Nachdem es anfangs nur zögerlich aufgegriffen wurde, ist das Thema Smart Factory inzwischen auch im Mittelstand angekommen. Eine repräsentative Erhebung des Digitalverbands Bitkom unter 553 Industrieunternehmen mit 100 und mehr Mitarbeitern ergab, dass 71 Prozent der befragten Betriebe den Einsatz von Industrie-4.0-Lösungen entweder planen oder bereits umgesetzt haben. Auslöser dieser verstärkten Hinwendung zu Smart Industry sind die vielversprechenden Optimierungspotenziale – darunter vor allem die Aussicht auf Effizienzsteigerung und Ressourcenschonung. Auch im Mittelstand sollen intelligente, digital vernetzte Systeme künftig für eine agile und flexible gestaltbare Produktion sorgen. Statische, streng hierarchische Abläufe, die bislang zentral entschieden wurden, werden dabei vernetzten, dynamischeren Prozessen weichen.
Doch wenngleich die Digitalisierung mittlerweile auch im Mittelstand Fuß gefasst hat, ist sie in vielen Betrieben bisher nicht über das Stadium einer projektbezogenen Experimentierphase hinausgelangt. Umfassende Umsetzungen von Industrie 4.0 harren meist noch immer ihrer Realisierung – vermutlich auch deshalb, weil die Digitalisierung noch immer mit einem radikalen Umbau aller Abläufe assoziiert wird. Tatsächlich wurden in den letzten Jahren aber verstärkt Ansätze entwickelt, die einen sanften Einstieg in Smart-Industry-Konzepte und den kontinuierlichen Aufbau einer echten Smart Factory ermöglichen. In der mittelständischen Elektronikfertigung, die noch immer vielfach durch handwerkliche Tätigkeiten dominiert wird, steht hier vor allem die informationelle Unterstützung manueller Arbeitsschritte im Fokus: Industrie 4.0 soll die manuelle Produktion dabei nicht etwa ersetzen, sondern den Mitarbeiter systematisch entlasten und ihm dadurch helfen, die immer weiter steigende Komplexität zu bewältigen.
Verfügbarkeit aller prozessrelevanten Daten
in Echtzeit
Eine mittlerweile von zahlreichen Fertigungsbetrieben eingesetzte Lösung für die Vernetzung und digitale Unterstützung manueller Produktion hat beispielsweise die euromicron-Tochter Elabo entwickelt. Die Grundidee ihres Smart-Industry-Konzepts besteht darin, handwerklich arbeitenden Mitarbeitern einen raschen Zugang zu allen prozessrelevanten Informationen wie etwa Montageanleitungen oder Prüfplänen zu ermöglichen. Im Mittelpunkt des Konzeptes steht die Datenmanagement-Software EIM (Elabo Informationsmanagement), die in Verbindung mit einer SQL-Datenbank betrieben wird. Sämtliche prozessrelevante Daten eines Betriebs werden mithilfe der Software zunächst in der Datenbank gesammelt und geordnet. Abhängig vom aktuellen Vorgang extrahiert die Software dann die benötigten Datensätze und macht sie in Echtzeit an den jeweiligen Arbeitsplätzen von Entwicklern, Monteuren, Wareneingangsverwaltern oder Servicemitarbeitern verfügbar. Der Einsatz der Lösung muss allerdings nicht sofort betriebsweit erfolgen, sondern kann an einzelnen Arbeitsplätzen erprobt und später schrittweise ausgeweitet werden. Die Anzahl der Arbeitsplatzlizenzen und Funktionsfreischaltungen lässt sich hierfür bedarfsgerecht und flexibel festlegen. Da die EIM-Software nicht an die Arbeitsplatz- und Testsysteme des Unternehmens gebunden ist, sondern sich auch in Verbindung mit Geräten und Systemen anderer Hersteller einsetzen lässt, sind der Anwendung grundsätzlich nur wenig Grenzen gesetzt.
