Flexibel mit Karakuri Schaeffler-Mitarbeitende entwickeln individuelle LCIA-Lösungen

Das Schaeffler Produktionssystem (SPS) beschreibt für die Unternehmensgruppe die Leitlinien für Wertschöpfung und kontinuierliche Verbesserung. „Das SPS bildet die unternehmensweite Grundlage für den Erfolg unserer weltweiten Werke und ist unser Leitfaden mit den strategischen Zielen Effizienz, Agilität und Nachhaltigkeit“, sagt Dr. Volker Brinkmann, Leiter SPS bei Schaeffler. „Das SPS als ganzheitliches Produktionssystem orientiert sich hier an drei zentralen Prinzipien: Optimale Technologie, eigenverantwortliche Teams und schlanke Prozesse.“ Das Unternehmen richtet damit seit 2019 seine Produktion und Supply Chain sukzessive auf zukünftige Marktanforderungen aus. Dabei betrachtet Schaeffler Low Cost Intelligent Automation (LCIA), eine einfache und kostengünstige Automatisierung in der Produktion, als einen relevanten strategischen Ansatz, da es die drei Prinzipien des Produktionssystems ideal vereint. „Unsere Mitarbeitenden können mit LCIA eigenständig Prozessoptimierungen realisieren und Produktionsabläufe nachhaltig gestalten. Aus diesem Grund hat Schaeffler die Initiative Karakuri gestartet“, erklärt Dr. Volker Brinkmann. Karakuri kommt aus dem Japanischen, bedeutet so viel wie „der Mechanismus“. Ziel ist die Entwicklung von einfach zu handhabenden Vorrichtungen, die Fertigungsvorgänge automatisieren und dabei eine hohe Prozessstabilität sicherstellen. Genutzt wird dabei Energie, die ansonsten

verloren geht und ungenutzt bleibt – also Bewegungsenergie oder Bewegungsabläufe der Mitarbeitenden. Entscheidend ist, dass möglichst geringe externe Energie zum vorhandenen Ablauf hinzugefügt wird. Eingesetzt werden können dabei beispielsweise Hebel, Zahnräder oder Federn, die überschüssige Energie speichern oder nutzen. Eines der häufigsten Beispiele ist die geschickte Nutzung der Schwerkraft, um den Transport von Gütern via zum Beispiel Rollbahnen schneller und sicherer zu machen und die Mitarbeitenden somit gezielt zu entlasten. „Karakuri ist für Schaeffler eine sehr wichtige Methode, Prozessverbesserungen gemeinsam mit den Mitarbeitenden zu implementieren. Es motiviert unsere Mitarbeitenden, reduziert Investitionskosten und vermeidet Energieverbrauch“, sagt Dr. Volker Brinkmann. Manuel Deisenrieder, Leiter Industrial Engineering des Geschäftsbereichs Nadellager bei Schaeffler, initiierte den ersten Karakuri-Piloten bei Schaeffler. Er stellte sich die Frage: Müssen es immer Maschinen und Roboter sein, um einfache Arbeiten wie Transport oder Platzierung von Schüttgut zu steuern? Mit Karakuri-Kaizen entdeckte er eine Möglichkeit, die Fertigungsprozesse mit einfachen Mitteln zu unterstützen und dabei Kosten, Energie und Emissionen einzusparen. Mehrere Mitarbeitende der Einheit nahmen am dreitägigen Seminar „Einfachautomatisierung mit Karakuri“ am CETPM teil und geben seither ihr Wissen im Rahmen des Schaeffler Produktionssystems an alle Standorte weltweit weiter.

Drei Monate dauerte die Entwicklung des Transport-Karakuri an einer Reinigungsanlage mit Roboterbestückung. Es ist gelungen, dieses in einen geschlossen Kreislauf einzubinden, der die Mitarbeiter entlastet. Von der Einsteuerung durch die Anlage (oben links) bis zur Abnahme durch den Roboter (unten rechts) wird das Transportgut mithilfe der Karakuri-Konstruktion bewegt.

