Was ist Inselfertigung?

Die Inselfertigung ist eine Methode zur Prozessverbesserung und als solche ein wichtiger Bestandteil der schlanken Produktionsphilosophie. Sie besteht darin, Ihre Fertigung so umzugestalten, dass sie die größtmögliche Effizienz bietet.

Was ist die Inselfertigung?

Die Inselfertigung ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Arbeitsplätze und Anlagen in einer Reihenfolge angeordnet werden, die es den Produkten ermöglicht, den Fertigungsprozess mit maximaler Geschwindigkeit zu durchlaufen, während Verschwendung und logistischer Aufwand minimiert werden. Die Inselfertigung ist eine Untergruppe der Just-in-Time- und der schlanken Produktion und zielt darauf ab, Anlagen, Maschinen, Teilelager, Werkzeuge und Arbeitsplätze so anzuordnen, dass ein optimierter Fluss der kontinuierlichen Produktion von einer Insel oder „Insel“ zur nächsten möglich ist.

Anstatt eine Charge von Bauteilen an einer Arbeitsstation gleichzeitig zu bearbeiten, sind die Inseln in der Regel so konzipiert, dass sie ein Teil nach dem anderen durchlaufen. Dies ermöglicht die schnelle Herstellung einer größeren Vielfalt ähnlicher Produkte, da die einzelnen Inseln unabhängig voneinander eingestellt werden können, ohne dass bei jeder Bestellung einer Variante die gesamte Montagelinie umgestellt werden muss.

Jede Insel ist eine klar definierte, autarke Produktionseinheit. Je nach Inselfolge können den einzelnen Inseln spezialisierte Mitarbeiter zugewiesen werden, oder sie können übergreifend geschult werden, um die Arbeit benachbarter Fertigungsinseln oder der gesamten Inselfolge zu überwachen. Eine Insel kann zwar fertige Teile von Anfang bis Ende produzieren, in den meisten Fällen sind die Inseln jedoch in einem Fluss angeordnet, bei dem der Output einer vorherigen Insel der Input für die nächste ist.

Geschichte der Inselfertigung

Die Inselfertigung ist nicht neu. Ralph Flanders stellte sie erstmals 1925 vor. Russische Unternehmen griffen das Konzept in den 1930er Jahren auf, nachdem Sergej Mitrofanow andere mit einem Buch auf die Idee aufmerksam gemacht hatte.

Doch in den 1970er Jahren erblickte sie dann offiziell das Licht der Welt als Teil einer Reihe von Initiativen, aus denen sich später die schlanke Bewegung entwickelte. In Japan war die Inselfertigung maßgeblich an vielen schlanken Konzepten beteiligt, darunter die Just-in-Time-Fertigung (JIT). Die Idee einer angemessen dimensionierten Produktionseinheit in einem ergonomisch optimierten Umfeld wurde für die Reduzierung von Verschwendung entscheidend.

Inselfertigung – Inselgestaltung

Moderne Arbeitsinseln sind zu ausgereiften und wertvollen Komponenten der Fertigung geworden. Alles, von der Auswahl der Werkzeuge und ihrer Position auf der Arbeitsstation bis hin zur Anzahl der Stufen und der Art der Vorratsbehälter, wird sorgfältig berücksichtigt. Viele Fertigungsinseln sind so konzipiert, dass sie einen modularen Ansatz verfolgen, bei dem Arbeitsplätze oder Segmente weggerollt und für andere Inseln umkonfiguriert werden können, wenn sich die Produktionsanforderungen aufgrund saisonaler Ereignisse ändern.

Mehrere Überlegungen fließen in eine solide Inselgestaltung ein:

1. Produkt

Die Produkte, die in der Insel hergestellt werden sollen, müssen zu einem zellularen Design passen. Die Konstrukteure müssen feststellen, ob es sich um ein vollständiges Produkt oder eine Unterbaugruppe handelt. Handelt es sich um eine Unterbaugruppe, müssen die Arbeitspläne für die vor- und nachgelagerten Bereiche berücksichtigt werden.

Auch die Produktionsrate für das Produkt sollte bestimmt werden. Wenn die Insel alle Teile innerhalb einer Klasse von Artikeln herstellt, ist möglicherweise eine Überkapazität erforderlich, um Produktionsspitzen aufzufangen. Handelt es sich hingegen um eine von mehreren Inseln, die dieselben Teile herstellen, kann die Kapazität knapp bemessen sein.

Die Konstrukteure müssen auch die Produktgruppierungen in Betracht ziehen. Wenn die fertigen Produkte in derselben Insel hergestellt werden, können gemeinsame Teile wie Tasten, Schalter, Kabel und Gehäuse oft für mehrere Produkte derselben Familie verwendet werden. Dies ermöglicht die Flexibilität von kleinen Losen bis hin zur Fertigstellung von Produkten als “Bausatz” ähnlicher Fertigerzeugnisse.

