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Lean Production in der fertigenden Industrie

für Schweizer Unternehmen eine conditio sine qua non zur Erreichung globaler Wettbewerbsfähigkeit

Konrad Wegener, Bruno Rüttimann23.10.2014

Lean Six Sigma Dialog Summit

Lean Productionin der fertigenden Industrie

Inhalt:

1. Historisches, TPS 2. Was ist Lean Production 3. Die 8 Leantools 4. Zellengestaltung 5. Kontinuierliche Verbesserung 6. Beispiele 7. Change Management 8. Lean Deployment: Der Inspire Ansatz

1. Lean im venezianischen Schiffsbau

Vom Handwerk zur Industrie

Arsenale de Venetia frühes Beispiel Fliessfertigung seit 1104 16000 Werker Exit rate: 1 Schiff pro Tag (Handelsschiffe und Kriegsschiffe Standardisierte Baupläne und standardisierte

austauschbare Teile Vorgefertigte Baugruppen in KompetenzzentrenWälder in denen Bäume nach Bauplan wachsen Kein KVP ?

1. Ist Lean nur bei Massenfertigung anwendbar?

Lean bei Boeing: Abkehr von Stand-Montagebei 500 Einheiten pro Jahr, assemble to Spec

Geschichtliche Entwicklung

1. Das Toyota Production System TPS

1. TPS

Vorname, Name © 06/2010 inspire AG 6

Die Säulen des TPS

1. Das Toyota Production System TPS

1. Produktionssysteme

HandwerklicheFertigung

• Kundenspezifische Anfertigung

• Einzigartigkeit jedes Produktes

Massenfertigung• Whitney’s Teile-

Austauschbarkeit• Taylor’s Arbeitsteilung• Ford’s Montage-Linien

Mass Customization• Hohe Variabilität• Kleine Volumen per

Produkt

1875 1900 1925 1950 1975 20001850

Die Anforderungen an das Produktionssystem verändern sich

Cust

omiz

atio

n G

rad

1. Woher kommt Lean und Six Sigma

Analytischer AnsatzVerbesserung Qualität

Six Sigma - DMAICMotorola, GE

1980er

Toyota Production System(Lean)1970er

Lean Six Sigma - DMAICGG, ITT2000ff

Reduzierung VerschwendungKundengetaktete JIT-Fertigung

Kombination von Lean und Six Sigma ElementeErreichen der Operational Excellence

• Spezifiziere den Wert VoC

• Eliminiere die Verschwendung Prozessorientierung

• Stelle um auf Fliessfertigung und Pull Paradigmenwechsel

• Involviere und befähige die Mitarbeiter Empowerment

• Verfolge die Perfektion kontinuierliche Verbesserung (KVP)

2. Lean Prinzipien und Lean Ziele

Schlanke Fertigung ist eine Philosophie, welche durch Eliminieren der Verschwendung die Zeit zwischen Kundenauftrag und Auslieferung verkürzt.

Vorgehen:

Die fünf Lean Prinzipien

Ziel #1: Reduktion der Lager (und Verschwendung)

Lieferanten Ausfall- Zeiten

Qualitäts Probleme

Umrüst- Zeit

ProduktivitätsProbleme

Prozesse nicht beherrscht

Unausge-wogene Linien

Unterhalts- ProblemeMangel an Teamwork

Lager NiveauLager ist wie ein Fluss, sinkt der Wasserspiegel, kommen die Steine zum Vorschein.

Die Reduktion des Lagerniveaus bringt Probleme an den Tag und forcieren eine Lösung… das verbessert den CASHFLOW!


Ziel #2: Reduktion der Durchlaufzeit

Produkt Lieferung

Zahlungs‐Eingang

Auftrags‐eingang

Wunsch‐termin

Durchlaufzeit Herstellung

DLZ ‐ Kunde

“Order to Cash”

“Cash to Cash”

Prognose

Bezahlung des Lieferanten

Material Eingang

Lieferanten Durchlaufzeit


Ziel #3: Reduktion der übrigen Gesamtkosten

Traditionelle Fertigung

1) Wenn wir keine Teile herstellen, machen wirkeinen Gewinn.

