Prof. Dr.-Ing. Thorsten Frank

Forschung & Transfer

Zukunft Produktion gestalten

Nahezu 40% aller Beschäftigten arbeiten in Deutschland direkt oder indirekt in produzierenden Betrieben. Dort sorgen Globalität, zunehmende Variantenvielfalt, kürzere Produktlebenszyklen und steigende Komplexität für eine ständig wachsende Dynamik. Die kontinuierliche Beschleunigung des Arbeitslebens stehen im krassen Gegensatz zu gesellschaftlichen Anforderungen, wie Gesundheit, älter werdenden Mitarbeitern, Zufriedenheit in Familie und Beruf, etc.

Die Frage, ob sich unsere Gesellschaft zu einer reinen Dienstleistungsleistungs-gesellschaft ohne Produktion entwickelt, gilt als überholt. Dennoch versagen für die Produktion der Zukunft alte Lösungen und Patentrezepte. Wie sieht die Produktion der Zukunft in Deutschland bzw. Europa aus?

Toyota hat uns mit seiner erfolgreichen schlanken Produktionsstrategie und dem Willen, Verschwendung aus der Produktionskette zu eliminieren, gezeigt, wie sich eine auslastungsorientierte Produktion zu einer flexiblen und kundenzentrierten Produktion wandeln kann.

Toyota hat bewiesen, dass das Setzen anderer („richtiger!“) Ziele zum Umdenken führen kann. Doch wie muss der nächste Schritt aussehen?

Forschung: Arbeitssystem- und Fertigungszellengestaltung

Das Forschungsgebiet der Arbeitssystemgestaltung beschäftigt sich mit soziotechnischen Systemen, die die Leistungserstellung innerhalb einer Produktion übernehmen. Ein Arbeitssystem ist somit der Teil des Produktionsprozesses, indem genau eine Aufgabe erfüllt wird. Dabei steht das Zusammenspiel aus Mensch und Technik im Mittelpunkt, egal ob es sich um ein manuelles, teilautomatisiertes oder vollautomatisches Arbeitssystem handelt.

Durch das Zusammenfügen mehrerer Arbeitsystemen entsteht z.B. die Fertigungszelle. Im Labor vor Ort ist eine spezielle Form der Fertigungszelle realisiert, die manuelle U-Zelle. Der Mitarbeiter startet am ersten Arbeitssystem der U-Zelle und durchläuft den gesamten Bereich, indem er sich mit dem Produkt von Arbeitssystem zu Arbeitssystem fortbewegt, bis das letzte zugehörige Arbeitssystem erreicht ist. Dort wird das Produkt in der Regel geprüft und im Anschluss an die nächste Prozessstufe weitergeleitet. Der Mitarbeiter geht an das erste Arbeitssystem seiner Fertigungszelle zurück und startet den Prozess der Produkterstellung von Neuem. Wesentlicher Vorteil der U-Zelle sind die fließenden und flexiblen Prozesse im „One-Piece-Flow“ vor allem für die Montage mittlerer Stückzahlen ohne Puffer bzw. Wartezeiten und ohne Taktbindung. Vision ist dabei die zu 100% wertschöpfende Herstellung fehlerfreier Produkte im kontinuierlichen und flexiblen Einzelstückfluss auch bei hoher Varianz der Produktfamilie.

Die „low cost“ Automatisierung der U-Zelle und Steigerung des Outputs hat im japanischen einen speziellen Namen: die Chaku-Chaku-Linie (jap. laden, laden). Dabei übernimmt der Mitarbeiter vor allem den Einlegevorgang in das Arbeitssystem und das Befördern des Produktes von Arbeitssystem zu Arbeitssystem, der sonst weitgehend automatisierten bzw. autonomen Prozesse. Im Ergebnis entsteht eine bezahlbare und stückzahl-atmende Montage, d.h. Investitions- und Personalkosten können über die steigenden Stückzahlen eines Produkt-Lebenszykluses stufenweise angepasst werden. Die Chaku-Chaku-Line schließt so die Lücke zwischen manueller und vollautomatisierter Fertigungszelle, die sich oft erst bei hohen, konstanten Stückzahlen rechnet.

