Produktionssysteme für Einzel- und Kleinserienfertigung II

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1 Produktionssysteme für Einzel- und Kleinserienfertigung II Sind das Toyota Produktionssystem und Produktionssysteme aus dem Fahrzeugbau für kleine Stückzahlen und Losgrößen verwendbar? Lean Production Dr.-Ing. Eugen Bendeich VDI Industrieberatung Stuttgart Mail: CNS IHK Ulm 17. Juni 2009 Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-1

2 Kleinserienfertigung So, why aren t things getting better??? 80% Of the issues the shop floor has to deal with did not originate on the shop floor. Particularly in High Mix Low Volume (HMLV) Organizations, Lean must extend off the shop floor, through the entire enterprise and beyond, to the supply chain. Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-2

3 Wo sich Wege trennen! Toyota Production System: Best practice für Serienfertigung mit Varianten, Hauptziel: Vermeidung von Verschwendung 80 bis 90% der Methoden auch für mittlere bis kleine Serien geeignet Zukünftig: kundenspezifische Produkte, Kurze Lieferzeiten Einzelfertigung und Einmalfertigung stellen veränderte Anforderungen: Flexibilität, universelle Maschinen mit mehreren Funktionen Lean ist nicht das Ziel! Ziel ist Wachstum und Geld verdienen! Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-3

4 Produktionsumfeld Lean Erfolge Low volume high mix Einmal-, Einzel-, Kleinserienfertigung High volume, low mix Serien-, Massen-, Prozessfertigung Beispiele im Test Beispiele in Umsetzung Erfolgreiche Beispiele Best practices Lean Konzepte werden in den rechtsliegenden Bereichen erfolgreicher angewendet. Hat eine Anwendung in den linksliegenden Gebieten überhaupt Aussicht auf Erfolg? Mit dem Toyota Production System eher nicht! Anpassungen müssen getroffen werden Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-4

5 Was kommt nach LEAN? Denkansatz und Lösungsweg zur Umsetzung von Lean Manufacturing ist Fluß zu erzeugen durch 1. Planzeiten und Taktzeiten 2. Abgleich des Kapazitätsbedarfs 3. Verwendung von ziehenden Verfahren zur Fertigungssteuerung (meist Kanbans) Zur Verkürzung der Durchlaufzeiten eliminiert lean manufacturing beide Arten von Variabilität a) unerwünschte Varianzen, wie Fehler, uneffektive Systeme, schlechte Organisation, Nacharbeit, Änderungen von Aufträgen, Terminen b) strategische Variabilität als Wettbewerbsfaktor, wie Flexibilität bezüglich Produkten, Mengen, kundenindividuelle Leistungen Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-5

6 Was kommt nach LEAN? II Ist Lean für alle Fälle die richtige Lösung? Lean ist ungeeignet für Unternehmen, wenn a, b oder c zutrifft: a) Starke Nachfrageschwankungen (kürzere Arbeitszeiten) und/oder b) eine Vielzahl von Produkten mit geringen Stückzahlen (kurze Arbeitsvorgänge, zahlreiche Kanbans im System) und/oder c) kundenspezifisch konstruierte Produkte (es gibt keine Kanbans für noch nicht konstruierte Produkte) Auch wenn keine der obigen Situationen vorliegt reicht Lean allein zukünftig nicht aus Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-6

7 Ansätze bei der Gestaltung von Produktionssystemen Verwendung fester Konzepte/ Best Practices z. B. Toyota PS - Vorteil: es wird klar was zu tun ist - Nachteil: Nicht alle Anforderungen können gleichermaßen Berücksichtigung finden - Unklarheiten bleiben bzgl. Abhängigkeiten/ Beeinflussungen zwischen Zielen und Methoden sowie - zwischen einzelnen Methoden Dies hemmt eine erfolgreiche Umsetzung Denkschulen, verfestigte Sicht, Managementmoden, Paradigmen gehen von festen Annahmen aus diese werden nicht mehr hinterfragt obwohl Paradigmenwechsel notwendig - Mitarbeiter brechen die Suche nach weiteren Alternativen ab wenn ein subjektiv ausreichendes Informationsniveau erreicht ist Dies führt zu nicht anforderungsgerechten Systemen Verwendung von Regeln, Prinzipien und Leitlinien - Vorteil: leichtere und genauere Anpassbarkeit auf die Situation - Risiko: mitunter unkonkrete Vorstellungen Dies erhöht Aufwand und Zeitbedarf B Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-7

