Miebach Consulting Whitepaper, August 2018

Potenziale der Digitalisierung in Logistik und Produktion

Ein Whitepaper von Dr. Reiner Friedland,

Miebach Consulting

Digitale Technologien sind allgegenwärtig: am Arbeitsplatz,

zu Hause, unterwegs in der Hand- oder Hosentasche.

2Miebach Consulting Whitepaper: Potenziale der Digitalisierung in Logistik und Produktion

Industrie 4.0 – dem Thema kann sich

kein Unternehmen entziehen: einige

offensiv treibend, andere abwartend,

manche noch ablehnend, aber niemand

ignorierend.

Der Begriff Industrie 4.0 steht für die Vernetzung von Men-schen, Systemen und Objekten in Echtzeit, innerhalb sich selbstorganisierender und optimierender Wertschöpfungsket-ten. Inzwischen wirkt der Begriff Industrie 4.0 etwas „abgegrif-fen“. Synonym setzt sich der Begriff „Digitalisierung“ durch. Digitalisierung beschreibt die Umwandlung analoger Prozesse in digitale. Digitale Technologien sind allgegenwärtig: am Arbeitsplatz, zu Hause, unterwegs in der Hand- oder Hosen-tasche. Jedoch bietet die Digitalisierung mehr als nur digitali-sierte Fotos oder DVDs statt VHS. Die folgenden Seiten geben einen Einblick, welche neuen Möglichkeiten sich in Logistik und Produktion durch Nutzung digitaler Technologien bieten.

Industrie 4.0 oder Digitalisierung

Dr. Reiner Friedland, Principal Miebach Consulting GmbHfriedland@miebach.com

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Szenario in der nahen Zukunft

Ein Endkunde formt in der virtuellen Realität mittels La-serscanner, VR-Brille und Datenhandschuh sein Produkt. Im Sprachdialog vereinbart er Stückzahl, Lieferkonditionen und Preis. Beim Lieferanten werden dadurch automatisch ein Auftrag ausgelöst, Material bestellt und Ressourcen geplant. Als der Mitarbeiter die Montage des kundenspezifischen Produktes beginnt, sind alle Vorfertigungsprozesse abge-schlossen und die Logistik hat Material, Werkzeuge und Informationen Just-in-Time bereitgestellt. Ein Fahrerloses Transportsystem (FTS) hat die Montagestation ausgewählt, weil hier Ausrüstungen und Mitarbeiterqualifikation am besten geeignet sind und ein Vorgängerauftrag fristgerecht erledigt wurde. Diese Entscheidung haben FTS, Montagestation und zu montierende Baugruppe gemeinsam miteinander als Cyber Physical System (CPS) entwickelt.

Bei der Montage unterstützen digitale Positionierhelfer die Mitarbeiter, und ein Roboter dreht schwere Teile in die ergonomisch beste Position. Nach Montage und automati-scher Qualitätskontrolle bringt das FTS das fertige Produkt direkt zum Verpackungsplatz und anschließend zur automati-schen Verladung. Der Endkunde kennt den Auftragsstatus und hat final noch die gewünschte Lieferadresse angepasst. Planungsexperten behalten die finale Entscheidungskompe-tenz, greifen aber nur bei Bedarf in die Prozesse ein.

Diese Geschichte ließe sich weiter ausschmücken und detaillieren. Zukünftig werden Technologien der Digitalisierung die gesamte Auftragskette unterstützen. Aber welche Techno-logien gibt es heute schon?

Zukünftig werden Techno-logien der Digitalisierung die gesamte Auftragskette unterstützen.

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Technologien für die digitalisierte Zukunft

Technologien der Digitalisierung lassen sich in verschiedenen Unternehmensbereichen einsetzen (Abbildung rechts).

