Der digitale Wertstromzwilling für verbesserte Produktionsprozesse - Factory Innovation
Lean Production, Produktionsplanung

Der digitale Wertstromzwilling für verbesserte Produktionsprozesse

Die nächste Stufe des Lean Manufacturings

Lesedauer: 9 Minuten

13. Dezember 2022 von Yvonne Therese Mertens und Josephine Zilz

Der digitale Wertstromzwilling für verbesserte Produktionsprozesse

In der Fertigung fehlt häufig eine differenzierte und nutzbare Transparenz über die Performanz der Produktions- und Logistikprozesse. Um eine vollständige Sicht auf die realen Prozessabläufe, Materialflüsse und deren Verbesserungsmöglichkeiten zu erhalten, setzen viele Unternehmen auf den digitalen Wertstromzwilling. Durch den Einsatz einer spezialisierten Software können sie automatisiert ein digitales Abbild der Produktionsprozesse generieren und deutliche Verbesserungspotenziale im Bereich der Durchlaufzeiten, Qualität und Planung identifizieren. 

Lean Manufacturing wird bereits seit Jahrzehnten mit großem Erfolg in produzierenden Unternehmen eingesetzt. Ziel ist es, die Effizienz der Produktion und Logistik zu erhöhen, Verschwendung zu vermeiden und schnell auf Volatilität in der Logistikkette und der Nachfrage zu reagieren. Denn eine flexible und kostenoptimierte Produktion ist nach wie vor ein wesentlicher Treiber für den Unternehmenserfolg. Nun sind zusätzlich noch Lieferengpässe, schwankende Nachfrage und steigende Anforderungen an die Ressourceneffizienz zu einer großen Herausforderung geworden, die nur mit hoher Transparenz, Flexibilität und Agilität in den Prozessen bewältigt werden kann.

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Eines der wichtigsten Lean-Prinzipien ist die kontinuierliche Verbesserung. Während Unternehmen bei Lean-Initiativen anfangs große Produktivitätsgewinne realisieren konnten, wird die weitere Verbesserung über die Zeit immer schwieriger. Gleichzeitig schafft die wachsende Datenverfügbarkeit neue Möglichkeiten zur datengetriebenen und tiefgreifenden Analyse, erhöht jedoch auch die Komplexität der Auswertungen und den Bedarf an geeigneter Software.

Digitaler Wertstromzwilling

Durch den breiten Einsatz von Software zur Unterstützung der Auftragsabwicklung, z. B. Manufacturing Execution Systeme (MES), IIoT-Plattformen, Betriebsdatenerfassung (BDE) oder Produktionsplanungssysteme (PPS), stehen digitale Informationen zu den Prozessabläufen inzwischen in großer Zahl und Genauigkeit zur Verfügung. Diese Datenbasis wird durch spezialisierte Software genutzt, um automatisiert einen digitalen Zwilling der zugrundeliegenden realen Prozesse und Wertströme zu erstellen. 

Während früher mit Stift und Papier einzelne Aufträge durch die Wertschöpfungskette verfolgt werden mussten, lassen sich mit solcher Lean Manufacturing Software die Wege aller Produkte, Materialien und Aufträge automatisiert und kontinuierlich in einem digitalen Wertstromzwilling darstellen und nachverfolgen. Die bisher zeitaufwendigen und manuellen Analysen können heute in wenigen Minuten in dem digitalen Abbild der realen Produktionsprozesse auf Basis von leistungsstarken KI-Verfahren umgesetzt werden. Insbesondere vorgefertigte Analysefunktionen erlauben den Fachbereichen schnelle Auswertungen, ohne dass IT-Experten oder Data Scientists zurate gezogen werden müssen. 

Der Wertstromzwilling bleibt darüber hinaus automatisch auf dem neuesten Stand, da die Rückmeldedaten der Produktion kontinuierlich verarbeitet werden. Dadurch ermöglicht die Software eine dynamische Reaktion auf im Wertstrom entstehende Probleme wie Verzögerungen, Qualitätsmängel, Engpässe oder hohen Energiebedarf.

Voraussetzungen für digitales Lean Manufacturing

Für die softwarebasierte Erstellung des digitalen Wertstromzwillings der Produktion werden bereits im Unternehmen vorhandene Daten aus der Prozesserfassung in Produktion und Intralogistik genutzt. Dies sind zum Beispiel Auftragsdaten aus dem ERP sowie Rückmeldedaten der Produktion aus Systemen wie dem MES oder der BDE. Die Daten können manuell oder automatisiert importiert werden. Die Rekonstruktion des Wertstromzwillings geschieht dann automatisiert durch die Software. Diese stellt auch die passenden Analysefunktionen bereit, um die Prozesse auf ihre Effizienz hin zu untersuchen. Unterstützt wird die Identifikation von Verschwendung in den Prozessen durch KI-basierte Fehler-Ursachen-Analysen, die Kernursachen von In–effizienzen automatisiert ausfindig machen können. 