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2. Prozess

Systemingenieure verwenden in der Regel eine Prozessabbildung, um ein vollständiges Verständnis der einzelnen Prozessschritte zu erhalten. Dies hilft bei der Berechnung der Anzahl der Maschinen und Mitarbeiter sowie der Art der Werkzeuge und sogar der für die Montage benötigten Teile. Auch die optimale Losgröße und vor allem die Reihenfolge der Prozessschritte werden berücksichtigt.

3. Logistik

Unterstützungsstrukturen sind ebenfalls wichtig für das Inseldesign. Dazu gehört, wie die Insel terminiert wird, welche Behälter verwendet werden und wie sie zur Ergonomie passen. Auch gehört dazu, wie die Rohstoffe in die Insel gebracht und für die Verwendung bereitgestellt werden, wie sie entnommen werden und was dann geschieht.

4. Layout

Mit diesen Überlegungen im Hinterkopf kann ein optimales Inselgestaltung festgelegt werden. Die physische Struktur muss sich in die anderen Inseln innerhalb der Fabrik integrieren und wird hinsichtlich der verwendeten Konfiguration oft intuitiv sein, nachdem die oben genannten Überlegungen abgeschlossen sind.

Arten von Insellayouts

Es gibt viele Arten von Layouts für die Konfiguration der Inselfertigung. Dazu gehören:

1. Linear

Lineare Inseln (auch “I”-Inseln genannt) sind wie Mini-Fließbänder. Die Arbeit erfolgt in der Reihenfolge, in der jede Maschine den Wert des Teils erhöht, bis es fertig ist. Lineare Inseln erfordern zur Optimierung den Zugang zu beiden Seiten des Layouts. Es ist jedoch auch möglich, sie so zu konfigurieren, dass sich die Arbeitskräfte auf der einen Seite und die Rohstoffe oder Komponenten am Verwendungsort auf der anderen Seite befinden.

Beispiel: Ein Beispiel für eine lineare Insel wären Brotdosen aus Metall, bei denen keine Arbeitsschritte wiederholt werden müssen und keine Ausrüstung benötigt wird, um mehr als eine Aufgabe auszuführen. Das Material wird der Reihe nach gestanzt, gebogen, geschliffen, mit Scharnieren versehen und lackiert, bis die Einheit fertig ist.

2. Käfig

Eine Käfigkonfiguration besteht aus einem groben Kreis oder Quadrat, in dem sich normalerweise ein Maschinenführer befindet. Die Produkte erfordern möglicherweise mehrere Durchgänge oder wiederholte Durchgänge auf jeder Maschine vor der Fertigstellung. In einer Käfigkonfiguration kann die Maschinenauslastung gering sein, und die Maschinen werden je nach Konstruktion der Teile nur sporadisch eingesetzt.

Beispiel: Ein Beispiel für einen Käfig wäre eine CNC-Bearbeitungswerkstatt, die Lager mit Hülsen herstellt, bei der die Hülsen nach Toleranz gefräst oder gedreht werden müssen, um ineinander zu passen, dann zusammengepresst und gebohrt, um die Schmierpunkte zu installieren, und dann wieder gepresst, um das Lager zu installieren.

3. U-förmig

Eine der gebräuchlichsten Inselformen ist die U-förmige Insel. Hier sind alle Mitarbeiter und Prozessschritte in das Innere des “U” integriert. Dadurch werden Übergänge optimiert und die für die Herstellung des Teils erforderliche Zeit verkürzt. Außerdem werden Ermüdungserscheinungen gemindert und die Kommunikation und Zusammenarbeit verbessert.

Beispiel: Ein Beispiel für eine U-förmige Insel wäre die Produktion eines einfachen Desktop-3D-Druckers. Das Produkt würde mit dem Nieten des Rahmens beginnen und dann zur Montage der Stangen und Rollen übergehen. Der nächste Schritt wäre die Installation der Kabelbäume und des Motors, bis das fertige Gerät die Linie verlässt. In einer U-förmigen Insel kann es auch andere Inseln mit unterschiedlichen Konfigurationen an der Außenseite des U geben. Käfiginseln könnten die Kabelbäume herstellen und den Kabelbaummontageabschnitt des U beschicken.

4. T-förmig

T-förmige Inseln werden für eine Produktion verwendet, die mehrere Rohstoffquellen erfordert. Unterbaugruppen werden auf dem Arm des “T” hergestellt und laufen zur Endmontage und Endbearbeitung zusammen. T-förmige Inseln eignen sich gut für halbfertige Produkte und wenn verschiedene Produktlinien gleichzeitig bedient werden.

