Vorwort zur 2. Auflage

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1 Vorwort zur 2. Auflage Nachdem die erste Auflage von Schlanker Materialfluss sehr erfolgreich aufgenommen wurde, legen wir nun die zweite Auflage vor. Hauptziel des Buches war von Anfang an, die Einzelelemente von Lean und die Schnittstellen des Materialflusses so zu erklären, dass auch Laien die Zusammenhänge verstehen. Das Buch stellt dabei alle Schritte für die Einführung von Lean Production vor. Dank seiner Praxisnähe und der fachübergreifenden Darstellung wird es sowohl vom Management als auch von operativen Mitarbeitern gelesen. Es ist es für große, aber auch für kleine und mittlere Unternehmen geeignet. Gleichzeitig wird es an vielen Universitäten und Hochschulen als Grundlektüre verwendet. Dabei richtet sich das Buch an Studierende der Betriebswirtschaft, des Wirtschaftsingenieurwesens und des Maschinenbaus sowie der Informatik. Um ein noch besseres Verständnis der Themen zu erreichen, wurde diese Auflage gründlich bearbeitet und die Anzahl der Abbildungen nahezu verdoppelt. Ergänzend hinzugekommen sind folgende Grundlagen, neue Fakten und Konzepte: Ergebnisse der Studie Forlog, Veränderungen im Unternehmen und neue Ansätze dynamischer Unternehmensplanung, Lean basierte Entwicklungs- und Konstruktionsprozesse und deren Auswirkungen auf den Materialfluss, produktions- und wertstromgerechte Konstruktion, Lean Intelligent Logistik schlanke und kostengünstige Lösungen zur Materialbereitstellung, Fehlerreduzierung in Materialfluss und in MRP-Systemen, Lean Lieferantenmanagement, Ergebnisse der Lean-Studie 2007 der Lepros GmbH und neue pfiffige Praxislösungen für den Materialfluss. Für diese zweite Auflage möchte ich mich vor allem bei Ulrike Maatz bedanken, die das gesamte Buch der ersten Auflage und die neuen und geänderten Beiträge sehr kompetent und kritisch lektoriert hat. Weiterhin gilt der Dank meiner Frau Eva Dickmann, die größere Teile der alten Auflage inhaltlich bearbeitet und ergänzt hat. Außerdem danke ich Frau Butz vom Springer-Verlag und Frau Riepl und Frau Kimmerle von le-tex publishing services ohg für die zügige Bearbeitung des Manuskripts. Grafing b. München, im Juli 2008 Philipp Dickmann

2 184 2 Grundlegende Steuerungsverfahren im heterogenen Logistiknetz mit Kanban tems zu gewährleisten. Das PAC-Konzept kann sowohl bei kundenauftragsanonymer als auch bei kundenauftragsorientierter Produktion eingesetzt werden und eignet sich damit zur Darstellung aller Typen der Programmbildung: Make-to-stock (MTS): Es erfolgt eine Bevorratung der kundenauftragsanonym vorgefertigten und standardisierten Endprodukte, welche das gesamte Produktionssystem durchlaufen haben. Wenn ein Kunde eine Bestellung aufgibt, dann erwartet er, dass das Produkt bereits im Lager vorrätig ist und unverzüglich ausgeliefert wird. Assemble-to-order (ATO) bzw. Finish-to-order (FTO): Die standardisierten Zwischenprodukte werden kundenauftragsanonym auf Lager gefertigt. Die Montage (bzw. Fertigstellung) der (teilweise standardisierten) Endprodukte geschieht jedoch erst nach Aufgabe einer Bestellung durch den Kunden. Make-to-order (MTO): Die (teil-)standardisierten Erzeugnisse des Unternehmens müssen nach Ankunft eines Kundenauftrags das gesamte Produktionssystem durchlaufen. Lediglich im Eingangslager erfolgt eine Bevorratung der Vorprodukte. 2.9 Hybride Steuerungskonzepte Philipp Dickmann Hybride Steuerungskonzepte bestehen aus unterschiedlichen, parallel angelegten Steuerungsverfahren. Sie werden eingesetzt, um ihre Schwächen gegenseitig zu kompensieren und die Summe ihrer Vorteile auszunutzen. Es lassen sich vier verschiedene hybride Ansätze unterscheiden: vertikal, horizontal, funktional und die Matrix. Zudem kann die hybride Logik, neben der operativen Steuerung, auch zur Ermittlung des optimalen Algorithmus und zur dynamischen Dimensionierung angewandt werden. In der modernen heterogenen Materialflusswelt fließen neben den eigentlichen Steuerungs-Algorithmen auch andere Ebenen mit Steuerungsinformationen in die Steuerungsentscheidung ein. So ist die matrixhybride Steuerung (MHS), unter dieser erweiterten Definition in der betrieblichen Umgebung heute schon lange Standard. Da die Sichtweise bisher disziplinär eingeschränkt ist, werden die Komplexität, die Möglichkeiten, aber auch die Probleme von MHS nicht erkannt. Bei einem hybriden Ansatz werden zwei oder mehrere Materialsteuerungsmethoden eigenständig etabliert. Auf den ersten Blick erscheint dies nicht sinnvoll, da dadurch eine erhöhte Komplexität und ein Mehraufwand für Pflege und Eingaben entstehen. Redundanz ist eine gängige Methode, um die nötige Stabilität gegen Störungen zu erreichen. In der Biologie oder auch in der Technik werden kritische Komponenten doppelt ausgelegt, um auch im Extremfall die Funktion sicher zu stellen. Dieses Prinzip kann auch auf die Steuerungsmethode übertragen werden. Die Komponenten von hybriden Steuerungen sind aber nicht nur redundant, sondern auch verschieden. Dadurch können die Schwächen des einen Systems

