Produktionsstrategien

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1 Produktionsstrategien Einleitung Meilensteine der Automobilfertigung Fertigungsorganisation Werkstattfertigung Fliessfertigung Fertigungstypen Build to Plan (BTP) Build to Order (BTO) Lean Production Qualitätsmanagement 1-1 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

2 Meilensteine der Automobilfertigung 1890 Daimler-Benz - Fertigung in einer Werkstatt 1914 Ford - Einführung der Massenproduktion 1920 GM - Diversifikation 1970 Toyota - Lean Production 1-2 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

3 Die industrielle Massenproduktion begann mit Henry Ford. Es wurde ein Produkt nach Build-to-Plan produziert. Die Produktkomplexität war noch sehr klein im Vergleich zu heute. Sonderwünsche wurden im Produktionsprozeß nicht berücksichtigt. You can have any colour as long as it s black! 1-3 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

4 Shares of world Motor vehicle production by region, ROW = Rest of world NA = North America, USA & Canada J = Japan E = Western Europe NIC = Newly industrializing countries 1-4 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

5 Share of the American Car Market held by American-Owned Companies 1-5 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

6 Japanese Share of World Motor Vehicle Production 1-6 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

7 Produktionsstrategien Einleitung Meilensteine der Automobilfertigung Fertigungsorganisation Werkstattfertigung Fliessfertigung Fertigungstypen Build to Plan (BTP) Build to Order (BTO) Lean Production Qualitätsmanagement 1-7 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

8 Die Fertigungsarten für Stückgut können in Werkstattfertigung und Fließfertigung eingeteilt werden. Die Fließfertigung wird noch unterschieden in Fließbandfertigung und Fertigung mit entkoppelten Arbeitsstationen. Fließfertigung Fertigungsarten für Stückgut Werkstattfertigung Werkstattfertigung Ein Produktionsauftrag durchläuft die Arbeitsstationen in beliebiger Reihenfolge entsprechend des Arbeitsplanes. Fließband- Fertigung Z.B. Automobilbau Entkoppelte Arbeitsstationen Z.B. Halbleiterfertigung Z.B. Metallbearbeitende Industrie Fließband-Fertigung Das Material wird auf einem Fließband mit konstanter Geschwindigkeit (oder durch Takt gesteuert) von einer Arbeitsstation zur nächsten Arbeitsstation transportiert. Entkoppelte Arbeitsstationen Das Material wartet vor jeder Arbeitsstation auf die Bearbeitung, da auch andere Bearbeitungsschritte an dieser Arbeitsstation durchgeführt werden. 1-8 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

9 Die Fließbandfertigung wurde von Henry Ford eingeführt und ist im Automobilbau stark verbreitet. Automobilwerk Preßwerk Rohbau Oberfläche Montage Fließband mit konstanter Geschwindigkeit Schlußabnahme Arbeitsstationen Kabelbaum Die Arbeitsstationen sind teilweise überlappend. Die Fahrzeuge sind je nach Kundenwunsch individuell verschieden. Daraus ergeben sich schwankende Arbeitsinhalte pro Arbeitsstation. Während der Planung der Fertigungslinie stellt sich die Optimierungsaufgabe der Zuordnung der Arbeitsinhalte zu den Arbeitsstationen unter Einhaltung der Einbaureihenfolge der Komponenten. Im Betrieb soll die Reihenfolge der Fahrzeuge so festgelegt werden, daß eine möglichst gleichmäßige Auslastung der Arbeitsstationen erreicht wird. 1-9 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