Im Lager setzen sich neben Barcodes mehr und mehr QR-Codes durch, mit denen die Artikel berührungslos identifiziert werden können. RFID-Chips ermöglichen darüber hinaus die Erkennung der Artikel auch ohne manuelle Tätigkeiten. Intelligen-te Kamerasysteme erkennen Artikel an spezifischen (Oberflä-chen-)Eigenschaften, d. h. eine zusätzliche Kennzeichnung ist nicht erforderlich.

Smart Glasses und Smart Watches führen die Mitarbeiter bei der Einlagerung und Kommissionierung, helfen Fehler zu vermeiden und sorgen für stets aktuelle Daten durch eine unmittelbare Buchung. Dabei unterstützen auch Smart Phone Apps oder Tablet PCs, mit denen Aufträge initiiert und rückgemeldet werden.

Neue Möglichkeiten bieten auch intelligente Ladungsträger, die immer ihren Bestand kennen und bei Bedarf eigenständig nachbestellen.

Im innerbetrieblichen Transport erlauben autonome Stapler eine automatische Entladung von Warenlieferungen. FTS transportie-ren Waren innerhalb des Lagers und versorgen die Produktion. Sie navigieren induktiv, optisch oder mittels Laser. Große Vorteile bieten Drohnen, da sie, ohne Produktionsfläche zu verschwen-den, Transporte in die dritte Dimension verlagern. Jedoch sind ihre Einsatzmöglichkeiten innerhalb von Fabrikhallen aus Sicherheitsgründen noch stark eingeschränkt.

Moderne Transportmittel bieten neben der Minimierung manuel-ler Transportaufgaben noch weitere Vorteile. Digitalisierung zu Ende gedacht bedeutet, dass die autonomen Transportmittel untereinander als CPS kommunizieren. Sie „teilen“ sich unterein-ander die Transportaufgaben und schließen sich bei Bedarf zusammen. In der höchsten Ausbaustufe kommunizieren die Transportmittel mit Produktionsanlagen und Produkten.

Umfangreiche, aktuelle Daten verbessern die Planung und Steuerung der Produktion. Somit wird die Planung realistischer, aufwendige Umplanungen und Priorisierungen entfallen. Die Termintreue steigt. Elektronische Shop Floor Boards sorgen für eine allgemeine Transparenz des aktuellen Auftragsstatus und bilden die Grundlage für kurzfristig notwendige Maßnahmen.

Eine zentrale Methode zukünftiger Digitalisierung bildet der sogenannte digitale Schatten oder Zwilling. Der digitale Schatten repräsentiert ein immer aktuelles Abbild über den Zustand des Logistik- und Produktionssystems sowie des Produktes. Somit sind digital jederzeit Auftragsstatus, Maschi-nenverfügbarkeiten, Lagerbestände, Transportkapazitäten, aktuelle Position, Bearbeitungszustand, Qualitätsmängel und andere wichtige Informationen abrufbar.

Voraussetzung für die konsequente Einführung des digitalen Schattens ist die durchgängige Identifikation des Produktes. Auch in der Vorfertigung und weiteren Prozesszwischenstufen müssen Daten direkt auf dem Werkstück speicherbar oder zumindest eindeutig zu identifizieren sein, was oftmals noch an den rauen Werkstattbedingungen oder an der Werkstückgröße scheitert. Hier werden sich die Grenzen durch technische Weiterentwicklungen, beispielsweise durch Bilderkennung und Miniaturisierung, weiter verschieben.

Durch Nutzung der umfassenden technischen Möglichkeiten der Digitalisierung entstehen viele Daten (Big Data), die kaum ein Unternehmen selbst speichern und auswerten kann. Externe Dienste (Cloud Computing) übernehmen diese Aufgabe in zunehmendem Maße und bieten dabei ein hohes Maß an Datensicherheit.

Jedoch nützen die besten Technologien nichts, wenn sie an ineffektive Prozesse angedockt werden. Daher sind zuerst die Prozesse in Ordnung zu bringen und dann zu digitalisieren.