3 2.9 Hybride Steuerungskonzepte 185 durch die Stärken des anderen ausgeglichen werden. Häufig anzutreffende Kombinationen sind z. B. Grobsteuerungen mittels MRP, die durch eine Feinsteuerung aus Kanban oder belastungsorientierter Steuerung untergliedert sind. Diese Kombination und der Einsatz dynamischer Kanban-Varianten ermöglicht die Kanban-Penetration auch bei komplexen Produktionsabläufen, variantenreichen Produkten oder dynamischen Bedarfen auszuweiten und die Vorteile von Kanban umfassender zu nutzen (über 80 % des Teileflusses bei mehr als 10 Produktionsstufen wurde bereits realisiert; siehe Abb Kanban-Penetration in der Praxis u. Kap Ausweitung der Penetration von Kanban bei komplexen Produktionsprozessen und Produkten) Hybride operative Steuerungs-Algorithmen Die gängige Definition von hybrider Steuerung ist die Kombination von Steuerungsverfahren, welche die Entscheidung und Freigaben für den Auftragsstart definieren. Die Systeme können dabei sowohl in EDV als auch mittels physischer Karten bzw. Behälter abgebildet sein. Letztlich wird die Kopplung verschiedener operativer Steuerungs-Algorithmen angestrebt, um damit einen für die jeweilige Anwendung optimalen Algorithmus zu erzielen. Es sind vertikale Abb Übersicht der hybriden Steuerungsalgorithmen