Lean Manufacturing

Lean Manufacturing – deutsch: schlanke Produktion – ist eine systematische Produktionsorganisation, bei der ein Prozessschritt, welcher dem Produkt keinen Mehrwert zufügt, als Verschwendung angesehen und nach Möglichkeit vermieden wird. Zu den Verschwendungsformen gehören insbesondere Wartezeiten von Produkten auf die Bearbeitung, aber auch Überproduktion, Bestände/Lagerung und Nacharbeiten.

Fehler-Ursachen-Analyse

Die Fehler-Ursachen-Analyse (engl. Root cause analysis, RCA) fokussiert die Ermittlung von Fehlern und ihrer Ursachen sowie der Ableitung von Maßnahmen zur Fehlerreduzierung. So soll der Prozess nachhaltig verbessert werden. Die Fehler-Ursachen-Analyse wird als kontinuierlicher Prozess fortlaufend und nicht als einzelne Maßnahme durchgeführt. Häufig wird dabei die 5W-Methode verwendet. Bei dieser soll mindestens fünfmal nach der Ursache für einen Fehler gefragt werden, um diesem auch wirklich auf den Grund zu gehen.

Neben der technologischen Basis soll der Mensch wie auch beim klassischen Lean Management weiterhin im Mittelpunkt stehen. Somit bringen erfolgreiche Lean-Initiativen Mitarbeitende aus verschiedenen Abteilungen zusammen und ermöglichen eine gemeinsame Sicht auf die Prozesse, die Analysen und die identifizierten Verbesserungspotenziale. Die verwendete Software sollte diese Dynamik maximal unterstützen, indem abteilungsübergreifend mit dem Wertstromzwilling gearbeitet werden kann.

Bessere Prozesse durch Anwendung des digitalen Wertstromzwillings 

Schoeller Werk ist einer der führenden Hersteller von längsnahtgeschweißten Edelstahlrohren im europäischen Markt mit Sitz in Hellenthal in der Eifel. Mehr als 800 Mitarbeiter produzieren jährlich über 80 Millionen Meter Edelstahlrohr für den Einsatz in den Segmenten Automobil und Industrie für Kunden weltweit.

Schoeller setzt seit langem auf Digitalisierung, um insbesondere auch die Prozessabläufe in der Produktion weiter zu optimieren. Schon früh wurde eine umfassende digitale Unterstützung der Produktionsabläufe durch MES, BDE und PPS eingeführt. Um das gesamte Potenzial der generierten Prozessinformationen auszuschöpfen, entschied sich Schoeller nach einer Pilotphase für die Implementierung der Lean Manufacturing Software IQ/A des Kölner Unternehmens ONIQ.

Als Basis für die Analyse werden Daten aus ERP, PPS, BDE und MES durch die Software verarbeitet und automatisiert zu einem digitalen Zwilling der Produktionsabläufe zusammengefügt. Zur Erstellung des digitalen Wertstromzwillings und für die Umsetzung der automatischen Analysen kommen auf die Produktion zugeschnittene Process-Mining- und KI-Technologien zum Einsatz.

Lückenlose Nachverfolgung des Produktionsprozesses

Der Wertstromzwilling ermöglicht Schoeller den Ablauf der tatsächlichen Produktionsprozesse der über 500 verschiedenen Produkte von Anfang bis Ende nachzuverfolgen und aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu betrachten. Es entsteht die Möglichkeit, die Fertigungsprozesse für einzelne Produktionsaufträge oder in aggregierter Form für die jeweiligen Produkte oder Produktgruppen nachzuvollziehen und zu untersuchen. 

Neben unterschiedlichen Aggregationsstufen lässt sich auch die Granularität der betrachteten Prozessschritte flexibel wählen. Prozesse können bis hinunter auf die Ebene einzelner Rückmeldungen und Arbeitsfolgen abgebildet und analysiert werden. Alternativ wird der Fertigungsprozess in höheren Gruppierungsebenen über einzelne Arbeitsplätze oder Standorte hinweg verfolgt.

Verbesserte Performanz durch umfassende Analysemöglichkeiten

Die Software bietet Schoeller darüber hinaus die Möglichkeit, die Performanz der Prozesse in Hinblick auf unterschiedlichste Metriken zu untersuchen, z. B. mit Blick auf Durchsatz, Durchlaufzeiten, Übergangszeiten, Stillstände, Engpässe, Gutmengen, Ausschuss sowie Abweichungen vom Produktionsplan. 

