Logistische Stabilität in der automobilen Variantenfließfertigung

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1 Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München Logistische Stabilität in der automobilen Variantenfließfertigung Sebastian Meißner Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.-Ing. B. Heißing Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. W. A. Günthner 2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. G. Reinhart Die Dissertation wurde am bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am angenommen.

2 Herausgegeben von: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Technische Universität München Zugleich: Dissertation, TU München, 2009 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben auch bei nur auszugsweiser Verwendung vorbehalten. Layout und Satz: Sebastian Meißner Copyright Sebastian Meißner 2009 ISBN: Printed in Germany 2009

3 Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als Akademischer Rat am Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) der Technischen Universität München. Mein besonderer Dank geht an meinen Doktorvater, Herrn Professor Dr.-Ing. Willibald A. Günthner, der mir immer das richtige Maß an Freiheit und Unterstützung zur Durchführung meiner Forschungstätigkeiten gewährte. Herrn Professor Dr.-Ing. Gunther Reinhart danke ich für die Übernahme des Korreferats und Herrn Professor Dr.-Ing. Bernd Heißing für den Vorsitz der Prüfungskommission. Bei meinen Kolleginnen und Kollegen am Lehrstuhl fml möchte ich mich für die außerordentlich konstruktive und freundschaftliche Zusammenarbeit in den gemeinsamen Jahren am Institut herzlich bedanken. Dabei gilt mein großer Dank Herrn Jürgen Grinninger, der mir bei unseren Forschungsaktivitäten immer mit Rat und Tat zur Seite stand. An dieser Stelle sei auch allen Semestranten und Diplomanden für die wichtige Unterstützung gedankt, allen voran Herrn Florian Kammermeier. Weiterhin möchte ich den Industriepartnern dieser Forschungsarbeit für ihre Unterstützung danken, insbesondere Herrn Dr. Ernst-Hermann Krog und Herrn Peter Will von der Audi AG. Herrn Nikolaus Bauer von der BMW Group danke ich für die interessanten Diskussionen und bereichernden Anregungen zum Thema Logistik in der Automobilindustrie. Meiner Familie danke ich von ganzen Herzen für die bedingungslose Unterstützung und Förderung auf meinem Lebensweg. München im März 2009, Sebastian Meißner

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5 Kurzdarstellung Die Wettbewerbsfähigkeit von Automobilherstellern hängt in entscheidendem Maße davon ab, inwieweit die Erfolgsfaktoren Kundenorientierung und effiziente Wertschöpfung gemeinsam realisiert werden können. Die heute vorherrschende Instabilität der komplexen Material- und Informationsflüsse in den Fahrzeugwerken führt zu negativen Auswirkungen auf die zentrale Zielgröße Termintreue gegenüber dem Kunden sowie zu großen Sicherheitsbeständen und kostenintensiven Produktions- und Logistiksystemen. Ziel von Auftragsreihenfolge-Konzepten ist die Stabilität und Synchronität der Wertschöpfungs- und Logistikprozesse, so dass die Montagesequenz vor Produktionsstart verbindlich festgelegt und entsprechendes Rationalisierungspotential bei Versorgung und Produktion ausgeschöpft werden kann. Vielfältige Störfaktoren verursachen allerdings große Verwirbelungen in der Fahrzeugreihenfolge, die zumeist nur unzureichend durch investitionsintensive und nicht wertschöpfende Reihenfolgenabsicherung ausgeglichen werden können. Als Ergebnis der wissenschaftlichen Diskussion einer methodengestützten Umsetzungskonzeption im Rahmen dieser Arbeit werden Ansätze und Verfahren zur Unterstützung der Stabilisierung von Auftragsfolgen innerhalb der automobilen Produktionslogistik bereitgestellt, um dem Ziel eines kontinuierlichen und wertschöpfungsorientierten Materialflusses näherzukommen. Dazu werden neuartige Methoden für die zielgerichtete Analyse und Gestaltung der Produktionsflüsse im Automobilwerk dargelegt sowie in praktischen Einzelbeispielen angewandt und validiert. Das Bild der stetig fließenden Auftragsfolge gilt dabei als Leitbild der erarbeiteten Gestaltungsansätze. Hauptbeitrag mit wissenschaftlichem Neuigkeitsgrad als Grundlage für die praktische Annäherung an das Ideal ist die Entwicklung eines Wirksystems zur Stabilisierung der Auftragsfolge, von geeigneten Analysewerkzeugen und Kennzahlensystemen sowie von Methoden und Auslegungsverfahren zur Planungsunterstützung. Insbesondere wird ein methodisch-konzeptionelles Produktionssystem zur Unterstützung der Produktionslogistik bei der systematischen Umsetzung der stabilen Auftragsfolge aufgezeigt. Zudem eröffnen neu entwickelte Analyse- und Bewertungsmethoden Transparenz sowohl bezüglich der Schwachstellen als auch der Stabilitätspotentiale im Produktionsfluss. Die ganzheitliche Umsetzung der aufgezeigten Konzeption ermöglicht grundsätzlich eine Realisierung von signifikanten Verbesserungen in automobilen Wertschöpfungs- und Logistikprozessen.

6 Abstract The competitiveness of automobile manufacturers is highly dependent on the critical success factors customer focus and efficient value adding. An analysis of the customer-order process in the automotive industry shows that there are still difficulties in stabilising the complex automotive production and logistics processes. This is, on the one hand, resulting in considerably fluctuating order lead time within the manufacturers production processes and has a negative influence on the important goal of on-time-delivery to the customer. On the other hand, the effect of the resulting planning uncertainty within the multi-level value-added process is great safety stocks and the demand for highly expensive logistics and production systems. The concept of stable order sequences enables the stabilisation of the automotive production process by realising a fixed order sequence and its early, binding call-off. Today, sequence-instabilities are caused by a vast number of uncertainty factors that are mainly coped with by investments in sizable non-valueadding resorting buffers or lead to higher cost in supply processes. The doctoral thesis at hand analyses the obstacles to a production control by fixed order-sequence and provides a new methodical framework for the stabilisation of the production flow. Central challenge is the development of a tool set for analysing the stability of the automobile production processes to achieve the necessary transparency of the negatively influencing factors. Moreover, concepts and methods are developed, which allow a stabilisation of the logistics processes. The overall goal of the approach is to reach a continuous flow of the order sequence. The methodology is applied and validated in practical examples. In conclusion, the research thesis has the following objectives: Comprehensive analysis and validation of the influencing factors on stability of the automotive order-sequence Design of an analysing tool set and a performance measurement system for achieving transparency on stability Development of concepts and methods supporting logistics planning By means of the newly developed strategies and methods, the automotive industry can realise improvements in productivity by rationalisation of both, internal workflows and processes in the supply-network.

