OR2L | Optimierung von Resilienzfähigkeit, Ressourceneffizienz und Leistungsfähigkeit

Resilient, ressourceneffizient und leistungsfähig zugleich

Im Projekt OR²L forscht ein Konsortium aus insgesamt vier Fraunhofer-Einrichtungen an mehrdimensionaler Optimierung von Zielgrößen der Produktion

Viele Jahrzehnte lang wurden Produktionsbetriebe überwiegend hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit optimiert. Die gegenwärtigen Herausforderungen lassen andere Zielgrößen aber immer wichtiger werden: Für den Schutz des Klimas ist ein schonender und nachhaltiger Umgang mit Ressourcen essenziell, und globale Krisen sowie tiefgreifenden Veränderungen bedingt durch das volatile, dynamische Unternehmensumfeld erfordern zunehmend eine hohe Resilienz gegenüber Störungen. Ein ausschließlich auf Leistungsfähigkeit optimierter Betrieb könnte in der heutigen Welt kaum noch bestehen. Aber wie beeinflussen sich Optimierungen hinsichtlich der jeweiligen Zielgrößen gegenseitig? Ein Konsortium bestehend aus dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF), Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) und Fraunhofer Austria hat sich im PACT-Projekt OR²L zusammengefunden, um die gegenseitigen Wechselwirkungen zu erforschen und systematisch in einem Modell abzubilden.

Orientierung im Koordinatensystem

„Das Dreieck aus Resilienz, Ressourceneffizienz und Leistungsfähigkeit ist das neue Non plus Ultra der Optimierung. Aus den drei Zielgrößen, abgekürzt mit den Buchstaben R, R und L, und ihrer Optimierung ergibt auch der Projektname. Ändert sich einer der drei Werte, so ergibt sich meist auch eine Änderung in mindestens einem der anderen Werte. Wir betrachten die ganzheitliche Optimierung daher in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, in dem sich das Unternehmen in alle Richtungen bewegen kann“, erklärt Luisa Reichsthaler, die bei Fraunhofer Austria für das Projekt verantwortlich ist.

Schafft ein Unternehmen beispielweise eine zweite Anlage an, um durch die Redundanz gegen Ausfälle abgesichert zu sein und dadurch resilienter zu werden, so hat das logischer Weise auch Auswirkungen auf die Overall Equipment Effectiveness – die Anschaffung verursacht Kosten und es wird mehr Platz verbraucht. Das dreidimensionale Koordinatensystem ist hervorragend geeignet, um genau das abzubilden: Die Position des Unternehmens verschiebt sich darin in Richtung Resilienz, aber zugleich auch in einer anderen Dimension zu geringerer Effizienz. Wer ganzheitlich optimieren möchte, stellt die Auswirkungen einander gegenüber und muss die Frage beantworten: „Was ist mir wie viel wert?“. Die Entscheidungen können dabei je nach Unternehmen individuell sehr unterschiedlich ausfallen.

Eine Entscheidungsunterstützung wurde nun im Projekt OR²L entwickelt. Die Forschenden haben in einer Matrix quantifiziert, wie stark sich die möglichen Maßnahmen gegenseitig beeinflussen und haben die Wechselwirkungen in Kategorien von schwach bis stark eingeteilt. 15 Evaluierungsfelder mit insgesamt 59 Attributen wurden dabei betrachtet – eine umfassende Anzahl an Parametern, deren Zusammenhänge noch nie zuvor so klar miteinander quantifiziert worden waren.

In drei Schritten zur Entscheidung

Die Optimierung eines Unternehmens läuft dabei nach dem folgenden Prinzip ab: Im ersten Schritt wird die IST-Position im dreidimensionalen Koordinatensystem erhoben. Dafür hat das Konsortium gemeinsam ein Bewertungsmodell entwickelt, für das Kennzahlen wie Durchlaufzeit, OEE, Verfügbarkeit von Material und viele weitere Aspekte qualitativ und quantitativ abgefragt werden. Zugleich wird die Frage geklärt, in welche Richtung sich das Unternehmen weiter entwickeln will, und welche Unterkategorien demnach die größte Relevanz und das größte Potenzial haben. Diese eigens entwickelte Bewertungsmethode ist eines der zentralen Projektergebnisse.

Im zweiten Schritt werden die identifizierten Handlungsfelder in einen Methodenbaukasten übertragen. Mit dessen Hilfe leiten die Forschenden geeignete Maßnahmen ab, um die identifizierten Potenziale zu nutzen. Je nach Unternehmen können sehr unterschiedliche Methoden zielführend sein, beispielsweise Mitarbeiterschulungen, Energierecycling, End of Life Management oder andere.

Im dritten Schritt werden schlussendlich die Zusammenhänge zwischen den identifizierten Maßnahmen mit den drei Zielgrößen Resilienz, Ressourceneffizienz und Leistungsfähigkeit simuliert. Ergebnis ist eine Projektion, die vorhersagt, an welcher Position im Koordinatensystem das Unternehmen sich nach Umsetzung des geplanten Maßnahmenpakets befinden wird. Die Auswirkungen auf die drei Parameter werden dabei zugleich und unter gegenseitiger Berücksichtigung ausgewertet, sodass alle Wechselwirkungen in das Ergebnis einfließen. Die Simulation zeigt dabei nicht nur die drei großen Zielgrößen, sondern auch im Detail deren definierte Unterkategorien wie beispielsweise die Auswirkungen auf Bestände, Durchlaufzeiten und Motivation der Mitarbeitenden. Die Simulation, die einen ganzheitlichen Blick auf die Auswirkungen erlaubt, noch bevor die Maßnahmen umgesetzt werden, ist ebenfalls eines der zentralen Ergebnisse des erfolgreich abgeschlossenen Projekts.

„Erstmals ist es mit unserem Modell möglich, Maßnahmen in ihrer Auswirkung zu quantifizieren, miteinander in Verbindung zu bringen und die Auswirkungen zueinander abzubilden. Optimierungspotenziale können so gegeneinander abgewägt werden“, fasst Luisa Reichsthaler das Projekt zusammen.