Effizienz von Fabriken für industrielle Automatisierungsprodukte

Personen, die automatische Anlagen einrichten, erwarten, dass die Produktion steigt. Allerdings wissen nur sehr wenige von ihnen genau, wie stark die Produktion gestiegen ist und warum. Dieser Aspekt ist wichtig, da Produktion kaum durch eine einzige Zahl definiert werden kann, da sie aus mindestens sechs weiteren Kennzahlen besteht, von denen einige stark beeinflusst werden können, während andere überhaupt nicht betroffen sind. Darum geht es in diesem Artikel.

Zusammenfassend steigt die Produktivität von Fabriken durch Werkzeuge, die Prozesse automatisieren, wodurch der Durchsatz der Bediener, die Gesamtanlageneffektivität (OEE) verbessert sowie das Volumen der nach der Produktion recycelten Materialien, die Produktionsdurchlaufzeiten und der Energieverbrauch des Endprodukts reduziert werden. In Bezug auf Fabriken, die zum Global Lighthouse Network des Weltwirtschaftsforums gehören, stieg die Arbeitsproduktivität um etwa 40-50 %, während die Durchlaufzeiten um fast 48 % sanken, die Fehlerquoten um etwa 41 % zurückgingen und der Energieverbrauch um etwa 22-28 % reduziert wurde. Obwohl diese Veränderungen real sind und nur teilweise existieren, hängen sie davon ab, dass der Prozess glatt genug ist, um automatisiert zu werden.

Was “Effizienz” tatsächlich auf dem Werkstattboden bedeutet

Die Terminologie unterscheidet sich, wenn Manager und Ingenieure sie verwenden, da sich die beiden Berufe im täglichen Betrieb normalerweise nicht überschneiden. Es ist bekannt, dass sechs Messgrößen ausreichend sind.

• Durchsatz oder produzierte Menge pro Stunde und produzierte Menge pro Bediener. Der zweite Parameter bestimmt die Löhne.
• OEE umfasst drei Kennzahlen: Verfügbarkeit multipliziert mit Leistung multipliziert mit Qualität. Es kann Ihnen den tatsächlichen Nutzungsgrad Ihrer theoretischen Kapazität anzeigen.
• First Pass Yield und Ausschussrate repräsentieren alles, was nachbearbeitet oder entsorgt werden muss. Das bedeutet, dass dafür bereits jemand bezahlt hat.
• Durchlaufzeit und Work-in-Progress können verwendet werden, um Fehler und Möglichkeiten für gebundenes Kapital zu verbergen, da sie die Zeitspanne vom Auftragseingang bis zur Lieferung anzeigen.
• Energieverbrauch bei der Herstellung einer Produkteinheit und Materialverbrauch für die Produktion einer Einheit können als durch Automatisierung veränderte Kosten bezeichnet werden, quasi als Nebenprodukt.
• Rüstzeit ist bei der Produktion eines einzelnen Produkts irrelevant.

Automatisierung wirkt sich unterschiedlich auf Produktionslinien aus. Eine richtig genutzte Produktionslinie kann ihre Effizienz innerhalb eines Jahres verdoppeln. Sie verbessert jedoch keinen fehlerhaften Produktionsprozess, der fehlerhafte Teile in höherer Stückzahl produziert.

Die Gewinne, die sich am zuverlässigsten zeigen

Die Analyse aufgezeichneter praktischer Situationen zeigt mehrere sich wiederholende Faktoren. Die Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) liegt normalerweise im Bereich von 21 % bis über 30 %, abhängig von der Ausgangssituation des Werks. Die Steigerung der Arbeitsproduktivität kann in einem viel breiteren Bereich (zwischen 41 % und 50 %) für bestimmte Werke erreicht werden. Was die frühen Lighthouse-Kohorten betrifft, so hat die durchschnittliche Arbeitssteigerung hier 100 % überschritten. Der gleiche Trend gilt für die Kostensenkung. Die Kosten eines Produkts sind im besten Fall um etwa 30 % gesunken, während die qualitätsbezogenen Ausgaben bei der Automatisierung des Prüfprozesses durch den Hersteller deutlich stärker reduziert wurden.

