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Heijunka, der geglättete
Prozess Thema des Monats
März 2008 1. Das Toyota-Produktionssystems Nach dem Ende des 2. Weltkrieges musste Kiichiro Toyoda, der damalige Präsident der Toyota Motor Company feststellen, dass die Produktivität seines Unternehmens dem der europäischen Unternehmen um mehr als 300% hinter her hinkte. Ganz zu schweigen vom Vergleich mit den Amerikanern, welche es dank der von Henry Ford entwickelten Fließbandarbeit auf mehr als die 9-fache Produktivität der Japaner brachten. Die einzige Chance Toyota Motors am Leben zu halten bestand für Kiichiro Toyoda darin, innerhalb kürzester Zeit mit der Produktivität der Amerikaner gleichzuziehen, oder diese sogar zu überbieten. Kiichiro Toyoda überlegte ob es denn sein könne, dass 1 Amerikaner dieselbe Leistung bringen könne wie 9 Japaner, und er kam zu dem Schluss, dass dies auf keinen Fall möglich wäre. Also, folgerte er, muss Toyota in ihrem Produktionsprozess viel Energie und Arbeit verschwenden. Durch die volle Konzentration auf die Minimierung von Verschwendung (Muda) entwickelte sich während der folgenden Jahre das Toyota Produktionssystem, welches durch die Optimierung der Produktionsprozesse die Produktivität von Toyota Motors erheblich steigerte. Das Hauptziel des TPS’s ist die Erhöhung des Profits durch Kostenreduzierung, oder anders gesagt, durch die Erhöhung der Produktivität. Bei Toyota wird diese Kostenreduzierung durch eine Just-in-Time Produktion erreicht, welche ein größtmögliches Maß an Verschwendung eliminiert. Diesem Just-in-Time Konzept zufolge versucht Toyota ausschließlich die Anzahl der tatsächlich verkaufbaren Automobile zu produzieren. Da die Nachfrage nach Automobilen saisonbedingt schwanken kann, ist es nötig, strukturelle Flexibilität bezüglich Produktvariationen und Mengenanpassung zu erreichen. Toyota glättet deshalb seine Prozesse, um sich an die variierende Nachfrage anzupassen. Um diese flexible Anpassungsfähigkeit verstehen zu können, müssen zunächst die 3M - Muda (Verschwendung) , Muri (Unzweckmäßigkeit), Mura (Ungleichmäßigkeit) erläutert werden. Sie beschreiben drei Formen von Störungen, welche den Produktionsprozess gefährden und im Sinne einer möglichst hohen Produktivität zu vermeiden sind. Zur Beschreibung von Muda (Verschwendung) werden sämtliche Tätigkeiten in drei verschiedene Gruppen klassifiziert:
Muri (Unzweckmäßigkeit) beschreibt die Produktion, bei welcher sich Mensch und Maschine an der Grenze Ihrer Leistungsfähigkeit befinden. Diese Grenzbelastung wird vom TPS als unzweckmäßig angesehen, da die Sicherheit der Arbeiter nicht mehr gewährleistet ist und vermehrt Qualitätsmängel am Produkt auftreten. Die Ursache für das Wechselspiel zwischen Phasen der Überlastung (Muri) und Phasen der Ressourcenverschwendung (Muda) ist eine ungleichmäßige, nicht nivellierte Produktion (Mura) und Schwankungen des Produktionsvolumens. 2. Produktionsglättung (Heijunka) Das Ziel der Glättung der Produktionsmenge liegt darin, die Differenz der Outputzahlen und der Verkaufszahlen innerhalb den einzelnen vom Unternehmen festgelegten Perioden zu minimieren. Dazu muss zunächst eine Vorhersage über die wahrscheinliche Anzahl der verkaufbaren Automobile in der kommenden Periode erstellt werden, um dann die durchschnittlich zu produzierende Anzahl an Autos pro Tag zu berechnen. Bei der Festlegung der Periodengröße ist zu beachten, dass eventuelle Schwankungen der Verkaufszahlen in einer Periode nicht berücksichtigt werden können und die Periodengröße deshalb so gewählt werden muss, dass die Nachfrage nach Automobilen den gesamten Zeitraum über möglichst konstant bleibt. Nimmt man beispielsweise eine Zeitspanne von 2 Monaten als eine Periode an, so ist es durchaus möglich, dass zu Beginn des ersten Monats lediglich 200 Autos verkauft werden, aber gegen Ende des 2. Monats die Anzahl der pro Tag verkauften Autos auf 300 angestiegen ist. Dies entspricht einer Schwankung von 50%. Bei einer Produktionsglättung würde sich also zu Beginn des Monats ein Vorrat an betriebsbereiten Automobilen anhäufen, was, den Zielsetzungen von TPS zufolge, vermieden werden sollte. Bei einer Verkürzung der Periode auf 14 Tage wäre der Verkauf von Autos pro Periode gleichmäßiger. Im Schaubild 1 liegt die Abweichung zwischen dem Verkauf von Automobilen am Beginn und am Ende einer 15 Tage Periode bei 17.5%.