Transfer: U-Zellen-Workshop

Der U-Zellen-Workshop dient dazu, für eine reale Montageaufgabe aus einem Unternehmen eine Lösung zu finden. Dazu werden im ersten Schritt des Workshops die Grundlagen zur Auslegung und Dimensionierung einer U-Zelle anhand eines Praxisbeispiels geübt. Alle Phasen - von der Planung bis zum Ausprobieren und Zeitaufnahme – können in der real existierenden U-Zelle praktisch nachgestellt werden. Im zweiten Schritt erarbeitet dann das moderierte Firmenteam die reale Montageaufgaben des Unternehmens innerhalb weniger Tage. Dabei werden folgende Schritte durchlaufen: Grobplanung, Dimensionierung, CAD-Konstruktion der U-Zelle, Aufbau einer manuellen bzw. halbautomatischen Karton-U-Zelle und Produktion der ersten 100 bis 1000 Teile, Optimierung der Durchlaufzeiten der U-Zelle und Kostenfestlegung für die Stahl-U-Zelle. Sind die gesetzten Ziele erreicht, erfolgt die Realisierung der Stahl-U-Zelle dann i.d.R. eigenständig durch das Unternehmen vor Ort.

Bild: CAD-Zeichnung einer manuellen U-Zelle
(Stabsystem der Firma Beewatec)

Forschung: Produktionssystemgestaltung

Viele Lösungsansätze der klassischen Produktionsplanung und –steuerung (PPS) haben zu aufwändige Planungsprozesse und führen zu einer intransparenten Produktionssteuerung. Mangelde Termintreue, schwankende Lieferzeiten, lange Wartezeiten, hohe Bestände oder große Losgrößen mit langen Rüstzeiten sind die Folge gerade bei variantenreicher Serienproduktion mit hohen Stückzahlen. Intuitiv reagiert das Managements auf solche Terminprobleme, indem Sie die Planzeiten verlängert und mit der Produktion früher beginnen lässt. Doch damit spitzt sich die Situation nur weiter zu. Noch mehr Fertigungsaufträge laufen parallel, Bestände in der Produktion nehmen zu und verstopfen zunehmend die Produktion. Als Folge nehmen die Terminprobleme noch weiter zu! Die Produktion befindet sich jetzt im Teufelskreis der klassischen Fertigungssteuerung, denn das Management reagiert erneut wie beschrieben.

Abhilfe schafft hier die Steuerung der Produktion nach dem Vorbild von Toyota bzw. die Lean-Prinzipien. Statt wie in der klassischen Fertigungssteuerung das Material mit Hilfe der Fertigungsaufträge vom ersten Prozess an durch die Produktion zu drücken, wird bei Lean nur exakt das vom Kunden bestellte Produkt bzw. das dafür benötigte Material durch die Produktion gezogen. Gleichzeitig gilt Toyotas Grundsatz alle im Unternehmen existierenden Verschwendungen (z.B. Wartezeiten, hohe Bestände, instabile Prozesse, lange Wege, reduzierte Rüstzeiten etc.) im Wertstrom des Produktes zu vermeiden. Ergebnis: Enorme Reduktionen der Durchlaufzeiten bei deutlich niedrigeren Beständen, geringere Produktionsflächen, reduzierte Mitarbeiterzahlen, höhere Qualität der Produkte usw. und eben ständig steigende Termintreue.

Toyota fasst diese und weitere Prinzipien im Toyota-Produktionssystem zusammen, um das Ziel hoher Produktivität bei hoher Termintreue und Qualität zu erreichen. Hier setzt unser Forschung an. Unsere Leitfragen Lauten: Wie lassen sich diese Prinzipien z.B. auf mittelständige Unternehmen oder andere Produktionssituationen übertragen, um daraus geeignete flexible und wirtschaftliche Produktionssysteme zu entwickeln und zu implementieren?

Transfer: Fluss-Planspiel-Workshop

In diesem Workshop lernen Gruppen bis zu 16 Teilnehmerinnen und Teilnehmer spielerisch, wie Teams nach den Lean-Prinzipien arbeiten. In Phase 1 des Planspiels werden die Vorteile einer fließenden, flexiblen Lean-Produktion gegenüber einer Produktion mit klassischer PPS vor allem in Bezug auf kurze Durchlaufzeiten und niedriger Bestände deutlich. In Phase 2 steigt die Zahl der Varianten schrittweise und damit auch die Komplexität der Produktion. Ziel ist es, die erreichten Verbesserungen zu erhalten. Das Team lernt über die Prozesse klar und verständlich zu kommunizieren sowie flexible und exakt entsprechend der Kundenanforderung zu produzieren. In Phase 3 steht dann das Kanban-Supermarkt-Prinzip mit Hejunka-Steuerung im Mittelpunkt, das ermöglicht an verschiedenen Orten problemlos zu produzieren, ohne den gewonnen Fluss wieder zu verlieren.