Die Logik dieser Zahlen ist klar: Automatisierung beseitigt Variabilität. Roboter werden nach einigen Arbeitsstunden nicht müde, drehen Schrauben am Montagmorgen nicht anders und überspringen keine Tests aufgrund von Verzögerungen. Sobald der Prozess automatisiert ist, verbessert sich alles, was davon abhängt, sofort. Wenn Sie eine Aufschlüsselung wünschen, welche Vorteile in welcher Reihenfolge auftreten, führt diese Zusammenfassung Effizienzvorteile der industriellen Automatisierung sie werkseitig durch.

Woher die Zahlen stammen

Die höchste Autorität zu diesem Thema ist das Global Lighthouse Network des Weltwirtschaftsforums. Es wurden 238 Fabriken von der Institution als erfolgreiche Anwender der Industrie 4.0-Technologie anerkannt. Diese Standorte profitieren davon, dass ihre Ergebnisse geprüft und verifiziert werden.

Die Statistiken der alten Fabriken sind beeindruckend. Die Produktivitätsänderungen in der ursprünglichen Kohorte führten zu einer Steigerung der Produktion um 100 %, einer Produktivitätssteigerung um 150 % und einer Steigerung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) um 80 %. Die Kosten sanken um etwa 30 %, während der Energieverbrauch um 60 % reduziert und die Durchlaufzeit um 90 % verkürzt wurde. Die Ergebnisse der Kohorte sind jedoch realistischer. Beispielsweise erzielte eine Gruppe von Fabriken, die im September 2025 hinzugefügt wurde, durchschnittliche Steigerungen der Arbeitsproduktivität um 40 %, eine Verkürzung der Durchlaufzeit um 48 %, eine Senkung der Fehlerquote um 41 % und einen um 28 % geringeren Energieverbrauch.

Die Kapitalrenditen sind in drei Jahren mehr als zwei- bis dreimal so hoch und erreichen nach fünf Jahren das Vier- bis Fünffache. Dies ist ein gutes Ergebnis, jedoch muss man bedenken, dass das Ergebnis nicht sofort eintritt. Erfolgreiche Fabriken betrachten das Automatisierungsprogramm jedoch nicht als Kapitalanlage.

Wie Weltklasse-Automatisierung auf dem Werksboden aussieht

Theoretisch ist Effizienz ein einfach zu diskutierendes Konzept. In der Praxis ist es jedoch besser, Unternehmen zu analysieren, die Effizienz auf höchstem Niveau bieten – die “lights-out”-Fabriken, in denen kein Licht benötigt wird, weil dort niemand arbeitet. Solche Fabriken sind hauptsächlich mit der Herstellung von elektronischen Gütern und Komponenten verbunden, da die dort durchgeführten Prozesse das erforderliche Stabilitätsniveau und ein hohes Produktionsvolumen aufweisen, was die Unternehmen kommerziell attraktiv macht.

Die häufig zitierten Beispiele sind gut dokumentiert, einschließlich der weltweit betriebenen Dark Factories — von Fanucs Roboter-baut-Roboter-Werk in Japan bis hin zu vollautomatischen Elektroniklinien in China und Korea. Das verbindende Element ist die Disziplin und nicht die Technologie: standardisiertes Produkt und Verarbeitung sowie ein Wartungssystem, das sicherstellt, dass die gesamte Linie nahezu unbemerkt von den Bedienern läuft.

Dieser Punkt wird möglicherweise nicht in seiner Bedeutung verstanden, denn eine „lights-out“-Linie spart nicht Kosten durch das Fehlen von Personen, sondern durch das völlige Fehlen von Variabilität und weil sie nur sehr wenige Ingenieure und keine Bediener benötigt.

Effizienz in der Montage von elektrischen Komponenten und Elektronik

Da unser Fachgebiet die Produktion von Leistungsschaltern ist, betrachten wir dies im Detail und geben nicht nur ein abstraktes Beispiel aus diesem Bereich. Die Herstellung von Leistungsschaltern ist ein hervorragendes Beispiel, da sie präzise Montage, Funktionstests und obligatorische 100%-Prüfungen umfasst – Bereiche, in denen menschliche Arbeit langsam, unbeständig und unwirtschaftlich ist.