8 Von der Auftragsfertigung (Push) zum kontinuierlichen (1piece) Fluss Traditionelle auftragsweise Push-Losfertigung Ideale Umsetzung von Lean Push oder ERP/MRP - Planung aller Prozesse - Aufträge push- Steuerung Supermarkt Pull - ziehende Systeme - Behälterprinzip/ Kanban Pull vom Schrittmacher - Ziehende Systeme - feste Reihenfolge - Milkrun FIFO fester Takt - Definierte Abläufe - feste Bestände und FIFO Reihenfolge zwischen unverbunden en Prozessen Kontinuierlicher Fluß (1piece) - Physikalische Verbindung von Prozessschritten - keine Bestände Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-8

9 Klassifizierung Planungsumfeld Typ 1 Komplexe Kundenprodukte Planungsumfeld Typ 2 Auftragsbezogene Kostruktion Typ 3 Standardprodukt in Losen Typ 4 Massenfertigung Produktcharakteristik Komplexität Produktstruktur hoch mittel mittel gering Wertanteil bei Auftragseing. ETO ATO/MTO MTS MTS/ATO Nachfragecharakter Menge/ Häufigkeit mittel/ häufig Losweise Abrufe Ein-ger. Geringmitt./mittel /selten Fertigungsprozesseigenschaften Produktionsprozess Einmalig Auftragsweise Massenfertigung Layout funktional Funkt./ Zell. Zell/ Lin Linie Losgröße klein klein mittel mit./ groß Durchlaufzeit lang kurz mittel kurz ETO Engineer to order ATO/MTO Auftragsweise Montage/Fertigung MTS Produktion auf Lager MTS/ATO Produktion auf Lager auftragsweise Montage Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-9

10 PROZESS STRUKTUR (Prozess-Lebenszyklus) I Wirrer Materialfluß, Projekt Platzmontage II Wirrer Materialfluß, Layout funktional III Fertigungs- Zelle, Materialfluß variabel IV Fertigungs- Zelle Pull V Fertigungslinie Steuerung Zyklus VI Linienfertigung kontinuierlicher Fluß Netzplantechnik I Geringe Menge, komplexe Produkte einmalig, lange Durchlaufzeit PRODUKT-PROZESS MATRIX ERP/MRP/MRP II BOA/TOC/OPT Leitstand JIT Produktlayout Prozessmanagement Anlagen/ Kapazitätsbezogen Verrichtingsprinzip/ Prozesslayout II Auftragsbezogene Konstruktion, Varianten, geringe Stückzahl Projektmanagement Material/Teilebezogen CONWIP Kanban/ wirtschaftliche Losgröße Bestellpunkt/FZ III Wenige Standardprodukte mittlere Losgröße IV Massenfertigung Standardprodukte PRODUKT STRUKTUR Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-10

11 Funktions- und Produktorientierung Funktionsorientierung Grundidee: Zusammenfassung ähnlicher Tätigkeiten Synergien: - Nutzung Skaleneffekte - Akkumulation technologischen Wissen Anwendungsfelder: - Anspruchsvolle Tätigkeiten - Neue Technologien und Verfahren Produktorientierung Grundidee: Integration von Prozessketten Synergien: - Optimierung Gesamtprozess - Synchronisierung der einzelnen Operationen Anwendungsfelder: - Produktoptimierung, KVP durch Zusammenarbeit mit indirekten Bereichen - einfache Planung/Steuerung - kurze Durchlaufzeiten Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-11

12 Auswirkungen Produktorientierung Positiver Einfluss auf logistische Kennzahlen: - Durchlaufzeit - Bestände Komplexität Materialfluss Reduzierter Planungs- und Steuerungsaufwand Negativer Einfluss auf Geringe Flexibilität bzgl. - Produkten - Mengen Spezialisierungsverluste auf Produktebene Hohe Investitionen Hohe, gleichmäßige Kapazitätsnutzung erforderlich (Glättung, Nivellierung) Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-12

13 Unterschiede auftragsbezogene Fertigung - Lean Auftragsbezogene Produktion bedeutet keine Fertigung ohne Bedarf: Somit keine Verschwendung (Waste) durch Überproduktion (Muda) Die Kernprinzipien (pull, flow, muda und kontinuierliche Verbesserung) sind für losweise Fertigung anwendbar, aber anzupassen Auftragsweise Fertigung kann per Definition Überbestände nicht in nennenswertem Umfang verursachen Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-13

