KapaflexCy - Selbstorganisierte Kapazitätsflexibilität in Cyber-Physical-Systems

Selbstorganisierte Kapazitätsflexibilität

Im Forschungsprojekt »KapaflexCy« wurde eine selbstorganisierte Steuerung entwickelt, die es Unternehmen erlaubt, ihre Produktionskapazitäten unter direkter Beteiligung der ausführenden Mitarbeiter hochflexibel, kurzfristig und unternehmensübergreifend zu steuern.

© Bernd Müller, Fraunhofer IAO

Selbstorganisierte Kapazitätsflexibilität in Cyber-Physical-Systems

Ziel des umgesetzten Forschungsprojektes war die Entwicklung von CPS-Werkzeugen, Einführungsstrategien und Konditionierungsmethoden für eine selbstorganisierte Kapazitätsflexibilität, die Unternehmen in die Lage versetzen, den Einsatz ihrer Produktionskapazitäten unter direkter Beteiligung der ausführenden Mitarbeiter hochflexibel, kurzfristig, koordiniert und unternehmensübergreifend zu steuern.

Flexible Arbeitszeitmodelle und Beschäftigungsformen sind bereits heute gängig. Stammarbeitskräfte erhalten Gleitzeitkonten, Betriebszeiten werden um Zusatzschichten verlängert, Teilzeitkräfte und Aushilfen sind kurzfristig abrufbar, Zeitarbeitskräfte gleichen saisonale Schwankungen aus. Die notwendige kurzfristige Personaleinsatzsteuerung erfolgt dann auf dem kurzen Dienstweg: Teamleiter und Schichtführer kommunizieren täglich mit ihren Arbeitskräften, den Personalbetreuern, weiteren Teamleitern und Zeitarbeitsfirmen.

Im Forschungsprojekt KapaflexCy wurde eine neue, Kapazitätssteuerung entwickelt, die auf einer Selbstorganisation beruht. Die heute üblichen vertikalen Anweisungskaskaden »von oben nach unten« werden ersetzt durch horizontale Entscheidungen in und zwischen Arbeitsgruppen.

Teamleiter oder Schichtführer sollen nicht mehr mühsam bei allen Mitarbeitern Schichtänderungen aushandeln. Einfacher und schneller geht es zukünftig mit mobilen Smartphones und Social-Media-Methoden. Bei Schichtänderungen erhalten alle beteiligten Mitarbeiter Einsatzanfragen. Quasi in »Echtzeit« entscheiden sie dann via Gruppenabstimmung, wer die Zusatzdienste erbringt. So sind die Produktionsmitarbeiter zukünftig aktiv in Entscheidungen zur Einsatzplanung eingebunden und erhöhen in Eigenverantwortung die Flexibilität des Unternehmens und gewinnen selbst ein Stück Zeitautnomie zurück.

Projektansatz

Cyber-Physische Systeme (CPS) werden Produktionsabläufe flexibilisieren und beschleunigen. In einer zukünftigen Indutrie 4.0  reagieren intelligent vernetzte Objekte und autonome Steuerungen in Echtzeit auf Kundenanforderungen. Mobile Kommunikationsgeräte werden Produktionsmitarbeitern flexible Arbeitsformen ermöglichen.

Im Projekt KapaflexCy nutzen wir Smartphones in Verbindung mit einem CPS als zentralem Kapazitätsbroker, um Mitarbeiter über anstehende Arbeitseinsätze selbstverantwortlich abstimmen zu lassen.

Motivation

Die Produktion kundenindividueller Produkte verlangt nach ständiger Erhöhung der Dynamik, Wandlungsfähigkeit und Kundenorientierung. Eine herausragende Stärke des Produktionsstandorts Deutschlands besteht darin, technisch anspruchsvolle Produkte höchster Qualität schneller und zuverlässiger herzustellen, als dies dem globalen Wettbewerb möglich ist. Voraussetzung hierfür ist höchste Flexibilität – sowohl der Produktionsanlagen, als auch des eingesetzten Personals. Dies erfordert eine möglichst echtzeitnahe Steuerung des flexiblen Personaleinsatzes.