Transfer: Wertstrom-Workshop

Im Werstrom-Workshop lernen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer anhand von Praxisbeispielen die Grundlagen der Methode „Wertstromanalyse und –design“. Ziel ist es, diese erste praktische Erfahrungen am Ende des Workshops im eigenen Unternehmen einzusetzen.

Zu Beginn des Workshops wählen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer eine geeignete Produktfamilie aus, i.d.R. ein Produkt mit seinen Varianten oder sehr ähnliche Produkten mit ähnlichen Verarbeitungsschritten, Prozessen und Maschinen. In der anschließenden Ist-Analyse einer bestehenden Produktion wird der Ausgangszustand des Wertstroms von „Rampe zu Rampe“ aufgenommen. Im nächsten Schritt werden in der Gruppe verbesserte Soll-Zustände dieser Produktion konzipiert sowie ein entsprechender gestaffelter Umsetzungsplan erarbeitet. Eine Unterstützung bei der Einführung der Methode im eigenen Unternehmen ist zielführend und möglich.

Forschung: Organisationsentwicklung

Toyota war Vorreiter und hat es bewiesen: Lean ist ein Erfolgskonzept! Viele Unternehmen haben die Methoden von Toyota übernommen. Doch nach erster Begeisterung und ersten messbaren Erfolgen folgt oft der Lean-Frust. Die Verbesserungen stagnieren, das Engagement der Mitarbeiter nimmt ständig ab, die Termintreue nimmt wieder ab und die Bestände wachsen wieder. Was ist passiert?

Neben der Optimierung der technischen Seite des Systems sind das richtige Verhalten und die richtige Einstellung der Mitarbeiter des Unternehmens wichtig, und zwar durchgängig von der Spitze des Unternehmens bis hin zur Basis in den operativen Einheiten . Dieses Verhalten spiegelt sich in der Kultur eines Unternehmens wieder. Kultur gilt als Abbild der existierenden Organisation. Toyota ist beispielsweise geprägt durch eine Kultur der kontinuierlichen Veränderung und Verbesserung.

Nachfolgende Abbildung verdeutlich den Zusammenhang von kontinuierlicher Verbesserung durch den Einsatz von systematischen Verbesserungsmethoden wie z.B. dem PDCA-Kreis und dem Setzen von Standards.

Bild: Zusammenhang zwischen kontinuierlicher Verbesserung, PDCA-Kreis und Standards setzen

Standards legen die Rahmenbedingungen eines Prozesses bzw. einer Aufgabe klar und eindeutig fest und beantworten so die Frage: „Wie etwas gemacht werden soll“ , damit Prozessergebnisse vergleichbar werden. Sie gelten so lange, bis ein neuer und besserer Standard gemeinschaftlich festgelegt wird. Bildlich wird dieses durch einen Keil symbolisiert, der kontinuierlich auf der schiefen Ebene nach oben verschoben wird. Wichtige Erkenntnis: Ohne Standard keine nachhaltige Verbesserung! Ohne die Bereitschaft der Veränderung also keine nachhaltige Verbesserung!

Die Pflege der Unternehmenskultur ist also ein essenzielles Werkzeug für Veränderungen und Organisationsentwicklung. Folgende Fragen können helfen: Hat das Management die Konsequenz von Lean hundertprozentig verstanden? Steht das Management voll und ganz hinter Lean? Haben alle Beteiligten die Lean-Prinzipien verstanden und teilen diese? Wird Lean vielleicht nur oberflächlich betrieben? Ist wirkliche Transparenz von allen Beteiligten gewollt? Agieren operative Mitarbeiter und Führung auf Augenhöhe? Wird Denken und Handeln nicht getrennt? Gibt es Vertrauen? Besitzt das Unternehmen eine Organisation, die für die kontinuierliche Veränderung geeignet ist? Wie dezentral ist die Organisation? Welche Aufgaben sollen dezentral gelöst werden? Welche machen zentral Sinn? Welche Art der Führung braucht diese Veränderung? Hat die Organisation die richtigen Trainingsmethoden? Wird der Transformationsprozess von allen als Marathon verstanden?