10 Die Fließfertigung mit entkoppelten Arbeitsstationen ist durch Puffer zwischen den Arbeitsstationen gekennzeichnet. Produktionsplan Maschinen mal Reinigen Photolack aufbringen Belichten Entwickeln Aufdampfen / Abtragen Photolack entfernen Clean (Reinigungsmasch.) Apply (Lackiermasch.) Stepper (Belichter) Developper (Entwickler) Sputter / Etch Ätzmaschine Die Wafer werden vor jeder Arbeitsstation in einem Puffer gesammelt, bis die Maschine für die Bearbeitung frei ist. Die Arbeitsstationen sind daher voneinander entkoppelt, obwohl alle Wafer den gleichen Weg durch die Linie nehmen. Diese Prozeßschritte werden mehrmals mit leichten Abwandlungen durchlaufen. Die Produktion eines Halbleitersumfaßt Prozeßschritte. Aus Kostengründen kann nicht für jeden Prozeßschritt eine separate Maschine eingesetzt werden. Die Wafer kehren daher oft zu den gleichen Arbeitsstationen zurück (Reentrant Flow). Abhängig von den Prozeßspezifikationen (Druck, Temperatur, Gas...) der Arbeitsschritte können Wafer verschiedener Arbeitsschritte gemeinsam bearbeitet werden Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

11 Die Arbeitsstationen bei einer Fliessfertigung in der Halbleiterindustrie sind durch Puffer entkoppelt. Prinzipdarstellung Startrate Beispiel : Halbleiter-Produktionslinie Nacharbeit #1 Puffer 1 Bearbeitungsschritt 1 in Arbeitsstation 1 Puffer 2 Es werden n Wafer pro Tag gestartet. (Z.B. n = 150 ) Die Wafer werden zu Losen zusammengefaßt. (Z.B. Losgröße = 25) Die Arbeitsstationen bestehen aus Maschinen gleichen Typs. Ausschuß #2 #1 Bearbeitungsschritt 2 in Arbeitsstation 2 Puffer 3 Bearbeitungsschritt 3 in Arbeitsstation 1 Die Maschine hat die Charakteristiken : Kapazität ( Wafer / Zeiteinheit ) Rüstzeiten (engl. Setup) Wartungszeiten (geplante Ausfallzeiten) Störungen (ungeplante Ausfallzeiten) Abarbeitungsstrategie (z.b. Prioritäten) 1-11 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

12 Layout einer Halbleiter-Fabrik 1-12 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

13 Die Werkstattfertigung ist durch individuelle Aufträge gekennzeichnet, die unterschiedliche Arbeitspläne haben und unterschiedliche Wege durch die Fertigung nehmen. Auftrag 1 Auftrag 2 Maschinengruppe 1 Maschinengruppe 3 Maschinengruppe 2 Maschinengruppe 4 In der Fertigungssteuerung (engl. Job Shop Scheduling ) werden die Aufträge so gesteuert, daß eine optimale Maschinenauslastung bei Einhaltung der Liefertreue erreicht wird. Die Maschinenbelegungen wurden Anfang dieses Jahrhunderts mit Plantafeln dargestellt. Dies entspricht den heute üblichen Gantt-Diagrammen. Gantt-Diagramm Maschine 1 Maschine 2 Maschine 3 Maschine 4 Auftrag 1 Auftrag 2 Auftrag 2 Auftrag 1 Auftrag 2 8:00 Arbeitszeit 17: Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

14 Anordnung der Maschinen in einer Fabrik mit Werkstattfertigung Drehen Bohren Auftrag A Auftrag B Stanzen Fräsen 1-14 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

15 Produktionsstrategien Einleitung Meilensteine der Automobilfertigung Fertigungsorganisation Werkstattfertigung Fliessfertigung Fertigungstypen Build to Plan (BTP) Build to Order (BTO) Lean Production Qualitätsmanagement 1-15 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

16 Die Fertigungstypen entwickeln sich von Build-to-Plan über Build-to- Order zu Late Customization. Akzeptable Lieferzeit für Kunden Lang Kurz Bedeutung der Optionen für den Kunden Gering Hoch Ausstattungsorientierter Kunde Build-to-Order Idealer Kunde Build-to-Plan Anspruchsvoller Kunde Late Customization Lieferzeit orientierter Kunde Build-to-Plan & Lager 1-16 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