2) Produktionsplan basiert auf der Prognose und die Fertigung wird durch die Fabrik gepuscht.

3) Aufgrund unserer langen Umrüstzeiten brauchenwir riesige Losgrössen.

4) Fehler sind ein natürlicher Teil der Produktion und sollten vor der Lieferung aussortiert werden.

5) Lager sind ein Bestandteil der Produktion und stellen einen reibungslosen Ablauf sicher.

6) Ware in Arbeit (WIP) ist wichtig um die Anlagen voll auszulasten.

7) Fertige Produkte sind eine Wertanlage; um Unsicherheiten in der Nachfrage abzudecken.

Schlanke Fertigung

1) Wenn wir keinen Durchsatz und Qualitätsteilemachen, machen wir keinen Gewinn.

2) Reagiere auf den aktuellen Bedarf und ziehe die Fertigung durch die Fabrik.

3) Unsere kleinen Losgrössen brauchen schnelleUmrüstzeiten.

4) Fehler sind eine Möglichkeit den Produktions-prozess zu verstehen und zu perfektionieren.

5) Lager ist Verschwendung. Es überdeckt Kapazität, Produktion und Qualitätsprobleme.

6) GeschwindigkeIt, Ein-Stück Fluss, immer in Bewegung.

7) Lager ist eine Schuld; je mehr man hat, je mehrkostet es.


Die neun Verschwendungsarten (Muda)

2. Was ist Verschwendung

• Transportation Transport• Inventory Lager (Material / Produkt / unverarbeitete Information)• Motion Bewegung (viel Bewegung und/oder schlechte Ergonomie)• Ecology Ökologie (Energieverschwendung, Umweltverschmutzung)• Waiting Warten (Verspätungen verursacht durch Mängel,

Bestätigungen, Ausfallszeiten) • Over production Überproduktion (Mehr produzieren als nötig)• Over processing Überengineering (Das Produkt besser und teurer

machen als vom Kunden verlangt) • Defects/Reworks, Defekte/Nacharbeit• Unused Capacity, unused Skills, ungenutzte Fähigkeiten/Kreativität

der Mitarbeiter

Akronym: TIMEWOODU

Op 1 Op 2 Op 3

Eng-pass

WIPZykluszeit (CT)VA/NVA-TimeRüstzeit (CO)Ausschuss

Key Prozess-Performance-Metrik sind:• Durchlaufzeit DLZ• Prozess-Zyklus-Effizienz PCE%

Zykluszeit (CT)VA/NVA-TimeRüstzeit (CO)Ausschuss

Zykluszeit (CT)VA/NVA-TimeRüstzeit (CO)Ausschuss

WIP

Durchlaufzeit DLZ (PLT)

Value Add Time (VA)VA1 VA2 VA3

Prozess-Zyklus-EffizienzPCE% = VA/PLT=ca. 30%

VSM: Elementare Parameter der Produktion

3. Die acht Lean Tools

Customer

Planung MRP

Lager

Op 1 Op 2 Op 3

Lager

Supplier

Bottle-neck

Klassisches Produktionsmodell (Push): make to stock


Customer

Lager

Op 1 Op 2 Op 3

Lager

Supplier

Planung

Bottle-neck

Drum

Effekt:• geringere Bestände -50%• kürzere DLZ -50%• höhere PCE +100%

Nachfrage:•Taktrate (Anzahl Stk/Zeit)

Lean Produktionsmodell (Pull): „stock replenishment at call‐off“


Übersicht der Lean Toolbox


•Value Stream Mapping VSM (Wertstromanalyse) wird näherbehandelt•5S (Arbeitplatzorganisation)•Standard Work (standardisiertes, reproduzierbares Arbeiten)•Total Productive Maintenance TPM (inklusiv autonomer Unterhalt)•Error Proofing, Poka Yoke (Ausschluss von Fehlermöglichkeiten)•Setup Reduction (SMED) (Reduktion der Umrüstzeiten)•Continuous Flow (Fliessfertigung) wird näher behandelt•Pull System, Kanban (Gezogene Produktionssysteme) wird näherbehandelt

Kaizen Events erlauben im Team eine kontinuierliche Verbesserung der Prozesse. Dabei werden verschiedene Tools angewendet.

