Was bedeutet Lean Construction?

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1 Was bedeutet Lean Construction? Professor Dr.-Ing. Fritz Gehbauer, M.S. Lean Praxis Tag Lean Construction Industry Day Dr. Glenn Ballard University of California, Berkeley

2 Was bedeutet Lean Construction? Inhalt 1.Versuch einer Definition 2. Schwierige Paradigmen 3. Anwendungen Folie 2

3 1. Versuch einer Definition Folie 3

4 Familie - Toyota Production System TPS - Lean Production - Lean Management - Lean Thinking (Womack/Jones) - Lean Construction (Baubetrieb) Wie ist der Verwandtschaftsgrad? Was ist das Gemeinsame/das Unterschiedliche? Folie 4

5 Kann man Lean Construction klar definieren? Handelt es sich um eine Theorie? eine Philosophie? eine Methode? ein Werkzeug? Was ist der Unterschied zu Toyota Production System (TPS) Lean Management/Lean Production Vorfertigung und Industrialisierung? Was ist der Unterschied zu traditionellem Projektmanagement? Folie 5

6 Versuch einer Definition aus der bisherigen Entwicklung Folie 6

7 Definition Hintergrund Folie 7

8 Definition Entwicklung von Lean Construction Wandel der Fertigungstechnik Industrielle Fertigung Adaption auf die Bauindustrie Lean production / TPS Lean Management Lean Construction Lean Thinking Automatisierung Handwerkliche F. Mechanisierung Handwerk Taylorismus 18. Jhd Folie 8

9 Definition Lean Construction Planung des Produktionsprozesses für ein individuelles Produkt, aber ohne unnötige Zwischenlagerungen von Baumaterialien Zusätzliche Puffer von Betriebsmitteln und Zeit sind vorzusehen, um Unwägbarkeiten im Bauprozess auszugleichen Eliminierung aller Aktivitäten, die keinen zusätzlichen Wert schaffen Organisation des Herstellungsprozesses als kontinuierlicher Fluss (Verminderung der Schwankungen) Perfektion des Produktes durch die konsequente Übermittlung korrekter Informationen und Entscheidungen Integration von Planung und Durchführung Permanente Kontrolle und Steuerung Maximierung der Leistung für den Kunden Folie 9

10 Definition Lean Construction Computer Integrated Construction Lean Construction Rationalisierung R3 (Wertschöpfungskette) Rationalisierung R2 (Unternehmen) Rationalisierung R1 (Baustelle) Qualitätsmanagement, Methode 5A Erfüllung der Vorschriften, z.b. Normen Ebenen der Verbesserung der Ausführungsprozesse Folie 10

11 Definition Was ist Lean? Nicht Massenproduktion, nicht Handwerk. Eine dritte Form der Gestaltung von Produktionssystemen. Gib dem Kunden was er verlangt, liefere es schnellst möglich aus, und das ohne Verschwendung. Folie 11

12 Definition Womack s Lean Erkenne den Wert aus Sicht des Kunden Zeichne den Strom der notwendigen Schritte auf, um diesen abzuliefern. Lasse die Arbeit entlang dieses Stromes fließen Benutze das Pull-Verfahren Strebe nach Perfektion Folie 12

13 Definition Womack's Lean Ist das eine Theorie? Sind das Werkzeuge? Koskela nein Wo sind Werkzeuge? TPS Tool Box Auf LC übertragbar? Einige LC Tools LPS LPDS Folie 13

14 Theorie? Koskela Kann Lean Thinking (Womack/Jones) als eine Theorie der Lean Produktion angesehen werden? Nicht wirklich: Eher ein Leitfaden, ein "Polarstern" Speziell im Bauwesen brauchen wir eine allgemeine Theorie der Produktion, um ein solches Fundament zu schaffen für das Planen, Betreiben und Verbessern der Produktionssysteme Es sind viele unterschiedliche Herangehensweisen möglich (kooperative ) Folie 14

15 TPS (Philosophie/Methode) Das Toyota Production System Toyota- Produktions-System Verschwendung eliminieren Prozesse synchronisieren Prozesse standardisieren Fehler vermeiden Anlagen verbessern Mitarbeiter schulen Verbesserung in kleinen Schritten Produktion im Kundentakt Folie 15

