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Next-Level Kanban

SOLUTIONS
by PEPPERL+FUCHS

Kanban-Systeme sind aus fertigenden Betrieben nicht wegzudenken und bringen viele Vorteile mit sich. Dennoch trüben fehleranfällige, manuelle Workflows und ein geringer Digitalisierungsgrad das Bild. Im Verbund haben die Partner Bosch Connected Industry (BCI), Pepperl+Fuchs und Neoception eine Gesamtlösung entwickelt, die Kanban-Regale fit für Industrie 4.0 macht und sich dabei für Greenfield-Projekte und Retrofits gleichermaßen gut eignet.

Seit Ihrer Erfindung in der Produktion von Toyota haben Kanban-Systeme einen weltweiten Siegeszug erlebt. Das ausgeklügelte, an den Regalnachfüllprozess in Supermärkten angelehnte Zeugnis japanischer Ingenieurskunst ist heute längst nicht nur in Produktions- und Logistikabläufen anzutreffen, sondern hat auch in der Softwareentwicklung und im Projektmanagement Fuß gefasst. Dennoch ist es gerade die wohlerprobte Urform, nämlich das Kanban-System im Produktionsprozess, das immer noch großes Optimierungspotenzial mit sich bringt. Denn so gut bekannt die Stärken des Systems in diesem Bereich sind, so geläufig sind auch die weniger vorteilhaften Aspekte, wie Omar Rahman, Product Owner Stock Management bei Bosch Connected Industry (BCI) konstatiert: „Die vielen manuellen Entnahmen und Eingaben bringen natürlich eine gewisse Fehleranfälligkeit mit sich. Dies führt wiederum zu Abweichungen zwischen Systembestand und physischem Bestand.“ Auch Tobias Kehl, Digitalisierungsingenieur bei der Pepperl+Fuchs Tochter Neoception, ist mit den Limitierungen von Kanban-Systemen bestens vertraut: „Bedingt durch den meist geringen Einsatz von Digitaltechnologie sind die Transparenz und Durchgängigkeit von Informationen in Kanban-Kreisläufen heute immer noch stark ausbaufähig.“

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Tobias Kehl, Digitalisierungsingenieur bei Neoception

Bedingt durch den meist geringen Einsatz von Digitaltechnologie sind die Transparenz und Durchgängigkeit von Informationen in Kanban-Kreisläufen heute immer noch stark ausbaufähig.

Feuer und Flamme

Da Bosch seinen Kunden Komponenten für Kanban-Prozesse bietet und diese gleichzeitig selbst in der Produktion und Logistik nutzt, lag hier ein begründetes Interesse an einer tiefgreifenden Weiterentwicklung im Sinne von Industrie 4.0 vor. Diese sollte in Greenfield-Projekte globaler Großunternehmen einfach integrierbar sein und auch für den Retrofit existierender Systeme bei kleinen und mittleren Unternehmen taugen. „Zur Umsetzung solch anspruchsvoller IoT-Applikationen haben wir 2018 ‚Bosch Connected Industry‘ ins Leben gerufen. Rund 500 Mitarbeiter widmen sich bei uns exklusiv den Themen Industrie 4.0, Digitalisierung und Vernetzung – darunter Fertigungs-, Logistik- und Software-Spezialisten“, erklärt Matthias Hülsmann, Vice President BCI, den Aufbau der Bosch-Geschäftseinheit. Doch um Kanban-Systeme auf das nächste Level zu heben, war darüber hinausgehende, externe Expertise nötig, schildert er: „Eine wirklich bahnbrechende Lösung würde nicht ohne die entsprechende Industriesensorik auskommen, also haben wir uns unter den Bosch bereits bekannten Unternehmen in diesem Bereich umgeschaut: Wer bringt das nötige Know-how mit und könnte Interesse am Einstieg in das Projekt haben?“