Source: Rüttimann B.


Kanban-Pull

Aim: Single-Piece-Flow

implies: SMED assures Flexibility

implies: Jidoka assures Zero mistakes

implies: TPM assures Availability

implies: Std Work assures Reproduceability

implies: 5S-Mieruka assures Optimized working

implies: VSM reveals Inefficiencies

)(lim1

nPullJITn

triggers production process

Vorsicht: „Lean“ ist keine Toolbox: „Lean“ ist ein Toolsystem !

Fliessfertigung


Traditionelle Losfertigung Transferline Fertigung

“Make one – move one”

Vorteile:• Kürzere Prozesszykluszeit• Kostenreduzierung• Verbesserte Qualität• Verbesserte Kommunikation

Heijunka Box: Levelling

In einer Mixed Product Cell muss am Taktgeber-Prozessschritt der Mix und die Menge nivelliert werden, d.h. dass Mura reduziert werden muss. Dies bedeutet nicht grosse Losgrössen sondern kleine Losgrössen. Die optimaleLosgrösse ist von ausschlaggebender Bedeutung, um alle Kunden JIT ausder gleichen Zelle zu bedienen.

4. Zellengestaltung

Zeit

Aus

last

ung

ohne Leveling

Zeit

mit Leveling

Zellenlayout und Besetzung

•Die Maschinen in der Zelle werden zuerst so platziert, dass ein Werker alleOperationen so effizient als möglich ausführen kann.

•Ein U-Zellen Layout erlaubt die flexibelste Form der Arbeit, um einBalancing der Operationen unterhalb der Werker zu ermöglichen.

•Die Arbeitsteilung muss so gestaltet werden, dass die vom Kundenvorgegebene TR erreicht werden kann (TOC)

4. Zellengestaltung

Bemerkungen:• Klassische Batch-orientierte Job-Shop Fertigung• Komplexer Fertigungsbetrieb mit zahlreichen Kompetenzen• Die unterschiedlichen Technologien sind in verschiedenen Hallen

untergebracht, was erheblichen Transport und Handlingsaufwand bedeutet

RM HRL

Blech-bearbeitunng

Platten-bearbeitunng

Wärme-behandlung

A32

A38

A33

Zentrales Lager Shared Ressources Dedicated Lines

Fabrikation Assembly

Beispiel für einen klassischen Produktionsbetrieb (Push)

3.6. Cell Design

Beispiel für einen Lean Multi‐Cell Produktionsbetrieb (Pull)

4. Zellengestaltung

S5

S4

S1

S2

S3

Zelle XA

S5

S4

S1

S2

S3

Zelle YAB

Super-markt XY

RMKanban

POU Y

POUX1

POUX2

Bemerkungen:• Lean Kunden-Pull-orientierte Fliessfertigung• Mittels Supermarkt-Kanban entkoppelte in-line Multizellen-Fertigung mit

mehreren POU 2-bin Kanban• Die einzelnen Fertigungszellen können mono- oder mixed product Cell

(eventuell sogar Heijunka-nivelliert) sein

Ansatz aus der Regeltechnik

5. Kontinuierliche Verbesserung

Der Kontinuierliche Verbesserungs-Prozess KVP basiert auf der Regeltechnik, d.h. Steuern mittels Rückkopplung (Feedback). Dabei ist der Messfehler des Mess-Systems nicht zu vernachlässigen ( MSA; im täglichen Leben ist das die eigene verzerrte Wahrnehmung).