Arbeitsplatzanpassung und digitale Arbeitsanleitung
Die Vorteile des Ansatzes lassen sich exemplarisch anhand des vom Unternehmen entwickelten FIM-Arbeitsplatzes verdeutlichen. Er setzt sich aus einem Basistisch mit Messgeräteaufbauten und modularen Halterungen für Materialschütten sowie einem mobilen Montagetisch und einem Materialbereitstellungswagen zusammen. Die zu bearbeitenden Geräte verbleiben während des gesamten Fertigungsgerätes auf dem mobilen Tisch, dessen Weg durch die einzelnen Montage- und Teststationen mit Hilfe eines WLAN-basierten Asset-Trackings verfolgt werden kann. Ist schon diese Konzeption auf eine umfassende Prozesskontrolle und fehlerreduziertes Arbeiten angelegt, so verbessert der Einsatz der Smart-Industry-Lösung den Arbeitsablauf noch einmal zusätzlich. Das verdeutlicht der Blick auf ein typisches Arbeitsszenario: Zu Arbeitsbeginn authentifiziert sich der Mitarbeiter mit Hilfe einer RFID-Karte oder eines Transponders und wird so an seinem Arbeitsplatz angemeldet. Daraufhin werden voreingestellte, in der Datenbank hinterlegte Arbeitsplatzkonfigurationen automatisch aktiviert und die Arbeitsplatzeinstellungen somit exakt auf seine Aufgaben und Bedürfnisse hin ausgerichtet. Beispielsweise wird dann die Höhe der Arbeitsplatten von Basistisch und mobilen Elementen individuell angepasst.
Ist der Arbeitsplatz-PC hochgefahren, zeigt er eine bedienerabhängige digitale Unterstützung (bdU) – eine sogenannte Werkerführung – an. Diese bdU ist jeweils aufgabenspezifisch ausgerichtet und führt den Mitarbeiter anhand von textlichen Erläuterungen, Montage- und Prüfplänen sowie mit Hilfe von Bildern und Videos durch sämtliche Arbeitsschritte. Parallel dazu werden mit Hilfe von EIM die passenden Arbeitsplatzeinstellungen realisiert. Während der Mitarbeiter die Folien der bdU abarbeitet, passen sich Decken- und Tischbeleuchtung jeweils optimal an die aktuellen Anforderungen an. So wird je nach Arbeitsschritt wahlweise nur ein einziger Punkt beleuchtet oder ein bestimmter Abschnitt des Tisches angestrahlt. Bei anspruchsvollen Montagevorgängen wie Lötprozessen werden differenzierte Farbtemperaturen realisiert. Soweit möglich, werden bei alledem auch individuelle, in der Datenbank vorgehaltene Beleuchtungswünsche des Arbeitnehmers berücksichtigt. Solche automatisierten Voreinstellungen erweisen sich insgesamt als durchweg vorteilhaft: Die Mitarbeiter müssen sich weniger mit unproduktiven Nebenaufgaben beschäftigen und können sich in erster Linie ihrer Haupttätigkeit widmen – der Montage der jeweiligen Geräte.
Erleichterte Integration von Quereinsteigern
Die Prozessunterstützung durch solche umfassenden Begleitmaßnahmen erhöht übrigens nicht nur die handwerkliche Effizienz erfahrener Arbeitnehmer. Auch die Integration neuer Arbeitskräfte wird so erheblich gefördert – vor dem Hintergrund des Fachkräftemangels ein nicht zu unterschätzender Pluspunkt. Gerade Quereinsteiger profitieren in besonderem Maße von einer detailliert gestalteten bdU inklusive der automatischen parallelen Anpassung aller Arbeitsplatzeinstellungen. Sie erfassen unbekannte Arbeitsschritte und Produkte schneller und arbeiten mit geringerer Fehlerquote. Zudem lässt sich jederzeit kontrollieren, ob alle Montageschritte und Messungen vorschriftsmäßig vorgenommen und dokumentiert wurden. Werden einzelne Schritte versäumt, kann – entsprechende Voreinstellungen vorausgesetzt – mit Hilfe von EIM beispielsweise auch ein gezielter Blockademechanismus ausgelöst werden. Die Software verhindert dann je nach den Vorstellungen des Anwenders das Aufrufen der nächsten Folie der bdU oder unterbricht die Stromzufuhr eines Geräts.
Ein guter Weg zur EIM-basierten Integration von Quereinsteigern kann auch der Einsatz von Datenbrillen sein, die sich unkompliziert in die Software integrieren lassen. Die bdU wird dann direkt auf dem Display der Brille angezeigt. Der Monteur muss infolgedessen nicht mehr bei jedem neuen Arbeitsschritt extra auf den Monitor seines PCs blicken, sondern kann seine Aufmerksamkeit vollständig dem Werkstück widmen. Zum Schutz der Gesundheit sollten solche Brillen zwar nicht länger als zwei Stunden am Stück getragen werden. Als unterstützendes Element kann ihre Nutzung aber allemal sinnvoll sein – speziell in der Anfangsphase einer Tätigkeit.
