FIRMENVERTRAULICH. NICHT OFFENBAREN.
Der Rolls-Royce der Fabriken
Ein Unternehmen, das seit langem für Qualität steht, bringt die Cyber-Physical-System-Integration mit integrierter Qualitäts- und Zuverlässigkeitsanalyse auf die nächste Stufe
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Herausforderung: Reduzieren Sie die Kosten und steigern Sie den Ertrag in allen Rolls-Royce-Produktionsstätten auf der ganzen Welt, indem Sie einen internationalen Standard für Verbesserungen übernehmen. Entfernen Sie Einzelfehler aus der Lieferkette und schaffen Sie geistiges Eigentum.
Lösung: Nachdem er erfahren hatte, dass die Engine Health Monitoring-Gruppe von Rolls-Royce JMP® verwendet hatte, um eine Verbesserung zu entwickeln, die dem Unternehmen 1 Million Pfund pro Jahr einsparte, traf Dan Middleton, Chief of Manufacturing Engineering Systems, die Entscheidung, die Software in der Fertigung zu lizenzieren. Ein direkter Vergleich der verfügbaren Tools – in Form eines internen Hack-A-Thon – war der Beweis für das Konzept: JMP konnte in 8 Stunden tun, was Ingenieure mit Python 3 Tage und Ingenieure mit Minitab 6 Tage benötigten.
Ergebnisse: Die Fähigkeit von Rolls-Royce, mit JMP schneller datengesteuerte Entscheidungen zu treffen, hat zu weit verbreiteten Mehrwertdiensten und Kosteneffizienz geführt. In nur 9 Monaten hat ein einzelner Ingenieur mit JMP Lösungen für 15 einzigartige Fertigungsherausforderungen in einer Vielzahl von Rolls-Royce-Werken in verschiedenen Regionen entwickelt. Das Unternehmen arbeitet nun aggressiv daran, diese Verbesserungen auszuweiten.
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Industrie 4.0 bietet eine transformative Vision der Zukunft der Fertigung: Cyber-Physical Systems Integration wird kontinuierliche, frei fließende Datenströme generieren. Cloud Computing wird neue Möglichkeiten bieten, auf diese Daten zuzugreifen und sie zu analysieren. Und maschinelles Lernen wird Daten kreativer, genauer und effizienter nutzen. Ein sehr ansprechender Vorschlag, zweifellos. Doch während die meisten Unternehmen Smart Manufacturing als spannende Möglichkeit sehen, haben nur wenige die Theorie erfolgreich in die Praxis umgesetzt.
Nur wenige, das heißt, außer Rolls-Royce.
Im Jahr 2018 investierte Rolls-Royce allein in eine Produktionsstätte über 60 Millionen Pfund; Davon waren 7 Millionen Pfund explizit für die IT-Integration vorgesehen. Es war eine große Investition, die Dan Middleton, Chief of Manufacturing Engineering Systems des Unternehmens, als 'Selbstverständlichkeit' bezeichnet, weil, wie er sagt, "der Business Case darin besteht, dass sich [Integration] selbst auszahlt."
Die Fähigkeit von Rolls-Royce, mit JMP schneller datengesteuerte Entscheidungen zu treffen, hat zu weit verbreiteten Mehrwertdiensten und Kosteneffizienz geführt.
Diese Einschätzung ist nicht weit entfernt. Rolls-Royce sieht bereits die Rendite seiner Investition, sagt Middleton. Tatsächlich erzielt der sanierte Standort zwischen 35 und 45 Prozent mehr Leistung. Ein Teil dieses Vorteils kann natürlich auf modernisierte Maschinen zurückgeführt werden, aber es besteht kein Zweifel, dass die Analytics-Integration eine übergroße Wirkung hat. Und die richtige Software, sagt Middleton, ist einer der Gründe dafür, dass der ROI so schnell auf sich warten lässt.
Lernen aus dem Erfolg einer anderen Abteilung in Höhe von 1 Million Pfund pro Jahr
Gerade als die modernisierte Einrichtung 2018 online ging, begann Middleton mit einer Prüfung der Werkzeuglandschaft des Unternehmens. Er versuchte, das bereits umfangreiche Software-Portfolio von Rolls-Royce zu evaluieren, um ein One-Stop-Shop-Tool zu finden, das Ingenieursteams dabei unterstützen könnte, neue Datenströme zu nutzen. Am Ende lag die Lösung direkt auf dem Campus des Geschäftsbereichs Engine Health Monitoring (EHM) von Rolls-Royce.
