Monetäre Bewertung der Effizienzsteigerung einer Produktion mittels Lean-Methoden im turbulenten Umfeld

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1 Monetäre Bewertung der Effizienzsteigerung einer Produktion mittels Lean-Methoden im turbulenten Umfeld Dipl.-Wi.-Ing. Annabel Jondral MBA Petersberg, wbk Institut für Produktionstechnik KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Gliederung 1 Motivation, Problemstellung und Zielsetzung 2 Vorgehensweise und praktische Anwendung 3 Zusammenfassung und Ausblick wbk Institut für Produktionstechnik

3 Motivation, Problemstellung und Zielsetzung Anzahl Unternehmen Quellen: [Dom-08] Dombrowski, U. et al: Stand und Entwicklungstendenzen von Ganzheitlichen Produktionssystemen in Deutschland, 2008 [Pet-09] Peter, K.: Bewertung und Optimierung der Effektivität von Lean Methoden in der Kleinserienproduktion, 2009 [Lan-11] Lanza, G. et al: Erfolgsfaktoren beim Einsatz von Lean-Methoden, 2011 Zunehmende Verbreitung Ganzheitlicher Produktionssysteme (GPS) zu Beginn des 21. Jahrhunderts Durchschnittliche Einsatzdauer der GPS bis heute: ~ 6 Jahre Jahr wbk Institut für Produktionstechnik

4 Motivation, Problemstellung und Zielsetzung 100,00% 80,00% 83,33% 72,92% 60,00% 54,17% 40,00% 20,00% 0,00% 27,08% 6,25% Quelle: [Lan-11] Lanza, G. et al: Erfolgsfaktoren beim Einsatz von Lean-Methoden, 2011 Vorrangige Ziele des Einsatzes Ganzheitlicher Produktionssysteme: Verkürzung der Durchlaufzeit, Kostensenkung, Qualitätsverbesserung wbk Institut für Produktionstechnik

5 Motivation, Problemstellung und Zielsetzung Flexible Arbeitssysteme Gruppenarbeit Zellenlayout Fabriken in der Fabrik 5S Visuelle Kontrollsysteme Erhöhung der Transparenz Arbeitsplatzverbesserung Erste Welle: Einsparung von Wartezeiten Interne Prozesse Standardisierung SMED Jidoka und TPM Zweite Welle: Einsparung von Prozesszeiten und Kostensätzen Interne Ziehsteuerung Kanban Supermärkte Schnelle Lagerauffüllung Dritte Welle: Einsparung von Wartezeiten Externe Ziehsteuerung JIT Anlieferung JIT Belieferung Vierte Welle: Produktionssynchrone Bereitstellung von Material Quelle: [Riv-06] Rivera, L.: Inter-Enterprise Cost Time Profiling, 2006 Erhöhte Realisierungskosten beim Einsatz von Lean-Methoden der späteren Wellen wbk Institut für Produktionstechnik

6 Motivation, Problemstellung und Zielsetzung Fehl. Bewertungsmöglichkeiten des wirtschaftl. Erfolgs 45,83% Vermisste Hilfestellungen Schwierige Prognose des Zusammenspiels von Lean- Methoden Anwenderfreundliche Planungsunterstützung Keine klare Vorgehensweise für den Einsatz & Weiterentw. Fehl. Betrachtung der Dynamik des Unternehmensumfeldes Sonstige Schulungsmaßnahmen 33,33% 31,25% 25,00% 18,75% 16,67% 10,42% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% Prozent Quelle: [Lan-11] Lanza, G. et al: Erfolgsfaktoren beim Einsatz von Lean-Methoden, 2011 Zunehmende Bedeutung der Forderung nach einer proaktiven Bewertungsmöglichkeit des wirtschaftlichen Erfolgs beim Einsatz von Lean-Methoden-Kombinationen wbk Institut für Produktionstechnik