7 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... XI Tabellenverzeichnis... XV Abkürzungsverzeichnis... XVI 1 Einleitung und Problemstellung Logistische Ineffizienz durch instabile Produktionsflüsse Produktion nach stabiler Auftragsfolge zur Erzielung von Rationalisierungspotentialen Problemstellung: Stabilisierung der Produktionslogistik Abgrenzung und Zielstellung der Arbeit Zum Stand der Forschung und Technik Stand der praktischen Umsetzung Wissenschaftliche Arbeiten Zielsetzung Vorgehensweise Logistische Prozessstabilität in der Automobilproduktion Automobilproduktion Variantenfließfertigung Auftragsbezogene Produktion und Postponement-Strategie Produktions- und Reihenfolgeplanung Umsetzungskonzepte der stabilen Auftragsfolge in der Produktionssteuerung Grundlagen der Stabilität im Produktionsfluss Toyota-Produktionssystem und Lean Production Vermeidung von Verschwendung und just-in-time Synchrone, kontinuierliche Fließfertigung FIFO- und FISFO-Reihenfolgebildung Zielsystem logistischer Prozessstabilität Ziele der Produktionslogistik Logistische Prozessziele im Produktionsfluss der Variantenfließfertigung Stabilität in der Produktionslogistik durch hohe Flussqualität Fazit: Stabilitätspotential in der Produktionslogistik durch die stabile Auftragsfolge VII

8 Inhaltsverzeichnis 4 Problemfeld der stabilen Auftragsfolge Produktion als systemtheoretisches Modell Wirkmodell der stabilen Auftragsfolge Einflussfaktoren auf die Auftragsfolge Prozesssteuerung Materialversorgung Prozessqualität Produktplanung Infrastrukturgestaltung Fazit: Stabilisierung der Auftragsfolge im Regelkreis Messung und Bewertung von Stabilität im Produktionsfluss Bewertungssystematik logistischer Flussqualität Termine und Durchlaufzeit Position und Reihenfolgenabweichung Kennzahlensystem zur Bewertung der logistischen Flussqualität Kennzahlen zur Planung und Steuerung der stabilen Auftragsfolge Praktische Bestimmung der Bewertungsgrundlage Bewertung der Stärke von Verwirbelungen Bewertung der Quantität von Reihenfolgenverletzungen Reihenfolgeneinhaltung und FIFO-Treue Kennzahlensystem der stabilen Auftragsfolge Fazit: Bewertung von Reihenfolgenstabilität und Prozessqualität im Produktionsfluss Reihenfolgenorientierte Produktionsflussanalyse Prozessmodellierung Wertstromanalyse Reihenfolgeneinflussanalyse Symbolik Datenerhebung Vorgehen Reihenfolgenstabilitätsanalyse Fazit: Transparenz bezüglich der Einflussfaktoren auf die stabile Auftragsfolge VIII

9 Inhaltsverzeichnis 7 Reihenfolgenstabilisierung in der Produktionslogistik Produktionssystem der stabilen Auftragsfolge Strategien Prinzipien Methoden der Reihenfolgenbeherrschung FIFO-Steuerung Einlinige Fertigung Synchrone Parallelprozesse Eliminierung von Reihenfolgerestriktionen Qualitätsprüfungen im Produktionsfluss Direkte Qualitätswiederherstellung Produktionsstopp bei Verwirbelung Produktionsflusssynchrone Materialbereitstellung Reihenfolge-Monitoring und -visualisierung Methoden der Reihenfolgenabsicherung FISFO-Steuerung Physische Resortierung durch Puffer Virtuelle Resortierung durch flexible Auftragszuordnung Variantenmanagement Frühe Auftragsfreigabe Ersatzkarosserien Notfallkonzepte Fazit: Planung und Umsetzung des Produktionssystems der stabilen Auftragsfolge Auslegungsverfahren der physischen und virtuellen Resortierung zur Reihenfolgenabsicherung Auslegung und Steuerung von Resortierpuffern Dimensionierung von Resortierpuffern mit wahlfreiem Zugriff Reihenfolgensteuerung von Bahnenpuffern Umsetzungsverfahren der flexiblen Auftragszuordnung Fahrzeugzentrierte Zuordnung Auftragszentrierte Zuordnung Leistungsvergleich der Umsetzungsvarianten Präventiver Auftragstausch und Kombination mit weiteren Absicherungsmethoden IX

10 Inhaltsverzeichnis 8.3 Fazit: Absicherung der stabilen Auftragsfolge gegen mangelnde Prozessfähigkeit Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis X

11 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Steuerung nach stabiler Auftragsfolge und früher, verbindlicher Abruf beim Lieferanten [Grinninger 2006]... 6 Abbildung 2-1: Vorgehensweise der Arbeit Abbildung 3-1: Auftragsabwicklungsprozess in der Automobilindustrie Abbildung 3-2: Organisationstypen der Produktion (in Anlehnung an [Günther 2007]) Abbildung 3-3: Auftragsabwicklungsprozess und Kundenentkopplungspunkt Abbildung 3-4: Umsetzungsmöglichkeiten der Postponement-Strategie in der Automobilproduktion Abbildung 3-5: Planungssystematik der Variantenfließfertigung [Boysen 2005] Abbildung 3-6: Umsetzung eines Auftragsreihenfolge-Konzepts nach dem Perlenkettenprinzip Abbildung 3-7: Umsetzung eines Auftragsreihenfolge-Konzepts nach dem Prinzip der flexiblen Auftragzuordnung Abbildung 3-8: Auftragsreihenfolgenstabilität am Beispiel der 3er-Reihe von BMW [Bauer 2008] Abbildung 3-9: Stabilisierte Variable im Zeitverlauf nach einer Störung Abbildung 3-10: Toyotas Produktionssystem [o. V. 2003] Abbildung 3-11: Durchlaufzeitverteilung und Prozessziele (schematisch) Abbildung 3-12: Prozesssynchronisation (in Anlehnung an [Bauer 2008]) Abbildung 3-13: Perlenkettensteuerung im Wertstromdiagramm Abbildung 3-14: Aufgliederung von Liefertreue und Lieferzeit im Auftragsabwicklungsprozess (in Anlehnung an [Herold 2004]) Abbildung 3-15: Ziele und Dilemma der Produktionssteuerung [Nyhuis 2008a] Abbildung 3-16: Wirkzusammenhang der Produktionssteuerung (in Anlehnung an [Lödding 2005]) Abbildung 3-17: Kunden-Lieferanten-Prinzip in der Prozesskette Abbildung 3-18: Logistische Flussziele der Variantenfließfertigung XI

