Heatmaps in Fabriken

Eine Heatmap ist eine grafische Darstellung, in der Werte durch Farbintensitäten gezeigt werden: Bereiche mit hoher Aktivität oder Belastung treten stärker hervor als ruhige. In einer Fabrik lässt sich damit unter anderem darstellen:

• Materialbewegungen
• Stapler- und Routenzugverkehr
• Laufwege von Mitarbeitern
• Maschinenauslastungen
• Störungs- und Stillstandshäufigkeiten
• Lagerbewegungen
• Energieverbrauch
• Temperaturverteilungen
• Sicherheitsereignisse
• Flächennutzung

Dadurch werden komplexe Zusammenhänge unmittelbar auf dem Hallenlayout sichtbar.

Produktionssysteme erzeugen sehr viele Daten. In Tabellen und klassischen Auswertungen lassen sich räumliche Zusammenhänge jedoch kaum erkennen.

Eine Heatmap verbindet die Daten mit dem Ort ihres Auftretens. Sichtbar wird damit nicht nur, dass in einem Werk viele Transporte stattfinden, sondern wo sie sich konzentrieren. Genau diese räumliche Perspektive macht sie für die Fabrik- und Produktionsplanung so wertvoll.

Eine der wichtigsten Leistungen einer Heatmap ist das Erkennen von Hotspots: Bereichen, in denen eine Aktivität besonders häufig oder besonders intensiv auftritt. In einer Produktion können das sein:

• stark frequentierte Kreuzungen
• überlastete Materialbereitstellungsflächen
• häufig angefahrene Lagerbereiche
• Maschinen mit besonders hoher Auslastung
• Bereiche mit häufigen Störungen
• besonders intensive Transportkorridore

Solche Konzentrationen sind in umfangreichen Tabellen schwer zu finden. Auf einer Heatmap springen sie ins Auge.

Besonders einschlägig sind Heatmaps für die Materialflussanalyse. Materialbewegungen bestehen häufig aus tausenden, mitunter Millionen einzelner Transportvorgänge. Auf ein Fabriklayout gelegt, zeigt eine Heatmap, welche Bereiche davon getragen werden. Damit lassen sich Fragen beantworten wie:

• Welche Verkehrswege werden besonders häufig genutzt?
• Wo entstehen hohe Transportdichten?
• Welche Bereiche werden unnötig oft durchfahren?
• Wo entstehen Kreuzverkehre?
• Welche Materialbereitstellungsflächen sind besonders belastet?
• Welche Maschinen erzeugen den höchsten Transportbedarf?

Damit ist die Heatmap eine Grundlage für die Optimierung von Layout und Materialfluss.

Auch in der Flächenplanung spielt sie eine Rolle. Eine Produktionsfläche sollte nicht allein nach ihrer geometrischen Größe bewertet werden; entscheidend ist, wie intensiv sie tatsächlich genutzt wird.

Eine Heatmap kann zeigen, dass bestimmte Flächen stark frequentiert sind, während andere kaum genutzt werden. Daraus entstehen Ansatzpunkte für:

• Layoutoptimierungen
• die Neuordnung von Maschinen
• die Anpassung von Lagerflächen
• veränderte Verkehrswege
• neue Materialbereitstellungskonzepte
• eine bessere Nutzung vorhandener Produktionsflächen

Sie verbindet damit quantitative Daten mit der räumlichen Fabrikplanung.

Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Arbeitssicherheit. In vielen Fabriken teilen sich Mitarbeiter, Stapler, Routenzüge und andere Transportmittel dieselben Verkehrsflächen. Eine Heatmap zeigt, an welchen Stellen besonders viele Bewegungen stattfinden und wo sich Verkehrsströme überschneiden. Solche Stellen sind potenzielle Gefahrenstellen.

Aus der Analyse heraus lassen sich Fußwege verändern, Verkehrswege trennen, Kreuzungen entschärfen, Sicherheitszonen einrichten und Transportprozesse anpassen. Eine Heatmap macht damit nicht nur Effizienzpotenziale sichtbar, sondern trägt auch zur Sicherheit bei.

Eine fertige Heatmap wirkt schlicht: ein Hallenlayout, darauf farbig hervorgehobene Bereiche. Der Aufwand entsteht lange vor der Darstellung.

Damit sie aussagekräftig wird, müssen große Datenmengen erfasst, bereinigt und räumlich zugeordnet werden. Genau darin liegt die Arbeit, und die folgenden sechs Hürden sind es, an denen sie sich entscheidet.

Eine Heatmap kann nur so gut sein wie die Daten darunter. In vielen Produktionsumgebungen sind die nötigen Angaben über mehrere Systeme verteilt:

• ERP-Systeme
• MES-Systeme
• Lagerverwaltungssysteme
• Transportsteuerungen
• Maschinendaten
• GPS- oder Indoor-Tracking-Systeme
• RFID-Systeme
• Scanner
• Sensoren
• händische Aufzeichnungen

Diese Quellen haben unterschiedliche Formate und Strukturen. Bevor eine Heatmap entstehen kann, müssen sie zusammengeführt werden.