7 Motivation, Problemstellung und Zielsetzung Verbreitung Ganzheitlicher Produktionssysteme Mit dem Ziel Durchlaufzeiten zu verkürzen, Kosten zu senken und die Qualität ihrer Prozesse und Produkte zu verbessern, haben Konzerne zu Beginn des 21. Jahrhunderts und KMU in den vergangenen Jahren zunehmend Ganzheitliche Produktionssysteme eingeführt. Die durchschnittliche Einsatzdauer der Ganzheitlichen Produktionssysteme beträgt ca. 6 Jahre. Herausforderungen Ganzheitlicher Produktionssysteme Quick wins durch die Anwendung von Lean-Methoden der ersten Welle zur Einsparung von Wartezeiten, wie z.b. flexible Arbeitssysteme oder 5S, wurden realisiert. Der Einsatz von Lean-Methoden der zweiten Welle zur Reduktion von Prozesszeiten und Kostensätzen, darunter z.b. eine Rüstzeitverkürzung oder Verfügbarkeitssteigerung der Maschinen im Produktionsbereich, und der darauffolgenden Wellen ist mit erhöhten Realisierungskosten verbunden. Problemstellung und Zielsetzung Die Forderung nach und Entwicklung einer proaktiven Bewertungsmöglichkeit des wirtschaftlichen Erfolgs beim Einsatz von Lean-Methoden-Kombinationen im turbulenten Umfeld gewinnt an Bedeutung wbk Institut für Produktionstechnik

8 Gliederung 1 Motivation, Problemstellung und Zielsetzung 2 Vorgehensweise und praktische Anwendung 3 Zusammenfassung und Ausblick wbk Institut für Produktionstechnik

9 Vorgehensweise und praktische Anwendung 1 Datenaufnahme & 2 Simulation & 3 Kennzahlenvergleich & Lean Check Optimierung Robustheitsuntersuchung Simulationsdaten Systemlastdaten Organisationsdaten Techn. Daten Lean Check Controllingdaten Kostensätze Overhead Interner Zinsfuß Simulation Kennzahlenvergleich IST vs. SOLL Durchlaufzeit Qualität Produktionskosten Kumulierte Kosten in Sachnummer x Gesamte Kosten A [ ] Robustheitsuntersuchung 62,00 57,00 52,00 47,00 42,00 37,00 32,00 27,00 22,00 17,00 6,60 6,40 6,20 6,00 5,80 5,60 5,40 5,20 5,00 4,80 4,60 4,40 4,20 4,00 3,80 3,60 3,40 3,20 3,00 2,80 2,60 2,40 2,20 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 Stückzahlfaktor A y = 0,6139x 3-4,4978x ,49x + 11,243 Zeit in Tagen Optimierung Ist-Zustand Soll-Zustand Potenzialermittlung beim Lean-Methoden-Einsatz Bewertung einer Effizienzsteigerung mittels Lean-Methoden Absicherung des optimierten Produktionsbereichs im turbulenten Umfeld wbk Institut für Produktionstechnik

10 Datenaufnahme & Lean Check Lean Check Systemlast Organisationsdaten Techn. Daten Controlling Daten Simulationsmodell Optimierungsintervalle Rüstzeit Intern Rüstzeit Extern Qualität Standzeit Verfügbarkeit Losgröße 0,9 0, , ,0004 1,1 1,04 1 Aufnahme von Simulations- und Controllingdaten zum Aufbau des Simulationsmodells Durchführung eines crossfunktionalen Lean Checks zur Definition von Optimierungsintervallen wbk Institut für Produktionstechnik

11 Simulation & Optimierung Simulation Parameteroptimierung Kostenminimierung Kosten K G KL K B Menge unter der Nebenbedingung Lean-Methodeneinsatz innerhalb der Optimierungsintervalle des Lean Check 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Rüstzeit Intern Rüstzeit Extern Qualität Standzeit Verfügbarkeit Losgröße Kopplung der Simulation an eine Parameteroptimierung Suche des SOLL-Zustandes, der bei Einhaltung der Lean-Optimierungsintervalle die variablen Gesamtkosten minimiert wbk Institut für Produktionstechnik