Toyota hat in über fünfzig Jahren lang schrittweise diese Kultur der Veränderung und Verbesserung aufgebaut. Erst für sich selbst und dann für die Zulieferer. Doch wie lässt sich diese Art zu Denken und zu Handeln auf uns z.B. in Europa oder auf kleine Unternehmen übertragen? Wie muss der dazugehörige Transformationsprozess gestaltet werden? Wie könnte eine passende Organisation dafür aussehen? Hier setzt unser Forschungsinteresse an!

Transfer: Erstellung eines Shop Floor Boards

Wichtigstes Arbeitselement der dezentralen Teams in der Produktion vor Ort, dem sogenannten Shop Floor, ist das Shop Floor Board (auch genannt Infoboard oder Teamboard).

Dabei hat das Shop Floor Board verschiedene Kernaufgaben:

1. Verzahnung von Strategie und Vorgaben;

2. Festlegen der richtigen Kennzahlen, um die Veränderung bzw. Verbesserung transparent zu machen;

3. Systematischer Veränderungs- und Verbesserungsprozess mit Hilfe der PDCA-Methode mit taktischem Implementierungsplan;

4. Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen Mitarbeitern und Führungskräften;

5. Dokumentation der Befähigung der Mitarbeiter.

Wichtig ist, dass das Shop Floor Board von den dezentralen Teams, eventuell mit externer Hilfestellung, in ca. 2-3 Monaten eigenständig erstellt wird. Dabei geht es um hundertprozentige Akzeptanz der Inhalte durch das Team, damit ein wirkliches, täglich genutztes Arbeitswerkzeug für den Shop Floor entsteht.

Transfer: Lean-Begleitungsprozess

Der Transformationsprozess zu einem ganzheitlichen Produktionssystem ist ein langer und steiniger Weg mit vielen Stolperfallen. Aber dass sich der Weg lohnt, beweisen viele gute Beispiele, wie z.B. Porsche, Mercedes, Freudenberg, Festtool, Viessmann usw., die es neben Toyota geschafft haben. Entscheiden Sie sich dafür, unterstützen wir Sie gerne bei ihrem Transformationsprozess.

Möglichkeit wäre die aktive Begleitung bei der konkreten Umsetzung von „ersten“ Lean-Projekten zur Verbesserung z.B. einer Produktfamilie oder eines Bereiches. Dabei unterstützen wir ihre eigenen internen Mitarbeiter und ergänzen das Team mit mehreren „Experts“. Dabei wird ein (Standard) Lean-Projekt in 5 Phasen unterteilt, nach denen das Team jeweils die erzielten Ergebnisse präsentiert.

Folgende Phase beinhaltet ein Lean-Projekt:

1. Vorbereitung- und Informationsphase;

2. Diagnosephase mit Analyse des Ist-Zustandes im Team-Dialog zur Festlegung von Problem- und Handlungsfeldern sowie der gemeinsamen Ziele;

3. Gestaltungsphasen zur Lösungsfindung und Festlegung eines Soll-Zustandes;

4. Implementierungsphase zur kurz- und mittelfristigen Umsetzung der definierten Maßnahmen im Team;

5. Nachhaltigkeitsphase (langfristige Umsetzung parallel zur Serie ohne Unterstützung).

Die Dauer eines Lean-Projektes beträgt ca. 3-4 Monate.

Im Vorfeld der konkreten Lean-Projekte kann die Unterstützung darin bestehen, die notwendigen Rahmenbedingungen für das Gesamtprojekt „Transformation“ zu erarbeiten. Die Unterstützung ist dabei auf jeden Kunden speziell abgestimmt. Folgende Fragen leiten uns dabei: Ist der gesamten Führungsmannschaft Lean wirklich bekannt und vertraut? Wie sieht die heutige Organisation aus? Welche Anpassungen sind notwendig? Welche „Vorabschulungen“ sind sinnvoll? Wie soll das Transformationsprojekt an alle im Unternehmen kommuniziert werden? Welche Ziele will die Führungsmannschaft erreichen?