Produktion mit Pull trotz hoher Produktvielfalt und Fertigungstiefe

Produktion mit Pull trotz hoher Produktvielfalt und Fertigungstiefe

Fertigungsabläufe aber auch Planungs- und Steuerungsverfahren halten häufig nicht Schritt mit hoher Produktvielfalt und täglich schwankendem Mix von Kundenaufträgen. Mit hohem Engagement der Mitarbeiter klappt es zwar einigermaßen pünktlich zu liefern, aber mit welchem Aufwand? Und was tun, wenn die Kunden noch kurzfristiger bestellen, Lieferung noch schneller erwarten und die Kosten aus dem Ruder laufen?

#leanmagazin
am 28. 02. 2020 um 04:30 Uhr in LeanMagazin von Reinald Wolff


Die Produktion gleicht einer staugefährdeten Autobahn

Der Alltag in der Produktion ähnelt der Situation auf unseren Autobahnen. Es gibt zwar mehrere Fahrbahnen, dennoch herrscht Stau. Die natürliche Reaktion: früher losfahren, um rechtzeitig anzukommen. Nach diesem Prinzip verfahren viele Unternehmen in der Produktion. Wenn Aufträge nur mit hohem Einsatz von Terminjägern zeitgerecht in den Versand gelangen, müssen sie eben früher begonnen werden. Werden sie aber früher begonnen, ist noch schlechter abzusehen, wann sie fertig werden. Manche zu früh, viele immer noch zu spät und wenige wie geplant. Die häufig übliche ERP-Terminsteuerung (Push) versagt. Es sei denn, ein perfektes Fertigwarenlager puffert alle Nachfrageschwankungen.

Ein Fließband ist ein ziemlich effektives Produktionssystem. Es läuft mit vorhersehbar konstanter Rate, es ist transparent und es beinhaltet nicht mehr Fertigungsbestand als nötig. Warum setzen es viele Produktionsbetriebe dennoch nicht ein? Gut, Sie kennen die Antwort: zu viele, unterschiedliche Produkte; kleine bis kleinste Serien; mechanische Bearbeitungsprozesse; hohe Fertigungstiefe usw. Alles richtig, aber noch lange kein Grund, das Prinzip nicht zu nutzen. Lean Production will ja auch jeder und auch da geht es um Fließen. Ein Blick auf die wesentlichen Zusammenhänge:

Drei Naturgesetze der Produktion

Auch wenn die Fertigungsprozesse sehr komplex erscheinen, die Produktion insgesamt gehorcht drei einfachen Grundregeln:

  1. Der Engpass bestimmt den Durchsatz.
  2. Die Höhe der Auftrags- und Materialbestände in der Fertigung bestimmt die Durchlaufzeit.
  3. Die verfügbare Kapazität setzt der terminlichen Machbarkeit von Aufträgen Grenzen.

Warum also nicht den Bestand in der Fertigung steuern (2) statt jedem Termin hinterher zu hecheln? Eine praktische Umsetzung gelingt mit der sogenannte ConWIP Steuerung, in Kombination mit einer kapazitätsorientierten Terminierung.

ConWIP – einfache Steuerungslogik für komplexe Lieferprozesse

ConWIP steht für Constant Work-in-Process und ist eine Art Kanban für Prozessabschnitte. Die Auftrags- oder Materialbestände in der Fertigung werden konstant gehalten. Die durchschnittlichen Durchlaufzeiten bleiben daher ebenfalls in einer engen Bandbreite.

Das ConWIP Prinzip realisiert einen einfachen Grundsatz:

Es wird nur dann ein neuer Auftrag in die Produktion ein gelastet, wenn ein fertiger Auftrag die Produktion verlässt.

Wie wirkt solch ein Regelmechanismus im Unterschied zu einer traditionellen Steuerung? Bild 1 zeigt das am Beispiel einer einfachen Produktionslinie mit drei Bearbeitungsstufen (es funktioniert aber auch für sehr komplexe Prozessabläufe).

Bild 1: Kurzer Auftragsdurchlauf mit ConWIP-Steuerung

Jeder Produktionsauftrag (PA) erhält eine Begleitkarte (ConWIP Karte), wenn er in die Produktion eingesteuert wird. Sobald der Auftrag die Linie verlässt, wird die Karte frei und steht für einen neuen Auftrag zur Verfügung. Die Anzahl dieser ConWip Karten wird konstant gehalten; sie ist auf die aktuell verfügbare Kapazität und die Stabilität des Produktionsprozesses abgestimmt. Je besser Lean-Prinzipien in den Prozessen umgesetzt sind, desto stärker lässt sich die Zahl der ConWIP Karten im Lauf der Zeit reduzieren.