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Lager

• RFID, Barcode, QR, Bilderkennung

• Pick-by-/Put-to-Light/Vision/Audio

• Smart Glasses, Smart Watches, Augmented Reality

• Smart Phone Apps, Tablets

• intelligente Ladungsträger

Transport

• automatische Entladung

• fahrerlose Transportsysteme (FTS)

• Drohnen

• selbststeuernde Einheiten (CPS)

Digitaler Schatten

aktuelle Informationen über:

• Auftragsstatus

• Produktstatus

• Produktionssystem

• Materialverfügbarkeit

• Transportsystem

Planung und Steuerung

• höhere Planungsqualität durch aktuellere Daten

• geringerer Planungs- und Umplanungs-aufwand, höhere Termintreue

• elektronisches Shop Floor Board

TechnologienÜbersicht und Beispiele

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Prozesse in Ordnung bringen? Das ist doch Lean. Ja, Lean ist auch im Zeitalter der Digitalisierung zeitgemäß und das mehr denn je. Lean hebt viele Einsparpotenziale, indem Verschwen-dungen reduziert, Durchlaufzeiten verkürzt und die Produktivi-tät erhöht werden. Und das ganz ohne Digitalisierung. Die konsequente Umsetzung von Lean bildet zudem eine hervor-ragende Voraussetzung für die Digitalisierung. Mittels Lean werden Prozesse stabilisiert und vereinfacht. Einfache, stabile Prozesse sind eine Grundlage für zuverlässige Softwareappli-kationen. Andererseits kann auch der Einsatz neuer Technolo-gien bisherige Prozesse verändern. Beispielsweise vereinfacht sich durch den Einsatz intelligenter Ladungsträger die Auslösung von Materialbedarfen.

Sind die Prozesse verbessert, kann der Einsatz digitaler Technologien noch weitere (Lean-)Potenziale heben (Abbil-dung rechts). Lean setzt Standards, mittels Digitalisierung werden Abweichungen frühzeitig erkannt. Der schnelle Zugriff auf aktuelle Daten reduziert Wartezeiten. Flexible FTS erlauben geringere Bestände, da kürzere Transportzeiten überbrückt werden müssen. Drohnen nutzen die dritte Dimension und verschwenden keine Transportfläche. Da Transportmittel untereinander und mit Werkzeugmaschinen kommunizieren, optimieren sie gemeinsam die Auslastung. 3D-Drucktechnolo-gien erfordern geringere Rohmaterialbestände und vermeiden großen Verschnitt bei der Bearbeitung. Etwaige Qualitätsab-weichungen werden aufgrund moderner Sensorik präventiv erkannt und durch eine intelligente Datenauswertung nachhal-tig abgestellt.

Auch die inzwischen postulierte achte Verschwendungsart „Ungenutztes Mitarbeiterpotenzial“ kann durch den Einsatz digitaler Technologien reduziert werden. Die Digitalisierung nimmt den Mitarbeitern zum einen Routinetätigkeiten ab und bietet zum anderen eine höhere Transparenz der Prozesse. So gewinnen die Mitarbeiter mehr Freiraum, ihre Kapazität und Kreativität für Prozessverbesserungen einzusetzen.

Somit gehören Lean (Prozessoptimierung) und Digitalisierung (geeignete Technologien) methodisch zusammen. Aber welcher Ansatz und welche Technologie ist für das einzelne Unternehmen richtig? Dabei kann eine Potenzialanalyse helfen, aus der der aktuelle Zustand und Verbesserungspoten-ziale erkannt werden.

Digitalisierung oder Lean?

Lean bildet die Voraus-setzung für eine erfolg-reiche Digitalisierung.