12 Abbildungsverzeichnis Abbildung 3-19: Einordnung der logistischen Prozessziele in das PPS-System Abbildung 3-20: Gesamtanlageneffektivität und Beispielverlustzeiten in Prozent der geplanten Maschinenproduktionszeit Abbildung 3-21: Zielsystem der Stabilität in der Produktionslogistik der Variantenfließfertigung Abbildung 3-22: Stabilitätspotential in der Produktionslogistik Abbildung 4-1: Darstellung eines Systems mit drei Subsystemen [Ehrlenspiel 1995] Abbildung 4-2: Detaillierter Wirkungskreislauf des Regelungssystems mit stabilisierender Rückkopplung (in Anlehnung an DIN [o. V. 1994]) Abbildung 4-3: System der Automobilproduktion im Regelkreis Abbildung 4-4: Subsystem Prozessgestaltung (in Anlehnung an [Zülch 1990]) Abbildung 4-5: Subsystem Prozessregelung (in Anlehnung an [Simon 1995]) Abbildung 4-6: Wirkmodell der stabilen Auftragsfolge als Regelkreis Abbildung 4-7: Störgrößen auf die stabile Auftragsfolge Abbildung 4-8: Ursachen einer instabilen Auftragsfolge (in Anlehnung an [Günthner 2007d]) Abbildung 4-9: Einfluss der Farbblockgröße auf die Nacharbeit im Lackierprozess [Herold 2004] Abbildung 4-10: Ablauf der Stabilisierung von Auftragsfolgen Abbildung 5-1: Teilsystem Bewertung Abbildung 5-2: Durchlaufzeitverteilung und zugehörige Kennzahlen (schematisch) Abbildung 5-3: Soll- und Ist-Positionen in Ist-Reihenfolge des Produktionsflusses Abbildung 5-4: Soll- und Ist-Positionen in Soll-Auftragsfolge Abbildung 5-5: Bestimmung der Reihenfolgenabweichung Abbildung 5-6: Relative und absolute Bestimmung der Reihenfolgenabweichung XII

13 Abbildungsverzeichnis Abbildung 5-7: Verspätungen und Häufigkeitsverteilung der Reihenfolgenabweichung Abbildung 5-8: Beispielhafte Häufigkeitsverteilung der RFA im Vergleich Abbildung 5-9: Auswirkung von starken Verspätungen und Verfrühungen auf die RFA-Häufigkeitsverteilung (schematisch) Abbildung 5-10: Entstehung der Durchlaufzeitabweichung Abbildung 5-11: Beispielhafte Bewertung logistischer Flussqualität Abbildung 5-12: Beispiel zur Berechnung der Reihenfolgenabweichung Abbildung 5-13: Algorithmus zur Bestimmung der Reihenfolgenrückstände Abbildung 5-14: Algorithmus zur Bestimmung der Verletzungen durch Verspätung mit Hilfe der Reihenfolgenabweichung Abbildung 5-15: Bestimmung der FISFO- und FIFO-Treue Abbildung 5-16: Systematik der Bestimmung der Reihenfolgenstabilität von Produktionsprozessen Abbildung 6-1: Teilsystem Analyse Abbildung 6-2: Ablauf der Reihenfolgeneinflussanalyse Abbildung 6-3: Wichtige Symbole der Wertstromanalyse [Bauer 2008] Abbildung 6-4: Beispielhafter Ist-Wertstrom eines Produkts Abbildung 6-5: Erweiterung der Wertstromsymbole um fördertechnische Elemente Abbildung 6-6: Beispiel für unterschiedliche Pufferkonfigurationen Abbildung 6-7: Erweiterung der Wertstromsymbole um Hinweise Abbildung 6-8: Beispielhafte Prozessaufnahme nach der Reihenfolgeneinflussanalyse Abbildung 6-9: Bewertung von zeit- und mengeninduzierten Einflussfaktoren auf die Auftragsfolge (schematisch) Abbildung 6-10: Klassifizierung von Einflussfaktoren auf die Auftragsfolge Abbildung 7-1: Teilsystem Gestaltung Abbildung 7-2: Aufgaben und Objekte von Produktionssystemen (in Anlehnung an [Bauer 2008]) Abbildung 7-3: Integration der Strategien zur Reihenfolgenstabilisierung Abbildung 7-4: Selbst- und Folgenkontrolle XIII

14 Abbildungsverzeichnis Abbildung 7-5: Münchner-Methoden-Modell (in Anlehnung an [Lindemann 2007]) Abbildung 7-6: Beispiel der FIFO-Steuerung bei der Boxenfertigung Abbildung 7-7: Beispiel synchroner Parallelprozesse Abbildung 7-8: Möglichkeiten der produktionsflusssynchronen Materialbereitstellung Abbildung 7-9: Beispiel der FISFO-Steuerung Abbildung 7-10: Ablauf der ABC-Analyse zur Karosserievarianz (in Anlehnung an [Günthner 2007a]) Abbildung 8-1: Dimensionierung von wahlfreien Puffern Abbildung 8-2: Alternativen der Resortierung von zu weit verspäteten Fahrzeugen am Beispiel Abbildung 8-3: Algorithmusalternativen zur Bestimmung der Resortierpuffergröße Abbildung 8-4: Beispiel eines Bahnenpuffers ohne und mit Kurzfahren über eine Außenverkettung Abbildung 8-5: Eingangssteuerung von Bahnenpuffern nach Reihenfolge Abbildung 8-6: Resortierwirkung von Bahnenpuffersteuerungen im Vergleich der RFA-Häufigkeitsverteilungen Abbildung 8-7: Variation des Bahnenpufferfüllstands und Resortierwirkung 173 Abbildung 8-8: Variation der Bahnenpufferkonfiguration bei der Steuerung nach Reihenfolge (RF) Abbildung 8-9: Algorithmus der fahrzeugzentrierten Zuordnung Abbildung 8-10: Beispielhafte Prinzipdarstellung der fahrzeugzentrierten Zuordnung Abbildung 8-11: Algorithmus der auftragszentrierten Zuordnung Abbildung 8-12: Beispielhafte Prinzipdarstellung der auftragszentrierten Zuordnung Abbildung 8-13: Analyse der Variantenverteilung Abbildung 8-14: Wirkung der Reihenfolgenabsicherung durch flexible Auftragszuordnung am Beispiel Abbildung 8-15: Einfluss der Karosserievarianz auf das Resortierergebnis Abbildung 8-16: Auftragstausch mit Vergabe einer virtuellen Ist-Position XIV

15 Tabellenverzeichnis Tabelle 1-1: Komplexität und Unsicherheit im Logistiknetzwerk... 3 Tabelle 5-1: Auftragsfolgematrix Tabelle 5-2: Kennzahlen zum Messen und Bewerten von Reihenfolgenstabilität im Überblick Tabelle 5-3: Kennzahlensystem der stabilen Auftragsfolge Tabelle 7-1: Produktionssystem der stabilen Auftragsfolge Tabelle 7-2: Tabelle 8-1: Zuordnung der Methoden der Reihenfolgenstabilisierung zu den Einflussfaktoren Beispielhafter Ergebnisvergleich der Verfahren zur Auslegung der Resortierkapazität eines Puffers Tabelle 8-2: Gestaltungsvariablen von Bahnenpuffern Tabelle 8-3: Beispielhafter Ergebnisvergleich der Reihenfolgensteuerung von Bahnenpuffer Tabelle 8-4: Vergleich der Auftragszuordnungsverfahren Tabelle 8-5: Beispielhafter Ergebnisvergleich der virtuellen Resortierung XV

