Karakuri. Seine fünf grundlegenden Vorteile und Anwendungsbeispiele.

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Karakuri ist der Einsatz mechanischer Vorrichtungen statt elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Geräte. Im Lean-Kontext bedeutet es mechanische Vorrichtungen, die die Leistung des Systems verbessern.

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Ursprung des Karakuri

Es entstand in Japan aus mechanischen Puppen, die karakuri ningyo (ka ra ku ri 人形) genannt werden. Diese Puppen werden erstmals vor etwa 1500 Jahren erwähnt, erfreuten sich jedoch vor etwa 200 Jahren ihrer größten Beliebtheit.

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Diese Puppen können als Vorläuferinnen von Robotern betrachtet werden. Eines der bekanntesten Beispiele ist die Puppe, die oben im Artikel gezeigt wird. Das Gewicht einer Teetasse, die auf dem Tablett platziert war, bewirkte, dass sich die Puppe um eine bestimmte Distanz nach vorne bewegte, während sie ihre Füße bewegte (angetrieben von einer aufgewickelten Feder).

Nachdem der Behälter entfernt wurde und der Tee getrunken wurde, wird der leere Behälter wieder auf das Tablett gelegt. Das Gewicht der Tasse ließ das Handgelenk drehen und wieder in seine ursprüngliche Position zurückkehren.

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Neben den Puppen, die Tee tragen, gibt es auch Puppen, die Pfeile schießen, schreiben oder tanzen. Sie wurden in Theatern, als Spielzeug (teuer) oder auf Festwagen verwendet.]},{}],

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Dennoch wurde es auch in anderen Kontexten verwendet. Das hier gezeigte Bild zeigt eine klappbare Waffe namens Karakuri-Jitte.

Andererseits wurden Häuser mit versteckten Stockwerken und Verstecken als Karakuri-Yashiki bezeichnet. Außerdem gab es in der Antike Karakuri-Möbel und Karakuri-Schirme, und sie existieren auch heute noch.

Natürlich, was Lean angeht, ist er eher bekannt für Karakuri-Kaizen.

Bevor wir tiefer einsteigen, möchte ich darauf hinweisen, dass, obwohl der Begriff Karakuri japanisch ist, die Idee an sich nicht ausschließlich Japan vorbehalten ist. Die westliche Welt hat auch viele Puppen, die Musik machen, zeichnen oder schreiben können.

Auf ähnliche Weise haben viele Städte Europas Geräte wie mechanische Marionetten, oft im Turm des Rathauses zusammen mit einem Carillon.

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Darüber hinaus wurden schon vor den elektrischen Motoren und Computern in der Fertigung auch ähnliche mechanische Vorrichtungen verwendet, um Prozesse zu automatisieren (mechanisch) und zu verbessern. Bekannte Beispiele sind die Portsmouth-Blockformenmaschinen von Samuel Bentham, die zehn Holzblöcke ohne Aufsicht formten und sich nach Beendigung der Arbeit stoppten. Ebenfalls könnten wir in diese Kategorie den Jacquardwebstuhl einordnen, bei dem die Holztafeln das Muster des Gewebes „programmieren“.

Was ist das Karakuri Kaizen

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Es handelt sich um eine mechanische Vorrichtung, die im Allgemeinen das Arbeitssystem verbessert. Die Vorrichtung verwendet ausschließlich mechanische Bauteile und vermeidet elektrische, hydraulische oder pneumatische Energie. Sie wird ebenfalls nicht von einem Computer gesteuert, sondern eher durch das Design der eigenen Mechanik.

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Auf der Karakuri Kaizen-Ausstellung 2017 in Nagoya wurden viele interessante Beispiele gezeigt. Allerdings enthielten einige von ihnen etwas pneumatische oder elektrische Technologie. Um der Wahrheit willen, auch wenn ein Karakuri bestrebt sein sollte, eine rein mechanische Lösung zu finden, gibt es keine Karakuri-Polizei, und letztendlich muss die am besten geeignete Lösung verwendet werden.

Beginnen wir mit einem Beispielvideo des Toyota Kaikan Museums in Toyota City. Es zeigt ein kleines Fahrzeug, das drei Gegenstände durch einen Bereich bewegt. Sobald drei Gegenstände geladen sind, löst sich der Haken vom Wagen (elektrisch).