4 186 2 Grundlegende Steuerungsverfahren im heterogenen Logistiknetz mit Kanban (VHS) oder horizontale (HHS) hybride Steuerungen [Gera 05] zu unterscheiden. Zur Auswahl der geeigneten Steuerungs-Algorithmen sind die Kriterien von Lödding [Lödd 05] zu empfehlen. Vertikale hybride Steuerung (VHS) Vertikal dezentrale hybride Steuerungen (VDHS) [Gera 05]: Ein Glied der Kette wird dezentral redundant mit einem anderen Steuerungsverfahren gesteuert. Die gängigste Variante ist eine Mischung der Steuerungen innerhalb der Ebenen der Materialkette. Eine gemischte Anwendung z. B. von Kanban (bestandsorientiert) auf der Ebene des Kundenverbrauchs zur Absicherung der 100 % Lieferfähigkeit, mit einer MRP Steuerung (prognosebasiert) auf den darunter oder darüber liegenden Ebenen, ist sehr häufig in Unternehmen anzutreffen. Ein typisches Beispiel hierfür ist Synchro MRP [Hall 86]. Die Firma Yamaha wollte damit die Vorteile von Kanban in der Fertigung mit dem der Fortschrittszahlensteuerung in MRP kombinieren. Die Steuerungsregel ist sehr einfach: Es dürfen solange Aufträge eröffnet werden, bis die Schlagzahl aus dem Tagesprogramm erreicht wird. Ein anderer häufiger Ansatz ist die Kombination von belastungs- mit bestands- (z. B. Kanban) oder auch prognosebasierten (z. B. MRP) Verfahren. Die belastungsorientierten Steuerungsverfahren wurden maßgeblich zum Zweck der Feinsteuerung von Fertigungsprozessen, im Regelfall mit einem übergeordneten Steuerungsverfahren, entwickelt und können daher grundsätzlich als VHS interpretiert werden (vgl. 2.3 Grundlegende Steuerungsverfahren). Darüber hinaus wurden noch komplexere Steuerungs-Algorithmen wie z. B. hybrides Kanban-CONWIP [Bovi 97] entwickelt. Hier werden zwei Bestandsregelungen für jede einzelne Arbeitsfolge verknüpft. Der Auftrag darf nur gestartet werden, wenn eine Kanban-Karte vom Fertigwarenkorb und vom vorhergehenden Prozessschritt vorliegt. Bei Workload-Control [Jend 78] kommen die Aufträge von einem hierarchisch hybrid übergeordneten MRP-System in die bestandsorientierte Produktionseinheit. Aufträge, welche das System überlasten würden, werden zurückgehalten. Nur wenn die Freigabe aller einzelnen Arbeitssysteme aufgrund des Bestands gestattet wird, kann der Auftrag frei gegeben werden. Auch die dezentrale bestandsorientierte Fertigungsregelung (DBF) [Lödd 05] (vgl 2.7 Dezentrale Bestandsorientierte Fertigungsregelung) kann als hybride Steuerung interpretiert werden, da hier verschiedene Steuerungselemente zusammengeführt werden. Vertikal linear verknüpfte Steuerungen (VLVS) werden vielfach auch als hybrid interpretiert, da einzelne Glieder alternativ wechselnde Steuerungen aufweisen. Horizontale hybride Steuerung z. B. horizontal dezentral Hybrid [Hodd 91] Dies umfasst unter MRP mehrere parallele Steuerungsebenen, z. B. unterschiedliche Steuerungsverfahren je Materialfamilien. Ein sehr häufiger Ansatz ist die parallele Steuerung in einer Produktionsstufe mit verschiedenen Konzepten, wie beispielsweise je nach Station oder Produktfamilie mit Kanban oder MRP. Auch C-Teilemanagement ist hierfür ein typisches Beispiel: Für wenig werthaltige

5 2.9 Hybride Steuerungskonzepte 187 C-Teile wird ein unexaktes, aber auch einfaches Kanban eingesetzt, das jedoch 100 % Lieferfähigkeit mit hoher Sicherheit gewährleistet. Die darüber liegenden Ebenen sind beliebig anders gesteuert, häufig mit MRP. Funktionale hybride Steuerung Der Markov Decision ProcessHybride Steuerung: (MDP) [Hodd 91; Hodd 91b] ist ein sehr flexibles, horizontal hybrides Konzept, das wegen seiner hohen Komplexität vorwiegend für Systementwickler relevant ist, ebenso das funktional hybride interpretierbare PAC-Konzept [Buzz 92]. Matrixhybride Steuerung (MHS) Eine Mischung aus vertikalen (VHS) und horizontalen (HHS) Ansätzen ist die matrixhybride Steuerung. Hierbei werden an allen Entscheidungsknoten redundant verschiedene Steuerungen in die Entscheidung eingebunden. Diese Methode ist ähnlich flexibel wie die funktionale Steuerung PAC. Das Problem bei der realen Anwendung von hybriden Steuerungen liegt in der Vielzahl der einzubindenden Entscheidungsebenen. Verglichen mit einfachem Kanban kann die Qualität der Steuerung deutlich verbessert werden, da eine große Zahl an Störgrößen sichtbar und dadurch behebbar wird, was eine positive Auswirkung auf die reale Umsetzung hat. Daraus leitet sich jedoch ab, dass nicht zu viele Steuerungssysteme kombiniert werden können. Der Mehraufwand muss in einem sinnvollen Verhältnis zur Verbesserung stehen, wobei zudem die Komplexität beachtet werden muss Hybride Steuerungen in der Simulation zur Ermittlung des optimalen Algorithmus und zur dynamischen Dimensionierung Ein anderer Ansatz Steuerungsmethoden hybrid anzuwenden erfolgt in Softwareapplikationen, die vollautomatisch verschiedene Steuerungssysteme vergleichend darstellen und dann den optimalen Algorithmus errechnen. Hierbei erfolgt nur der Auswahlprozess für die Steuerungsmethode hybrid. Die Entscheidung für den Auftragsstart findet abhängig von dem auswählten Konzept statt [Schn 05; Dick 02; Dick 02b]. Die Dimensionierung und die Auswahl des Steuerungsverfahrens finden vergleichend zwischen den Steuerungen statt, die operative Steuerung selbst ist in diesem Fall nicht hybrid Hybride Steuerungen nach einer erweiterten Definition der Materialflusssteuerung In der Realität der Unternehmen werden, neben den standardisierten Steuerungslogiken der Steuerungsverfahren, überlagernd ergänzende Informationen zur Entscheidung herangezogen. Um eine maßgeschneiderte Steuerung zu erreichen,