Auf Basis des Wertstromzwillings können bei Schoeller nun Analysen der Wertströme in kürzester Zeit erfolgen. Statt stichprobenartig einzelne Aufträge zu untersuchen, können Ineffizienzen auf einer breiten Datenbasis evaluiert werden. Dadurch kann ein schneller Überblick über problematische Prozessbereiche geschaffen werden, die Performanz einzelner Produkte und Prozessvarianten verglichen sowie ein kontinuierliches Benchmarking mit der Planung oder dem individuellen Best Case ermöglicht werden. Die in die Software integrierten KI-basierten Analysen helfen darüber hinaus dabei, für die identifizierten Schwachstellen die wesentlichen Ursachen zu benennen. 

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In der Analyse der Prozesse mit dem digitalen Zwilling entstand eine völlig neue Gesamtsicht auf die Produktionsprozesse, die so vorher nicht möglich war, so Rainer Gehring, der bei Schoeller für IT und Geschäftsprozessmanagement verantwortlich ist. 

Ansatzpunkte für Verbesserungen 

Bereits in der vorausgehenden Pilotphase wurden wesentliche Stakeholder aus den Bereichen Auftragsmanagement, Qualitätsmanagement, Produktion und Controlling eingebunden, um den Mehrwert einer bereichsübergreifenden Sicht auf die Prozesse zu evaluieren. Gemeinsam konnte das Team bereits in der Pilotphase wesentliche Ansatzpunkte für weitere Prozessverbesserungen identifizieren. Hierbei fokussierten sich die Analysen vor allem auf drei Bereiche: Durchlaufzeiten und Umlaufbestand, Qualität und Ausschuss sowie Planungsgüte und -einhaltung. 

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Bild 1: Im digitalen Wertstrom kann der Auftrags- und Materialfluss in der Produktion realitätstreu nachverfolgt und bewertet werden, Bild: ONIQ.

Verkürzung der Durchlaufzeit

Durch spezialisierte Analysen konnte unter anderem identifiziert werden, welche Produkte ein hohes Potenzial zur Verkürzung der Durchlaufzeit haben. Hierzu analysiert die Software automatisch die historischen Prozessabläufe für jedes Produkt und ermittelt, welche Prozessvarianten zu optimalen Durchlaufzeiten führen. Schoeller konnte für einzelne Produkte Potentiale von bis zu 50 Prozent in Hinblick auf eine Verkürzung der Durchlaufzeit identifizieren. Mithilfe der KI-basierten Ursachenanalyse wurde die Analyse noch einen Schritt weitergetrieben. Automatisch wurden die Kernursachen für die langen Durchlaufzeiten dieser Produkte ermittelt. Hier stellte sich heraus, dass insbesondere die Übergänge zwischen bestimmten Arbeitsplätzen sowie häufige Auftragswechsel lange Durchlaufzeiten verursachen. 

Reduzierung der Ausschussquote

Des Weiteren konnten wichtige Erkenntnisse in Bezug auf den im Prozess anfallenden Ausschuss identifiziert werden. Es wurde festgestellt, dass sich die Ausschussquote je nach Produkt, aber auch für die einzelnen Aufträge eines Produktes teils erheblich unterscheidet. Welche Maschinen und Prozessschritte zu besonders hohen Ausschussraten führen, konnte das Team mithilfe der KI-gestützten Ursachenanalyse weiter eingrenzen. Diese Informationen können nun für die Planung und die Wartung gezielt verwendet werden. 

Steigerung Planungsqualität

Auch im Bereich Produktionsplanung konnte das Schoeller-Team bereits bedeutende Erkenntnisse für die weitere Steigerung der Planungsqualität gewinnen. Die Software ermittelt automatisch, wie geplante Belegungszeiten, Rüstzeiten und Übergangszeiten von den realen Prozesszeiten abweichen. Die gewonnenen Ergebnisse können nun im nächsten Schritt genutzt werden, um die für die Arbeitspläne verwendeten Stammdaten zu verbessern.

Die Autorinnen

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Yvonne Therese Mertens

ist CEO und Mitgründerin der ONIQ GmbH. Bereits zuvor war sie am Aufbaumehrerer Industrial-Tech-Softwareunternehmen beteiligt.
Ihr Antrieb ist die feste Überzeugung,
dass Digitalisierung und intelligente Software ein wesentlicher Baustein auf dem Weg zu einer nachhaltigen Industrie sind.
Daher beschäftigen sich die von ihr
gegründeten Unternehmen insbesondere damit, wie industrielle Prozesse effizienter gestaltet werden können und der Ressourcenverbrauch optimiert werden kann.

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Josephine Zilz

studierte Physik und Data Science und ist Mitgründerin der ONIQ GmbH. Sie verantwortet die KI-Entwicklung und die Umsetzung eines agilen Betriebskonzepts –
auch durch Digitalisierung.
Es ist ihr ein großes Anliegen, nicht nur die Werkzeuge, mit denen wir arbeiten, sondern auch die Art, wie wir arbeiten, neu zu denken. Auch privat schwärmt Josephine Zilz für die Digitalisierung – ihren Van hat sie smart umgebaut. So eignet er sich nicht nur für den Urlaub, sondern auch für das Mobile Office.

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