16 TPS (Werkzeuge) Elemente des Toyota Production Systems JIT Kanban Kaizen/KVP Pull-Prinzip Poka Yoke Toyota- Produktions- System 5 Why s Wertstromdesign Muda Total Productivity Maintenance 5 S 5 M Folie 16

17 TPS (Methode) Z. B. Muda Die 7 Arten der Verschwendung: Überproduktion Wartezeit Transport Arbeitsprozess Lagerbestände Überflüssige Bewegungen Produktionsfehler Ziel: Verschwendung eliminieren Folie 17

18 Unterschiede zu TPS/Production Management Baubetrieb - eigene Gesetzmäßigkeiten - Umgebungsbedingungen - Verfahrentechniken - Planungstechniken - Einzelfertigung mit hohen Produktwerten - öffentliche Hand - teilweise rigide Vergaberegeln Folie 18

19 Unterschiede zu TPS/Production Management LC Die Gründer der IGLC - inspiriert vom TPS - versuchen seit etwa 15 Jahren Handlungsweisen und Praktiken zu entwickeln, die jene Prinzipien auf das Bauwesen anwendbar machen. Diese Gründer haben auch den Ausdruck Lean Construction geprägt. Folie 19

20 Unterschiede zu TPS/Production Management Der Eagan Report (Rethinking Construction 1998) Lean Production ist die allgemeine Version des sehr erfolgreichen TPS. Lean Thinking beschreibt die die Kernprinzipien, die diesem System zugrunde liegen und die auch auf jede andere Geschäftstätigkeit angewendet werden können: beim Entwerfen, Konstruieren, Planen, Liefern und Ausführen von individuellen Einzelaufträgen. Folie 20

21 Werkzeuge Der Lean Werkzeugkasten (Bau) Unternehmenskultur Kontinuierliche Verbesserung Last Planner & Pull Produktion Visualisierte Arbeitsplätze Losgrößen- Reduzierung Value Stream Mapping Zielkosten- & Wertdenken Just-In-Time Lieferungen Arbeitsstrukturierung Zulieferer- Management Gleichzeitige Gestaltung von Produkt & Prozess Gestaltung bis ins Detail durch Spezialisten Interdisziplinäre Teams Arbeitsfluss 6S (Sort, Straighten, Shine, Systemize, Sustain, Safety) Qualität von Anfang an Folie 21

22 Ist Vorfertigung/Industrialisierung "lean"? Es gibt zwei wesentliche Strategien der Verbesserung im Bauwesen. 1.Vorfertigung und Montage 2. Besseres Handeln in komplexen Prozessen LC kann in beiden angewendet werden! Analogie 1970er Jahre Fertigteile Ort-Schalungsentwicklung Folie 22

23 PM und LC PM Planen und Steuern mit Kosten, Zeit, Qualität Definition: (Clove & Sears 1994) "Die kluge Zuordnung von Ressourcen, um ein Projekt innerhalb des Budgets pünktlich und in der gewünschten Qualität durchzuführen." Fluss? Workflow? Abhängigkeiten? Schwankungen? Folie 23

24 PM und LC Realität - Zielerreichung selten - Obwohl unsicher, werden die Planungen weiter verfeinert - Bei Abweichungen werden die Ressourcen erhöht - Reaktives Verhalten - Vertragsmanagement - Fehlende Vertrauenskultur Folie 24

25 PM und LC Realität in Zahlen nach Ballard - Mehr als 30% der Bau- u. Engineeringpläne werden verspätet übergeben - 25% - 50% der Arbeitsstunden werden für Nacharbeiten aufgewendet - Materialien kommen zu früh, zu spät, oder mit Mängeln - Nur 50% - 70% aller Einzelaktivitäten werden zum geplanten Zeitpunkt fertig Ist Lean die Antwort? Folie 25

26 PM und LC Erste Schritte Das Element T (Transformation) ergänzen durch F (Flow) und V (Value Generation, Kundenblickwinkel). Koskela 1992 Lean Construction Neue Definition: PM (LC) "Die kluge Zuordnung von Ressourcen für die Transformation von Ausgangsmaterialien in Baustrukturen, während gleichzeitig der Fluss von Material und von Informationen geglättet wird und der maximale Kundennutzen angestrebt wird." Folie 26

