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Der Begriff „Low Cost Automation“ – auch kurz „LCA“ genannt – gehört mittlerweile untrennbar zur Philosophie der schlanken Produktion (Lean Manufacturing). Wie der Name schon suggeriert, lässt sich Low Cost Automation am Besten mit „Einfachautomatisierung“ übersetzen. Doch was verbirgt sich eigentlich konkret dahinter?

Den Ursprung dieser Art der Automatisierung findet man in den 1970ern – zu Zeiten der ersten Öl- und Investitionskrise. Low Cost Automation war seinerzeit das Ergebnis aus den Kaizen-Aktivitäten der Shopfloor-Mitarbeiter in japanischen Weltklasse-Unternehmen. Gefördert wurde die Entstehung von LCA durch eine produktorientierte Herstellungsweise (Lean Manufacturing), in der Produkte nach dem „One Piece Pull“-Prinzip in kleinsten Mengen in Zellen gefertigt werden und die sich damit von jener Produktionsweise unterscheidet, die – auch heute noch – in der westlichen Welt verbreitetet ist und durch eine funktions- und technologie-orientierte Trennung der Prozesse gekennzeichnet ist. Das heißt, hierzulande werden Produkte getreu den Regeln der Massenproduktion bzw. dem Prinzip der Mengendegression in möglichst großen Stückzahlen (Losen) im wahrsten Sinne des Wortes durch den Herstellungsprozess „geschoben“ (Push-Prinzip).

Diese beiden verschiedenen Produktionsweisen, Pull- und Push-Prinzip, stellen völlig unterschiedliche Anforderungen an die Flexibilität und damit an den Automatisierungsgrad einer Fertigung. Interessanterweise hat gerade die Entwicklung in jüngster Vergangenheit gezeigt, dass insbesondere in der westlichen Welt die Zeit des Mengenwachstums vorüber ist. Volumen wächst nur noch durch Zukauf von Firmen oder Verdrängungswettbewerb. Zur Stimulierung von Käuferinteressen und zur Bedienung der zunehmend heterogenen Kundenbedürfnisse werden ständig neue Produkte in immer kürzeren Zyklen in die Märkte lanciert, was zu einer Zunahme der Produktvarianten und damit zur Steigerung des Komplexitätsgrades in der Fertigung führt.

Den hoch automatisierten Fertigungseinrichtungen vieler Unternehmen fehlt es oft an der erforderlichen Flexibilität, schnell und kostengünstig auf neue Anforderungen der Märkte zu reagieren, obwohl sie doch einst auch unter dem Aspekt der höheren Flexibilität beschafft wurden.

Als ein Indiz für diese Entwicklung stelle ich in Firmen, die dem Automatisierungsparadigma verfallen sind, ständig sinkende Verfügbarkeiten fest. Werte unter 70% nach der Messmethode der japanischen OEE-Kalkulation (Overall Equipment Effectiveness, im Deutschen auch GAE - Gesamt-Anlagen-Effizienz) sind da keine Seltenheit.

Die aus dieser Situation resultierende Kostenzunahme wird von vielen Unternehmen mit einer Produktionsverlagerung in Niedriglohnländer beantwortet. Meist stellt sich dies jedoch als Trugschluss heraus: Die nicht wertschöpfenden Anteile (oder die Verschwendungen) der Produktion kosten in den Niedriglohnländern zwar weniger, sie bleiben jedoch nach wie vor bestehen, weil sie in der Regel einfach mitverlagert werden.

Ein weiterer Grund, warum LCA in den japanischen Top-Unternehmen eine entscheidende Rolle spielt, ist das Bestreben, ein möglichst effizientes Zusammenwirken von Mensch und Maschine zu entwickeln. Dieses Ziel wird dadurch verfolgt, indem dem Menschen nach wie vor manuelle Tätigkeiten zugewiesen werden. Während sie in westlichen Unternehmen meist nur an einer Station arbeiten oder sich auf das Überwachen von Prozessen beschränken, betreuen die Werker in japanischen Firmen multifunktional mehrere Prozesse. Oft handelt es sich dabei um einfache Tätigkeiten, wie beispielsweise das Be- und Entladen von Maschinen, das Zusammenfügen von Teilen in der Montage, das Anbringen von Kabeln oder das Eindrehen von Schrauben. Es sind genau diese manuellen Tätigkeiten, die man mit einfachen Mitteln und cleveren Ideen zu reduzieren versucht. Gesteuert und vorangetrieben wird dies in der Regel vom Teamleiter (Hancho - siehe auch Fachbeitrag zum Thema Shopfloor-Management) – mit dem Ziel der Personalreduzierung. Im Japanischen wird diese Vorgehensweise Shoshinga genannt. Der in diesem Prozess frei gesetzte Werker wird hierbei jedoch nicht entlassen, sondern meist für andere, wichtigere Aufgaben eingesetzt, weshalb meistens nur der Beste aus dem Prozess herausgenommen wird.