6 188 2 Grundlegende Steuerungsverfahren im heterogenen Logistiknetz mit Kanban die alle firmenspezifischen Problemstellungen optimal löst, werden verschiedene Ansätze parallel verwendet. Das Ergebnis ist eine kumulierte Gesamtcharakteristik, bei der, je nach verwendeter Komponente, eine deutliche Annäherung an eine nötige Steuerungsqualität erreicht wird. Für die reale Anwendung wird durch die Mischung verschiedener Steuerungen eine annähernd immer optimale Steuerungsqualität erzielt. Kombinationsmöglichkeiten Nach dieser erweiterten, praxisnahen Definition existieren je nach Aufgabenstellung folgende Kombinationsmöglichkeiten für hybride Steuerungen: Simulationen und Szenerien von Simulationen Produktionsunterstützende EDV-Systeme mit implementierten Steuerungsinformationen, z. B. MRP (Material Requirement Planning Systems), Ampel-, Bestellpunkt-, Mindestbestandssteuerungen etc. Hochrechnungen von Abschnitten auf der Zeitachse (Vergangenheitsintervalle, Kundenabrufe, Kundenprognosen, reale Abrufe etc.) Planwirtschaftliche Steuerungsvorgaben Warehouse- oder Lagerplatzinformationen Maschinen- und Arbeitsplaninformationen Physische Materialflussinformationen (z. B. leere Behälter, Karten etc.) Auslastungsorientierte Informationen bezogen auf Anlagen oder Personal Planungsroutinen. Abb Optimierung des Erfüllungsgrads durch die hybride Kombination von Steuerungen: Dies gilt bezogen auf ein Eignungskriterium (z. B. Wiederbeschaffungszeit). Zielbereich kann beispielsweise der Planungshorizont sein. Im Kurzfristbereich bringt hier Kanban (Methode A) und im Langfristbereich MRP (Methode B) bessere Ergebnisse.

7 2.9 Hybride Steuerungskonzepte 189 Prinzipiell sollten möglichst gegensätzliche Materialflussebenen bzw. -ansätze miteinander kombiniert werden. Auf diese Weise werden viele Basisinformationen für die Entscheidung eingebunden und Störgrößen verifizierbar. Unter Berücksichtigung dieser erweiterten Definition des Begriffs der Steuerungsmethode ist die matrixhybride Steuerung im heterogenen realen Materialfluss gängig. In den üblichen betrieblichen Abläufen sind verschiedene Entscheidungsebenen mit klaren Steuerungs-Algorithmen keine Seltenheit. Der Abgleich wird durch zentrale Steuerungstools mit untergeordneten Feinsteuerungstools erreicht. Die Alternative sind auf dezentrale Produktionsbereiche bezogene Steuerungen, zum Abdecken des gesamten Materialflusses. So kann zum Beispiel eine Produktionsplanung mit Kundenprognose, Fortschrittszahlen, MRP und Kanban auf Kundenmontageebene abgeglichen werden. In den darunter liegenden Ebenen wird eine Feinsteuerung mit eventuell kapazitätsbasierten Systemen, Kanban, MRP oder auch C-Teile-Kanban differenziert. Breitere und komplexere Zielsetzung Die Zielsetzung hybrider und matrixhybrider Systeme geht weit über die Ziele und Potentiale einer einzelnen Steuerung hinaus. Es wird nicht nur eine tagesgenaue Abschätzung der Bedarfe wie bei MRP oder die optimale Steuerung der Serienteile durch Kanban erreicht, sondern auch ein ganzheitliches Optimum für den Materialfluss. Das gilt auch für Sonderfälle, etwa bei komplexen Produkten bzw. Produktionsprozessen, hoher Änderungsdynamik, Variantenfertigung oder Ersatzteilen. Folgende Faktoren werden dadurch erfüllt: Erhöhung der Sicherheit der Steuerung: Nach dem Motto: Zwei Augen sehen mehr als eines (s. Abb ) führt die Redundanz der Systeme zu einem Kontrollmechanismus, der eine Verifikation der Steuerungsergebnisse ermöglicht. Abb Sicherheit durch hybride- und matrixhybride Steuerungen: Zwei Augen sehen mehr als eines.