Als das EHM Anfang 2018 ein informelles Analytics-Seminar ankündigte, entschieden sich Middleton und sein Kollege Russell Bayes, ein Fertigungssystemingenieur von Rolls-Royces Advanced Blade Casting Facility (ABCF) in Derby, Großbritannien, daran teilzunehmen. Was sie sahen, war aufregend: Ein EHM-Team hatte eine statistische Software namens JMP® verwendet, um eine neue Überwachungsmethode zu entwickeln, die dem Unternehmen wahrscheinlich mehr als 1 Million Pfund pro Jahr einsparen würde.
Es war das erste, dass jemand in der Fertigung bei Rolls-Royce viel über JMP nachgedacht hatte, erklärt Middleton. „Wir waren tatsächlich überwältigt – die Fähigkeiten des Tools. Wir dachten, okay, lass uns mit JMP herumspielen und sehen, was es wirklich kann“, sagt er. „Wir waren am Anfang etwas skeptisch. Innerhalb von etwa 4 Monaten hatten wir jedoch festgestellt, dass an diesem Tool etwas dran war. Wir waren uns noch nicht sicher, was es war, aber es erlaubte uns, sehr clevere Berechnungen anzustellen.“
Middleton stellte einen neuen Ingenieur, Aman Datta, ein, der sich ausschließlich darauf konzentrierte, JMP zu erlernen und zu bestimmen, welche Rolle es in den Produktionsabläufen von Rolls-Royce spielen könnte.„Das ist die Bedeutung, die wir in [JMP] sehen“, sagt Middleton, „dass wir einen Ingenieur effektiv freigesetzt haben, um ein Jahr lang an einer Software zu spielen.“ Datta, Middleton und Bayes arbeiteten mit einem neuen Tool zusammen, um eine Reihe von Problemen zu untersuchen, die die ABCF seit Jahren geplagt hatten. Es war ein Testfall für JMP, und sie wurden nicht enttäuscht.
Die Geschäftsleitung nimmt zur Kenntnis: „Wie können wir mehr davon machen?“
Wie die anderen Smart Factory-Standorte von Rolls-Royce kann ABCF eine detaillierte Datenkarte des Lebenszyklus jeder einzelnen Triebwerkskomponente erstellen, die die Wertströme der Anlage durchläuft. Mit einer ausreichend robusten Software können Ingenieure diese Datensignaturen dann verwenden, um dynamische statistische Modelle zu erstellen, die dabei helfen, zu identifizieren, welche Komponenten am wahrscheinlichsten ausfallen oder nicht konform sind. Diese Informationen wiederum befähigen sie, strategische Entscheidungen darüber zu treffen, welche Teile in den nächsten Schritt gelangen und welche verschrottet oder depriorisiert werden sollten.
Die Eliminierung von Teilen, die nicht den Spezifikationen entsprechen, ermöglicht es Fertigungsingenieuren wie Middleton und seinen Kollegen, die Zeit und die Ressourcen zu reduzieren, die sie in minderwertige Komponenten investieren, die nachgearbeitet werden müssen. Kumuliert können diese Einsparungen einen enormen Einfluss auf die Gesamtkosten haben.
In seinen ersten Versuchen mit JMP, erklärt Middleton, hat das Team vier Schlüsselprobleme gelöst, die erhebliche Vorteile gebracht haben. „Wir [erreichten] so viel, dass unser Executive Vice President fragte: ‚Wie können wir mehr davon erreichen?' Also haben wir 41 weitere JMP-Lizenzen gekauft – innerhalb von 9 Monaten sind wir von einer [Kopie von JMP] auf 41 gestiegen.“ Die Gruppe hat jetzt auch 30 Fertigungsingenieure, die JMP Pro verwenden.
Seit Rolls-Royce die Skalierbarkeit dieser Verbesserungen erkannt hat, hat er Middleton und Datta neu positioniert, um ihr Know-how an seinen Standorten auf der ganzen Welt zu nutzen. Datta verbringt Zeit in der Fabrik, um alle standortspezifischen Probleme seiner Kollegen zu verstehen – und dann mit JMP eine Lösung zu finden. Der Vorschlag, erklärt Middleton, lautet: „Ich habe diese abgefahrene Software, einen Supercomputer und ein Cloud-Netzwerk, mit dem ich mich verbinden kann. Lassen Sie mich [Ihr Problem] für Sie angehen.“
In nur 9 Monaten hat Datta Lösungen für 15 einzigartige Fertigungsherausforderungen in Rolls-Royce-Werken an verschiedenen Standorten auf der ganzen Welt entwickelt. Und, sagt Middleton, jede neue Herausforderung ist ein Datenpunkt im Gesamtbild des Rolls-Royce-Betriebs.