Prozess

y(t)

d(t)

u(t)w(t)+ -

Idealfall

ym(t)

Prozess

y(t)

d(t)

u(t)w(t)+ -

MS

Realität

mit Messfehler

PDCA Ansatz

4.2. Kontinuierliche Verbesserung

Die Qualität eines Produktes/Prozesses wird mittels dem PDCA Zyklus (Plan, Do, Check, Act) von Deming sichergestellt. PDCA ist ein KVP-Ansatz.

ym(t)

Prozess

y(t)

d(t)

u(t)w(t) +

-

MS

1.Plan 2.Do

3.Check

4.Act

Kaizen Ansatz


Im Toyota Production System, bei uns auch Lean Manufacturing genannt, wird der KVProzess mit Kaizen sichergestellt. Kaizen ist eine Verbesserung in kleinen Schritten, welche von den Mitarbeitern selber im täglichen Betrieb kontinuierlich gemacht wird, um Verschwendung zu eliminieren; Kaikaku ist eine Verbesserung in grossen Schritten und kann mit DMAIC, SE, Lean Transformation erfolgen.

Kaizen

Kaizen

Kaizen

LSS Kaizen Team


Kaizen Teams sind permanente Teams, welche vom Kaizen Leader (dem Schichtmeister) geführt werden. Sie versammeln sich regelmässig vor dem Kaizen Board und besprechen tägliche Probleme oder anfallende Verbesserungsmöglichkeiten und Stand der Projekte.

6. Beispiele: Lean im Schiffbau

6. Beispiele: Lean im Schiffbau

Fertigungs-Frage: Batch, Kit, POU, Modul, asynchron, ...

6. Prozesskettenreengineering

Warmwalzprofile, Grobbleche und Laser? Betrachtung der ganzen Prozesskette: Grösste Hebelarme zuerst

Ein Kreuzfahrtschiff besteht aus 360 individuellen Paneelfeldern aus unterschiedlichen Blechdicken zusammengesetzt. Fläche ca. 120000 m2