Praxis schafft Wissen

Ein interdisziplinäres Kompetenz-Team, bestehend aus Vertretern des Geschäftsbereichs, der Werke und weiterer Werksfunktionen, begann Ende 2020 mit der Anwendung des erlernten Wissens. Gemeinsam mit externen Experten entwickelten sie eine Lösung für die Verpackung von Schüttgut, das die Produktionsmitarbeitenden bei der Arbeit unterstützt. Die Aluminium-Profile eines Herstellers bilden dabei ein Baukastensystem, mit dem individuelle Lösungen selbst entwickelt und bedarfsgerecht angepasst werden können. Neben der Schüttgutverpackung wurden weitere Karakuri-Projekte erfolgreich realisiert, zum Beispiel beim Abstapeln oder beim Befördern von Transportkisten. Es ist gelungen, Routinearbeiten mit einfachen Lösungen zu automatisieren, was zu Entlastungen der Mitarbeitenden führt. Aufgrund dieser Erfolge wurde Karakuri in das Schulungsprogramm des hauseigenen Produktionssystems SPS aufgenommen und wird so an zahlreichen weltweiten Schaeffler Standorten angewendet. Alexander Strauß, Planer Industrial Engineering des Geschäftsbereichs Nadellager, schildert seine Erfahrungen bei der Ausarbeitung eines Transport-Karakuri. Bei dem Projekt ging es darum, an einer ausgewählten Teile-Reinigungsanlage eine entsprechende Lösung zu entwickeln. „Zunächst haben wir in dem von uns entwickelten Arbeitsbuch die Grunddaten wie Umgebung, Gewicht, Transportbehälter, Höhenunterschied, usw. festgehalten“, erklärt Strauß. In der Ausgangssituation

hatte ein Mitarbeitender die Behälter per Kran aufgelegt, am Ende wieder entnommen und abgestapelt. Das Einlegen wurde dann durch einen Roboter übernommen. Die Anschaffung eines zweiten Roboters zur Entnahme der Behälter stand zur Diskussion. Man entschied sich hingegen, in diesem Fall Karakuri einzusetzen. „Wir haben drei Monate an dieser Lösung gearbeitet“, so Alexander Strauß. „Die Mühe hat sich gelohnt, denn jetzt haben wir einen gut funktionierenden Kreislauf aus Roboter, Reinigungsanlage und Karakuri, die Hand in Hand arbeiten“.

So funktioniert es

Die technische Karakuri-Lösung für die Reinigungsanlage wurde an die Maschine gekoppelt und sieht wie folgt aus: Ein

mechanischer Anschlaghebel wird von der Maschine gesteuert. Unten befindet sich ein beweglicher Zapfen. Die Kiste mit den Teilen fährt anschließend auf die Rollbahn, eine Wippe löst aus und die Behälter bewegen sich durch die Schwerkraft entlang der Reinigungsanlage. Überschüssige Energie wird über Bremsrollen reguliert, sodass die Behälter an der Entnahmestelle „weich“ ankommen. Dort werden sie vom Roboter abgenommen und können auf einer Palette gestapelt werden. Ein Auslöser mit Bowdenzug gibt eine Sperre für die Vereinzelung frei, damit der nächste Behälter loslaufen kann. Neben dem Baukasten des externen Partners kamen auch eigene Teile zum Einsatz: Metallkugeln (Schaltarretierung), die sonst in Getriebe eingebaut werden, schaffen die Möglichkeit, dass die Gleitfähigkeit der Kisten verbessert wird, wenn diese sich um eine Ecke bewegen, da hier keine Rollen eingesetzt werden können. Ausschussteile aus der Produktion dienen als Ausgleichsgewichte.

Herausforderungen gemeistert

„Alles funktioniert mit Schwerkraft und ist gut umsetzbar. Die Karakuri-Vorrichtung bringt eine Arbeitserleichterung und erhöht die Autonomiezeit“, sagt Alexander Strauß. Dennoch habe man lernen müssen, dass vieles nicht so einfach ist, wie es aussieht. So seien zum Beispiel bei Mehrproduktanlagen die Gewichtsschwankungen zwischen den einzelnen Produkten eine Herausforderung. „In unserem Fall schwankt das Produktgewicht zwischen

Vorteile von Karakuri-Lösungen

• Schnell und flexibel einsetzbar, weil Bau und Anpassung selbst möglich • Investitionen in teure Maschinen und Roboter entfallen • Entlastung der Mitarbeitenden und Zeitersparnis bei einfachen Arbeiten • Keine Energiekosten • Keine Schadstoff- oder CO2-Emissionen • Nutzen der physikalischen Prinzipien wie Schwerkraft, Zugkraft, Spannkraft oder Radialkraft • Erhöhte Effizienz • Verbesserte Ergonomie und Arbeitssicherheit • Fördert die Kreativität der Mitarbeiter und den Teamgeist

drei und 24 Kilogramm. Hier mussten wir eine Balance finden. Die Vorgabe war, dass wir eine Umrüstung vermeiden sollten.“