Die Probleme, die sie sehen, seien eher ähnlich als unterschiedlich, fügt er hinzu. „Dies ist Teil des Kulturwandels: Vorteile von einer Einrichtung zur anderen ausrollen.“ Und da immer mehr Rolls-Royce-Einrichtungen mit digital integrierten Analysesystemen online gehen, wird es einfacher, proaktiver – und vorausschauender – in der Fertigungstechnik zu sein; „Man muss die Denkweise ändern und sagen: Verschwenden wir weder unsere Zeit noch unsere Ressourcen.“
Die Fail-Fast-Philosophie verinnerlichen und mit Cloud Computing hochskalieren
Einer der Wege, auf denen sich der Kulturwandel manifestiert hat, besteht in der Annahme der Fail-Fast-Philosophie. Es mag seltsam erscheinen, dass ein so hoch angesehenes Unternehmen wie Rolls-Royce Scheitern als akzeptabel betrachtet – sogar ermutigt. Aber das Unternehmen hat gelernt, dass es besser ist, Projekte frühzeitig aufzugeben, wenn sie nicht vielversprechend sind. (Middleton sagt zum Beispiel, dass jede explorative Analyse mit einem R-Wert von weniger als 0,5 möglicherweise auf Eis gelegt wird, wenn das Team weiter vielversprechende Trends untersucht).
Um bei der Priorisierung zu helfen, führt Rolls-Royce wöchentliche Governance-Sitzungen durch. Ingenieure, die in ihren Projekten keine vielversprechenden Aussichten sehen, werden sie von der Tagesordnung nehmen und weiterziehen. „Es ist eine sehr ausgereifte Art, Dinge zu tun“, sagt Middleton. Früher waren Ingenieure vielleicht sehr vorsichtig mit einem Projekt, aber das Ethos der schnellen Fehler ermöglicht es ihnen, Verbesserungsideen zu verwerfen, die unwahrscheinlich zu Ergebnissen führen würden. Und das bedeutet mehr Kapazität und mehr Verbesserungsprojekte.
„Das Problem [mit Smart-Factory-Systemen] ist, dass wir die Dinge jetzt zu schnell finden“, sagt Middleton. „Und hier setzen wir jetzt Cloud-Technologie ein. Der Mensch kann nur so lange arbeiten. Aber Maschinen – wir können ihnen die Aufgabe stellen, Modelle zu erstellen.
„JMP beschleunigt all das. Tatsächlich sind wir von der Analyse von Daten im Laufe einer Woche auf zwei Tage übergegangen.“ Laden Sie riesige Datenmengen in die Cloud hoch und führen Sie zahlreiche Modelle gleichzeitig aus. Sehen Sie sich etwas Interessantes an und optimieren oder wiederholen Sie jede Analyse in kurzer Zeit.
„Wir müssen das teilweise nicht mehr selbst machen“, erklärt Middleton. „Wir erstellen das Modell selbst, aber das Modellieren ist so viel einfacher geworden. Sie können es über das Wochenende laufen lassen und am Montag wiederkommen, und es hat all diese Daten aufgenommen und gibt Ihnen eine Antwort oder eine neue Richtung. Diese Richtung könnte darin bestehen, eine andere Untersuchung durchzuführen oder ein DOE (Design of Experiments) durchzuführen.“
Cloud-basierte Technologie, gekoppelt mit Modellierung in JMP, fördert Problemlösung und Support; Ingenieure können auf Daten so zugreifen, dass „Rolls-Royce als Unternehmen nahtlos fließt“, sagt Middleton.
„Unsere gesamte Kultur hat sich über Nacht verändert“
Industrie 4.0-Transformationen verlaufen normalerweise nicht so schnell. Aber bei Rolls-Royce motivierte die wachsende Zahl von Beweisen einen grundlegenden Wandel im statistischen Denken über alle Ebenen der Organisation hinweg, erklärt Middleton. Eines der direktesten Beispiele stammt aus einem Firmen-Hack-A-Thon im Jahr 2018, bei dem Teams aus verschiedenen Divisionen von Rolls-Royce gegeneinander antraten, um eine bisher unlösbare Fertigungsherausforderung zu lösen. Und so gelangten sie zu einem direkten Vergleich der verfügbaren Software-Optionen.