14 Produkt- und Prozesseigenschaften für Lean Konzepte Produktvarianz Toyota Production System Standardisierte Tätigkeiten Geglättete Produktion Taktzeiten Automotive, Konsumgüter Medizintechnik, Elektronik Demand Flow Technology Konfigurierte Produkte Flexible Prozesse Produkt-/Teilefamilien Investitionsgüter Luftfahrt Auftragsfertigung Prozessabweichungen Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-14

15 Ausgangsfragen zur zukünftigen Lösung 1. Wie ist die Taktzeit? 2. Produktion der Fertigprodukte auf Fertigwaren-lager/ Supermarkt oder nach Kundenauftrag? 3. Wo ist kontinuierlicher Fluss erreichbar? 4. Wird im Wertstrom ein Supermarkt mit pull-system (Kanban/CONWIP) benötigt? 5. Was ist der Schrittmacherprozess (pacemaker process; größte Bearbeitungsdauer/ Engpaß) auf den geplant wird? 6. Abgleich der Produktion (Heijunka) auf den Schrittmacherprozess abgeglichen? Wie? 7. Welcher Arbeitsumfang wird jeweils frei gegeben? 8. Welche Prozessverbesserungen notwendig? Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-15

16 Lean unterstützende Methoden- unbrauchbar bei Kleinserie? Zusammenarbeit und Synchronisation Produktentwicklung und Planungen Gemischte Methoden und Verbesserung Quick response, Kontinuierliche Nachlieferung, Steuerung durch Verbrauch Vendor managed inventory VMI Strategische Zusammenarbeit mit Lieferanten Zentralversorgung, Direktanlieferung Kunde-Hersteller-Lieferant Synchronisierung Design for manufacture and assembly DFM, DFMA Rapid Prototyping Systemlieferanten Restrukturierung / Vertragsfertiger Restrukturierung Logistik Outsourcing Entgeltformen Target Cost Management, Activity-based costing Prozess Benchmarking, Streben nach excellence Eine einzige japanische Entwicklung: Target Costing bzw. Target Cost Management Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-16

17 Lean Praktiken für komplexe Produktion Lean Werkzeug Serienfertigung Komplexe Produktion Organisation Zellen mit mehrfachqualifiziertem Fabrik in der Fabrik für Personal bestimmte Materialflüsse Losgröße Faustregeln, EPEI Optimale Losgröße, Menge Kapazitätsplanung Pull-Steuerung Wertstrom Design Bestandsoptimierung Leistungsmessung Engpasssteuerung, Faustregeln teilespezifisches Kanban Zellen für ähnliche Produkte Faustregeln Bestandssenkung Visualisierung Wechselnde Engpässe, Optimierung Kapazit.-Puffer produktflexibles CONWIP, POLCA Materialflüsse über gemeinsame Anlagen Optimierungsmethoden Softwarebasierte Materialflusskennzahlen CONWIP CONstant Work In Process In Anl. Invistics Corporation POLCA Paired-cell Overlapping Loops of Cards with Authorization Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-17

18 Koordination Materialwirtschaft und Fertigung Künftige Materialbedarfsmengen und termine lassen sich bei Großserien- und Massenfertigung aufgrund der im Zeitablauf stabilen Produktionsbedingungen relativ problemlos planen und steuern Bei auftragsgebundener Einzel- oder Kleinserienfertigung existieren Probleme bei der Festlegung des künftigen Materialbedarfs nach Menge und Termin Folgen: hohe Bestände und trotzdem Fehlmengen Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-18

19 Teilaufgaben Materialfluss und deren Auslösung Auslösung Materialbedarfsermittlung Materialdisposition auslösen - disponieren - beschaffen - eingangsprüfen - einlagern Kommissionierung auslösen - kommissionieren - in Montage bereitstellen Teilaufgaben Montage auslösen - montieren - inbetriebnehmen - versenden Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-19

20 Bedarfsgesteuerte Disposition Methoden der Disposition Dispositionsmethoden Verbrauchsoder bestandsgesteuerte Disposition Auftragsgesteuerte Disposition Plan- oder programm- /bedarfsgesteuerte Disposition Verbrauchs- oder bestandsgesteuerte Disposition Einzelbedarfsoder auftragsgesteuerte Disposition Sammelbedarfsoder programmgesteuerte Disposition Bestellpunktverfahren Bestellrhythmusverfahren Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-20