27 Folgerung Lean Construction Erweiterung des Projektmanagements in der Bauwirtschaft um ein Produktionsmanagement Einige Methoden und Werkzeuge aus LM/LP Einige eigene Methoden und Werkzeuge Weiterentwicklung im Umfeld einer gemeinsamen Betrachtungsweise und eines neuen Verständnisses der Bauprozesse (Entwurf-Planung-Ausführung-FM) Folie 27

28 Lean Construction Definition: Methode / Philosophie zur Steuerung und Planung von Bauabläufen Ansatz: Orientierung am Wertschöpfungsprozess Grundsätze: Wert zu maximieren Arbeitsfluss zu stabilisieren und von Schwankungen befreien Verschwendung in den Prozessen zu minimieren Prozesse zu perfektionieren Folie 28

29 Theorie: Philosophie: Methoden: Werkzeuge: Ansätze vorhanden Ja, neue Denkweisen, Vertrauen Pull, Kooperation, Transparenz VSA, 5 S, LPS Folie 29

30 Die Methoden von Lean Construction Pull-Prinzip Last Planner System Value Stream Mapping Supply Chain Management 7 Arten der Verschwendung (Erkennen, Beseitigen) Lean Project Delivery System LPDS Folie 30

31 Wind sind mitten in einer Entwicklung! Es gibt noch keinen kompletten Satz von Werkzeugen. Es erfordert ein neues Denken, ein neues Sehen, ein neues Fokussieren. Es gibt Leute, die die Dinge entwickeln und realisieren, es gibt Leute, die beobachten, was geschieht und es gibt Leute, die sich wundern, was geschehen ist. Folie 31

32 2.Schwierige Paradigmen Folie 32

33 Schwierige Paradigmen - Schwankungen bringen Leistungsverluste - Verschwendung - Pull, so spät wie möglich (letzter veränderlicher Zeitpunkt) - Abhängigkeiten - Upstream/Downstream - komplexes, dynamisches System, in dem Kooperation, Kommunikation und Lernen die Leitlinien darstellen - Zuverlässigkeit der Zusagen - Losgrößen, Einzelstück-Fluss - Prozessdenken, Wertstrom - Kontinuierlicher Fluss - nicht jede Beschleunigung nützt - Perfektion Folie 33

34 Schwankungen bringen Leistungsverluste Folie 34

35 Schwankungen bringen Leistungsverluste Ladung m 3 /h Leistung Bagger: 500 m 3 /h Leistung Lkw: 5 x 100 m 3 /h Viele solche Übergabestellen auf Baustellen 500 Bagger Lkw bis zu 15% n Lkw n > n opt durch Schwankungen Lean: Statt unnötige Ressourcen: Schwankungen reduzieren! Folie 35

36 Schwankungen bringen Leistungsverluste Theorie: Warteschlangen Variationen/Schwankungen in Prozessen erhöhen die Vorlaufzeiten, die Durchlaufzeiten, somit die unfertigen Arbeiten und Materialmengen. (Gehbauer 1974) Variability messes things up! (Tommelein 2007) Folie 36

37 Verschwendung Bilder aus der Praxis Durch zu hohe Lagerbestände an Bewehrungsstahl werden unnötig Lagerflächen und Kapital gebunden Folie 37

38 Verschwendung Bilder aus der Praxis Gleiche Materialien lagern an verschiedenen Stellen Folie 38

39 Verschwendung Bilder aus der Praxis Visualisierung von Lagerfläche und Wegen mit Farbmarkierungen auf dem Boden Folie 39

40 Verschwendung Koskela Waste No. 8 making - do typical in construction Negative buffering: an activity in started before all its inputs are at hand! Folie 40

41 Verschwendung Waste (Verschwendung) No. 9 and 10 Not speaking Not listening Nicht sprechen Nicht zuhören Howell Folie 41

42 Push/Pull Push systems schedule the release of work, while pull systems authorize the release of work on the basis of the system status (Hopp & Spearman 1996). Womack/Johnes: Pull is categoric. But: it has been shown that parts of production can be better off whith push (Huang and Kusiak) Folie 42