Das größere Problem ist die räumliche Zuordnung. Ein ERP-System hält fest, dass Material von Arbeitsplatz A zu Arbeitsplatz B transportiert wurde. Wo diese Arbeitsplätze in der Halle stehen, weiß es meist nicht.

Für eine Heatmap werden aber genau diese Koordinaten gebraucht. Maschinen, Lagerplätze, Arbeitsplätze, Materialbereitstellungsflächen und Wegepunkte müssen deshalb erst verortet werden. Erst dann lassen sich Produktionsdaten auf einem Layout darstellen.

Auch das Layout selbst ist häufig eine Hürde. In manchen Unternehmen liegen Hallenpläne nur als PDF, CAD-Datei, Bild, veraltete Zeichnung oder gedruckter Plan vor.

Damit darauf gerechnet werden kann, muss der Plan aufbereitet und in ein Koordinatensystem übertragen werden. Ist er nicht aktuell, kommen die Prüfung der Maschinenpositionen und der Flächen dazu. In historisch gewachsenen Werken ist das erheblicher Aufwand.

Ein Transport sollte nicht als gerade Linie zwischen zwei Punkten dargestellt werden. In Wirklichkeit bewegen sich Stapler, Routenzüge und Mitarbeiter entlang vorhandener Wege.

Eine realistische Heatmap braucht deshalb ein digitales Wegenetz, das Fahrwege, Fußwege, Kreuzungen, Einbahnstraßen, gesperrte Bereiche und Durchfahrtsbreiten beschreibt. Anschließend müssen die Transportbewegungen darauf übertragen werden. Dieser Schritt ist rechnerisch der anspruchsvollste.

An einem großen Standort entstehen in kurzer Zeit enorme Datenmengen. Bei mehreren tausend Transporten am Tag, über Wochen oder Monate ausgewertet, sind schnell Millionen einzelner Bewegungen zu verarbeiten.

Für jeden Transport ist der Startpunkt zu bestimmen, der Zielpunkt, die Route über das Wegenetz und die Belastung jedes Wegabschnitts. Erst die Summe daraus ergibt die Heatmap. Bei großen Datenmengen verlangt das erhebliche Rechenleistung.

Eine Heatmap zeigt eine Verteilung, keine Erklärung. Ein stark belasteter Bereich kann entstehen, weil dort viele Maschinen stehen, weil ein zentraler Verkehrsweg hindurchführt, weil dort ein Lager liegt, weil Transporte schlecht organisiert sind oder weil das Layout ein Problem hat.

Deshalb sollte sie nie für sich allein betrachtet werden, sondern zusammen mit Prozessdaten, Materialflüssen und dem Produktionslayout.

Eine statische Heatmap zeigt einen Zeitraum. Leistungsfähiger sind dynamische, bei denen sich Zeiträume und Szenarien wählen lassen. Sichtbar werden damit Unterschiede zwischen:

• Frühschicht und Spätschicht
• einzelnen Wochentagen
• Produktionsprogrammen
• Produktgruppen
• verschiedenen Monaten

Aus einer Visualisierung wird damit ein Analysewerkzeug.

Das größte Potenzial entsteht, wenn Heatmaps mit digitalen Fabrikmodellen verbunden werden. Produktionsdaten lassen sich dann unmittelbar mit dem digitalen Layout verknüpfen.

Planer sehen dadurch nicht nur, wie eine Fabrik aufgebaut ist, sondern auch, wie intensiv einzelne Bereiche tatsächlich genutzt werden. Diese Verbindung ist eine Grundlage für digitale Fabrikplanung und für Anwendungen rund um den digitalen Zwilling.

Die wichtigsten auf einen Blick:

• schnelle Erkennung stark belasteter Bereiche
• bessere Analyse von Material- und Verkehrsflüssen
• Engpässe werden sichtbar
• Unterstützung der Layoutplanung
• bessere Nutzung vorhandener Produktionsflächen
• höhere Arbeitssicherheit
• verständliche Darstellung großer Datenmengen
• datenbasierte Entscheidungen
• komplexe Zusammenhänge lassen sich vermitteln

Heatmaps verdichten komplexe Produktionsdaten auf eine Darstellung, die auch ohne tiefe Datenanalyse verstanden wird.

Der Wert einer Heatmap liegt darin, dass sie Daten mit dem realen Produktionslayout verbindet. Materialflüsse, Verkehrsbewegungen, Auslastungen und Störungen werden räumlich sichtbar, und genau diese Perspektive liefert die entscheidenden Hinweise.

Ihre Erstellung ist allerdings deutlich aufwendiger, als das fertige Bild vermuten lässt. Daten müssen gesammelt, bereinigt, verknüpft und verortet werden; dazu kommen ein aktuelles Layout, Koordinaten und meist ein digitales Wegenetz. Die Heatmap ist nur das sichtbare Ende eines langen Aufbereitungsprozesses.

Wer diesen Aufwand beherrscht, hält dafür ein sehr leistungsfähiges Werkzeug für Materialflussanalyse, Fabrikplanung und laufende Produktionsoptimierung in der Hand.