Eine typische automatisierte Produktionslinie für Leitungsschutzschalter (MCB) oder Leistungsschalter (MCCB) umfasst manuelle oder halbmanuelle Montage, Prüfung und Kennzeichnung der Produkte in einer Kette. Die Effizienz wird durch drei Hauptfaktoren erreicht: die Montagegeschwindigkeit überschreitet nicht zwei Sekunden pro Pol, die vollständige Kalibrierung jedes Teils erfolgt maschinell statt durch die Aufmerksamkeit des Bedieners, und die Testdaten werden automatisch erfasst. Solche Linien bauen wir für die halbautomatischen Produktionslinie für Leistungsschalter Projekte, und dieselbe Architektur gilt für die Produktion von MCCB, RCBO, Luft-Leistungsschaltern und Vakuum-Leistungsschaltern.

Das übergeordnete Thema hier ist, dass Effizienzsteigerungen in dieser Branche weniger durch allgemeine Geschwindigkeit als vielmehr durch die Eliminierung arbeitsintensiver Prüf- und Kalibrierverfahren erzielt werden. Diese Vorgänge erfordern qualifiziertes Personal, erzeugen Dokumentation und führen zu Konflikten, wenn ein Produkt die Inspektion vor der Abnahme durch den Kunden nicht besteht.

Was die Automatisierung nicht behebt

Dies ist der Teil, den die meisten Anbieterinhalte nicht abdecken, der aber darüber entscheidet, ob ein Projekt rentabel ist oder nicht:

• Instabilität des Prozesses. Wenn ein manueller Prozess zu variierenden Ergebnissen führt, weil Uneinigkeit darüber besteht, wie er durchgeführt werden soll, dann fixiert die Automatisierung diese falsche Lösung. Sie sollten den Prozess zuerst verbessern und dann automatisieren.
• Niedriges Volumen und hohe Variantenvielfalt. Automatisierung ist nur effizient, wenn das Produkt relativ stabil ist. Wenn Sie das Produkt jede Woche ändern müssen, können die Umrüstkosten Ihren gesamten Gewinn auffressen.
• Ungenaue Daten und unzureichende Wartung. Eine automatisierte Linie versagt anders als eine manuelle. Ohne Zustandsüberwachung und Experten für Fehlerbehebung steigen die Ausfallzeiten.
• Anfangsinvestition und Amortisationszeitraum. Eine vollautomatisierte Linie erfordert eine enorme Investition. Die Amortisationszeit beträgt in der Regel drei bis fünf Jahre, und im ersten Jahr ist sie kaum rentabel.
• Das Thema Qualifikationen. Es geht nicht darum, weniger Mitarbeiter zu benötigen, sondern Mitarbeiter mit anderen Fähigkeiten.

Einfach ausgedrückt vervielfacht die Automatisierung Ihren Prozess. Wenn Sie eine gut dokumentierte Methode haben, kann sie durch Automatisierung gute Ergebnisse liefern. Wenn Sie keine solche Methode haben, liefert sie Ihnen etwas. Mehr zu diesem Gleichgewicht in diesem Blick auf was Sie realistisch von der Automatisierung erwarten können.

Messen Sie es vorher und nachher, sonst wissen Sie es nicht

Der wesentliche Schritt zur Sicherstellung des Erfolgs eines Automatisierungsprojekts liegt darin, Ihre Daten im Voraus zu überprüfen. Sammeln Sie für mindestens ein volles Quartal Daten zu OEE, First-Pass-Rate, Ausschussquote, Produktion pro Mitarbeiter, Lieferzeit des Produkts und Energieverbrauch pro Einheit. Berechnen Sie diese Parameter nach Abschluss des Projekts auf die gleiche Weise.

Die Definition dessen, was jeder dieser Begriffe bedeutet, ist wichtiger, als Sie vielleicht denken. Wenn OEE vor dem Projekt ohne geplante Ausfallzeiten berechnet wird und danach mit, zeigen sie einen erheblichen Ausfall, der tatsächlich nicht stattgefunden hat. Schreiben Sie die Formeln auf, stimmen Sie sich mit der Finanzabteilung ab und ändern Sie sie nicht.

Hier kommt auch ein MES ins Spiel – nicht als Werkzeug zur Prozesssteuerung, sondern als Mittel zur unabhängigen Erfassung der Zahlen ohne Abhängigkeit von Personen und ohne auf Stundenzettel angewiesen zu sein. Wenn Ihnen der Begriff neu ist, erklärt diese Erläuterung von was MES in der Fertigung macht wo es zwischen den Maschinen und dem ERP-System angesiedelt ist und warum diese Ebene die Messungen vertrauenswürdig macht.