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Industrie-4.0-Lösungen helfen, mittels Lean erkannte Verschwendungen weiter zu reduzieren

Bestand

• aktuelle Daten

• kürzere Transportzeiten

• 3D-Druck

Fläche

• Drohnen

• automatische Identifi- kation

Wartezeit

• aktuelle Auftragsdaten und Verfügbarkeiten

• zeitnahe Transporte

Bewegung

• Smartphone

• Tablets

• selbstfahrende Arbeits-plätze

Transport

• automatische Transporte

• dezentrale Optimierung (CPS)

Qualitätsmängel

• präventive Qualitätskon-trolle

• Daten für kontinuierliche Verbesserung

Überproduktion

• aktuelle Auslastungsdaten

• kurze Lieferzeiten, kurz-fristige Kundenwünsche

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Die effiziente Durchführung einer Potenzialanalyse (siehe Abbildung auf der nächsten Seite) erfordert eine sorgfältige Vorbereitung. Zentrales Instrument ist ein Fragebogen, der genau auf Unternehmen, Produktions- und Logistiksystem, Unternehmensbereich und Schwerpunkte zugeschnitten wird. Der Fragebogen dient später als Leitfaden bei der Durchfüh-rung von Experteninterviews.

Bei der Ist-Aufnahme vor Ort werden die Abläufe beobachtet und Experten befragt. Im Zentrum des Interesses stehen die Prozesse inklusive Materialfluss, Produktionsschritte und Informationsfluss. Dabei werden die logistische Technik und die Produktionstechnik sowie die IT-Unterstützung erfasst.

Die vor Ort erhobenen Informationen und die vorab erhaltenen Daten werden anschließend ausgewertet und Verbesserungs-potenziale ermittelt. Dabei werden zuerst die prozessualen Verbesserungspotenziale mithilfe der Lean-Methodik betrach-tet. Erst im zweiten Schritt folgt die Einschätzung, welche zusätzlichen Potenziale sich durch Methoden und Technologi-en der Digitalisierung heben lassen. Für die Betrachtung wird unterstellt, dass grundlegende prozessuale Verbesserungen vorher umsetzbar sind.

Jeder Prozessschritt wird mit dem Baukasten digitaler Technologien abgeglichen. Das bildet die Grundlage, um allgemein verfügbare Lösungen für die besonderen Anforde-rungen des Unternehmens zuzuschneiden. Zuerst werden die Technologien herausgefiltert, die sich überhaupt nicht für die untersuchten Prozesse eignen. Für die verbleibenden Techno-logien wird entschieden, welche eher in einer langfristigen Vision einsetzbar sind und welche sich schon kurz- oder mittelfristig nutzen lassen. Für beide Zeithorizonte werden die ausgewählten Technologien so kombiniert, dass jeweils ein durchgängiges Anwendungskonzept entsteht. Beispielsweise lassen sich die Potenziale von RFID am besten ausschöpfen, wenn sie die Produkte vom Wareneingang (Bestand), in der Produktion (Arbeitsplan) bis zur Auslieferung (Versandort) begleiten.

Der erste Schritt auf dem individuellen Weg zur Digitalisierung

Als pragmatischer Ansatz hat sich erwiesen, zwei Konzepte zu beschreiben. Ein Zukunftsszenario dient als Vision, welche von Zeit zu Zeit mit dem Stand der Technik abgeglichen wird. Das zweite Konzept soll als Basisszenario zeitnah umsetzbar sein, aber es soll den ersten Schritt in Richtung Zukunftsszenario darstellen.

Die im Basisszenario erarbeiteten Lösungsansätze zur Verbesserung der Prozesse und Einführung der Digitalisierung werden nach Aufwand und Nutzen bewertet und priorisiert. Daraus entstehen Handlungsempfehlungen, die durch nachfolgende Maßnahmen und Projekte umzusetzen sind. Finales Ergebnis ist ein Umsetzungsplan, bei dem Aufwand, Nutzen und zeitliche Abfolge so dargestellt sind, dass die Entscheider im Unternehmen die Umsetzung bestimmen können.

Jeder Prozessschritt wird mit dem Baukasten digitaler Technologien abgeglichen.