Nach ersten Sondierungsgesprächen zeichnete sich eine Partnerschaft mit Pepperl+Fuchs ab. Ausschlaggebend hierfür war, dass die Automatisierungsspezialisten aus Mannheim nicht nur Jahrzehnte Erfahrung in der Sensorik vorweisen können, sondern darüber hinaus mit Neoception über eine eigene Tochtergesellschaft verfügen, die auf die softwareseitige Entwicklung von Industrie-4.0-Lösungen spezialisiert ist. Bernd Fischer, als Key Account Manager bei Pepperl+Fuchs für Bosch zuständig, beschreibt die ersten internen Gesprächsverläufe: „Für Pepperl+Fuchs war das Projekt hochinteressant und auch die Neoception-Kollegen waren direkt Feuer und Flamme, mit einem weltweit renommierten Partner wie Bosch an der Weiterentwicklung von Kanban-Systemen zu arbeiten.“

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Bernd Fischer, Key Account Manager Bosch Group bei Pepperl+Fuchs

Für Pepperl+Fuchs war das Projekt hochinteressant und auch die Neoception-Kollegen waren direkt Feuer und Flamme, mit einem weltweit renommierten Partner wie Bosch an der Weiterentwicklung von Kanban-Systemen zu arbeiten.

Digitale Abbilder realer Regale

Zügig machte sich das neuformierte, interdisziplinäre Team ans Werk, um die gemeinsame Vision einer durchgängigen Verknüpfung von Operational Technology (OT) und Information Technology (IT) umzusetzen. „Vereinfacht ausgedrückt, ging es uns darum, ein klassisches Kanban-Regal, mit all seinen typischen Elementen, wie den einzelnen Bahnen und Kleinladungsträgern (KLT), digital abzubilden und zu steuern – inklusive sämtlicher Prozesse rund um die Verwaltung, Versorgung und fehlerfreie Regalbedienung“, erklärt Hülsmann. Von dieser gemeinsamen gedanklichen Basis aus entwickelte man anschließend spezifisch auf die Applikation angepasste Sensorik und Software.

Als großer Vorteil erwies sich hierbei das breite Portfolio von Pepperl+Fuchs, in dem verschiedenste Technologien zur Verfügung stehen, darunter auch RFID. Die kontaktlose Identifikationstechnologie ermöglicht es, einfach und zuverlässig zu bestimmen, welche Materialien im Produktionsversorgungsbereich eingetroffen sind. Per Abruf des übergeordneten Bosch-Systems kann dann bestimmt werden, in welchen Bahnen diese Materialen gepuffert werden sollen. Neben stationären Leseköpfen ist auch die Verwendung von RFID-Armbändern zur einfachen Erfassung von Transpondern im Bewegungsablauf möglich.

Kontaktlose Identifikationstechnologie wie RFID ermöglicht es, einfach und zuverlässig zu bestimmen, welche Materialien im Produktionsversorgungsbereich eingetroffen sind Kontaktlose Identifikationstechnologie wie RFID ermöglicht es, einfach und zuverlässig zu bestimmen, welche Materialien im Produktionsversorgungsbereich eingetroffen sind.

Mehr Durchblick dank Lichtleiste

Als zweiten zentralen Bereich nahm sich das Team der Überwachung und Steuerung der einzelnen Regalsegmente an. In diesem Zuge bestückte man jedes Fach mit einer Kombination aus einer optoelektronischen Lichtleiste, einem dedizierten Regalfach-Controller und einem LED-Modul zur Darstellung der Put-to-Light-Arbeitsanweisungen. Das Herzstück dieses Lösungsteils stellt dabei zweifelsohne die eigens für diese Applikation entwickelte Lichtleiste mit ihrer intelligenten Software-Auswertung dar, wie Sebastian Pesch, Produktmanager Customized Applications bei Pepperl+Fuchs, schildert: „Die Erfassung der KLT innerhalb des Regalfachs mittels einzelner optischer Hintergrundausblender der Sensorleiste erlaubt es uns, softwareseitig nahezu in Echtzeit Muster zu erkennen und daraus Rückschlüsse auf die Bewegungen in den Bahnen zu ziehen. Diese Informationen bilden dann die Basis, um dem Bediener über das LED-Modul mit Farbsignalen anzuzeigen, ob er die Kiste in die korrekte Bahn eingebracht hat oder nicht. Außerdem ist die Leiste in verschiedenen Längen verfügbar und kann somit sehr flexibel auf die Dimensionen des jeweiligen Regals bzw. Regalfachs hin angepasst werden.“

Ein eigens für die Applikation entwickeltes LED-Modul wird zur Darstellung der Put-to-Light-Arbeitsanweisungen verwendet. Ein eigens für die Applikation entwickeltes LED-Modul wird zur Darstellung der Put-to-Light-Arbeitsanweisungen verwendet.