16 Abkürzungsverzeichnis AM Ausbringungsmenge AZ auftragszentrierte Zuordnung BZ Betriebszeit CKD completely knocked down (Versand von Fahrzeugbausätzen) DLZ Durchlaufzeit FG Flussgrad FIFO first in first out (Prioritätsregel) FISFO first in system first out (Prioritätsregel) FQ Flussquote FZ fahrzeugzentrierte Zuordnung GAE Gesamtanlageneffektivität Gl. Gleichung ID Identifikationsnummer IT Informationstechnologie JIS just-in-sequence (sequenzgenau) JIT just-in-time (zeitpunktgenau) KVP kontinuierlicher Verbesserungsprozess KT Kundentakt KTE Kundentakteinhaltung LIFO last in first out (Prioritätsregel) max Maximum min Minimum MTTR mean time to repair (durchschnittliche Instandsetzungsdauer) NA Nacharbeit OEE overall equipment effectiveness (siehe GAE) OEM original equipment manufacturer (Originalteilehersteller) o. V. ohne Verfasserangabe P Position PPS Produktionsplanung und -steuerung PT Produktionstermin QP Qualitätsprüfung R Rückstand RF Reihenfolge RFA Reihenfolgenabweichung RFE Reihenfolgeneinhaltung XVI

17 Abkürzungsverzeichnis RFID RFT RR RRQ RZ spw T TA TE TPS TT V Var WIP ZZ Radiofrequenzidentifikation Reihenfolgentreue Reihenfolgenrückstand Reihenfolgenrückstandsquote Rüstzeit Spannweite Taktzeit Terminabweichung Termineinhaltung Toyota Produktionssystem Termintreue Verspätung Varianz work in progress (Umlaufbestand) Zykluszeit XVII

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19 1 Einleitung und Problemstellung Die deutsche Automobilindustrie befindet sich in den globalen Märkten unter starkem Wettbewerbsdruck. Eine Fokussierung auf bestimmte Marktsegmente innerhalb der Kernkompetenzen bei gleichzeitiger Diversifizierung des Angebots zur gezielten Erfüllung der unterschiedlichen Kundenwünsche erscheint für die Hersteller die erfolgversprechendste Strategie. Wachsende und zunehmend individuellere Ansprüche der Kunden verlangen eine hohe Produktqualität und Variantenreichtum bei häufigen Modellwechseln sowie eine stetige Verschlankung und Synchronisierung der Wertschöpfungs- und Logistikprozesse zur Effizienzsteigerung. Dies sind weiterhin die größten Herausforderungen, die Automobilhersteller in Produktion und Logistik meistern müssen, um zukünftig wettbewerbsfähig zu bleiben (vgl. z. B. [Dannenberg 2004], [Mai 2004], [o. V. 2008b]). Als wesentliche Reaktion auf die seit den neunziger Jahren als beschleunigt wahrgenommene Entwicklung wurden, auch angetrieben durch eine MIT-Studie über den Vergleich der japanischen und westlichen Automobilindustrie [Womack 1992], wertschöpfungsorientierte Prinzipien auf Grundlage des Toyota-Produktionssystems (siehe z. B. [Ohno 1978]) eingeführt. Die Umsetzung der entsprechenden Methoden half in unterschiedlichem Umfang, Unternehmensprozesse effizienter zu gestalten. In Europa konnten beispielsweise die Arbeitsstunden pro Fahrzeug zum Teil um 50% gesenkt werden [Holweg 2004]. Die Produktivitätsergebnisse liegen trotzdem weiterhin deutlich hinter denen der internationalen, insbesondere japanischen Konkurrenten [o. V. 2007]. Trotz erheblicher Anstrengungen gibt es bis jetzt keinen westlichen Automobilhersteller, der so effizient produziert wie Toyota. Die Wettbewerbsfähigkeit von Automobilherstellern hängt in entscheidendem Maße davon ab, inwieweit die Erfolgsfaktoren Kundenorientierung und effiziente Wertschöpfung gleichermaßen erreicht werden können. Die Logistik leistet hierzu einen erheblichen Beitrag. Die logistische Leistung als Differenzierungsmöglichkeit gewinnt für die Unternehmen zunehmend an Bedeutung. Hauptantrieb der Entwicklung ist die geänderte Kundennachfrage. Kundenwünsche fallen sowohl hinsichtlich der Produktvarianten und Ausstattungsoptionen als auch hinsichtlich der zeitlichen Anforderungen bei Lieferzeit und Produktänderungen immer unterschiedlicher aus. So besteht zur Erreichung einer hohen Kundenzufriedenheit, neben den klassischen Erfolgsfaktoren Qualität und Preis der Produkte, gerade auch im Oberklasse-Segment die Anforderung der Individualisierung des Angebots und 1

20 1 Einleitung und Problemstellung einer hohen logistischen Servicequalität, insbesondere durch (vgl. z. B. [Krog 2006], [Schuberthan 2007], [Mößmer 2007]): kundenindividuelle Fahrzeugkonfigurationen bei entsprechendem Angebot durch eine Vielfalt an Produkt- und Ausstattungsvarianten Flexibilität und Reaktionsfähigkeit gegenüber Änderungswünschen der Kunden kurze Lieferzeiten mit verbindlicher Lieferterminvereinbarung hohe Liefertreue mit pünktlicher Auslieferung Jeder Kunde erhält sein individuell konfiguriertes Fahrzeug zum vereinbarten Liefertermin ([Graf 2004], S. 8) lautet zusammenfassend die Antwort der deutschen Automobilhersteller auf die Anforderungen der Kunden. Die Individualisierung der Fahrzeuge führt in der direkten Folge zu einer hohen Variantenvielfalt bei Modellen und Teilen und damit zu besonderen Anforderungen über die gesamte Logistikkette. Es können über 1000 Varianten eines Fahrzeugtyps verfügbar sein, wobei ein Fahrzeug aus bis zum Teil individuell konfigurierbaren Einzelteilen bestehen kann [Günthner 2006]. Hinzu kommt, dass eine ständig abrufbare Flexibilität der logistischen Systeme notwendig ist, um eine Konfiguration nach Wunsch umfassend anbieten zu können [Voigt 2007a]. Dies schlägt sich direkt in einer Zunahme der Komplexität in den eng zu synchronisierenden Versorgungsbeziehungen nieder. Die logistische Beherrschung der Teilevarianz erfolgt unter anderem über die sequenzierte Anlieferung, als eine Ausprägung des Just-in-time-Konzepts, und stellt hohe Anforderungen an die Prozessqualität und -disziplin der beteiligten Wertschöpfungspartner (vgl. z. B. [Wildemann 2007] oder [Thun 2007]). Zudem verstärkt sich die Komplexität, bedingt durch den seit vielen Jahren anhaltenden Trend einer geringeren Wertschöpfungstiefe der OEM 1 hin zu einer steigenden Übernahme von Leistungsumfängen durch die Zulieferer [o. V. 2008b]. Durch die Integration externer Wertschöpfung in die Automobilproduktion und der notwendigen engen Verzahnung von Produktions- und Versorgungsprozessen ergibt sich ein umfangreiches und komplexes Zusammenspiel, das die Bedeutung 1 OEM (Original Equipment Manufacturer) wird synonym zu Automobilhersteller verwendet. 2