6. Beispiele: Prozesskettenreengineering

6. Beispiele: MontageCustomer Demand:2.2 pieces per Week

(Takt Time 18.2 hours)Pieces sind hier Ship Set

bestehend aus LH RH da parallel gefertigt

Airbus

Prod.planung

Supplier

Prod.auftrag

Mat.bestellung

wöchentlicher

Abruf

wöchentlicheAnweisung

Laherhalle Wingtip Vormontage

VormontageHauptlehre

Fertigstellenauf paint Rolli

Value Add: 41 hoursText: Wartezeit Nacht

2

Winglet Vormontage

VormontageHauptlehreFertigstellen

Value Add: 20 hoursText: +über Nacht

2

Trailing Edge Vormontage



1.5

Corner AssyHauptlehre

Value Add: 7 hoursNVA = 0.1 hoursText: LH/RH auf gl Lehre

1

Fairing FrwdVormontage

Value Add: 2.5 hoursNVA = 0.35 hours

1

Winglet Jig Assembly, Q

je LH und RH

Value Add: 16 hoursNVA = 2 hoursText: NVA üb Nacht

2

10er RacksEinzelkits

10 pcs

komplette Teile je 2 Rüstwagen

Kit auf palettefür 1 Auftrag

variable Kitgrösseim Palette

LH: 2RH: 2

varaible Kitgrösseim Palette

Winglet JigDisassembly

NVA = 4 hours

24 hoursLH: 1RH: 1

MalereiQ H6

für 1 s/s LH RH


2

Verpacken H6

NVA = 4 hours

2.5

Schlussprüf H6

Value Add: 2 hours

1

1 pcsLH: 1RH: 1Text: 4+4 pain trolli

3 pcsLH: 2RH: 3Text: 4+4 paint rolli

Transport zusammenLH und RH

6 pcsLH: 5RH: 6Text: 4 paint rolli

1 pcsLH: 1

12 pcsLH: 12RH: 12

Versand HRL

Alle Kits werden mitHubstapler transportiert

182 hours

41 hours

218 hours

16 hours

18 hours 4 hours 4 hours 18.2 hours

18 hours

26 hours 48 hours

2 hours

4 hours 4 hours 4 hours Lead Time = 573 hours

VA / T = 77 hoursRM = 22.7 daysWIP = 379 hoursFG = 12 hours

DLZ = 573 h (71 Tage) ohne Vormaterial 391 h

d.h. 48 Schichttage

PCE13%; zum Vergleich: Weltklasse Benchmark sind

80%

WingletVormontage

Fertigstellen auf paint Rolli

Value Add: 31 hoursText: ev über Nacht

2

Corner und Fairingwerden zusammen

zum malen gebracht(4 Wagen)

Aft FairingVormontage

Value Add: 5 hours

1

variable Litgrösseim Palette

Text: Anzahl ?

LH RH von hand (kein paint wagen)

KitgrösseKitbereitstellung

Logistik-5S

kritische Timetrap ist Wingtip Hauptlehre aber

Bottleneck ist Winglet Vormontage

Optimierung Anzahl Paint Rolli

macht kein Sinn Fairing Fwrd vorzumontieren

zuviel assembly-disassembly

Warum Winglet Jig Assembly? Wie

hoch ist die Fehlerrate?

1 pcsLH: 1RH: 1Text: shipset

48 hoursText: shipset



N.B.: diese Zahlen sind während der Ramp-up Phase

erhoben worden (beziehen sich auf das schwächste

Bauglied) und sollten heute bedeutend besser sein

Balancing notwendig

zur TT Einhaltung

Vorsicht:Constraint zur TT

Erreichung bei nur 1 Mitarbeiter

Prozess-Performance-Metrik:• DLZ = 573 h• PCE = 13%

Kunde

6. Beispiele: MontageCustomer Demand:2.2 pieces per Week

(Takt Time 18.2 hours)Pieces sind hier Ship Set

bestehend aus LH RH da parallel gefertigt

Airbus

Prod.planung

Supplier

Prod.auftrag

Mat.bestellung

wöchentlicher

Abruf

wöchentlicheAnweisung

Laherhalle Wingtip Vormontage


Fertigstellenauf paint Rolli

Value Add: 41 hoursText: Wartezeit Nacht

2

Winglet Vormontage

VormontageHauptlehreFertigstellen


2

Trailing Edge Vormontage



1.5

Corner AssyHauptlehre

Value Add: 7 hoursNVA = 0.1 hoursText: LH/RH auf gl Lehre

1

Fairing FrwdVormontage

Value Add: 2.5 hoursNVA = 0.35 hours

1

Winglet Jig Assembly, Q, Disassembly

je LH und RH


2

MalereiQ H6

für 1 s/s LH RH


2

Verpacken H6

NVA = 4 hours

2.5

Schlussprüf H6

Value Add: 2 hours

1

Versand HRL

Alle Kits werden mitHubstapler transportiert

18.2 hours

41 hours 16 hours

22 hours 4 hours

18 hours

26 hours 4 hours

2 hours

4 hours 4 hours 4 hours Lead Time = 129 hours

VA / T = 77 hoursRM = 18.2 hoursWIP = 99 hoursFG = 12 hours

shipset4 hours

shipset4 hours

shipset4 hours

shipset4 hoursLH: 1RH: 1

DLZ ist 129 h d.h. 16 Schichttage

(-76%)

PCE=60% (+344%)inkl. Vormaterial

WingletVormontage

Fertigstellen auf paint Rolli

Value Add: 31 hoursText: ev über Nacht

2

Corner und Fairingwerden zusammen

zum malen gebracht(4 Wagen)

Aft FairingVormontage

Value Add: 5 hours

1

LH RH von hand (kein paint wagen)

KitgrösseKitbereitstellung

Logistik-5S

kritische Timetrap ist Wingtip Hauptlehre aber

Bottleneck ist Winglet Vormontage

Optimierung Anzahl Paint Rolli notwendig

Warum Winglet Jig Assembly? Wie

hoch ist die Fehlerrate?