Konkurrenzlos durchdacht

Als Zwischenglied zwischen Sensorik, LEDs und dem übergeordneten Main-Controller agiert dabei der ebenfalls individuell für diese Anwendung entwickelte Regalfach-Controller. Auch bei der Anbindung der drei Komponenten Lichtleiste, LED-Modul und Regalfach-Controller behielt man immer das Ziel der größtmöglichen Systemflexibilität im Auge und setzte hier auf das von AS-Interface bekannte Flachkabel mit Durchdringungstechnik.

Durch diesen cleveren Kniff können Anwender dynamisch auf unterschiedliche Abstände zwischen den Bahnen reagieren und bis zu 50 Regalfächer an einen einzigen übergeordneten Main-Controller anschließen. Daraus resultieren weitere wichtige Vorteile, wie Pesch berichtet: „Dass alle Komponenten recht einfach anzubringen sind, entspricht genau unserer Zielsetzung: Die neue Gesamtlösung kann sowohl für komplett neue Anlagen als auch für Retrofits genutzt werden. Mit wenigen Nachrüstungen wandelt sich so ein manuell geprägter Kanban-Workflow in ein digitales Abbild zur Transparenz- und Effizienzsteigerung.“ Auch bei Bosch Connected Industry bewertet man dieses Konzept als wegweisend: „Existierende Lösungen am Markt bedienen sich entweder ausschließlich RFID, nutzen Wireless-Technologie, oder greifen auf althergebrachte mechanische Schalter zurück. All diese Ansätze weisen aber gravierende Schwächen auf. Unsere Lösung ist hier in Sachen Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz klar überlegen. Hinzu kommt die bisher wohl beispiellose Durchgängigkeit des digitalen Informationsflusses“, kommentiert Stephan Schumacher, Cluster Owner Intralogistics im BCI-Produktmanagement.

Software-Raffinessen für mehr Effizienz

Betrachtet man das System bei der Arbeit, wird deutlich, dass es der hohen Erwartungshaltung mehr als gerecht wird: Das Personal in der Bosch-Produktion agiert ausgestattet mit RFID-Armbändern schnell und effektiv bei der Eingabe von KLT in das Regal. Die Put-to-light-Signale geben klar verständliche Anweisungen für den nächsten Arbeitsschritt oder weisen auf etwaige Eingabefehler hin. Ein Dashboard auf einem angeschlossenen HMI visualisiert automatisiert Workflow-Informationen und erlaubt auch manuelle Eingaben. Das grüne Licht am Status-Stacklight des Regals zeigt weithin sichtbar an: Alle Komponenten arbeiten nach Plan. Damit dieses Zusammenspiel jedoch derart reibungslos funktionieren kann, wurde nicht nur in die Entwicklung der Hardware-Anteile viel Denkleistung investiert – auch die Software-Komponenten setzen Maßstäbe.

Aufseiten der Planung, Steuerung und Intralogistikprozesse kommt dabei die von BCI entwickelte Stock-Management-Applikation aus dem Nexeed Industrial Application System zum Einsatz. Diese fungiert als Schnittstelle zwischen dem ERP und dem Main-Controller des Regals, der mit einer von der Pepperl+Fuchs Tochter Neoception programmierten Software ausgestattet ist. Nachdem die Stock-Management-Applikation dem Bediener das zu bestückende Regalfach per Leuchte vorgegeben hat, wird das Einbringen des KLT mithilfe der Sensorik detektiert. Der Industrie-PC (IPC) der Komplettlösung, auf dem die Controller-Software von Neoception läuft, generiert nun Informationen darüber, ob, wie häufig und wo der Bediener in das Regal eingreift. Das Einstellen in ein falsches Regalfach wird sofort erkannt und signalisiert – die Echtzeit-Materialverbuchung erfolgt erst nach direkter Korrektur und Positionierung des Behälters im zugewiesenen Regalfach.