17 Fertigungstypen Die Fertigungstypen können grob in die vier Kategorien Build-to-Plan, Build-to-Order, Build-to-Plan & Lager und Späte Individualisierung (Late Customization). eingeteilt werden. Die Massenproduktion hat mit dem Build-to-Plan-Konzept begonnen. Der Absatz war gesichert und die Kunden hatten keine hohen Ansprüche an die Individualität der Produkte. Mit zunehmender Konkurrenz gingen die Unternehmen entweder dazu über individuelle Produkte anzubieten oder eine sehr kurze Lieferzeit zu gewährleisten. Die Produktion der individuellen Produkte wird erst geplant, wenn die Bestellung vorliegt (Build-to-Order). Die Lieferzeit ist demnach relativ lang. Konzentriert sich ein Unternehmen auf kurze Lieferzeiten, so ist dies mit einer Lagerhaltung verbunden, die kostenintensiv ist (Build-to-Plan & Lager). Außerdem kann auf Marktveränderungen schlecht reagiert werden. Die Kombination von individueller Produktgestaltung mit kurzer Lieferzeit ist seit längerer Zeit das Ziel von Umstrukturierungen in vielen Unternehmen (Late Customization). Die Kunden haben individuelle Ansprüche und möchten ihr Traumprodukt in kurzer Zeit bekommen. (Ein Nebeneffekt bei langen Lieferzeiten von individuellen Produkten ist oft eine Flut von Änderungswünschen der Kunden, die große Schwierigkeiten in der Logistik der Unternehmen verursachen.) 1-17 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

18 Mass Customization am Beispiel des PC Der PC ist in Module aufgeteilt, die über standardisierte Schnittstellen miteinander kommunizieren. Modularer Aufbau Standardisierung der Schnittstellen Quelle: Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

19 Mass Customization am Beispiel des PC Voraussetzung Der Desktop PC (inklusive der Peripherie) ist ein modular aufgebautes Produkt mit international standardisierten Schnittstellen zwischen den Modulen. Die Produktion der Module ist unabhängig von einer Kunden-Bestellung. Vorteile Die Module sind schnell und einfach kombinierbar zu dem Endprodukt Die Module weisen ein breites Leistungsspektrum auf. Durch Auswahl der Module kann auf individuelle Kundenwünsche eingegangen werden. Die Firma Dell hat ihre Abläufe (Verkauf, Logistik) auf diese Anforderungen ausgerichtet und operiert sehr erfolgreich in dem Marktsegment der Desktop PCs. Siehe auch: Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

20 Produktionsstrategien Einleitung Meilensteine der Automobilfertigung Fertigungsorganisation Werkstattfertigung Fliessfertigung Fertigungstypen Build to Plan (BTP) Build to Order (BTO) Lean Production Qualitätsmanagement 1-20 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

21 Lean Production Schlankes Produktionssystem Ein Produktionssystem welches mittels minimalem Ressourceneinsatz (Effizienz) die Geschäftsziele maximal beeinflusst (Effektivität) und dauerhaft installiert. Lean won't work unless it is used as an overall management system. The Toyota production system is not something that can be used only on the production floors. The belief that it is only a production method is fundamentally wrong. (T. Ohno, Toyota) 1-21 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

22 Kennzeichen von Lean Production Vermeidung von Verschwendung Konzentration auf das Kerngeschäft Just-in-time und kleine Lose Visualisierung der Abläufe Kundenorientierung Enge Zusammenarbeit mit den Lieferanten Komplexitätsreduktion der Organisation und der Prozesse Überschaubare Organisationseinheiten Abbau der Arbeitsteilung, Gruppenarbeit Förderung der Teamfähigkeit Simultaneous Engineering / Concurrent Engineering Umfassende prozessbegleitende Qualitätssicherung 1-22 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