Beispiel: Ein Beispiel für eine T-förmige Insel wären kundenspezifische Kosmetika und Konsumgüter, bei denen die fertigen Produkte einzeln oder in Kits mit vielen Iterationen verkauft werden können. Ein Schenkel des T kann eine Seife mit individuellen Initialen und die gleiche Hautcreme liefern, während der andere Schenkel ein einzigartiges Tablett oder eine Tasche mit mehreren auftragsbezogenen Annehmlichkeiten herstellt. Die Kits werden dann im finalen senkrechten Segment des T zusammengeführt.

5. S-förmig und Z-förmig

S- und Z-förmige Inseln werden häufig verwendet, um Hindernisse zu umgehen. Dabei kann es sich um einen Balken oder einen Träger in einer älteren Einrichtung handeln, in der es viel Platz zu berücksichtigen gibt. Sie können auch um eine schwere Maschine wie eine CNC- oder Metallbiegemaschine herum konfiguriert werden, wenn es unpraktisch oder unmöglich ist, sie zu bewegen. Einmal an Ort und Stelle, können S- und Z-förmige Inseln je nach Produkt wie eine U- oder lineare Insel wirken.

Die Inselgestaltung wirkt sich auf die Zykluszeit, die Taktzeit, den Ausschuss, die Ermüdung und viele andere Aspekte aus und ermöglicht Prozessverbesserungen. Da die Anzahl der Einheiten so gering wie möglich sein kann und sie trotzdem effizient bleiben, werden der Arbeitsaufwand und der Platzbedarf, die bei der Chargenbildung oft überhandnehmen, reduziert.

Einführungsprozess

Der Einführungsprozess einer Arbeitsinsel besteht aus mehreren Schritten. Zunächst müssen die Produkte des Unternehmens in Familien eingeteilt werden. Bei diesen Produktgruppen kann es sich um Teile eines ähnlichen Designs handeln, die sich nur in Größe, Form oder Funktionalität unterscheiden. Sie können aber auch nach der Art der Herstellung gruppiert werden, beispielsweise nach Prozessschritten oder nach der Reihenfolge der Aufgaben.

Zweitens sollte eine Produktionsflussanalyse (PFA) durchgeführt werden, um Familien zusammenzufassen. Hier ist die Entscheidung, Maschinen zu gruppieren, die zu den Teilen innerhalb jeder Familie komplementär sind, entscheidend. Sie trägt dazu bei, die Anzahl der benötigten Ersatzteile und Rohstoffe zu bestimmen. Häufig kann die Gruppierung von Familienteilen die Anzahl der SKUs im Teilebestand reduzieren. Es kann sich herausstellen, dass ein einzelnes Teil mit einem anderen Fertigerzeugnis kompatibel ist, wenn die Ausrüstung der Insel nur geringfügige Änderungen vornimmt.

Schließlich kann eine Optimierung der Prozesse innerhalb der Insel erfolgen. Dazu können wichtige Elemente wie die Anzahl der Schritte zwischen den Stationen innerhalb einer Insel oder die Entfernung zwischen der bestehenden Insel und der nächsten Insel im Arbeitsablauf gehören.

Sie kann auch die Planung der Materialhandhabung, des Produktflusses von Station zu Station, der Fixkosten der Fertigung und der Arbeitskosten umfassen.

Nachteile und Beschränkungen der Inselfertigung

Die Inselfertigung ist ideal für den Einzelstückfluss und die Kleinserienfertigung. Es gibt jedoch auch Einschränkungen und Nachteile:

1. Auslastung der Anlagen – In der Prozessfertigung kann hochschnelle Automatisierung selbst jene Aufgaben kapazitätsauslastend erledigen, die viele präzise Schritte erfordern. In der Inselfertigung können die Anlagen innerhalb einer Insel jedoch nur gering ausgelastet werden. Das erhöht die Auswirkung der Investitionsrentabilität auf teurere Anlagen.
2. Wartungsengpässe – In Arbeitsinseln ist es nicht ungewöhnlich, dass die Insel nur einen bestimmten Maschinentyp enthält. Wenn dieses einzelne Gerät ausfällt, steht die Anlage still, und es kann zu Engpässen in der Produktion kommen.
3. Verwaltungsprobleme – Die Terminierung und der Einkauf in einer Inselfabrik sind im Vergleich zur Prozess- und Serienfertigung komplex. Das Gleiche gilt für MRP-Systeme. Unternehmen stellen möglicherweise fest, dass die Software, die in einer kontinuierlichen oder verfahrenstechnischen Produktionsumgebung gut funktioniert, nicht über die Funktionalität für die Planung und Ausführung in einer zellularen Umgebung verfügt. Viele Unternehmen betreiben hybride Produktionsumgebungen, in denen Inseln traditionelle Produktionslinien speisen. Die gewählte Fertigungssoftware muss in der Lage sein, beides reibungslos zu unterstützen.
4. Probleme mit Familiengruppen – Nur weil Komponenten ähnlich aussehen, heißt das nicht, dass sie austauschbar sind. Dies kann dazu führen, dass die Rüstzeiten selbst bei eng aufeinander abgestimmten Teilen eine Verzögerung in der Effizienz verursachen.
5. Schlecht konzipierte Inseln – Inseln, die entweder von der Form her schlecht konzipiert sind oder denen es an einem umfassenden Verständnis der Prozessschritte mangelt, können Ineffizienz und Verschwendung eher verstärken als beseitigen.