43 Das Pull-Prinzip Folie 43

44 Abhängigkeiten Tommelein Indicated that the reason for the development of specific lean construction principles is that current industry project management tools are unable to describe adequately the construction process at a level on which lean production can be studied. Mostly it is not possible to immediately detect how linked operations affect one another in a construction process. A number of games demonstrate these dependencies and can be used as eyeopeners. Folie 44

45 Upstream/Downstream 7 Arten des Flusses Arbeit Arbeitsraum Personal Gerät Information Materialien Umgebungsbedingungen Folie 45

46 Komplexes, dynamisches System Bauausführung kann nicht in kleine handhabbare Planungspakete unterteilt werden Komplexität! Gesamtfluss beachten Folie 46

47 Managing Complex Systems requires bottom up components also safety is improved Folie 47

48 Baubetrieb:Complex Process Bauherr/Kunde: oft ebenfalls ein temporäres komplexes System, das Anforderungen und Entscheidungen in einem unvorhersehbaren Fluss liefert! Folie 48

49 Komplexes, dynamisches System Ohno: agiert in einem geordneten System: Bau weitestgehend unvorhersehbar Neue LC Folie 49

50 Komplexes, dynamisches System Hines et al 2004 "In particular when applied to sectors outside the high volume repetitive manufacturing environment, lean production has reached its limitation, and a range of other approaches to counter variability, volatility and variety have been suggested." Folie 50

51 Komplexe Systeme Der optimale Zustand des Gesamtsystems ist suboptimal für fast alle seine Teilsysteme. Wenn Teilsysteme (egoistisch) optimiert werden, leidet das Gesamtsystem Verhalten von Vertragspartnern/Gewerken bei Arbeitsaufteilung Verschwendung kann auch nützlich sein (Probieren, Experimentieren im Falle der nicht Vorhersehbarkeit) Folie 51

52 Komplexes, dynamisches System LP LC Adaptive System - ok but limited - supplemented by designing adaptive systems (Bertelsen) LC modified principles right from the beginning Folie 52

53 Zuverlässigkeit der Zusagen LPS Theorie? Nutzt Vorteile von Bottom up und Top down Detailwissen, aktualisiertes Wissen Übersichtswissen Subsidiarität Theorie von Flores (1982) Management - Serie von Kommunikationen, wo Anforderungen gestellt und Zusagen gemacht werden PPC Lernen (vom eigenen, egoistischen Einzelprozess zum Lernen über Flow, für Alle von Vorteil) Folie 53

54 Losgrößen, Einzelstückfertigung Make value flow without interruption: One piece flow as opposed to flow consisting of batches Folie 54

55 Losgrößen, Einzelstückfluss Eye-opener A B C Reihenfolge bei Passkontrolle? (Nächste Bedienstation) Familie (3 Freunde) an Abfertigungsschalter Airport Min/Person Jede Minute kommt einer dran (wird ein Schalter frei) Folie 55

56 Losgrößen, Einzelstückfluss Eye-opener Familie (3 Freunde) an Abfertigungsschalter Airport Reihenfolge bei Passkontrolle? (Nächste Bedienstation) 3 Min/Person Jede Minute kommt einer dran (wird ein Schalter frei) Folie 56

57 Losgrößen, Einzelstückfluss Reihenfolge beim Pass (ein Schalter) ! Folie 57

58 Losgrößen, Einzelstückfluss Türen Hambach Folie 58

59 Prozessdenken Folie 59

60 Prozessdenken, Wertstrom Welcher Arbeitsvorbereiter macht wirklich Flussanlayse? Wenn er dazu angeregt wird, dann ist es egal wie die Anregung heißt. LP/LC/Value Stream Mapping Folie 60