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Das Gewicht der Ware drückt die Plattform nach unten. Diese potenzielle Energie wird in eine Vorwärtsbewegung umgewandelt, durch einige Zahnräder unter dem Wagen. Dies wird auch einige Federn im Inneren des Wagens aufziehen.

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Am Ende der Hinreise wird die Plattform einen Stift auf der rechten Seite des Wagens berühren, der die Plattform neigen und die Dosen fallen lassen wird. Ein elektrischer Haken sichert den Wagen, während dies geschieht. Dann entkoppelt der elektrische Haken den Wagen, und die Federn setzen die gespeicherte Energie frei, um den Wagen in seine ursprüngliche Position zurückzubringen.

Im vollständigen Video des Prozesses lassen sich im Detail die Verschiebung und Bewegungen beobachten, die dieses Karakuri-Gerät ausführt.

Warum Karakuri verwenden. Grundlegende Vorteile.

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Die Industrie 4.0 ist derzeit in Mode. Allerdings ist Karakuri Kaizen, mit seinem Fokus auf mechanische Lösungen, mehr oder weniger das Gegenteil. Diese Geräte sind weder drahtlos verbunden noch online, als Teil des Internet der Dinge oder cyber-physischer Systeme.

Warum sollte man sie dann verwenden? Schließlich kann jede dieser Aktionen auch mithilfe von Sensoren, Aktoren und Prozessoren durchgeführt werden. Allerdings ist es aufgrund dieser Vorteile in der Regel besser:

Preiswerter

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Ein mechanisches System kann wesentlich kostengünstiger sein als ein computerisiertes System. Obwohl nicht alle Karakuris dieses Potenzial haben, sind sie oft kostengünstiger als konkurrierende Technologien.

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Viele von ihnen verwenden Aluminiumprofile, um die Geräte zu konstruieren. Eine kostengünstigere Alternative sind verschweißte Stahlprofile, obwohl diese Systeme danach schwer zu ändern sind und erst empfohlen wird, nachdem man einen Prototyp mit Aluminiumprofilen gebaut hat.

In den letzten Jahren hat sich der Einsatz von Metallrohren für Karakuri-Geräte allgemein durchgesetzt. Die Vorteile des sogenannten Lean-Rohrs liegen in geringeren Kosten im Vergleich zum Aluminiumprofil und in einer einfacheren Bauweise, da die Schnitte durch die Verbindungen verborgen bleiben und die Schnitte sogar mit herkömmlichen Werkzeugen durchgeführt werden können.

Einige Beispiele für gängige Elemente in dieser Art von Karakuri-Geräten könnten folgende sein:

Leichter zu warten

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Häufig ist auch die Wartung von Karakuri einfacher. Wenn ein IT-System ausfällt, ist es wirklich schwierig herauszufinden, was schiefgelaufen ist. Es braucht einen Mechaniker, einen Elektriker und möglicherweise auch einen Programmierer.

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Mit einem mechanischen Gerät ist es in der Regel ziemlich einfach zu erkennen, wo das Problem liegt (sogar dem unerfahrenen Auge). Daher ist es potenziell deutlich leichter, das Problem zu finden und zu beheben, und sogar das Werkstattpersonal kann das tun. Allerdings werden sehr wenige Werkstattmitarbeiter ein Computersystem anfassen, um es zu reparieren.

Einfacher zu verbessern

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Karakuri wird oft als Karakuri-Kaizen bezeichnet. Und Kaizen basiert auf kontinuierlicher Verbesserung. Diese Verbesserung erfordert Versuch und Irrtum und erfordert in der Regel die Beteiligung der Arbeitnehmer.

Ähnlich wie bei der größeren Wartungsfreundlichkeit können die Werkstattmitarbeiter mit diesen Geräten die Geräte eigenständig erstellen und verbessern, während sie nichts installieren oder verändern, was SPS und Sensoren umfasst.