Durch Bemühungen dieser Art entstanden viele kleine und einfache Automatisierungen. Meist erfolgt dies im Rahmen einer groß angelegten Kampagne in allen Bereichen des Unternehmens. So sah ich vor wenigen Monaten in einem japanischen Werk von Denso (Automobilindustrie) eine LCA-Aktion, die zum Ziel hatte, alle manuellen Tätigkeiten so zu vereinfachen, dass die Werker ein Betriebsmittel nur noch beladen müssen und das Auswerfen der fertig bearbeiteten Teile automatisch geschieht (Chaku Chaku-Prinzip). Ein anderes Beispiel ist der Getriebefabrikant Jatco Fuji, der zurzeit die „one motion campaign“ durchführt. Diese Kampagne zielt darauf ab, alle Bewegungen so zu optimieren, dass sie mit einem „touch“ durchgeführt werden können und nicht länger als 0,1 Minuten dauern.

Im Zusammenhang mit der Anwendung von LCA ist ein weiteres Element zu nennen: „Jidoka“ oder auch „Autonomation“ genannt. Dahinter verbergen sich der mannlose Betrieb und die selbständige Prozessüberwachung einer Maschine. Bei Abweichungen vom normalen Produktionsprozess (Defekte, Werkzeugbruch, fehlender Teilenachschub usw.) bzw. zur Vermeidung von Fehlern hält die Maschine selbstständig an und gibt dem Werker ein Signal zum Eingriff.

Die dahinter steckende Produktionsphilosophie verlangt schlanke oder einfache Betriebsmittel, die in der Regel nicht extern beschafft werden können und deshalb oft von den Unternehmen selbst gebaut werden. Dies erfordert Planungsingenieure mit ausgeprägter Erfahrung in der Produktion des Untermnehmens. Daher wird in japanischen Unternehmen niemals jemand in der Planung eingesetzt, der nicht vorher in der Produktion diese Erfahrung gesammelt hat. Außerdem sind Planung und Produktion meist räumlich und organisatorisch zusammengefasst. Im Gegensatz dazu fließt hierzulande überwiegend das Fachwissen von Hochschulen in die Planungsprozesse ein, die zudem funktional und räumlich von der Produktion getrennt sind. Die häufige Folge sind Redundanzen und die Überdimensionierung von Anlagen.

Beispiel aus Japan: Integration der Planung in die Produktion

Die Einführung von LCA setzt also auch ein Überdenken bzw. die Änderung der bisherigen Fertigungskonzepte voraus.

Den LCA-Prinzipien folgen

Für LCA gibt es keine festgeschriebenen Regeln, da die Methode als solches in Japan nicht konkret beschrieben und in der Breite eher unbekannt ist. Die Abläufe und Betriebsmittel in der Tendenz einfach zu gestalten, entspricht eher einem „common sense“, dem  gemeinsamen Grundverständnis bzw. der Überzeugung der Japaner hinsichtlich der Einfachheit der Dinge. Dennoch habe ich während meiner vielen Besuchen in Japan eine gewisse Standardisierung innerhalb der Unternehmen festgestellt. Dabei beobachtete ich in verschiedensten Unternehmen und Branchen eine Schwerpunktbildung, die man mehr oder weniger in allen Fabriken antrifft:

Einfach

- Vermeidung komplizierter Bewegungsabläufe, Funktionen und Strukturen
- Rotations- und Linearbewegungen, die mit einfachen mechanischen Elementen durchgeführt werden
- Nutzung der physikalischen Grundgesetze (Gravitation, Kräfte-Parallelogramm usw.)

 Kostengünstig

- Einsatz einfacher und handelsüblicher Materialien und Komponenten (Beispiel Creform-Baukasten)
- Häufige Wiederverwendung von demontierten Betriebsmitteln.

Leicht zusammen- und auseinanderzubauen

Einsatz von Baukastensystemen, aus denen eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte hergestellt werden können.

Modularer Aufbau

- Geringer Komplexitätsgrad
- Nicht zu viele Bearbeitungsschritte in einem Modul

Schnelle Veränderbarkeit: Module werden je nach Produkt neu angeordnet; d.h., die Zellen werden ständig verändert. Deshalb sind die Module meist mit Rädern und einer flexiblen Versorgungsinfrastruktur ausgestattet.

Interne Entwicklung und Herstellung

Kompakt und schmal

Da die Vorrichtungen und Betriebsmittel häufig in Zellen integriert werden, in denen die Werker mehrere Prozesse betreuen und von Modul zu Modul gehen müssen, wird zugunsten der Verkürzung von Wegen auf die Breite geachtet. Dabei versucht man, die Betriebsmittel hinsichtlich ihrer Maße jeweils an der Breite des Werkstücks auszurichten.