Der Fall war recht komplex und beinhaltete eine Reihe von Prozessen und Interaktionen. Ein Team verwendete Minitab, eines verwendete Python und ein anderes R. Middletons Team nutzte JMP. „Wir haben uns entschieden, dies auf eine andere Art und Weise anzugehen, weil es aus Sicht des Outputs sensibel war, also hat unser Team JMP verwendet“, sagt er. „Und innerhalb von 8 Stunden haben wir das Problem behoben.“
Als Middletons Team eine Lösung gefunden hatte, sagte er: „Die Leute, die Python verwendeten, hatten gerade erst damit begonnen, ein Modell zu erstellen. Die Leute, die Minitab verwendeten, hatten die Daten noch nicht einmal strukturiert.“
Am Ende kamen die Teams, die Open-Source-Software verwendeten, in 3 Tagen zu einer Lösung. Das Team, das Minitab verwendet, hat 6 Tage gebraucht. Und das Team, das JMP verwendet, benötigte nur 8 Stunden. Es war ein aufschlussreiches Ergebnis und die Führung von Rolls-Royce wurde darauf aufmerksam, sagt Middleton; „Unsere gesamte Kultur hat sich über Nacht verändert.“
Rolls-Royce skaliert jetzt das Hack-a-Thon-Modell, damit Teams von Fachexperten und Datenwissenschaftlern auf der ganzen Welt zusammenarbeiten können, um einige der schwierigsten Probleme des Unternehmens zu lösen – und große Ideen zu entwickeln. „[Das Hack-a-Thon-Modell] ermöglicht es uns, unsere technischen Herausforderungen besser zu verstehen und die Grenzen der Physik noch weiter zu erweitern“, sagt Middleton und fügt hinzu, dass ein globaler Ansatz Rolls-Royce helfen wird, einen internationalen Standard zu übernehmen und einzelne Punktausfälle aus der Lieferkette.
Schaffung von geistigem Eigentum
Über die Standardisierung des Betriebs hinaus ist das Unternehmen zu einer kritischen Erkenntnis gelangt: Durch den so effektiven Einsatz von Analytik ist Rolls-Royce tatsächlich Erstellen geistiges Eigentum (IP). Dieses geistige Eigentum kann dann genutzt werden, um zusätzlich zur traditionellen kontinuierlichen Verbesserung neue Finanzierungsströme zu generieren, so Middleton. „Das haben wir uns nie vorgestellt. Als wir anfingen, dachten wir nur darüber nach, Analytik einzusetzen, um die Probleme von heute zu lösen, unsere Produkte und Prozesse besser zu machen und unseren Kunden einen leistungsfähigeren Motor zu bieten.“
Nehmen Sie zum Beispiel den Fall, der im Hack-a-Thon vorgestellt wurde. „Durch dieses eine Problem haben wir effektiv zwei IPs generiert. Einer [ist hochgradig geschützt] und wird leiten, wie Rolls-Royce seine Fabriken einrichtet. Den anderen teilen wir mit unseren Lieferanten und Kunden. Und die Lieferkette“, erklärt Middleton.
„JMP hat es uns ermöglicht, verschiedene Fragen zu stellen und die Denkweise unserer Fachexperten herauszufordern…. Zum Beispiel versuchen wir seit etwa 20 Jahren, einen Defekt an [a] Hochwinkelgrenze zu lösen. Und was wir [mit JMP] gezeigt haben, ist, dass mit dem Design der Ausrüstung etwas grundlegend nicht stimmt. Darüber hatten sich die Fachexperten noch nie Gedanken gemacht. Das liegt nur daran, dass Sie ihnen so viele Daten liefern, sie modellieren und ein Modellierungswerkzeug mitbringen können.
„Das erlaubt uns jetzt, zurück zum Ausrüstungsanbieter zu gehen und ihm mitzuteilen, dass etwas mit seinem Design grundlegend nicht stimmt. Natürlich haben wir ihnen nicht genau gesagt, was wir gefunden haben. Weil wir IP effektiv entwickelt haben.“
In dem einen Jahr, seit die neu integrierten Einrichtungen des Unternehmens online gegangen sind, treffen laut Middleton nun alle Beteiligten intelligentere Entscheidungen und lernen mehr aus den Erfahrungen. Diese Entscheidungen haben sowohl zu Mehrwertdiensten als auch zu Kosteneffizienz geführt, fügt er hinzu. „Wenn wir einen Motor heißer laufen lassen können, bekommen wir einen effizienteren Motor. Wenn wir Komponenten schneller herstellen können, können wir unseren Markt beliefern. Wenn wir Motoren billiger machen, sind wir wettbewerbsfähiger.“
Letztlich kommen diese Verbesserungen nicht nur Rolls-Royce und seiner Lieferkette zugute, sondern auch seinen Kunden. Und das ist das ultimative Ziel, erklärt Middleton; „Die Kunden von Rolls-Royce stehen im Mittelpunkt unseres Handelns. Und deshalb haben wir Technologie genutzt: um unseren Kunden ein besseres Produkt zu bieten.“