12 Simulation & Optimierung Praktischer Anwendungsfall Optimierungsverlauf: Zielfunktionswerte Kosten IST Simulationslauf Objective Value Best Design (123) Poly. (Objective Value) SOLL Best-Design: Lean-Methoden-Kombination max. Ausprägung Losgroesse 0, Lean-Methode Verfuegbarkeit Standzeit Qualitaet Ruestzeit_Extern Ruestzeit_Intern 0,5907 1,0382 1,0957 1,0004 0, ,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Absoluter Wert Optimum Interval wbk Institut für Produktionstechnik

13 Kennzahlenvergleich & Robustheitsuntersuchung Praktischer Anwendungsfall Ergebnisse der Effizienzsteigerung bei minimalen Produktionssystemkosten Kennzahlen Veränderung IST zu SOLL Durchlaufzeit -32,9% Qualitätsrate +0,30% Durchsatz +18,5% Flexibilität 1-57,8% Maschinenauslastung Arbeitsvorgang 01 Arbeitsvorgang 02 Arbeitsvorgang 03 Arbeitsvorgang 05 Arbeitsvorgang 06 Arbeitsvorgang 04/07 Arbeitsvorgang 09 Arbeitsvorgang 10 Arbeitsvorgang ,1% 02 +6,27% 02 +6,15% ,0% 03 +4,32% 03 +6,37% 05 +1,21% 05 +9,12% 06 +6,14% 06 +9,22% ,44% 09 +7,88% 09 +9,23% 10 +5,41% 10 +5,10% 11 +8,52% 1 Flexibilität: benötigtes Zeitintervall zur aufeinander folgenden Produktion aller betrachteten Sachnummern wbk Institut für Produktionstechnik

14 Kennzahlenvergleich & Robustheitsuntersuchung Praktischer Anwendungsfall Ergebnisse der Effizienzsteigerung bei minimalen Produktionssystemkosten Cost-Time Profiles pro Sachnummer auf Basis des Referenz- und des Optimierungsmodells E 1 A E 2 A E 3 A E 4 A E 5 A E 6 A E 7 A E 8 A E 9 A E 10 A E 11 A Systemgrenze Elemente: Bearbeitungszentren: Arbeitsvorgang 01 Arbeitsvorgang 02 Arbeitsvorgang 03 Arbeitsvorgang 04 Arbeitsvorgang 05 Arbeitsvorgang 06 Arbeitsvorgang 07 Arbeitsvorgang 08 Arbeitsvorgang 09 Arbeitsvorgang 10 Arbeitsvorgang 11 Puffer: E A Eingangspuffer Ausgangspuffer Kosten: M TC Rohmaterial Totale Kosten Kapitalbindung: CTI Cost-Time Invest IRR: Internal Rate of Return; Interner Zinsfuß Kumulierte Kosten in M Cost-Time Profile Zeit in Tagen CTI TC Gesamte Kosten = Totale Kosten + [Cost Time Invest * IRR] Quelle: [Riv-06] wbk Institut für Produktionstechnik

15 Kennzahlenvergleich & Robustheitsuntersuchung Praktischer Anwendungsfall Ergebnisse der Effizienzsteigerung bei minimalen Produktionssystemkosten Produktionskosten SOLL Kumulierte Kosten in Sachnummer x Zeit in Tagen Ist-Zustand Soll-Zustand Totale Kosten: [ /Einheit] Cost Time Invest: [ /Einheit] Gesamte Kosten: [ /Einheit] Totale Kosten: 19,34 [ /Stk.] Cost Time Invest: 182,13 [ /Stk.] Gesamte Kosten: 19,38 [ /Stk.] 1: Kostenstelle 15,6 Tage 2: Kostenstelle 3 Tage 3: Kostenstelle 1,1 Tag Durchlaufzeit 19,7 Tage Durchschnittswerte basierend auf 2869 Einheiten mit je 56 Stück. Relative Verbesserung: Kostensenkung um 9,27% wbk Institut für Produktionstechnik