21 Erzeugnisbezogene Analyse von Produkten Splittung der Stückliste Disposition und Steuerung verbrauchsgesteuerte Disposition Produkt bedarfsgesteuerte Disposition bill of materials für gängige Teile (Renner) bill of materials für Variantenteile Fremdteile Eigenteile Zulieferer Normteile Bestellteile Einkaufsteile Eigenfertigungsteile abnehmender Teilewert zunehmender Teilewert ziehende Steuerung drückende Steuerung B 4090 Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-21

22 PPS bei Varianten und mittleren Stückzahlen (Low volume high mix) Man benötigt komplexere pull-verfahren wie CONWIP (Constant Work In Process), CONLOAD, drum-buffer-rope (DBR), or POLCA um - Engpässe zu begrenzen und - Bestände zu reduzieren trotz wechselndem Bedarf Planung und Disposition können nicht länger mit Faustregeln und Probieren erledigt werden Leistungsfähigere Verfahren sind notwendig Ursachen für Varianzen und Störungen sind zu analysieren und zu beherrschen Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-22

23 Paralleler Einsatz von ERP/MRP und JIT? MRP und Push gut für JIT und Pull bestens für Planung zukünftiger Bedarf Verbindung Kundenbedarf, Versorgungskette bis Lieferanten Bei hoher Komplexität, mehrstufiger Fertigung und Notwendigkeit einer Überwachung einfache Produktstrukturen definierte Materialflüsse ohne Rückführung/Verzweigungen vorhersehbarer ungefährer Bedarf; wiederholt zu fertigende Teile Große Mengen MRP für Plan- bzw. programm-/bedarfs- oder auftragsgesteuerte Materialdisposition, Auftragserstellung und Produktion JIT für verbrauchsoder bestands-gesteuerte Materialdisposition, Produkte entsprechend Bedarf und Systemstatus ziehen "A push system schedules the release of work based on demand while a pull system authorizes the release of work based on system status." Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-23

24 Parallele Anwendung Fertigungskonzepte Paralleler Einsatz von ERP/MRP und JIT? hoch Komplexität niedrig Arbeitsorganisation niedrig hoch MRP JIT Produktionsmenge Varianz JIT + MRP Steuerung durch verkettete Anlage hoch niedrig Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-24

25 JIT, MRP oder beide? komplexe Strukturen JIT MRP Projektmanagement MRP einfache Strukturen JIT einfache Abläufe komplexe Abläufe Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-25

26 Einflussfaktoren für Umfang der Anpassung Voraussetzungen bzw. Kriterien für Anpassung: Strukturelle Ähnlichkeit der Produkte; Produktmix Komplexität der Wertschöpfungsstufen ähnlich - Produktstruktur - Variantenvielfalt - Produktgruppen und Teilefamilien - Kundenentkopplung (decoupling, postponement) Ausreichende Wiederholhäufigkeit der Aufträge Häufigkeit Auftragswechsel Kapitalintensität der Anlagen Dauer, Aufwand für Rüsten Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-26

27 Produktionsplanung und steuerung... MRP, Kanban & FLOW RATE Scheduling Produktionsmenge High Fertigung im Takt (Rate Based Scheduling Kanban Es gibt keine allgemein geeignete Steuerungsmethode MRP (Manufacturing Resource Planning MRP II) oder Make to Order oder losweise Fertigung (Batch Production) Projektmanagement Low Produktvielfalt Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-27

28 Produktionssystem produkt- und verrichtungsorientierte Segmentierung Teilespektrum Produkt-orientierte Segmentierung Produkt-orientierte Segmentierung Teilefamilien, Gruppentechnologie Teilefamilien, Gruppentechnologie Verrichtungs-orientierte Verrichtungs-orientierte Segmentierung Segmentierung Produkt- Verrichtungs- Orientierung In Anl. Wüpping Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-28

29 Häufige Verteilung Teilespektrum Zahlenmäßiger Anteil der Teilepositionen an der Gesamtzahl gefertigter Teile Tatsächlich gefertigte Teilezahl Merke! A 10 % JIT- Fertigung 70 % % % Produkt-orientierte Segmentierung B Verrichtungsorientierte Segmentierung C 20 % 10% Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-29

30 Entwicklung Wertströme von Teilefamilien Schwere Produkte können nicht einfach bewegt werden um Fluss zu erreichen Kategorisierung aller Arbeitsprozesse um Teilefamilien zu bilden mit ähnlichen Flussmerkmalen Bildung von Maschinengruppen um bestimmte Teilefamilien in einem hybriden Fliessprozess, Eliminierung unnötiger Bewegungen und Zeitverlust für Wartezeiten zwischen Prozessen Gestaltung möglichst nahe einem one piece flow B 6262 Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-30