61 Prozessdenken, Wertstrom Universität Karlsruhe (TH) Value Stream Mapping: Stahlbetonarbeiten Ist-Zustand Vergabe 5Tage vor Beginn Produktionsplanung Bauunternehmung täglich Polier Bauunternehmung Vergabe 6Tage vor Beginn Abruf per Telefon. 0,5 bis 1Tag vor Lieferung Produktionsplanung Transportbetonwerk Schrotthändler Werk 4 tägl. Beton: Durchlaufzeit bis Ankunft Baustelle: 8Tage 11,5min Verarbeitungszeit bis Ankunft Baustelle: 5,5min Transportzeit: 6min Abruf per Fax 2Tage vor Lieferung RM ca to WIP ca.10m³ FG - 1 Schicht 4,6km Prozessschritte gesamt: 8 Prozessschritte werts.: 5 Falsch Prod.: <5% 6min tägl. Produktionsplanung Stahlwerk telefon. alle 1 bis 3Mon. Produktionsplanung Eisen- und Stahlhandel tägl. 8Tage(5,5min) 7Prozesse(5) 1Prozess Stahl: 450km Schrotthändler Stahlwerk RM to WIP ca. 300to FG to 5 Schichten 25km Schrotthändler Eisen- und Stahlhandel RM 1.500to WIP 60to FG 60to 1 Schicht 15km Falsche Auslieferung: 1% Durchlaufzeit bis Ankunft Baustelle: 57Tage, 18Stunden und 5min Verarbeitungszeit bis Ankunft Baustelle: 32,8min Transportzeit: 15h 41min Prozessschritte gesamt: 21 Prozessschritte werts.: 10 15h Falsch Produz.: 3% 24min Falsch Produz.: 1% 17min 1Prozess 11Tage(4,6min) 1Prozess 46Tage 144min(28,2min) 1Prozess 14Prozesse (8) 4Prozesse (2)

62 Prozessdenken, Wertstrom Studie in Australien 10% Steigerung der Produktivität in verschiedenen Sektoren Effekt auf GNP? Im Bauwesen die höchsten Effekte!! 3% Wachstum Produktivität der Einzelprozesse steigern? ja und nein Einzelprozesse: genügt nicht Gesamtprozess/Variabilität!! Folie 62

63 Prozessdenken, Wertstrom LP und Value Engineering LP rather vague (Lean Thinking) as discussed by Koskela 2004 Folie 63

64 Kontinuierlicher Fluss Flow Isar Beispiel Folie 64

65 Kontinuierlicher Fluss LC Steady Flow is much more important than productivity of single components first create steady flow, then increase individual productivity Folie 65

66 Nicht jede Beschleunigung nützt s ' 4 4' 5 5' t Folie 66

67 Verschwendung Koskela - Pull on Monday morning? - CIP in a system that will be dismanteld? LPS look ahead Fast, short cycles of measurement and improvement Folie 67

68 Perfektion Standardisierung - Alle Welt denkt in Produkten - Können wir das? - Wollen wir das? Wenige denken in Prozessen (diese sind stark verbesserbar) Iterativ/Statistik/Kooperation/LPS Folie 68

69 3. Anwendung - Last Planner - Software - Honda - New forms of Contracting Folie 69

70 Last Planner Grobplanung 40-50% Zuverlässigkeit Traditionelle Planungstools (z.b. P3, MS Project) - Produktionssteuerung Phasenplanung 50-70% Zuverläsigkeit Wochenplanung 70-90% Zuverlässigkeit Planung Workflow Reliability Tools zur Produktionsplanung und -steuerung Tagesplanung % Zuverlässigkeit + Folie 70

71 Last-Planner-Besprechungen Folie 71

72 Last Planner Klassisches Projekt Management (nach Wheeler) Geringer Lerneffekt Überwachung & Reaktion Starke Zerstückelung Kein Fließen Strategische Planung Zentrale Kontrolle TO-DO Listen Mangel an einer gemeinsamen Sprache Mangel an Produktionswissen Mangel an Teameinigkeit Missachtung von Flexibilität und gegenseitigen Abhängigkeiten Ergebnisprotokolle Rahmen- Terminplan Folie 72

73 Last Planner Lean Production Management (nach Howell, Ballard) Rahmenterminplan Phasenterminplan (kooperative Phasenplanung) Fertigstellungsprozess (6 Wochen Vorschau) Dezentralisierte Planung Explizites Qualitätsverständnis Fester Abnahmetermin Klarer Weg des Arbeitsflusses Arbeit basiert auf Anfrage nicht auf Anweisung Gemeinsame Teamabsprachen Arbeitsplan und Ausführung (Wochenplan) Lernen und Optimierung Folie 73