1 pcs

hier ist zusätzlichesOptimierungs-

potential

Vorsicht: Constraint

effektive 18 h VA am Limit

Vorsicht:balancing notwendig

generell:Balancing ist absolut

notwendig mit WIP und Paint-Rolli Bestimmung

Drum

Effekt:• DLZ: 129 h (-76%)• PCE: 60% (+344%)

Kunde

Leider

7. Change Management

“Den Betrieb in ein Lean-Unternehmen umzuwandeln, ist eine menschliche

Herausforderung und nicht eine technische.”

7. Change Management: Gefühlswelt

Source: “Managing Transitions” by William Bridges and Danaher Business System

Schock

Ahnung

Angst

Ärger/Vertrauensbruch

DepressionAkzeptanz

Suche nach Lösungen

Pläne entwickelnPläne ausführen

Stärker hervorgehen

Zykluszeit

Ablehnung

WiderstandTesten

Bekenntnis

Schuld

Freigeben Übergang Einfrieren

Mot

ivat

ion

Die Komponente Mensch


Die menschliche Komponente darf bei keinem Projekt vernachlässigt werden. Neben Begeisterung muss man aber bei den Betroffenen auch Sicherheit vermitteln... Folgendes, oft erwähntes, berühmtes Zitat ist nur ein Teil der Medaille!

Was ist hier fehlleitend?

„Wenn Du ein Schiff bauen willst, dann trommle nicht Männer zusammen um Holz zu beschaffen, Aufgaben zu vergeben und die Arbeit einzuteilen, sondern lehre die Männer die Sehnsucht nach dem weiten, endlosen Meer."

Die Komponente Mensch


...besseres Beispiel;

Hier sind die Betroffenen auch die Beteiligten, was sich hier bei den Betroffenen ändert, ist die Identifizierung mit der Aufgabe.

Drei Steinmetze werden gefragt, was sie tun.Der erste antwortet: "Ich behaue einen Stein."Der zweite antwortet: "Ich arbeite an einem Spitzbogenfenster"Der dritte antwortet: "Ich baue eine Kathedrale!"

Merke


Generell ist der Erfolg einer Initiative, einer Neuerung wie z.B. eine Lösung zu einem Problem, von der Akzeptanz der Lösung seitens der Mitarbeiter abhängig. Die Akzeptanz bedingt Einbeziehen der Mitarbeiter, und v.a. der Betroffenen, von Anfang an damit das „not-invented-here-syndrome“ nicht negativ durchschlägt. Merke der Erfolg einer Lösung ist immer das Produkt aus der Qualität der Lösung (die meistens gut sein wird) und der Akzeptanz der Lösung (die auch kritisch sein kann) durch die Betroffenen. Ist die Akzeptanz nur mässig, ist der Erfolg auch bei einer guten Lösung nur mässig.

E = Q x A

Die Lean Six Sigma Reise: Inspire Ansatz

8. Inspire Ansatz: Lean Deployment

Change Production System

2nd Step

Establish Learning Organization

3rd Step

From Push to Pull

Continuous Improvem.

Lean Transf. Kaizen teams

SolveBurningIssues

1st Step

Targ

et

Lean Sigma Basics

App

roac

h

DMAIC

Met

hod

Die Lean Six Sigma Reise: Inspire Ansatz

8. Inspire Ansatz: Lean Deployment

SolveBurningIssues

Change Production System

Establish Learning Organization

1st Step 2nd Step 3rd Step

Targ

etIn

tens

ity

1-2 years 2-3 years ongoing

42

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

Lean Productionin der fertigenden Industrie

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