31 Produktionssystem produkt- und verrichtungsorientierte Segmentierung Teilespektrum Anzahl JIT produkt-orientierte Segmentierung Teilefamilien, Gruppentechnologie verrichtungs-orientierte Segmentierung Produkt- Verrichtungsorientierung Varianz MRP Manufacturing Resource Planning (MRP II)Materi Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-31

32 Elemente Lean Produktions-System Boeing Production System Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-32

33 9 Schritte zur Fliessmontage Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-33

34 LEAN SHIPBUILDING GOAL WORLD CLASS SHIPBUILDING 100% CUSTOMER SATISFACTION LOWEST COST, FASTEST DELIVERY & HIGHEST QUALITY JUST IN TIME "THE RIGHT PART, RIGHT TIME, IN THE RIGHT AMOUNT" TAKT TIME (PACEMAKER) EFFICIENT FLOW PULL SYSTEM LEVEL & BALANCED SCHEDULES VALUE CHAIN INTEGRATION INTEGRATED PRODUCT AND PROCESS DEVELOPMENT CUSTOMER FOCUS SUPPLY CHAIN INTEGRATION LEARNING ORGANIZATION DESIGNED AND BUILT BY FLEXIBLE, CAPABLE, HIGHLY MOTIVATED PEOPLE CONTINUOUS IMPROVEMENT STABLE SHIPYARD PROCESSES STANDARD SYSTEMS TOTAL PRODUCTIVE MAINTENANCE ERGONOMICS AND SAFETY ELIMINATION OF WASTE BUILT IN QUALITY ACCURACY CONTROL LABOR-MACHINE BALANCING IN-CONTROL PROCESSES VISUAL CONTROL WORKER SELF-QUALITY CONTROL ERROR PROOFING Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-34

35 Five Principles of Lean Design and Manufacturing: 1. Value What Really Matters to the Customer. This is about making the right product (60 bis 80% der Kosten nach Entwurf festgelegt!) the remaining 4 are about making the product right. 2. Value Stream Ensuring that Every Activity Adds Customer Value. End-to-end collection of activities (design and manufacturing) that creates a result for the customer (external or internal). 3. Flow - Eliminating Discontinuities in the Value Stream. Tasks (design and manufacturing) can almost always be achieved more efficiently and accurately when the product is worked on continuously from raw material to finished good. 4. Pull - Production is Initiated by Demand. Nothing is produced until a customer requests it. Nothing is designed without an end customer in sight. 5. Perfection - Retaining Integrity via Jidoka and Poka-Yoke. Goal is to eliminate all waste (muda) in design and manufacturing. Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-35

36 Bendeich Industrieberatung Toyota KS T 2-36

37 Literatur Taiichi Ohno: Das Toyota-Produktionssystem. Campus ISBN Hitoshi Takeda: Das synchrone Produktionssystem. MI-Verlag ISBN X Jeffrey K. Liker: The Toyota Way. McGraw-Hill ISBN Jeffrey K. Liker: Der Toyota Weg. Finanzbuch Verlag Monden, Y Toyota Production System: An Integrated Approach to Just-In-Time. Norcross: Institute of Industrial Engineers. ISBN X James P. Womack, Daniel T. Jones, Lean Thinking. Campus Verlag ISBN Womack, Jones, Roos, The Machine That Changed the World. Perennial ISBN John Drew, Unternehmen Lean. Campus 2005 ISBN Freddy Ballé, Michael Ballé, The Gold Mine, Lean Enterprise Institue ISBN Literatur zur Bewertung des TPS Felix Gendo, Rolf Konschak Mythos Lean Production. Verlag Betrieb & Wirtschaft ISBN Hall, R. W Driving the Productivity Machine: Production Planning and Control in Japan. Falls Church, VA: American Production and Inventory Control Society, Inc. Hayes, R "Why Japanese Factories Work." Harvard Business Review, July-August, pp Hopp, Wallace J.; Factory Physics: foundations of manufacturing management; 2nd ed. / Wallace J. Hopp, Mark L. Spearman; McGraw-Hill Higher Education; ISBN ( Schonberger, R. J Japanese Manufacturing Techniques: Nine Hidden Lessons in Simplicity. New York: Free Press Suri, R.: Quick response manufacturing. Portland: Productivity Press 1998 Bendeich Industrieberatung Bendeich.Eugen@VDI.de Toyota KS T 2-37