Produktionsaufträge werden zum spätest möglichen Zeitpunkt begonnen. Der terminlich dringendste Produktionsauftrag startet als nächster. Mit der im obigen Beispiel erreichten Halbierung der Produktionsaufträge in der Kette sinken Umlaufbestand und Durchlaufzeit um etwa die Hälfte. Die Produktion fließt erheblich ruhiger und stabiler. Natürlich ist die Modellbetrachtung stark vereinfacht. In der Praxis bedarf es einiger Anstrengung, die nötigen Voraussetzungen und die passenden Umsetzungsregeln zu schaffen. Die folgende Betrachtung skizziert einige wichtige Aspekte.

Der Engpass bestimmt den Durchsatz

Es beginnt mit dem Versuch, die Engpässe in der Produktion zu finden. Häufig ist das schwierig, da Engpässe „wandern“. Dann hilft eine andere Frage. Wo sollte der Engpass liegen? Idealerweise dort, wo die Fertigung sehr teuer, kapitalintensiv oder technisch anspruchsvoll und zeitintensiv ist. Wo das nicht der Fall ist, sind (kleine) Kapazitätsreserven sinnvoll. Die wenigen Engpässe sollen möglichst gut ausgelastet sein, vorausgesetzt, es liegen ausreichend Kundenbestellungen vor. Gesteuert wird jeweils nur der Produktionsabschnitt vor dem Engpass. Das Pull-Signal entsteht durch eine freie ConWIP Karte hinter dem Engpass, die den Start eines neuen Auftrags erlaubt. Selbstverständlich können die Arbeitsplätze vor oder nach dem Engpass nicht voll ausgelastet sein!

Die Höhe des Fertigungsbestands bestimmt die Durchlaufzeit eines Auftrags

Bild 1 zeigt anschaulich, dass eine geringere Anzahl angefangener Aufträge in der Fabrik kürzere Wartezeiten zur Folge haben und Aufträge schneller fertig werden. Das Material fließt durch die Produktion, wenn es einigermaßen gleichmäßig über die Arbeitsstationen eines ConWIP Regelkreises verteilt ist. Das zu erreichen, ist nicht immer leicht. Folgende Maßnahmen helfen dabei:

  • Vereinfachen des Produktionsablaufs – möglichst keine Rückwärtsschleifen
  • Kleine Losgrößen – idealerweise 1-piece-flow
  • Ähnlich große Produktionsaufträge, gemessen z.B. in Fertigungsstunden
  • Abstimmen der Arbeitsinhalte pro Arbeitsstationen („Taktung“)
  • Hohe Teilequalität und hohe Prozesssicherheit
  • Visuelle Transparenz im Materialfluss und in der Produktionslinie
  • Permanente Verbesserungen – KVP, KAIZEN

Meist lassen sich nicht alle Aspekte gleichzeitig optimal realisieren. Das ist auch nicht erforderlich. Das ConWIP Verfahren ist ziemlich robust und bringt auch bei eingeschränkten Verhältnissen gute Ergebnisse.

Besonders wichtig ist das Prinzip FIFO oder FISFO – First-in-System-first-out. Nur wenn konsequent immer der nächste Auftrag bearbeitet wird, entstehen, bezogen auf den einzelnen Auftrag, verlässlich kurze Durchlaufzeiten. Da ist Disziplin von Führungskräften und Mitarbeitern gefordert.

Die verfügbare Kapazität setzt Grenzen für die terminliche Machbarkeit von Aufträgen

Sind die (wenigen) Engpässe erst mal klar, lassen sich neue Kundenaufträge, ohne allzu großen Aufwand verlässlich terminieren. Wenn dennoch ein Auftrag plötzlich eilig wird: die Auftragssteuerung endet vor dem Start der Produktion. Terminjäger braucht es nicht mehr! Die einzige Art, einen Auftrag schneller zu machen, ist, ihm eine höhere Dringlichkeit zu geben. Er steht dann als nächster zur Produktion an. Der Terminjäger von gestern kümmert sich heute um die Vorausschau. Wo bahnen sich Probleme an, die schon im Vorfeld gelöst werden können?


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