23 Vorteile von Lean Production Durch Lean Production können folgende Vorteile erreicht werden: Reduktion von Verschwendung um 80% Reduktion der Produktionskosten um 50% Verkürzung der Produktionszeit um 50% Reduktion des Arbeitsaufwands um 50% bei gleichzeitiger Steigerung des Durchsatzes Reduzierung der Lagerbestände um 80% bei gleichzeitiger Erhöhung der Lieferbereitschaft Kapazitätssteigerung um 50% Höhere Qualität Höhere Profite Höhere Flexibilität für veränderte Anforderungen Stärkerer strategischer Fokus Besserer cash flow durch häufigeren Versand Die Vermeidung von Verschwendung ist nie abgeschlossen. Es können immer weitere Verbesserungen erreicht werden. IBM regularly compares part counts, bills of materials, standard versus custom part usage, and estimated processing costs by tearing down competitor products as soon as the latter are available. "Through such tear-downs during the heyday of the dot matrix printer, IBM learned that the printer made by the Epson, its initial supplier, was exceedingly complicated with more than 150 parts. IBM launched a team with a simplification goal and knocked the part count down to 62, cutting assembly from thirty minutes to only three." 1-23 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

24 Die Markteinführung wird früher erreicht durch Verkürzung der Entwicklungszeit und Hochlaufdauer (Ramp Up) Impact Before Product Development After Manufacturing Development Job No. 1 Prod. Ramp- Up Time Quality Fewer design related production and rework problems Minimization of design levels and related quality problems Cost Minimization of idle production capacity Optimized investment performance and faster payback Timing / Delivery Quicker time to stable full volume production Higher reliability in meeting product delivery requirements Mfg. development Product Development Prod. Ramp-Up Job No.1 Time 1-24 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

25 The amount of brands and the number of model derivates continuous increases to satisfy the individual customer needs. Market Needs Impact on development processes Organizational and process Change: Higher work load Need for process optimization Need of more engineering power Better project controlling Outsourcing of complete derivates Need for process integration Early digital validation Multi project management 1-25 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

26 Assembly Plant Productivity (Volume Producers) 1-26 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

27 Produktionsstrategien Einleitung Meilensteine der Automobilfertigung Fertigungsorganisation Werkstattfertigung Fliessfertigung Fertigungstypen Build to Plan (BTP) Build to Order (BTO) Lean Production Qualitätsmanagement 1-27 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

28 Qualitätsmanagement Insbesondere bei technisch anspruchsvollen Produkten erweist sich die Qualität als entscheidender Wettbewerbsvorteil. Höhere Kundenzufriedenheit sichert langfristigen Erfolg Höherer Preis ist am Markt durchsetzbar 1-28 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

29 Qualitätsmanagement - Kosten Fehlerverhütungskosten Kosten für vorbeugende Maßnahmen zur Verhütung von Produktionsfehlern. Z.B. Schulung, vorbeugende Wartung Prüfkosten Die zugesicherten Eigenschaften des Produkts werden geprüft. Folgekosten Kosten die entstehen durch die Folge eines auftretenden Fehlers während des Produktionsprozesses oder während der Lebensdauer des Produkts entstehen. Z.B. Ausschuss, Nacharbeit, Garantie, Rückrufaktion, Regressansprüche 1-29 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

30 Statistische Qualitätskontrolle Was soll kontrolliert werden? Welche Eigenschaften des Produkts sollen kontrolliert werden? Wer soll kontrolliert werden? Welche Produkte sollen kontrolliert werden? Wann soll kontrolliert werden? In welchem Produktionsschritt soll kontrolliert werden? Wie viel soll kontrolliert werden? Wie viel Teile aus dem Produktionsvolumen sollen kontrolliert werden? Wie soll kontrolliert werden? Wie soll die Kontrolle erfolgen? 1-30 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

31 Statistische Qualitätskontrolle Kontrollkarte Die Kontrolle einer Eigenschaft wird in ein Diagramm eingetragen. Vergleich mit Mittelwert, oberer und unterer Schranke. Zulässiger Bereich Obere Schranke Mittelwert Untere Schranke Stichprobe Messung Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