Verbesserte Materialversorgung
Ein weiterer wichtiger, für Fachkräfte wie Quereinsteiger gleichermaßen relevanter Aspekt der Arbeitsunterstützung ist die Organisation der Materialversorgung an der Montagelinie, die für reibungslose Prozesse eine Schlüsselrolle spielt. Werden Lager oder Einkauf zum Beispiel nicht rechtzeitig über den sinkenden Vorrat an C-Teilen informiert, kommt es leicht zu Verzögerungen. Das gleiche gilt, wenn Lieferungen im Wareneingang nicht richtig zugeordnet werden können. Hier besteht die Möglichkeit, intelligente Versorgungssysteme in die Software zu integrieren – zum Beispiel Materialschütten mit kamerabasierter Füllstandsüberwachung. Diese setzen bei Unterschreiten einer vorgegebenen Füllmenge automatisch ein Signal ab, das von der Datenmanagement-Software an das Lager oder den Einkauf weitergeleitet wird und so die Beschaffung von Nachschub veranlasst.
Automatische Prozessdokumentation
Auch im Nachgang zur Montage bieten Softwarelösungen wie EIM ganz erhebliche Effizienzvorteile: Bei Testläufen oder Messvorgängen parametrisiert die Software alle Prüfgeräte automatisch gemäß den in der Datenbank hinterlegten Vorgaben. Eine papiergestützte Mess- und Prüfdokumentation entfällt, da EIM alle Ergebnisse prozessbegleitend protokolliert und in der Datenbank ablegt. Diese automatische Protokollierung lässt sich selbstverständlich auch schon während der Montage realisieren: So kann der Mitarbeiter die vorschriftsmäßige Ausführung jedes Arbeitsschritts ganz einfach festhalten, indem er ein Häkchen in der aktuellen Folie seiner Werkerführung setzt. Auf diese Weise entstehen gleichsam en passant umfassende Protokollsätze, die dann beispielsweise auch bei den Audits zur Qualitätsmanagement-Zertifizierung nach ISO 9001 genutzt werden können.
Einen wertvollen Beitrag zur Steigerung der Prozesseffizienz kann die Lösung selbstverständlich auch in zahlreichen anderen Anwendungsbereichen leisten. Bei Reparaturaufträgen etwa lassen sich mit EIM erhebliche Zeitersparnisse erzielen. Mithilfe der Produktkennzeichnung wird das Gerät im Wareneingang ohne Verzögerung dem zuständigen Servicetechniker zugewiesen. Dieser hat bei entsprechender Datenbankpflege selbst bei älteren Geräten sofort Zugriff auf alle produktspezifischen Datensätze mitsamt Fehler- und Reparaturstatistiken, was Fehlersuche und Reparatur immens vereinfacht.
Fazit
Mit Lösungen wie dem Elabo Informationsmanagement können mittelständische Unternehmen auf ihrem Shopfloor ihre Produktivität nachhaltig steigern und überdies von einem verbesserten Qualitätsmanagement profitieren. Das Konzept sorgt für eine hohe Informationsdichte und Prozesskontrolle und ermöglicht darüber hinaus umfassende Anpassungen im Bereich Ergonomie. Dank zentral gespeicherter Datensätze und vereinfachter Kommunikation mit anderen Abteilungen können Montageschritte, Prüfverfahren sowie zahlreiche andere Aufgaben schnell und zuverlässig umgesetzt werden. Die Smart-Industry-Lösung lässt sich sukzessive in jeden Betrieb integrieren und im Einklang mit den individuellen Anforderungen nutzen. Selbst überwiegend manuelle Prozesse laufen so merklich effizienter ab. Konsequenz ist eine gesteigerte Wirtschaftlichkeit – bei gleichzeitig gesteigertem Wohlbefinden der Mitarbeiter.
Timo Bednarek, Geschäftsbereichsleiter Arbeitsplatzlösungen, Elabo GmbH (euromicron Gruppe).
Foto: Elabo