74 Die Fehleranalyse Folie 74

75 Die Auswertung der Fehleranalye Auswertung der Fehler- Analyse Folie 75

76 Ziel: Erhöhung der Produktionssicherheit Folie 76

77 Anwendungsbeispiele St. Pancras Station, London Terminal 5 Heathrow, London Folie 77

78 The Honda Experience UK Car Plant The one team one goal culture of openness and transparency at Honda s New European Plant, and the company s refusal to accept the status quo, has been rewarded with a building cost of only 701/sqm a 40% improvement on the cost of the original plant at Swindon completed nine years earlier. Bayfield/Roberts Lean Construction Journal 2005 Folie 78

79 Key Role: Client Flexibility of design until late into the construction program CM Team: One team one goal Communication Transparency Culture of no blame Folie 79

80 Design Review, Value Engineering Pre-empting philosophy (look-ahead process) Design Commissioning New: Construct Install Commissioning during Installation Transparency One Team Common Goal hrs hrs for commissioning Folie 80

81 Claims represent ineffiencey All benefit by working efficiently Problem addressing openly and transparently at contractor or other key meetings as soon as they emerged regardless of contractual rights, remedies or blame. Few Claims Many positive contributions All bills settled three months after opening of plant. Folie 81

82 Folie 82

83 Partnering Design Construct Change of Contract Change of how work is done? Answer LC Folie 83

84 Contracting Stodgy project type Dynamic Nonlean Discrete production system contract type Lean The spectrum of contracts correlated with types of production systems and projects Relational Stodgy: simple, certain, slow Dynamic: complex, uncertain, time sensitive Ballard/Howell Lean Construction Journal 2005 Folie 84

85 Example of Relational Contracting Maximizing value and minimizing waste at the project level is difficult when the contractual structure inhibits coordination, stifles cooperation and innovation, and rewards individual contractors for both reserving good ideas, and optimizing their performance at the expense of others. Matthews/Howell Lean Construction Journal 2005 Folie 85

86 Contracting Four major systemic problems with the traditional contractual approach Problem 1: Good ideas are held back Problem 2: Contracting limits cooperation and innovation Problem 3: Inability to coordinate Problem 4: The Pressure for local optimization Matthews/Howell Lean Construction Journal 2005 Folie 86

87 Relational Contracting Mini society Open Book Overall optimization instead of local optimization Alle Kraft wird eingebracht, das Ziel zu erreichen, statt den Schuldigen zu suchen. Matthews/Howell Lean Construction Journal 2005 Folie 87

88 Contracting Alle Ideen kommen auf den Tisch, weil das gemeinsame Ziel gesucht wird. Einsparungen Spirit of sharing LPS is depending on this Matthews/Howell Lean Construction Journal 2005 Folie 88

89 Culture: Trading Ponys for Horses (next time vice versa) Matthews/Howell Lean Construction Journal 2005 Folie 89

90 PPC 2000 Project Partnering Contract Project Partnering Contract - integrates the entire Project Team under a single multiparty contract - covers the entire duration of the procurement process Construction - Consultants - Key Subs Saunders/Mosey Lean Construction Journal 2005 Folie 90

91 Contracting Selection of contracts on a mixed base of financial and qualitative criteria removal of gaps/duplication earlier specialist input cost savings removal of unnecessary contingencies team approach Saunders/Mosey Lean Construction Journal 2005 Folie 91

92 Project Alliancing Behaviour is the most essential partner for technology (BP) Project Alliancing Leave: competitive bidding and traditional risk allocation contracts (mistrust, conflicts) Go to: Teamwork, trust, relationship (share responsibility, risks, and gains) Partner selection based not on cost but on virtue. Sakal, Lean Construction Journal 2005 Folie 92

93 Contracting Model to Support Lean Sutter Health Lichtig, Lean Construction Journal 2005 Folie 93

94 Final Thought Pursuit of the lean ideals is in everyone's interest except those who live on the waste. Schlussgedanke Das Verfolgen von Lean Idealen liegt im Interesse Aller, außer denen, die von der Verschwendung leben. Folie 94