Ständig verbessern

Karakuri-Kaizen erfordert kontinuierliche Verbesserung nach dem Motto: Bauen – Hinstellen – Optimieren. Denn es seien immer wieder Anpassungen oder Nachjustierungen erforderlich. „Man muss vorher genau wissen, was benötigt wird“, sagt Alexander Strauß und gibt ein Beispiel:

„Wir haben auch eine Anlage für unser Werk in der Slowakei konzipiert und dann festgestellt, dass bestimmte Maße vor Ort nicht optimal passten. Aufgrund der flexiblen Bauweise konnten wir jedoch schnell und flexibel eine Lösung finden und sie problemlos anpassen. Die Teams aller Bereiche analysieren regelmäßig ihre Projekte und überlegen, wo es weiteres Verbesserungspotenzial gibt. So lernen sie gemeinsam und kontinuierlich dazu.“

Bewährtes setzt sich fort

Alexander Strauß hatte zu Beginn der Entwicklung und Umsetzung von Karakuri-Lösungen stets eine aktive Rolle in den Projekten in seinem Geschäftsbereich. Inzwischen berät er zahlreiche Kolleginnen und Kollegen anderer Abteilungen und Werke, die weltweit selbst LCIA-Anlagen konzipieren und umsetzen. Für den unternehmensweiten Rollout von Karakuri sind Luccas Tadeu Fernandes und Udo Loeser eines zentralen SPS-Bereichs zuständig, die ebenfalls an dem Karakuri-Seminar teilgenommen haben. Sie bilden weltweit weitere Karakuri-Spezialisten bei Schaeffler aus. Dazu haben sie einen Demonstrator entwickelt, der

dabei hilft, die zu Grunde liegenden physikalischen Prinzipien zu erklären. Nach der Schulung unterstützen sie die Mitarbeitenden weltweit bei der Entwicklung und Umsetzung neuer Lösungen. Die internationalen Schulungen finden meist auf Englisch oder Deutsch statt. „Wir arbeiten viel mit Bildern und praktischen Beispielen“, erklärt Udo Loeser. Die Mitarbeitenden erleben live wie Lifte, Klappen, Bremsrollen, Gegengewichte oder das Kleinteileträger-Handling funktionieren. Auf die theoretische Einführung folgt in den Trainings anschließend die Praxis, bei der die Schulungsteilnehmer selbst Hand anlegen. Ziel der Schulungen ist es dabei stets, die Mitarbeitenden in den Werken vor Ort zu befähigen, eigene Karakuri-Lösungen zu entwickeln. Hilfreich bei neuen und auch bestehenden Projekten ist das Engineering-Tool, eine 3D-Konstruktionssoftware des externen Partners. Es dient dazu, Basiskonstruktionen zu digitalisieren. So sind sowohl der Nachbau als auch Veränderungen bewährter Entwicklungen möglich und die Karakuri-Experten können weltweit

Das Unternehmen

Seit über 75 Jahren treibt die Schaeffler Gruppe als ein weltweit führender Automobil- und Industriezulieferer zukunftsweisende Erfindungen und Entwicklungen in den Bereichen Bewegung und Mobilität voran. Mit innovativen Technologien, Produkten und Services in den Feldern Elektromobilität, CO2-effiziente Antriebe, Industrie 4.0, Digitalisierung und erneuerbare Energien ist das Unternehmen ein verlässlicher Partner, um Bewegung und Mobilität effizienter, intelligenter und nachhaltiger zu machen. Das Technologieunternehmen produziert Präzisionskomponenten und Systeme für Antriebsstrang und Fahrwerk sowie Wälz- und Gleitlagerlösungen für eine Vielzahl von Industrieanwendungen. www.schaeffler.com

gemeinsam an Projekten arbeiten und Ideen austauschen. Bei Konzeptentwicklungen und Projektumsetzungen unterstützen sich alle Produktionsstandorte gegenseitig. Regelmäßige Online-Termine finden bereits im Methodenraum „Karakuri-Network“ statt, um die Karakuri-Spezialisten weltweit zu vernetzen und so den Erfahrungsaustausch zu fördern. Zudem wird für alle interessierten Mitarbeiter weltweit in monatlich stattfindenden Online-Sessions das Thema Karakuri vorgestellt und beleuchtet. Weitere Schulungen können bedarfsorientiert angefordert werden. „Bei der Einführung von Karakuri ist

es wichtig, im konkreten Pilotprojekt mit ideenreichen und technisch interessierten Mitarbeitenden zu arbeiten“, erklärt Dr. Volker Brinkmann abschließend. „Nur durch den Praxisbezug werden die Vorteile der Methode für alle Beteiligten sofort sichtbar. Ein solches Vorgehen schafft enorme Akzeptanz im Unternehmen.“ I