Die neue, selbstorganisierte Kapazitätssteuerung

  • verkürzt für Unternehmen die Reaktionszeit bei schwankender Auftragslage und volatilen Märkten, 
  • vermeidet unproduktive Zeiten und nutzt Produktionskapazitäten effektiv, 
  • reduziert den Aufwand für die Kapazitätssteuerung, 
  • motiviert Mitarbeiter durch eine flexible und selbstbestimmte Arbeitszeitgestaltung.

Die Mitarbeiter

  • erleben eine transparente Personaleinsatzplanung, 
  • stimmen ihre Einsatzzeiten untereinander ab und gleichen so Belange von Arbeit, Familie und Freizeit besser aus.

Das Projekt zeigt neue Formen der Kapazitätsflexibilität durch den Einsatz von Echtzeit-CPS-Daten, Mobilgeräten und Web 2.0-Technologien anwendungsnah auf. Die Grundlage ist damit geschaffen für neue Produkte und Dienstleistungen im Wachstumsmarkt kurzfristig flexibler Personaleinsatzplanung.

Smartphone schlägt Stechuhr

Um Produkte kundenindividuell produzieren zu können, müssen Unternehmen ständig dynamischer, wandlungsfähiger und kundenorientierter werden. Dies verlangt nach höchster Flexibilität – sowohl der technischen Einrichtungen als auch des eingesetzten Personals. Für eine schlanke Produktion am Puls des Kunden muss der flexible Personaleinsatz möglichst echtzeit-nah gesteuert werden. In der Praxis erfolgt dies heute meist noch manuell: Teamleiter und Schichtführer koordinieren die An- und Abwesenheitszeiten der Mitarbeiter. Hierfür kommunizieren sie täglich mit ihren Arbeitskräften, den Personalbetreuern, weiteren Teamleitern, Zeitarbeitsfirmen – in der Regel mündlich, selten und bei genügender Vorlaufzeit per E-Mail. Im Forschungsprojekt KapaflexCy entwickelt das Fraunhofer IAO mit seinen Projektpartnern eine selbstorganisierte Kapazitätssteuerung, mit der Unternehmen ihre Produktionskapazitäten unter direkter Beteiligung der ausführenden Mitarbeiter hochflexibel, kurzfristig und unternehmensübergreifend steuern können. Vertikale Anweisungskaskaden »von oben nach unten« werden ersetzt durch horizontale Entscheidungen in und zwischen Arbeitsgruppen.

Möglich machen dies der konsequente Einsatz von Mobilgeräten sowie die Durchdringung der Produktion mit Cyber-Physikalischen Systemen (CPS). Sie liefern in Echtzeit Informationen über das Produktionsumfeld, lernen typische Anforderungssituationen sowie die dazu passenden Kapazitätsprofile und kombinieren diese mit Kommunikationsfunktionen für die Mitarbeiter. Im Forschungsprojekt werden dazu die Flexibilitätsbedarfe, das Kommunikationsverhalten und die Kapazitätssteuerungsprozesse für die Produktion analysiert. Darauf aufbauend wird ein CPS-Werkzeug entwickelt, das Mitarbeitern eine Plattform zur Kapazitätsabstimmung bietet. Mit diesem Werkzeug können die Mitarbeiter ihren Einsatz selbstverantwortlich dem benötigten Bedarf anpassen. Hierfür werden Methoden zur Kapazitätsbewertung, Einsatzgenerierung und mobilen Einsatzabstimmung konzipiert und prototypisch realisiert. Das neuartige Verfahren wird in drei Piloteinsätzen evaluiert.

Durch die neue selbstorganisierte Kapazitätssteuerung können Unternehmen bei schwankender Auftragslage und volatilen Märkten schneller reagieren, unproduktive Zeiten vermeiden und den Aufwand für die Kapazitätssteuerung reduzieren. Die Mitarbeiter erleben eine transparente Personaleinsatzplanung und stimmen ihre Einsatzzeiten untereinander ab. Der Ausgleich zwischen Arbeit, Familie und Freizeit gelingt ihnen besser und steigert so ihre Motivation. Das Projekt wird neue Formen der Kapazitätsflexibilität durch den Einsatz von Echtzeit-CPS-Daten, Mobilgeräten und Web-2.0-Technologien anwendungsnah aufzeigen. Dadurch wird die Grundlage für neue Produkte und Dienstleistungen im Wachstumsmarkt kurzfristig flexibler Personaleinsatzplanung geschaffen.