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Vier Phasen einer Potenzialanalyse

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Ist-Aufnahme

• Problemfelder analysieren

• Prozesse

• Technik

• Durchlaufzeit

• Flächeneffizienz

• Organisation

• Produktivität

Handlungsempfehlungen

• Maßnahmen

Aufwand vs. Nutzen

• Umsetzungsplan

Aufwand vs. Zeit

Verbesserungs potenziale

• Qualitative Kriterien

• Quantitative Kriterien

Benchmarks & Alternativen abwägen

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Vorbereitung

• Unternehmens informationen

• Ansprechpartner

• Datenbedarf

• Agenda

• Fragebogen

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Miebach Consulting: The Supply Chain Engineers

NAFTAIndianapolisMexicoMontreal

CASABogotaBuenos AiresGuatemalaLimaSantiagoSao Paulo

EMEABarcelonaBerlinDammamDubaiFrankfurtKatowiceLeuvenMadridMilanMunichOxfordParisZug

APACBangaloreShanghai

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2018 • 24 Büros weltweit • 350 Mitarbeiter

Miebach Gruppe

Die Miebach Gruppe wurde im Jahre 1973 von Dr.-Ing. Joachim Miebach in Frankfurt gegründet, um großen und mittelstän-dischen Unternehmen internationale Supply-Chain-Beratung und Ingenieurleistungen in der Logistik und Produktion anzubieten.

Die in über vierzig Jahren und unzähligen Projekten gewachsene Erfahrung hat zum methodischen Ansatz des „Supply Chain Engineering“ geführt, welcher Netzwerkstrukturen, Prozesse und Intralogistik entlang der Supply Chain gestaltet. Strategie und Technik finden dabei gleichermaßen und ganzheitlich Beachtung, da nur die Integration beider Elemente ein optimales Ergebnis abbilden kann.

Als Beratungspartner bieten wir unsere Dienstleistungen in weltweit 24 Büros an. Mit insgesamt 350 Mit arbeitern gehört Miebach zu den international führenden Beratern für Logistik und Supply Chain Design. Mit unserer Präsenz in den Schlüssel-regionen Europa, Asien, Süd- und Nordamerika können wir unsere globalen Kunden effektiv und mit lokalem Hintergrund-wissen optimal unterstützen.

Experten-Know-how

Seit über vier Jahrzehnten entwickeln wir innovative Logistik-lösungen mit den Kompetenzen, die für effiziente und funktionale Supply Chains erforderlich sind:

Die Stärke von Miebach Consulting ist die Integration dieser Kompetenzen, um ganzheitliche Lösungen anzubieten, die die Erwartungen des Kunden übertreffen. Dabei entwerfen wir Strategien, entwickeln wirtschaftlich reali sierbare Konzepte und spezifizieren IT-Lösungen sowie technische Installationen bis ins letzte Detail. Wir übernehmen Verantwortung und implemen-tieren die ent wickelten Lösungen. Außerdem unterstützen wir unsere Kunden von der Inbetriebnahme bis hin zum „Fine- Tuning“ im Live-Betrieb. Wir glauben daran, dass das Extra

an Service dabei hilft, die Visionen unserer Kunden bestmög-lich zu verwirklichen. Unsere permanenten F & E-Initiativen führen dabei oftmals zu richtungsweisenden Innovationen.

Branchenspezialisierung

Miebach Consulting bietet Beratungsleistungen über ein breites Branchen spektrum an. Wir halten die Branchenspezialisierung für ein Muss, um die spezifischen Anforderungen und Prozesse unserer Kunden exakt zu verstehen. Ebenso sehen wir im Austausch von Fachkenntnissen zwischen den Branchen den idealen Weg, innovative und Best-in-Class-Lösungen für unsere Kunden zu ent wickeln.

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Gerne stehen wir Ihnen für ein persönliches Gespräch zu diesem Thema sowie darüber hinaus zur Verfügung.

Miebach Consulting GmbHUntermainanlage 660329 Frankfurt am MainDeutschlandTel.: + 49 69 273992-0vertrieb@miebach.com

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