Vorteile der Inselfertigung

Die Inselfertigung hat auch viele Vorteile, vorausgesetzt sie wird sorgfältig konzipiert, für den Prozess optimiert und korrekt ausgeführt. Eine Arbeitsinsel kann dann viele Vorteile bieten, darunter:

1. Verbesserte Kommunikation zwischen den Mitarbeitern.
2. Verkürzte Durchlaufzeiten zwischen Auftragserteilung und Lieferung.
3. Deutlich reduzierter Bestand an unfertigen Erzeugnissen.
4. Geringerer Platzbedarf, sprich weniger gemietete oder eigene Flächen.
5. Deutlich weniger Verschwendung und Abfall.
6. Schnellere Identifizierung von Fehlern aufgrund des Fehlens einer “gepufferten” vorgelagerten Produktion bedeutet eine bessere Qualitätskontrolle.
7. Leichtere Umsetzung von Null-Fehler-Strategien.

Kosten im Zusammenhang mit der zellularen Fertigung

Aufgrund der unterschiedlichen Auslastung der Anlagen in der zellularen Fertigung im Vergleich zur Prozessfertigung, der kontinuierlichen Fertigung und der Serienfertigung können die Investitionskosten höher sein. Es ist jedoch nicht häufig der Fall, dass dadurch signifikante Kosteneinsparungen erzielt werden. Diese Einsparungen setzen sich aus mehreren Faktoren zusammen. Insgesamt können die Arbeitskosten gesenkt werden, da die Arbeiter weniger laufen müssen. Die innerbetriebliche Verpackung kann verringert werden, da die Transportanforderungen und die Bereitstellung in Einklang gebracht werden.

Natürlich können Arbeitsinseln als wesentlicher Bestandteil der schlanken Produktion die durch Verschwendung entstehenden Kosten senken. Wenn die Ausbildung der Mitarbeiter innerhalb der Insel zunimmt und verbessert wird, kann sich auch dies positiv auf die Qualitätskosten auswirken.

Und schließlich wird durch die bessere Qualität und die kürzeren Durchlaufzeiten der Ruf der Marke gestärkt, was zu höheren Umsätzen und mehr Aufträgen führt. Und Inseln können sogar im iterativen Prozess der Entwicklung neuer Produkte helfen, an die man vorher nicht gedacht hat.

Die Inselfertigung ist nicht für jede Branche geeignet. Sie muss gut durchdacht sein, die Prozesse vollständig abbilden und ständig verbessert werden, um Vorteile zu bringen. Mit der richtigen Fertigungssoftware lassen sich jedoch die Vorteile steigern und die Nachteile minimieren.

Die wichtigsten Schlüsselpunkte

• In Inselfertigungsumgebungen sind die Inseln, Geräte, Maschinen, Teilelager, Werkzeuge und Arbeitsplätze so organisiert, dass ein optimierter Fluss der kontinuierlichen Produktion möglich ist.
• Jede Insel in einer Fertigungsanlage ist eine klar definierte, autarke Produktionseinheit, in der die Mitarbeiter an allen Geräten und Werkzeugen innerhalb der Insel geschult werden.
• Bei der Gestaltung einer Insel müssen Sie das Produkt, den Prozess, die Logistik und das Layout berücksichtigen.
• Es gibt viele verschiedene Layouts von Arbeitsinseln, die unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden, z. B. die lineare oder I-Form, den Käfig, die U-Form, die T-Form und die S- oder Z-Form.
• Der Einführungsprozess besteht aus mehreren Schritten der Planung, Produktgruppierung und konsequenten Optimierung.
• Bei richtiger Planung und Ausführung kann die Einführung eines zellularen Fertigungskonzepts die Kommunikation in der Fertigung verbessern, die Durchlaufzeiten verkürzen sowie den Bestand an unfertigen Erzeugnissen, den Platzbedarf und den Ausschuss reduzieren und die Qualität Ihrer Produkte verbessern.

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