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Deshalb ermöglichen diese Mechanismen eine kontinuierliche Verbesserung von der Basis der Organisation aus in vielen kleinen Schritten. Computersysteme bedeuten fast immer große Schritte, die in der Regel von der Geschäftsführung eingeleitet werden, wenn sie das Problem erkennen (oft zu spät, und nur die größeren Probleme), und von Ingenieuren und Programmierern umgesetzt werden, wenn sie Zeit haben.

Zusammenfassend: Kaizen ist viel einfacher!

Verbesserung des Transports von Komponenten

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Im Westen wird es eher mit dem Materialtransport in Verbindung gebracht, insbesondere mit der Rückgabe leerer Kartons in einem Supermarkt mit Rollregalen.

Eine gängige Anwendung dieser Art von Karakuri ist die Ergänzung von AGV-Systemen oder autonomen mobilen Robotern, wodurch das Be- und Entladen dieser fahrerlosen Fahrzeuge automatisch erfolgt, ohne dass man auf Robotisierung zurückgreifen muss.

Eine gut durchdachte Kinematik sorgt dafür, dass keine Kiste zu Boden fällt oder sich an einem bereits belegten Ort bewegt. Wiederum gilt: Alles ohne Computer, Elektronik oder elektrische Motoren (ausgenommen natürlich die Bewegung des AGV).

Im folgenden Video lässt sich der Betrieb dieser Art von Systemen beobachten:

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Reduziert die Betriebsdauer

An den Montagelinien von Automobilen haben die Bediener oft einen kleinen Wagen mit Material und Werkzeugen. Diese Wagen können von Hand geschoben werden, aber es wäre viel einfacher, wenn sie sich automatisch entlang der Linie bewegen würden.

Obwohl diese Idee nicht neu ist, präsentierte Toyota Motor Canada ein Fahrzeug dieser Art in einer Karakuri-Version für den Einbau des Motors in das Auto. Während es voranschreitet, wird ein Gewicht angehoben. Nachdem ein Auto fertig ist, wird das Gewicht freigegeben und bewegt den Wagen rückwärts entlang der Linie bis zum nächsten Fahrzeug.

Sie haben auch einen Schutzmechanismus eingeführt, der den Kotflügel des Autos während der Arbeit abdeckt, und eine Ablage mit Bauteilen über dem Kotflügel des Autos in Reichweite des Arbeiters bereitstellt. Insgesamt konnten sie acht Aufgaben mit den jeweiligen Betriebszeiten pro Arbeitszyklus eliminieren.

Ein weiteres Beispiel half bei der Installation von Abgassystemen unter den Autos. Das Gerät zeigte dem Arbeiter einen neuen Auspuff, der in greifbarer Nähe lag, wodurch sowohl der Aufwand beim Gehen als auch beim Heben reduziert wurde.

Dies verringerte die Zykluszeit des Arbeiters um vier Sekunden, was insgesamt etwa sieben Prozent entspricht, und entlastete zudem die Arbeitsbelastung des Arbeiters.

Anwendungsbeispiele

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Nach einer Einführung und Beschreibung der Grundlagen von Karakuri-Kaizen gibt es hier einige verschiedene Beispiele für Karakuri-Kaizen für eine Vielzahl von Anwendungen. Die Liste wird weiter erweitert.

Verbesserung der internen Logistik

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Es gibt verschiedene Anwendungsbereiche für Karakuri. In der westlichen Welt wird es am häufigsten mit dem Transport von Materialien in Verbindung gebracht, insbesondere mit der Rückgabe leerer Kartons in einem Supermarkt mit rollenden Regalen. Im Folgenden wird ein Beispiel gezeigt:

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Eine ziemlich interessante Anwendung könnte ein System sein, bei dem das Material in rollenden Förderbahnen im AGV gelagert wird. Das AGV versorgt einen Supermarkt neben dem Montagebereich. Wenn man einfach langsam am Supermarkt vorbeifährt, lösen verschiedene Hebel den Materialtransport aus, und die Behälter mit Material gelangen vom AGV in den Supermarkt, während die leeren Behälter zum AGV zurückkehren. Nachfolgend ist eine Skizze des Systems dargestellt.

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Der AGV kehrt dann zum Versorgungs-Supermarkt zurück. Wieder liefern die Hebel die leeren Kisten zum Versorgungs-Supermarkt zurück, und weitere Hebel rüsten das AGV mit vollen Kisten aus dem Versorgungs-Supermarkt nach, damit sie in den Verbrauchsbereich gebracht werden.