8 190 2 Grundlegende Steuerungsverfahren im heterogenen Logistiknetz mit Kanban Lieferant Kunde MRP Kanban Hybride Steuerung Abb Besseres Erkennen von Fehlern und Störungen mit der Kombination mehrerer Steuerungsverfahren: z. B. Hybrides MRP-Kanban. Reduzierung der Störgrößen: Gleichzeitig führt die gegenseitige Kontrolle der Steuerungen zu einer Reduzierung der Störgrößen im gesamten Materialfluss. Das Ziel von MHS ist es nicht, so gut wie möglich mit Fehlern zu leben, sondern weniger störungsanfälligere Prozesse zu erzeugen und damit auch im Krisenfall (z. B. bei kurzfristigen Kundenabrufen) eine optimale Logistik zu erzielen. Reduzierung der Kanban-Puffer und des gesamten Lagerbestandes: Auch eine Reduzierung der Umlaufbestände wird durch die Verifikation der Steuerungsdaten ohne Risiko möglich (vgl. Kap ). Steigerung der Kanban-Durchdringung (Penetration) auf ein Maximum: Eine hohe Kanban-Penetration mit % ist mit einfachen Kanban-Varianten nur für einfache Serienprodukte möglich. Mit hybriden Steuerungen wird es möglich, komplexe oder dynamische Produkte mit einer sehr hohen Kanban-Durchdringung abzudecken (vgl. Abb ; Kap ). Verbesserung der dezentralen Entscheidungskompetenz: siehe Kap Dezentrale Entscheidungskompetenz. Optimale und vereinfachte Dimensionierung der Kanban-Regelkreise: siehe Kap Hybride Dimensionierung der Regelkreise.

9 2.10 Matrixhybride Materialflusssteuerung 191 über 80% bis 80% Kanban-Penetration bis 60% bis 50% bis 40% bis 20% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% Anteil der Befragten die Kanban im Einsatz haben Abb Kanban-Penetration in der Industrie: 53 % der befragten Unternehmen gaben eine Kanban-Penetration von lediglich weniger als 20 % an. Nur 15 % der Unternehmen arbeiten mit einer Penetration von über 40 %. Lediglich 3 % haben eine Kanban-Durchdringung von über 80 % [Lepr 2007] Matrixhybride Materialflusssteuerung Philipp Dickmann; Eva Dickmann, Lepros GmbH Um einen optimalen Materialfluss für vielfältigste Produkte und Rahmenbedingungen im zeitlichen Verlauf zu erzeugen, werden in realen Systemen alle zur Verfügung stehenden Informationen zur Steuerung mit eingebunden. Durch die übliche, sehr begrenzte Definition des Begriffs Produktionssteuerung, wird kaum erkannt, dass komplexe Materialfluss-Umsetzungen heute schon vorhanden sind. Die Ziele, der Nutzen und die Problemstellung der erweiterten Definition von Produktionssteuerung sind wesentlich umfangreicher, als bei dem klassischen Begriff definiert. Wesentlich für den Erfolg oder Misserfolg einer Steuerung ist das frühzeitige Erkennen aller Störungen aus den vorhandenen Informationen. Die Fülle der Informationen sollte möglichst wenig komplex und überschaubar sein. Die systematische Analyse und darauf folgende Synthese erlaubt es dem Unternehmen, maßgeschneiderte Informationen für eine flächendeckend optimale Steuerungs-Mischung zu erhalten. Die Methode ist vergleichbar mit einem Setzkasten, bei dem aus den passenden Bausteinen die optimale Kombination, in diesem Fall ein Eigenschaftsbild, zusammensetzt wird. Im folgenden Beitrag werden die Prinzipien basierend auf den Anforderungen der Implementierung dargestellt und auf ein Praxisbeispiel (s. Kap ) übertragen [Dick 02; Dick 02b] Matrixhybride Steuerung (MHS) das Chaos der Steuerungsinformationen nutzen und beherrschen [Lepr 05b] In realen Materialflusssteuerungs-Systemen werden prinzipiell alle zur Verfügung stehenden Informationen genutzt, die helfen können, Störungen eines