gesetzt werden, um Fortschritte bei der Erreichung kritischer Ziele zu fördern. Nach dem Festlegen der KPIs gibt es normalerweise Check-ins, um den Fortschritt zum Ziel zu verfolgen. Gut gesetzte Ziele sind extrem mächtige Treiber und Motivatoren, während unrealistische Ziele demotivierend sein können.

Führungskräfte können KPIs setzen, die ihren Beitrag zu den strategischen Zielen des Unternehmens zeigen. Beispiele können sein:

Erhöhter Gesamtoutput zur Erreichung der strategischen Wachstumsziele des Unternehmens
Erhöhte Effizienz in der Produktion, gemessen in Tagen, Arbeitsstunden, Kosten
Quantifizierung und Nachweis reduzierter Verschwendung (z.B. OEE)

Stellen Sie sicher, dass die KPIs direkt von Ihren Mitarbeitenden beeinflusst werden können, damit diese Ergebnisse vorantreiben können. KPIs sind eine gängige Metrik in der Personalabteilung zur Messung der Leistung, und es gibt komplette HR-Software-Lösungen wie Leapsome oder BambooHR, die Feedback und Leistungsbeurteilung zusätzlich zur Gehaltsabrechnung enthalten. Sie können jedoch mit KPIs beginnen, indem Sie ein einfaches Dokument oder eine Tabelle erstellen, die Sie monatlich oder quartalsweise mit Ihren Mitarbeitenden bewerten.

Die Six Big Losses identifizieren

Die Six Big Losses sind sechs Kategorien von Produktivitätsverlusten, die alle Führungskräfte und Produktionslinien berücksichtigen müssen:

Ausfälle
Rüstzeiten/Einstellungen
Kleine Stopps
Reduzierte Geschwindigkeit
Anfahrverluste
Produktionsausschuss

Das Sammeln von Daten zu diesen Faktoren hilft Ihnen, bessere Liefereinschätzungen zu machen, schlechte Qualität in Kosten zu fassen und für Investitionen in Verbesserungen einzutreten. Ein Beispiel dafür ist die Berechnung der Gesamtanlageneffektivität (OEE), die Sie online finden können. Dies hilft Führungskräften, für Equipment-Upgrades zu argumentieren, z.B. warum ein Cobot innerhalb eines Jahres für eine bestimmte Aufgabe kosteneffektiver wäre.

Engpässe und Ursachen analysieren

Ein wichtiger Teil der Lean Production ist die Identifizierung von Ineffizienzen. Die Engpassanalyse sucht nach dem Schritt im Fertigungsprozess, der den Gesamtdurchsatz begrenzt. Durch die Beseitigung des Engpasses werden Leistung und Lieferzeit sofort verbessert: Das Ziel ist es, das schwächste Glied im Fertigungsprozess zu stärken.

Die Ursachenanalyse (Englisch: “Root Cause Analysis”) ist ein Problemlösungsansatz, der das zugrunde liegende Problem untersucht, anstatt Schnelllösungen auf das unmittelbare Problem anzuwenden. Ein gängiger Ansatz ist es, fünfmal „Warum?" zu fragen: Warum ist das passiert? Warum ist die Antwort auf die erste Frage passiert? Und so weiter. Jedes „Warum?" sollte tiefer in die Grundursache gehen.

Value Stream Mapping

Die Wertstromanalyse (Englisch: “Value Stream Mapping”) ist ein Tool zur visuellen Darstellung des Produktionsflusses. Es zeigt den aktuellen und zukünftigen Zustand von Prozessen auf eine Weise, die Verbesserungsmöglichkeiten hervorhebt. Value Stream Mapping deckt Verschwendung in den aktuellen Prozessen auf und bietet durch den zukünftigen Zustand einen Fahrplan für Verbesserungen.