21 1.1 Logistische Ineffizienz durch instabile Produktionsflüsse der Logistik, verantwortlich für die Steuerung und Durchführung der Informationsund Materialflüsse, weiter verstärkt. Die logistische Leistung ist dementsprechend ein entscheidender Differenzierungs- und Erfolgsfaktor, der einen deutlichen Beitrag zum Unternehmenswert leistet [Wildemann 2004]. 1.1 Logistische Ineffizienz durch instabile Produktionsflüsse Eine hohe, stabile Prozessqualität und Produktivität von Produktion und Logistik sind die aus den Kundenanforderungen abzuleitenden Ziele für den Auftragsabwicklungsprozess. Der Zielerreichung stehen allerdings bedeutende Komplexitätsund Unsicherheitsfaktoren entgegen, die zu einer unzureichenden Planungsgrundlage und zu Leistungsdefiziten bei OEM und Zulieferer führen (vgl. z. B. [Inman 1997], [Holweg 2004]). Tabelle 1-1 gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Faktoren und ihre Ursachen sowie entstehende Leistungsdefizite mit kurzfristigem Betrachtungsfokus. Komplexitätsfaktoren Unsicherheitsfaktoren Ursachen Anzahl logistischer Schnittstellen Anzahl der Material- und Informationsflüsse Prozess-, Produkt- und Teilevielfalt Anzahl Prozessrestriktionen und Abhängigkeiten Nachfrageveränderungen Zuverlässigkeit der Wertschöpfungspartner Geringe Informationsverfügbarkeit und -validität Unbeherrschte Streuung der Prozess- und Produktqualität Logistische Leistungsdefizite Folgen Keine verbindliche Lieferterminzusage und unzureichende Termintreue aufgrund schwankender Durchlaufzeiten Verschwendung in den Logistikprozessen (Bestände und Handhabung, Sondertransporte sowie Vorhaltung von Leistungsreserven) Lange Prozessdurchlaufzeiten und hohe Kapitalbindung Tabelle 1-1: Komplexität und Unsicherheit im Logistiknetzwerk Die steigende Komplexität bestimmt sich maßgeblich über die zunehmende Anzahl von logistischen Elementen und ihrer Beziehungen. Als Unsicherheitsfaktoren sollen die Ursachen verstanden werden, die zu einer kurzfristigen Planänderung führen. Dies sind zum Teil Veränderungen der Nachfrage, wie etwa Auftragsänderungen oder -stornierungen, aber vor allem nicht vom Kunden ausgelöste 3

22 1 Einleitung und Problemstellung Störungen und Abweichungen, zum Beispiel durch Qualitäts- und Abstimmungsprobleme im operativen Wertschöpfungsnetzwerk. Die Komplexitäts- und Unsicherheitsfaktoren haben direkt negative Auswirkungen sowohl auf die zentrale Zielgröße Termintreue gegenüber dem Endkunden als auch über Schwankungen der Bedarfe und entsprechenden Abweichungen des Lieferabrufs von der Prognose auf die Effizienz der Wertschöpfungs- und Logistikprozesse. Innerhalb des mehrstufigen automobilen Wertschöpfungsnetzwerks wird der entstehenden Planungsunsicherheit auf Grund unzureichender Vorschauinformationen und kurzfristiger Abrufschwankungen mit reaktionsfähigen, aber ressourcenintensiven Logistik- und Produktionssystemen begegnet [Voigt 2007b]. Zulieferer sehen folglich die unzureichende Qualität der Information über den OEM- Bedarfe als ein großes Problem an [Holweg 2005]. Negative Auswirkungen hat speziell die nicht vom Kunden ausgelöste, kurzfristige Unsicherheit. Interne Variabilität in der Produktion als Schwankung der Durchlaufzeit und Ausbringungsmenge erhöht den Absicherungsbedarf gegen die zeitliche und mengenmäßige Streuung der Materialbedarfe und führt daher direkt zu Ineffizienzen im Logistiknetzwerk. Wenn die Produktionspläne zu einem späten Zeitpunkt geändert werden, sind für die pünktliche Versorgung Sonderschichten und Expresstransporte oder generell das Vorhalten von Leistungsreserven und hohe Sicherheitsbestände notwendig, um die kurzfristige Materialverfügbarkeit zu gewährleisten. Ist es dem Zulieferer nicht möglich zu liefern, entstehen unmittelbar weitere Änderungen der Produktionspläne in den Werken der Automobilhersteller, was wiederum zur Verstärkung der Unsicherheit führt. Übliche Strategie zum Umgang mit dieser Instabilität der Planung ist das Bevorraten großer Sicherheitsbestände an Fertigerzeugnissen bei den Automobilherstellern oder in der Nähe ihrer Werke, was zu höherer Kapitalbindung und Lagerkosten in der Versorgung führt. So haben nach einer englischen Studie die Zulieferer erster Stufe durchschnittlich 22 Tage Bestand, hiervon allein Fertigwarenbestand von 4,5 Tagen, um auf kurzfristige Bedarfsveränderungen reagieren zu können, und der OEM selbst puffert im Werk oder in seiner Nähe durchschnittlich noch einmal mehr als 4 Tage Bestand [Holweg 2004]. Kurzfristige Verbrauchs- und Lieferterminabweichungen führen in der Anlieferung und Bereitstellung außerdem dazu, dass die Umsetzung von Just-in-time(JIT)- und Just-in-sequence(JIS)-Konzepten erschwert wird. Fahrzeugbezogene Abrufe für die Belieferung können erst mit dem Start der Montage an die Lieferanten geschickt 4

23 1.2 Produktion nach stabiler Auftragsfolge zur Erzielung von Rationalisierungspotentialen werden, wenn die tatsächliche Montagereihenfolge und die notwendigen Versorgungsinhalte feststehen. Der verbindliche Sequenzabruf bei variantenreichen JIS-Modulen 1 hat daher nur einen geringen zeitlichen Vorlauf zum Verbauzeitpunkt. Die Länge dieser so genannten Steuerzeit hängt dann nur noch von der Taktzeit der Montagelinie und vom Verbauort des Teils im Montagefortschritt ab. Für letzte Wertschöpfungsprozesse, Kommissionierung, Anlieferung und Bereitstellung steht damit nur ein kurzes Zeitfenster zur Verfügung, was diese kostenintensiv macht. Ziel muss es sein, Turbulenz im Produktions- und Logistiksystem zu vermeiden und zu beherrschen [Reinhart 1999]. Zum einen erfordert dies Wandlungsfähigkeit und Adaptivität in Hinblick der Marktanforderungen [Nyhuis 2008b] und zum anderen die im Rahmen dieser Arbeit diskutierte Stabilisierung der operativen Prozesse, um einen gleichmäßigen, durch den Kunden geregelten Materialfluss zu erreichen. Lösungsansatz, um die kurzfristigen, nicht vom Markt ausgelösten Leistungsdefizite zu verringern, ist die Einführung von fixierten Planungshorizonten, innerhalb derer Auftragsreihenfolge und -inhalte nicht mehr geändert werden dürfen, und die Synchronisierung der Wertschöpfungs- und Versorgungsprozesse, wobei unter Synchronisation die Erzeugung eines kontinuierlichen Gleichlaufs der unterschiedlichen Einzelprozesse verstanden werden soll. 1.2 Produktion nach stabiler Auftragsfolge zur Erzielung von Rationalisierungspotentialen Die zentrale Idee der Steuerung von Produktion und Logistik nach stabiler Auftragsfolge 2 ist die Festlegung der Bearbeitungsreihenfolge und der Inhalte der Produktionsaufträge für die Fließfertigung mit einem Einplanungshorizont von gewisser Zeit vor Produktionsstart und ihre frühe und verlässliche Kommunikation an die internen und externen Zulieferer, um kurzfristigen Unsicherheiten in der automobilen Wertschöpfungskette zu minimieren. Ziel solcher Auftragsreihenfolge- Konzepte ist es, die Produktions- und Versorgungsprozesse mit kurzfristigem Zeithorizont zur Realisierung von logistischen Potentialen optimiert ausrichten und steuern zu können [o. V. 2006]. Grundsätzlich folgt dieser Ansatz der Umsetzung 1 2 Module sind vormontierte Baugruppen aus mehreren Komponenten, die wiederum aus Einzelteilen bestehen. Die zeitliche Bearbeitungsreihenfolge der Produktionsaufträge der Fahrzeuge wird in dieser Arbeit vereinfacht als Auftragsfolge, Reihenfolge oder Sequenz bezeichnet. 5