32 Six Sigma ist ein Verfahren zur Qualitätskontrolle und Qualitätssteigerung Normalverteilung µ ± 4. 5σ µ = 1 σ = 0,1 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 µ Mittelwert σ OS US Standardabweichung = µ σ = µ 4. 5σ Obere Schranke Untere Schranke 3,4 Defekte pro Million Operationen Six Sigma wurde von Motorola in den 80er Jahren als Total Quality Management-Ansatz entwickelt. Es ist vergleichbar mit "Malcolm Baldrige Quality Award of the U.S." oder der "European Quality Award". Allerdings stellt Six Sigma mehr Anforderungen an ein Unternehmen und seine Organisation als die vorgenannten Systeme. Der Unterschied liegt darin, dass "Malcolm Baldrige Quality Award of the U.S." und "European Quality Award" einen Rahmen vorgeben, aber nicht beschreiben wie ein Total Quality Management-System im Detail entwickelt und eingeführt werden kann. Das Ziel von Six Sigma ist ein Umdenken innerhalb des gesamten Unternehmens. Der Kern des Six Sigma-Ansatzes ist die ständige Verbesserung des Total Quality Management und die substanzielle Verbesserung von Geschäftsergebnissen. Es ist eine Messgröße für ein Qualitätsmanagement, das Perfektion anstrebt.das Six Sigma-Prinzip strebt Strategien an, die auf quantitativem Messen basieren und versuchen Prozesse zu optimieren, Abweichungen bzw. Streuungen einzuschränken und Fehler oder Qualitätsprobleme aller Art zu eliminieren. Dazu werden etablierte Techniken der Qualitätssicherung mit einfachen und höheren Methoden der Datenanalyse und systematischem Training der Mitarbeiter aller Ebenen einer Organisation kombiniert. Zur Umsetzung von Six Sigma wird im Unternehmen eine Struktur und ein Team mit definierten Rollen und Verantwortlichkeiten benötigt Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

33 6 Sigma entspricht einer 99,9997 prozentigen Qualität Quelle: Service Management Seminar 1-33 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

34 Six Sigma ist ein Verfahren zur Qualitätskontrolle und Qualitätssteigerung Number of Noncompliances Process variation Projects Audited in First Quarter UCL _ X Process performance Actual Expected 95% limits C 8B 8B 8C 8D 8F Process knowledge Can t isolate Side effects of register usage Pass 1 architecture Lack of processor knowledge Poor documentation Can t keep track Incorrect processor register usage Control Predict Improve UCL 1 LCL 1 Register allocation defect UCL 2 LCL 2 CMMI Level 4 1) Project s process capabilities based on process performance baselines 2) Control process variation (removing assignable causes ) 3) Predict results using process performance models 4) Manage to achieve goals CMMI Level 5 1) Improvement goals based on future business needs 2) Eliminate problem and defect causes ( common causes ) 3) Select, predict, and measure improvements to change the process performance baselines - Shift the mean; tighten the variance 4) Manage change CMMI - Capability Maturity Model Integration is a process improvement approach that provides organizations with the essential elements of effective processes. Quelle: Jeff Facemire & Hortensia Silva 1-34 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

35 Zielsetzung von Six Sigma Kundenanforderungen und Kundenbedürfnisse stehen im Mittelpunkt Eliminierung von Fehlern (Defects) und Reduzierung der Variationen Anwendung von ausgewiesenen statistischen und analytischen Werkzeugen und Techniken in ein integriertes System Rückschlüsse basieren auf erhobenen Daten und Fakten sowie deren wissenschaftlichen Auswertung Maßnahmen werden selektiv aufgrund der ausgewerteten Fehlerquellen ergriffen 1-35 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

36 Vorgehensweise Define Measure Analyze Improve Control Define: Eindeutige Zielsetzung wird definiert. Measure: Der Prozess wird bezüglich seiner Leistungsgrössen untersucht. Analyze: Die Ursachen der Prozessabweichungen werden identifiziert. Improve: Massnahmen zur Prozessverbesserung werden erarbeitet. Control: Die umgesetzten Massnahmen werden nachhaltig überwacht und der Prozess wird kontinuierlich verbessert Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

37 Assembly Plant Quality (Volume Producers) 1-37 Vorlesung Industrial Engineering: Einführung in das Produktionsmanagement Dr. Ottmar Gihr

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