SMART Ziele setzen

Auch wenn Erfahrung und Intuition viel bewirken können, stellt ein Framework sicher, dass sie Geschäftsziele erfüllen und hilft uns, mit Kollegen zu kommunizieren. SMART Ziele sind: Spezifisch, Messbar, Attraktiv/Erreichbar, Relevant und Terminiert. Sich die Zeit zu nehmen, aufzuschreiben, was das Ziel ist, wie Erfolg gemessen wird (durch einen KPI), mit einem realistischen Ziel gegen Basisdaten, zu welchen Geschäftszielen es beiträgt und bis wann es erreicht werden sollte, hilft alle im Team auszurichten und Erwartungen zu setzen. Dies kann mit einem einfachen Dokument erfolgen.

Prozesse, die Lean Production unterstützen

Obwohl alle Lean Production auf Prozessoptimierung ausgerichtet ist, konzentrieren sich die unten skizzierten Konzepte auf Ausführung und Operations.

PDCA-Zyklus einrichten (Plan, Do, Check, Act)

PDCA ist eine iterative Methodik, die von wissenschaftlichen Methoden für Experimente inspiriert ist. PDCA hilft bei der systematischen Implementierung von Verbesserungen, indem sichergestellt wird, dass das Geplante eine messbare Wirkung hat:

Planen: Erstellen Sie einen Plan und erwarten Sie Ergebnisse (die KPIs)
Umsetzen: Führen Sie aus, was Sie geplant haben
Prüfen: Prüfen Sie, ob Ihre KPIs oder andere Vorteile erreicht wurden
Handeln: Bewerten Sie, ob die Auswirkung es wert ist, fortzufahren, oder ob eine andere Lösung benötigt wird

Standardisierte Arbeit

Standardisierte Arbeit bezieht sich auf dokumentierte Verfahren während des Fertigungsprozesses, die Best Practices darstellen (einschließlich der Zeit zum Abschluss jeder Aufgabe). Diese „lebenden" Dokumente sollten einfach zu aktualisieren sein und für regelmäßige Überprüfungen (monatlich, vierteljährlich, jährlich) durch verantwortliche Personen geplant werden.

Standardisierte Arbeit baut auf dem PDCA-Ansatz auf, um Verschwendung zu eliminieren, indem dokumentiert wird, was am besten funktioniert (Best Practices) und sichergestellt wird, dass sie konsequent als Standardverfahren angewendet werden.

Overall Equipment Effectiveness (OEE) prüfen

Overall Equipment Effectiveness (OEE) ist ein Framework zur Messung von Produktivitätsverlusten für einen Fertigungsprozess basierend auf diesen drei Kategorien:

Verfügbarkeit (z.B. Ausfallzeiten)
Leistung (z.B. langsame Zyklen)
Qualität (z.B. Ausschuss)

Ihren OEE zu kennen, gibt Ihnen eine Referenzwert, um Fortschritte bei der Eliminierung von Verschwendung aus einem Fertigungsprozess zu verfolgen. 100% OEE zu erreichen bedeutet einen perfekten Produktionsprozess (nur gute Teile herstellen, so schnell wie möglich, ohne Ausfallzeit). Routinemäßige OEE-Checks und die Festlegung schrittweiser Verbesserungen im Laufe der Zeit helfen Ihnen, Ihre operativen Kosten zu senken.

Wie Sie KI und Industrie 4.0 in Lean Production integrieren

Die Fertigungsindustrie nutzt seit Jahren Technologie zur Prozessoptimierung. Der Unterschied liegt jetzt in der schieren Anzahl von Technologielösungen zur Ergänzung von Lean-Strategien mit Industrie 4.0 und den zunehmend zugänglichen Preisen von Lösungen. Dies kann Software-as-a-Service (SaaS)-Produkte, kollaborative Roboter (Cobots), Machine Learning- und Datenanalyselösungen sowie KI-gestützte Lösungen wie automatisierte Qualitätskontrolle umfassen. Jeder Optimierungsbereich für die Produktion hat jetzt seine eigene Vielzahl von Optionen. Sie können zum Beispiel unseren Beitrag zu Machine Vision-Systemen und Lösungsanbietern lesen.