24 1 Einleitung und Problemstellung einer fluss- und systemorientierten Logistikkonzeption: trotz externer Turbulenz durch Schwankungen der Nachfrage wird im System Automobilproduktion ein gleichmäßiger Produktionsfluss umgesetzt, um übergreifende Optimierungen zu erzielen. Die Montagelinien heutiger Fahrzeugwerke werden in getakteter Verbaureihenfolge ohne Karosserieausschleusungen realisiert. So hat eine frühzeitig fixierte und verlässliche Montagereihenfolge das Potential, teure Kapazitätsreserven abzubauen und eine höhere Prozesseffizienz bei Versorgung und Produktion sowie eine termingerechte Auslieferung des Fahrzeugs an den Kunden zu ermöglichen. Abbildung 1-1 stellt das Konzept der Steuerung nach stabiler Auftragsfolge und die Auswirkungen auf die Lieferkette schematisch dar und zeigt den Idealprozess von der Auftragseinplanung beim Fahrzeughersteller über den Abruf beim Lieferanten erster Stufe bis zur produktionssynchronen Anlieferung und Bereitstellung der Module zum Montagetakt. 3. Stufe Produktionssynchrone Anlieferung Abruf Festlegung der Montagesequenz vor Produktionsstart und verbindlicher Abruf Fahrzeughersteller 2. Stufe Produktionssynchrone Lieferant 1. Stufe Anlieferung Abruf 2 1 Produktionssynchrone Anlieferung Einplanung Steuerung Aufträge Fahrzeuge Nr. Nr. Nr. Nr. Nr Karosseriebau Lackiererei Resortierpuffer Montage 5 Informationsfluss Nr. 3 Nr. 2 Nr. 1 1 Materialfluss Abbildung 1-1: Steuerung nach stabiler Auftragsfolge und früher, verbindlicher Abruf beim Lieferanten [Grinninger 2006] Als Perlenkette wird in der Automobilindustrie die physische Aufrechterhaltung der im Karosseriebau aufgelegten Reihenfolge der Fahrzeugaufträge bis an das Ende der Montage bezeichnet. Die strenge Perlenkettensteuerung ist damit eine Umsetzungsform von Auftragsreihenfolge-Konzepten mit dem Ziel, in allen Prozessen die gleiche Auftragsfolge einzuhalten [o. V. 2008c]. In der Literatur finden sich Definitionen, die über die Festlegung der Bearbeitungsreihenfolge und der Auftragsinhalte hinaus noch eine Fixierung der Produktionstermine verlangen. Die Einhaltung exakter Soll-Termine (idealerweise in genauen Zeitfenstern für 6

25 1.2 Produktion nach stabiler Auftragsfolge zur Erzielung von Rationalisierungspotentialen jeden Produktionstakt im Prozess) über mehrere Tage stellt allerdings eine weitaus größere Schwierigkeit dar, als die Aufrechterhaltung einer Bearbeitungsreihenfolge. Notwendige Voraussetzungen sind dafür die Planbarkeit jeder Produktionsunterbrechung und der Systemfüllstände sowie die genaue Erfüllung der geplanten Ausbringungsleistung der einzelnen Fertigungsprozesse. Jeder ungeplante Produktionsstillstand birgt die Gefahr, die Produktion und Materialströme aus dem vermeintlich determinierten Termintakt zu bringen. Die Unvermeidbarkeit von Problemen hat beispielsweise Toyota dazu veranlasst, zwischen den typischerweise zwei Produktionsschichten einen Zeitpuffer vorzusehen, um das eventuell fehlende Produktionsvolumen nach jeder Schicht aufholen zu können. So erscheint für die Praxis und als Grundlage dieser Arbeit eine Definition der Perlenkette über die Einhaltung der physischen Reihenfolge als ausreichend. Eine terminbezogene Synchronisierung der Produktionsprozesse mit den Anliefer- und Bereitstellprozessen sollte nach dem Pull-Prinzip, also gesteuert nach der tatsächlichen Produktionsausbringung erfolgen, wobei das Produktionsvolumen wie bei Toyota schichtbezogen festgelegt sein sollte. Durch den fixierten Einplanungshorizont von bis zu mehreren Tagen kann die Information über die Auftragsfolge in der Montage unmittelbar zum Zeitpunkt der Einplanung an das Zuliefernetzwerk weitergegeben werden. Der frühe und verbindliche Abruf ersetzt dann mehr oder weniger unzuverlässige Bedarfsprognosen. Durch die Minimierung der kurzfristigen Bedarfsschwankungen und deren Auswirkungen ergibt sich so Rationalisierungspotential. Das Konzept der stabilen Auftragsfolge unterstützt insbesondere die produktionssynchrone Versorgung und Direktlieferungen durch den frühzeitig determinierten Verbrauch. Durch eine Erhöhung der sequenzgenauen Belieferungsumfänge können Kapitalbindung sowie Handhabungsumfang bei der Materialbereitstellung in der Montage signifikant verringert werden, da Lagerung sowie Kommissionier- und Sequenziervorgänge im Fahrzeugwerk entfallen. Zudem kann durch den stabilen Planungshorizont im besonderen Maße der Sicherheitsbestand abgesenkt werden. Für die Zulieferer wird eine gewisse Prozessflexibilität ermöglicht, da sie länger Zeit haben, die abgerufenen Teile zu produzieren, anzuliefern und bereitzustellen (siehe z. B. [Hartel 2006]). Die dementsprechende Prozessoptimierung eröffnet abhängig vom zeitlichen Vorlauf und der Einhaltung der abgerufenen Reihenfolge primär die folgenden Potentiale [Günthner 2007d]: 7