16 Kennzahlenvergleich & Robustheitsuntersuchung Praktischer Anwendungsfall Ergebnisse der Effizienzsteigerung bei minimalen Produktionssystemkosten (Randwertbetrachtungen) Rüstzeitreduzierung Kumulierte Kosten in Sachnummer x Zeit in Tagen Qualitätssteigerung Sachnummer x Kumulierte Kosten in Zeit in Tagen Verfügbarkeitssteigerung Sachnummer x Kumulierte Kosten in Zeit in Tagen Losgrößenreduzierung Sachnummer x Kumulierte Kosten in Zeit in Tagen wbk Institut für Produktionstechnik

17 Kennzahlenvergleich & Robustheitsuntersuchung Praktischer Anwendungsfall Ergebnisse der Robustheitsuntersuchung im turbulenten Umfeld Ableitung von Schwellwerten am Beispiel einer Stückzahlerhöhung Gesamte Kosten Sachnummer x [ ] 62,00 57,00 52,00 47,00 42,00 37,00 32,00 27,00 22,00 17,00 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 3,60 3,80 4,00 4,20 4,40 Stückzahlfaktor Sachnummer x y = 0,6139x 3-4,4978x ,49x + 11,243 4,60 4,80 5,00 5,20 5,40 5,60 5,80 6,00 6,20 6,40 6,60 Erreichen einer Warngrenze bei einem Stückzahlfaktor von 3,11 Erreichen der Eingriffsgrenze bei einem Stückzahlfaktor von 3, wbk Institut für Produktionstechnik

18 Gliederung 1 Motivation, Problemstellung und Zielsetzung 2 Vorgehensweise und praktische Anwendung 3 Zusammenfassung und Ausblick wbk Institut für Produktionstechnik

19 Zusammenfassung Problemstellung Der fortgeschrittene Einsatz von Lean-Methoden zur Weiterentwicklung Ganzheitlicher Produktionssysteme ist mit erhöhten Realisierungskosten verbunden. Die Forderung nach einer proaktiven Bewertungsmöglichkeit des wirtschaftlichen Erfolgs beim Einsatz von Lean-Methoden im turbulenten Umfeld gewinnt an Bedeutung. Zielsetzung Entwicklung einer Methodik zur monetären Bewertung der Effizienzsteigerung eines Produktionsbereichs mittels Lean-Methoden im turbulenten Umfeld Vorgehensweise Datenaufnahme & Lean Check als Basis der Simulation und zur Potenzialermittlung Simulation & Optimierung zur Identifikation eines effizienteren Betriebspunktes mit minimalen Gesamtkosten Kennzahlenvergleich & Robustheitsuntersuchung zur Bewertung der Effizienzsteigerung und Absicherung im turbulenten Unternehmensumfeld Die Vorgehensweise wurde anhand eines praktischen Anwendungsfalls validiert wbk Institut für Produktionstechnik

20 Ausblick Lean Green Übertragung der proaktiven Bewertungsmethodik des wirtschaftlichen Erfolgs auf den Einsatz von Methoden des Green Manufacturing Ableitung eines integrierten Gesamtkonzepts zur Auslegung einer schlanken und ressourceneffizienten Produktion Modellierung in einer KMUtauglicheren (intuitiven, anwenderfreundlichen, bezahlbaren) Simulationsumgebung wbk Institut für Produktionstechnik

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Wi.-Ing. Annabel Jondral MBA wbk Institut für Produktionstechnik Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Kaiserstraße 12 D Karlsruhe Tel.: +49 (721) Fax: +49 (721) jondral@wbk.uka.de wbk Institut für Produktionstechnik