Häufig gestellte Fragen

Wie stark verbessert industrielle Automatisierung die Effizienz von Fabriken?

Der Ausgangspunkt ist ein entscheidender Faktor. Die für verschiedene Werke angegebenen Zahlen zeigen, dass sie allein bei den OEE-Werten eine Verbesserung von etwa 21 % bis über 30 % erreichen können und bei der Gesamtproduktivität der Belegschaft eine Verbesserung von 41 % bis über 50 %, während Lighthouse-Werke noch deutlich mehr Fortschritte zeigen. Werke mit einem niedrigen Ausgangspunkt und stabilem Prozess erhalten den größten Nutzen.

Welche Effizienzkennzahl sollte zuerst verbessert werden?

In den meisten Fällen hat die First-Pass-Rate keinerlei Bedeutung. Einfach den Durchsatz mit einer steigenden Ausschussrate zu multiplizieren, ist sinnlos, und Qualitätsverluste wirken sich gleichzeitig auf Arbeit, Material, Energie und Garantie aus. Nachdem die Ausbeute stabilisiert ist, führen Verbesserungen der OEE zu einer tatsächlichen Steigerung der Produktion.

Reduziert Automatisierung den Energieverbrauch?

Im Allgemeinen ja, wenn auch aus überraschenden Gründen. Die direkten Einsparungen entstehen durch Servoantriebe und Motoren sowie durch das Fehlen von Leerlaufbetrieb. Die größeren indirekten Einsparungen resultieren aus der geringeren Anzahl an Ausschussteilen – alle Ausschussteile haben ihren vollen Energie- und Materialeinsatz verbraucht. Laut Berichten der Lighthouse-Werke erreichen die Energieeinsparungen 20 bis 60 %.

Wie hoch ist die Amortisationszeit einer automatisierten Produktionslinie?

Der traditionelle Zeitraum liegt zwischen drei und fünf Jahren, wobei die dreijährige Kapitalrendite (ROI) in den verschiedenen von Lighthouse dokumentierten Fällen etwa das 2- bis 3-fache beträgt, während die fünfjährige ROI das 4- bis 5-fache erreicht. Die ROI ist kürzer, wenn die Linie qualifizierte, kostenintensive menschliche Arbeit ersetzt, wie beispielsweise bei Kalibrierungs- und Testanwendungen, während sie länger dauert, wenn die Umgebung durch geringe Stückzahlen und hohe Variantenvielfalt geprägt ist.

Referenzen

1. Weltwirtschaftsforum — Global Lighthouse Network und Auswirkungen der fortschrittlichen Fertigung
2. McKinsey & Company — Einblicke in die Produktionsproduktivität und das Lighthouse-Programm
3. ISA — ISA-95 Standard zur Integration von Unternehmens- und Steuerungssystemen
4. ISO — ISO 22400, Schlüsselkennzahlen für das Management von Fertigungsprozessen
5. Plastics Industry Association — Automatisierungs- und Effizienzbenchmarks für die Komponentenfertigung

Abschluss

Fabrikprozesse können mit Hilfe von industriellen Automatisierungstechnologien effektiver gestaltet werden, jedoch arbeiten diese nur mit einer begrenzten Anzahl von Parametern. Zu den Prozessen, die verbessert werden können, gehören die Zuverlässigkeit der Produktion, die Kapazität eines Bedieners, die Effektivität der Produktion sowie die Menge der geleisteten Arbeit und des eingesetzten Energieverbrauchs. Industrielle Automatisierung erzeugt keine Muster ineffektiver Produktion und löst keine spezifischen Produktionsprobleme von Anlagen mit geringen Ausbringungsmengen. Die erzielten Ergebnisse basieren darauf, dass die Unternehmen vor der Automatisierung eine Prozessstabilität erreicht und die Ergebnisse gemessen haben.

Falls Sie mit elektrischen Produkten wie Leistungsschaltern, Energieverteilungssystemen usw. arbeiten, können wir Produktionslinien entwickeln, die alle notwendigen Geräte für die Montage, Produktion und Prüfung von Leistungsschaltern, einschließlich MCB, MCCB und anderen Artikeln, umfassen. Alles, was Sie benötigen, ist die Angabe der maximalen Zykluszeit und der erforderlichen Produktmenge. Anschließend statten wir die Produktionslinie mithilfe realer Berechnungen aus, anstatt auf Broschürenangaben zu vertrauen.