26 1 Einleitung und Problemstellung größere Standortflexibilität der Lieferanten, Reduzierung von Materialbeständen, Handhabung und Logistikflächen und Reduzierung von logistischen Beschleunigungskosten. Über die Potentiale im Versorgungsprozess hinausgehend ist speziell die strenge Perlenkette ein Instrument zur Realisierung eines gradlinigen Produktions- und Teileflusses zur übergreifenden Optimierung und Synchronisierung sowie zur Senkung der Produktionskosten in der Wertschöpfungskette [Cluss 1996]. Es ist letztendlich die Reihenfolge, die über die tatsächlich realisierten Durchlaufzeiten, Fertigstellungstermine oder über die Nutzung der Kapazitäten entscheidet ([Decker 1993], S. 49). Auftragsreihenfolge-Konzepte leisten einen direkten Beitrag zur Reduzierung der internen Variabilität. Im Besonderen ergibt sich durch eine stabile Auftragsfolge das Potential im Produktionsfluss die Durchlaufzeit zu stabilisieren, den Produktmix in der Bearbeitungsreihenfolge zu optimieren, die Prozesstransparenz und Problemsichtbarkeit zu erhöhen sowie die Verbesserung der Prozessbeherrschung und -disziplin zu erreichen. Es steht damit nicht nur die Einhaltung der geplanten Auftragsfolge für die Versorgungsprozesse im Vordergrund, sondern gerade auch die umfassende Prozessoptimierung. Das Kernziel bildet dabei die planmäßige Erfüllung der Kundenwünsche, wobei Kunde eines Prozesses jeder nachfolgende Prozessschritt bis zum Endkunden ist. Aufgabe ist es dabei, eine übergreifende Synchronisierung der Teilprozesse zu erreichen, wobei synchrone Produktion bedeutet, die benötigten Teile in notwendiger Stückzahl zum geforderten Zeitpunkt herzustellen, zu transportieren, weiterzugeben, zu managen, zu verbessern ([Takeda 2004], S. 21). Die Einhaltung der Auftragsfolge ist dabei eine zentrale Ziel- und Steuergröße der Produktionslogistik, um sich diesem Ideal durch Stabilisierung und Optimierung der Prozesse zu nähern. 8

27 1.3 Problemstellung: Stabilisierung der Produktionslogistik 1.3 Problemstellung: Stabilisierung der Produktionslogistik Den Potentialen der stabilen Auftragsfolge stehen erhebliche Umsetzungsschwierigkeiten im operativen Wertschöpfungsprozess der Fahrzeughersteller gegenüber. Die meisten heutigen Automobilwerke werden so geplant und gesteuert, dass ein möglichst großes Produktionsvolumen bei maximaler Kapazitätsauslastung gefertigt werden kann. Die Strategie, hierdurch Skaleneffekte zu erreichen, ist allerdings gerade im Grenzbereich schwierig zu realisieren. Überlastete Fabriken führen zu hohen Grenzkosten für jedes weitere das Produktionsvolumen erhöhende Fahrzeug. Direkte Folgen sind große Bestände, hoher Planungs- und Steuerungsaufwand sowie komplexitätsbedingte Qualitätsprobleme und eine erhebliche Streuung der Produktionsdurchlaufzeiten bei starken Verwirbelungen 1 der Auftragsfolge in den Fertigungsprozessen. Insbesondere liegt der durchschnittliche Anteil an Fahrzeugen, die eine Fabrik ohne Nacharbeit und Prozesswiederholungen durchlaufen nach einer Studie nur bei 60-70% [Holweg 2005]. Die geplante Montagereihenfolge kann dabei nur unzureichend durch investitionsintensive Absicherungsmaßnahmen wiederhergestellt werden. Die Folgen bei der Nichteinhaltung sind erhöhte Logistikkosten, im Extremfall der nicht rechtzeitigen Versorgung erhebliche Nacharbeiten oder bei aufbauhemmenden Lieferumfängen 2 die Karosserieverschrottung. Bei auftragsbezogenen Bauteilen wird ein Zwischenpuffern und bei der JIS-Belieferung ein Umsortieren der soll-sequenzgenau angelieferten Bauteile in die Ist-Reihenfolge notwendig. Mögliche logistische Potentiale der stabilen Auftragsfolge werden dabei schnell ins Gegenteil verkehrt. Zudem droht letztlich eine Verfehlung des dem Kunden zugesagten Liefertermins. Um negative Einflussfaktoren als Auslöser von Verwirbelungen der Auftragsfolge wirkungsvoll beherrschen und die Produktionsdurchlaufzeiten stabilisieren zu können, muss eine detaillierte methodengestützte Analyse und systematische Optimierung der automobilen Produktionssysteme in Hinsicht auf eine 1 2 Als Verwirbelungen werden alle Veränderungen der Soll-Reihenfolge hin zur Ist-Reihenfolge der Fahrzeuge bezeichnet. Probleme bei aufbauhemmenden Teilen, wie beispielsweise bei Getrieben, führen zwangsläufig zum Stillstand des Montagebands, zu kostenintensiver Nacharbeit außerhalb des Bandes oder zur Fahrzeugverschrottung, da eine weitere Fertigung nicht möglich ist. 9

28 1 Einleitung und Problemstellung Stabilisierung der Auftragsfolge insbesondere in den Fertigungsprozessen erfolgen und dabei zielgerichtet mit Werkzeugen unterstützt werden. Im Kern steht dabei die Aufgabe der systematischen Fabrikplanung, worunter in diesem Zusammenhang die Neuplanung oder Änderung eines Fabrikbetriebs hinsichtlich seiner Strukturen und Materialflüsse verstanden wird [Kettner 1984]. Das Materialflusssystem der Produktion verkettet die Fertigungs- und Montagevorgänge und ist damit zentrales Gestaltungselement zur Realisierung eines stabilen Produktionsflusses. Es bedarf zudem einer durchgängigen Konzeption von geeigneten Ziel- und Kennzahlensystemen zur Ausrichtung und Steuerung der Produktionslogistik. Diese Monitoring-Systeme sollten dabei eine dezentrale Informationsverfügbarkeit gewährleisten, so dass die einzelnen Prozesse auf ungeplante Störereignisse im Sinne einer auf einfachen Regeln basierten Selbststeuerung reagieren können [Günthner 2008]. 10