Reduzierung von Stress und Verletzungen der Beschäftigten.

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Die Kunststoffschläuche lassen sich manchmal leicht aus einem Stecker entfernen. Um sie zu lösen, muss der Arbeiter gleichzeitig einen Schnellfreigabering drücken, während er am Schlauch zieht.

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Oft wird dieser Vorgang an einem engen Ort innerhalb einer größeren Maschine durchgeführt, und der Arbeiter muss die Finger verdrehen, um es zu schaffen. Außerdem erschwert der Schlauch das Drücken des Rings, während man daran zieht.

Nach einigen Extraktionen beginnen die Finger der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zu schmerzen. Um dieses Problem zu lösen, hat das Unternehmen ein Paar spezielle Zangen entwickelt, die an der engen Stelle greifen. Wenn man einfach die Zangen schließt, drückt ein Mechanismus den Freigabering und zieht gleichzeitig den Schlauch heraus.

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Dieses Spezialwerkzeug hat das Abnehmen des Schlauchs deutlich erleichtert und bequemer gemacht, ganz zu schweigen davon, dass es viel schneller war. Das angewandte Konzept ähnelt den in der Abbildung gezeigten Spezialzangen.

Ein weiteres Beispiel von Toyota Boshoku, eines der Unternehmen der Toyota-Gruppe, wurde für die visuelle Inspektion der Stoßfänger von Autos entwickelt. Diese Stoßfänger waren ursprünglich an einem drehbaren Rahmen. Dies bedeutete, dass der Arbeiter von einer Seite zur anderen gehen musste, um in der Nähe des Stoßfängers für seine Inspektion zu sein. Im Folgenden wird es in einer Draufsicht von der linken Seite gezeigt.

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Das neue Karakuri-Gerät hatte einen Stift in einer erdnussförmigen Nut. Das bewegte die Stoßstange nicht in einem Kreis, sondern in einer ‚erdnussförmigen Form‘. Infolgedessen war der Arbeiter immer in der Nähe der Stoßstange, ohne sich von einer Seite zur anderen zu bewegen.

Günstigste Materialorientierung

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Viele Anwendungen von Karakuri werden verwendet, um kleine Teile so anzuordnen, dass deren Benutzung durch Maschinen oder Menschen erleichtert wird. Das hier gezeigte erste Beispiel ist wahrscheinlich gut bekannt und ein typisches Toyota-Beispiel.

Während der Montage muss der Arbeiter zwei Schrauben eindrehen. Vorher musste der Arbeiter sie manuell aus einer Kiste herausnehmen, was mühsam ist. Toyota hat zwei Magnete an einem beweglichen Arm angebracht. Jedes Mal, wenn der Arbeiter die Bohrmaschine in die Bohrmaschinenhalterung zurücklegte, drückte das Gewicht der Bohrmaschine den Arm kurz nach unten. Die Magnete tauchten in die Schraubenbox ein und nahmen die richtige Anzahl Schrauben auf (in diesem Beispiel zwei).

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Dieser kleine, energiesparende Mechanismus sparte dem Arbeiter eine Menge Zeit, indem er die richtige Schraubenmenge tastend suchte.

Ein weiteres Beispiel, das erläutert wird, ist die Versorgung einer Maschine mit orientierten Bauteilen. Der Mechanismus ist so einfach, dass man argumentieren könnte, er sei überhaupt kein Mechanismus, da er keine beweglichen Teile hat.

Das Ziel war es, Bolzen auszurichten. Es wird einfach eine Metallrutsche in Form eines halben Trichters verwendet. Da die Seite mit dem größeren Durchmesser des Bolzens sich schneller dreht, tritt dieses Ende immer zuerst am Ende des Trichters heraus.

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Sobre el autor:

Juan Anel

Juan Anel Gracia es Doctor ingeniero industrial y consultor en Lean Manufacturing e Industria 4.0. Ayuda a las pymes a mejorar su productividad y digitalización. Profesor universitario en la UVic-UCC y asesor acreditado por ACCIÓ.

https://www.linkedin.com/in/juan-anel/