Wir empfehlen, Lösungen basierend auf dem spezifischen Bereich zu recherchieren, den Sie lösen wollen, anstatt zu versuchen, jede neueste Technologie zu lernen. Sie können damit beginnen, Automatisierungslösungen in jeder der folgenden Kategorien zu betrachten:

Produktion: Spezialisierte oder allgemeine Roboter können den Durchsatz erhöhen und Verletzungen bei sich wiederholenden oder risikoreichen Aufgaben reduzieren.
Qualitätskontrolle: Machine Vision-Systeme helfen, die Qualitätskontrolle zu automatisieren, verbessern die Effizienz und reduzieren menschliche Fehler.
Supply Chain Management: Machine Learning, angewendet auf Ihre Bestandsdaten, optimiert Lagerbestände, Bedarfsprognosen und Nachschubplanung.
Predictive Maintenance: KI-basierter proaktiver Instandhaltungsansatz, bei dem vorausgesagt wird, wann Anlagen oder Maschinen wahrscheinlich ausfallen werden.

Im Allgemeinen können Lösungen auch in Smart Sensors und Geräte für fehlerfreie Prozesse, Digitalisierung und Automatisierung für standardisierte Arbeit, Datenerfassung und Qualitätssicherung für fertige Waren eingeteilt werden. Mit den heute verfügbaren Technologien lohnt es sich zu fragen, ob jede sich wiederholende Aufgabe durch eine Maschine ersetzt oder ergänzt werden kann – sei es ein Roboter zum Heben und Sortieren, ein App für automatisierte Qualitätssicherung oder Datenanalyse.

KI- und Technologieanbieter für die Fertigung bewerten

In früheren Jahrzehnten war industrielle Technologie die Domäne einer Handvoll Unternehmen. Viele Lösungen waren proprietär, kamen als Komplettpaket, hatten große Vorabkosten und waren teuer in der Schulung und Wartung. Jetzt können Hersteller wählen, welche Anbieter sie für jeden ihrer spezifischen Fälle einsetzen wollen. Es ist nicht nötig, sich für alles auf dem Shopfloor an das System eines Anbieters zu binden.

Softwarelösungen können als Full-Service-Pakete kommen, aber auch als monatliche Abonnements basierend auf Nutzern oder Nutzungsraten. Ebenso haben selbst Robotiklösungen verschiedene Stufen und Levels an Softwareunterstützung.

Wir empfehlen, dass Führungskräfte Lösungsanbieter mit folgenden Fragen angehen:

Hilft es mir bei Produktion, Qualitätssicherung, Supply Chain, Gerätewartung oder etwas anderem (wie Arbeitssicherheit)?
Bei welchem der Six Big Losses hilft es mir und wie viel spare ich damit?
Kann die Lösung vor Ort getestet werden, bevor Sie sich verpflichten, und wie schnell?
Ist die Lösung für Mitarbeitende einfach zu bedienen und anzupassen oder erfordert sie spezielle Schulungen?
Gibt es bestimmte Systeme, mit denen die Lösung integriert werden muss?
Was sind die laufenden Kosten der Lösung?
Gibt es Flexibilität für mich, klein anzufangen, oder gibt es einen Mindestbezug?

Nachdem Sie recherchiert, sich mit verschiedenen Anbietern getroffen und die Demos ihrer Lösungen gesehen haben, empfehlen wir, einen KPI zu erstellen und ein SMART Goal für die Lösung zu setzen, die Sie wählen. Idealerweise können Sie es mit einem Team ausprobieren, bevor Sie es auf verschiedene Schichten oder andere Betriebsbereiche skalieren. So können Sie in Monaten lernen und anpassen, nicht in Jahren.