Auf Ausbildung und das richtige Training kommt es an

Während meiner Tätigkeit für den japanischen Konzern Canon wurde ich unter anderem mit der sukzessiven Einführung der LCA-Regeln vertraut gemacht. Der wichtigste Punkt ist das Erreichen eines Paradigmenwechsels bei den Beteiligten. Die klassische funktionale Trennung von Fertigung und Planung und die damit verbundene Denkweise, die Planung  wisse, was für die Fertigung richtig sei, stellt dabei eine der größten Hürden dar. 

Deshalb wurde mir immer wieder empfohlen, bei der geplanten Einführung in Deutschland die Aus- und Weiterbildung zu forcieren. Menschen lernen mehr anhand konkreter Beispiele als von einem lehrerhaften Vortrag. Ingenieuren, Vorarbeitern, Maschinenführern und Führungskräften sollten so viele gute Beispiele wie möglich gezeigt werden, damit sie mit LCA vertraut werden und ihre Funktionsweise verstehen. In vielen japanischen Unternehmen, werden LCA-Beispiele in Form von „One-Point-Lessons“ (alle wichtigen Punkte auf einem Blatt visualisiert dargestellt), gemeinsamen hausinternen Schulungen oder auf Ausstellungsflächen demonstriert. 

Bei Toyota und Denso wurden spezielle LCA-Trainingscenter eingerichtet, die „Karakuri Dosho“ genannt werden und in denen Werker und Ingenieure das traditionelle Karakuri-Engineering studieren, um es für hauseigene Zellen zu nutzen. Karakuri ist ein Automatisierungsmechanismus, der während der Edo-Ära in Japan entwickelt wurde und auf einer Technologie basiert, die im 17. und 18. Jahrhundert aus Holland importiert wurde. Karakuri wurde in mechanischen Apparaturen angewandt, zum Beispiel in Kabuki- Drehbühnen, laufenden Puppen, automatischen Musikern, tanzenden Puppen auf getragenen Schreinen, Geheimgängen in den Samurai-Palästen sowie Geheimwerkzeugen und Waffen der Ninja.

In solchen LCA-Trainings werden mechanische Puppen anhand von Bausätzen zusammengebaut und die Elemente der Mechanisierung gelernt.

Ausszug aus der Bauanleitung einer Karakuri-Puppe

In den Augen so mancher Leser mag dies lächerlich und zu verspielt wirken. Viele vergessen dabei jedoch, was im Mittelpunkt solcher Trainings steht. In diesem Zusammenhang fällt mir der Besuch des japanischen Automobilzulieferers Denso im Rahmen einer Studienreise ein. Zu unserer Überraschung fanden wir im Foyer der Hauptverwaltung die Ausstellung ausgewählter Karakuri-Maschinen, die innerhalb der Ausbildung von verschiedenen Trainingsgruppen hergestellt und offensichtlich mit viel Stolz präsentiert wurden.

Sicher können Sie sich vorstellen, wie die deutschen Ingenieure reagierten, die mich seinerzeit begleiteten. „Zwar interessant, aber irgendwie lächerlich“, so einige Kommentare.

Toyota jedoch ist es nicht zu lächerlich, in seinem Annual Report 2003 die Vereinfachung einer Druckgussmaschine und die Verkürzung von Produktionslinien zu erwähnen. Haben Sie so etwas schon einmal im Jahresgeschäftsbericht eines westlichen Automobilherstellers gesehen?

Die Bedeutung von LCA

Ein Auszug aus einer hausinternen Lehrunterlage eines japanischen Unternehmens soll uns dazu dienen, die Bedeutung von Low Cost Automation zu veranschaulichen:

Die hausinterne Fähigkeit, LCA zu konstruieren, ist eine wesentliche Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit jedes herstellenden Unternehmens. Jedes gute Unternehmen versucht, intern neue LCA zu entwickeln und die damit verbundenen Technologien im Hause zu behalten. Sie können die ausgeklügelsten Roboter, Maschinenparks oder CNC-Maschinen kaufen, aber das können auch Ihre Konkurrenten. 

Shimano Co., ein führender Hersteller von Fahrradkomponenten mit Sitz in Sakai, Osaka, verfügt beispielsweise über mehr als 800 Roboter, die alle intern entworfen und zusammengebaut wurden. Sie sind speziell dafür konstruiert, sich 2,8 Meter pro Sekunde fortzubewegen, während ein handelsüblicher Roboter nur einen Meter pro Sekunde schafft. Shimano möchte Hochgeschwindigkeitsroboter haben.

Einer der wichtigsten Nebeneffekte der Herstellung von LCA im eigenen Hause ist, dass die Mitarbeiter in neuen Technologien geschult werden und dadurch für das Unternehmen sehr wertvoll oder sogar unersetzlich werden.