29 2 Abgrenzung und Zielstellung der Arbeit 2.1 Zum Stand der Forschung und Technik Um den Stand der Forschung und Technik auf dem Gebiet der Produktionssteuerung nach stabiler Auftragsfolge im Überblick aufzuzeigen, soll im Folgenden zunächst auf die bisherige Umsetzung in der Industrie eingegangen werden. Im zweiten Schritt erfolgt dann die Zusammenfassung des Stands der wissenschaftlichen Arbeiten. Die inhaltlich detaillierte Darstellung der für diese Arbeit relevanten Grundlagen erfolgt in den einzelnen Kapiteln dieser Arbeit Stand der praktischen Umsetzung Untersuchungen des Stands der Technik in der deutschen Automobilproduktion zur Umsetzung von Auftragsreihenfolge-Konzepten zeigen, dass die Automobilhersteller im Detail unterschiedliche Ansätze verfolgen (vgl. [Meyr 2004] und [Grinninger 2007]). Die in der Praxis realisierten Umsetzungen, beispielsweise der Ford Motor Company [Sawyer 1994], Mercedes Car Group [o. V. 1997], BMW Group [Renner 2000], Porsche AG [Wels 2007] oder Audi AG [Braun 2008], werden in Abschnitt beschrieben. Allen umgesetzten Konzepten ist als zentrale Zielgröße gemein, dass die Montagesequenz stabil der Einplanungsreihenfolge entsprechen sollte. Denn, wenn die geplante Montagesequenz nicht eingehalten werden kann, hat dies zur Folge, dass der Informationsvorlauf eines Auftragsreihenfolge-Konzepts im Wertschöpfungsnetzwerk nicht genutzt wird. Für die Lieferanten dient die geplante Auftragsfolge dann nur als Vorschau, da erst zum Montagestart der tatsächliche Versorgungsbedarf feststeht und viele OEM den notwendigen Zwischenpuffer- und Resequenzieraufwand bei Planabweichungen nicht übernehmen. Durch Analyse der unterschiedlichen Umsetzungskonzepte wird deutlich, dass die meisten Hersteller stark auf Absicherungsmaßnahmen zur Einhaltung der geplanten Montagereihenfolge setzen (siehe die Darstellung in Abschnitt 3.1.4). Die in der Praxis Anwendung findenden Resortierpuffer und die flexible Auftragszuordnung sind dabei Instrumente zum Umgang mit Instabilitäten im Prozess, jedoch nicht zur Realisierung eines stabilen und effizienten Produktionsflusses. Den Weg der konsequenten Stabilisierung der Auftragsfolge verfolgt beispielsweise BMW. Der Hersteller setzt die geplante Montagereihenfolge erfolgreich um, hat aber dazu nicht seinen Produktionsfluss stabilisiert, sondern sichert die Auftragsfolge durch die Neuzuordnung der Aufträge zu den Karosserien ab. 11

30 2 Abgrenzung und Zielstellung der Arbeit Dadurch kann zwar eine stabile Montageversorgung realisiert werden, viele Potentiale im Produktionsfluss bleiben aber ungenutzt. Die Absicherung wird bei den meisten Herstellern zudem mit hohen Beständen in Resortierpuffern erkauft, die vielfältige Probleme im Prozess überdecken. In direkter Folge sind die Möglichkeiten der stabilen Auftragsfolge als Instrument zur Optimierung und Synchronisierung der Produktionsprozesse und zur Umsetzung eines stabilen und kontinuierlichen Materialflusses im Fahrzeugwerk nicht realisiert. Nur sehr wenigen Herstellern gelingt eine Stabilisierung der Fahrzeugreihenfolge gewerkeübergreifend und wertschöpfungsorientiert. So verfolgt der japanische Hersteller Toyota konsequent und erfolgreich die Philosophie seines Produktionssystems, die Produktionsprozesse hin zum First-in-first-out(FIFO)-Fluss zu stabilisieren und gleichzeitig den Umlaufbestand nicht durch Resortierpuffer zu vergrößern, sondern die Durchlaufzeiten zu minimieren [Oeltjenbruns 2000]. Die Orientierung an einem kontinuierlichen und wertschöpfungsorientierten Produktionsfluss mit stabiler Durchlaufzeit im Kundentakt bei einer hohen Prozessdisziplin unter Eliminierung der Prozessschwächen wird insbesondere in den deutschen Automobilwerken nicht umgesetzt. Gründe hierfür sind die Randbedingungen wie traditionell andere Fabrik- und Produktstrukturen als bei Toyota, aber auch das Fehlen von methodisch durchgängigen Analyse- und Umsetzungskonzepten und entsprechenden Erfahrungen sowie ganzheitlich wertschöpfungsund stabilitätsorientierten Ziel- und Kennzahlensystemen Wissenschaftliche Arbeiten Trotz der hohen praktischen Relevanz des Themas liegen kaum wissenschaftliche Arbeiten zur Umsetzung von stabilen Auftragsfolgen in der Produktion vor. Eine Ausnahme im deutschsprachigen Raum ist die Dissertationsschrift von Weyer [Weyer 2002]. Sie liefert eine ausführliche Beschreibung und Einordnung des Perlenkettenkonzepts und stellt ein erstes Kennzahlensystem vor, mit dem unter anderem die Reihenfolgengüte in der Automobilproduktion bewertet werden kann. Dabei eignen sich die vorgestellten Kennzahlen als komprimierte Größen zur Bewertung der übergeordneten Zielerreichung allerdings nicht zur Unterstützung der Prozessgestaltung und -steuerung. Die von Weyer aufgezeigten Maßnahmen zur Realisierung der Perlenkette wie wahlfreie Resortierpuffer und flexible Auftragszuordnung dienen in erster Linie der Absicherung der Auftragsfolge. Auslegungs- 12

31 2.1 Zum Stand der Forschung und Technik verfahren werden dazu nicht gegeben. Weyer weist explizit auf weiteren Forschungsbedarf zur Produktionsflussgestaltung hin. Erste Auslegungsverfahren für die Absicherungen von Reihenfolgen durch Resortierpuffer und Auftragstausch finden sich in der Arbeit von Inman [Inman 2003a]. Ding und Sun schlagen darüber hinausgehend das Vorhalten von Ersatzkarosserien in Zwischenpuffern vor und geben ein Vorgehen zur Dimensionierung an [Ding 2004]. Gusikhin et al. stellen eine Methode zur Absicherung der Auftragsfolge durch frühe Einsteuerung von seltenen Karosserien in die Produktion vor [Gusikhin 2008]. So fokussiert sich die wenige wissenschaftliche Arbeit zu Auftragsreihenfolge-Konzepten auf die Entwicklung von Methoden zur Reihenfolgenabsicherung. In den Randbereichen des Themas findet sich umfangreiche Literatur. So sind die Reihenfolgeplanung der Produktion, im Speziellen für die automobile Variantenfließfertigung und Endmontage, sowie weitere Aufgaben der Produktionsplanung klassische Themen von betriebswirtschaftlich geprägten wissenschaftlichen Arbeiten (siehe z. B. [Decker 1993], [Scholl 1995], [Zimmermann 1997], [Amen 2000], [Boysen 2005]). Die Betrachtung der sequenzgenauen Versorgung der Produktion ist ebenfalls Thema vielfältiger Abhandlungen (siehe z. B. [Wildemann 2001], [Thun 2007]). Die Stabilisierung der Auftragsfolge in der Produktion verfolgt grundsätzlich das Ziel der Umsetzung eines sequenziellen FIFO-Produktionsflusses. Im Rahmen von Lean Production auf Grundlage des Toyota-Produktionssystems ist die FIFO- Regel ein Grundprinzip innerhalb oder ergänzend zur Kanban-Steuerung (siehe z. B. [Shingo 1993], [Rother 1999], [Oeltjenbruns 2000], [Takeda 2004]). Dabei wird eine strikte Steuerung nach der Auftragsfolge auch als Sequential Pull System diskutiert [o. V. 2003]. In der verfügbaren Literatur wird dabei allerdings nur auf die Notwendigkeit der Umsetzung des Prinzips verwiesen. Spezifische methodische Konzepte und Darlegungen der Umsetzung, die auf den automobilen Produktionsfluss anwendbar sind, fehlen. 13