Mithilfe der Controller-Software von Neoception lässt sich bestimmen, ob, wie häufig und wo der Bediener in das Regal eingreift. Mithilfe der Controller-Software von Neoception lässt sich bestimmen, ob, wie häufig und wo der Bediener in das Regal eingreift.

Darüber hinaus kann die Software anhand der Informationen über die Behältergrößen, die das Stock Management bereitstellt, verifizieren, ob die Anzahl der physischen Kisten mit dem virtuellen Materialbestand übereinstimmt. Der Bestand im Regal wird also permanent kontrolliert, über elektronische Regalfachanzeigen und die Stock-Management-Applikation visualisiert sowie anhand der Versorgungs- und Verbrauchsmengen von Teilen in Echtzeit aktualisiert. Erreicht der Füllstand in einem Regalfach einen vorab bestimmten Grenzwert, fordert das System automatisch Nachschub zur Wiederbefüllung und stößt den entsprechenden Warentransport an. Der IPC übernimmt außerdem die Sensordatenaggregation, Interpretation per Mustererkennung und Übersetzung in bereinigte Prozessevents.

„Zudem stellt der von uns für den Main-Controller entwickelte Service das Device und Permission Management der lokalen Komponenten zur Verfügung und überwacht den Zustand von Sensoren und Gateways im Feld. Es können aber auch Prozessevents zwischengepuffert werden, um so das ERP- oder Warehouse-Management-System zu entlasten. Eine einfache und sichere Anbindung an verschiedene Cloud-Services ist ebenfalls möglich“, erläutert Kehl den vollen Funktionsumfang.

Gemeinsamer Markteintritt

Nun, nach ausführlichen Tests in der Bosch-eigenen Fertigung, treten Bosch Connected Industry, Pepperl+Fuchs und Neoception in einer gleichberechtigten Vertriebspartnerschaft gemeinsam in den Markt ein. BCI hat die Applikation dabei als „Stock Management“ in das Nexeed Industrial Application System integriert. Pepperl+Fuchs und Neoception bieten die Lösung als „Digital Kanban Management System“ an, wobei durch Neoception auch eine Integration in andere Software-Systeme möglich ist.

Wie sehr man vom Ergebnis der Zusammenarbeit überzeugt ist, zeigte sich bereits Ende vergangenen Jahres. Pepperl+Fuchs und Neoception gewannen den Bosch Supplier Award und belegten den zweiten Platz beim Bosch Innovation Award, was Fischer mit großer Freude aufnahm: „Pepperl+Fuchs und Neoception haben sich einmal mehr als kompetente Partner für anspruchsvolle Industrie-4.0-Projekte erwiesen, die Sensorik- und Schnittstellen-Know-how smart miteinander verbinden.“ Hülsmann kommentiert den erfolgreichen Projektverlauf aus Perspektive von BCI: „Gemeinsam können wir mit dem neuen, durchgängig digitalisierten Kanban-Regal bei unseren Kunden eine erhöhte Flexibilität und Prozessstabilität in der Produktion etablieren, Prozesse optimieren und Inventuraufwände reduzieren – dazu kommt die ausgezeichnete Eignung für Retrofits. Die Gesamtlösung aus Hardware und Software, die BCI, Pepperl+Fuchs und Neoception nun anbieten, wird für spürbar frischen Wind im Bereich Kanban-Management sorgen.“

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Matthias Hülsmann, Vice President bei Bosch Connected Industry

Die Gesamtlösung aus Hardware und Software, die BCI, Pepperl+Fuchs und Neoception nun anbieten, wird für spürbar frischen Wind im Bereich Kanban-Management sorgen.