Das obere Beispiel lässt die Schlussfolgerung zu, dass die Glättung der Produktion genauer wird, je kürzer die gewählte Periode ist. Sollte die Zeitspanne einer Periode jedoch zu klein werden, beispielsweise gegen t = 1 Tag tendieren, ginge der Glättungserfolg verloren. Im TPS werden sowohl Überkapazität an Arbeitskräften als auch Überkapazität an Maschinen und Gebäuden als Verschwendung angesehen. Da Toyota zum Zeitpunkt t = 60 genügend Maschinen und Arbeitskräfte benötigt, um 300 Automobile pro Tag herzustellen, wird die Produktion zum Zeitpunkt t = 15 Tage einen Überschuss an Maschinen und Arbeitskräften haben und somit Ressourcen verschwenden. Doch nicht nur durch Überproduktion aufgrund schwankender Nachfrage werden Ressourcen verschwendet. Auch innerhalb des Produktionsprozesses besteht die Gefahr, dass Ressourcen nicht optimal genutzt werden. Durch unterschiedliche Outputmengen im letzen Fertigungsschritt wären Abteilungen mit vorhergehenden Fertigungsschritten gezwungen, erhöhte Arbeitskraft- und Maschinenvorräte bereit zu stellen, da sie aufgrund des Pull-Systems jederzeit in der Lage sein müssen, eine maximale Menge an Teilen zu produzieren. Im TPS wird versucht diese Verschwendung an Ressoucen im Produktionsprozess zu vermeiden indem man in sämtlichen Prozessen je ein Fertigungsteil innerhalb einer sogenannten "Cycle Time" produzieren lässt. Dies bedeutet, dass eine vollständige Synchronisation der Prozesse nur dann stattfindet, wenn sämtliche Prozesse in derselben Geschwindigkeit oder zumindest in derselben Cycle Time durchlaufen werden und es nicht zu Wartezeiten aufgrund übermäßig langer Produktionszeiten eines einzelnen Fertigungsteiles kommt.
Auf diesem Produktionsplan der Kawasaki Heavy Industries, welcher in Perioden von 2 Wochenlänge eingeteilt ist, wird ersichtlich, dass für die ersten 2 Wochen eine Durchschnittsproduktion von 250 Motorrädern pro Tag und für die Wochen 3 und 4 eine Produktion von je 205 Motorrädern pro Tag eingeplant ist. Aufgrund der größeren Produktion in den ersten beiden Wochen werden in der ersten Periode auch mehr Arbeitskräfte eingesetzt. Darüber hinaus wird deutlich, dass die Cycle Time mit zunehmender Arbeiterzahl ab nimmt. Diese Korrelation lässt sich durch eine einfache Überlegung nachvollziehen: Zur Erklärung nehmen wir an, dass eine Arbeitskraft 100 Sekunden benötigt um 2 Maschinen zu bedienen. Wird dieser Arbeitskraft nun eine 2. Arbeitskraft zur Seite gestellt, könnte jeder von Ihnen eine Maschine bedienen und die Cycle Time würde sich auf 50 Sekunden reduzieren. Zu einem gegebenen Zeitpunkt X bedient eine Arbeitskraft 5 Maschinen, welche auf 80% iger Geschwindigkeit laufen. Sollte die Verkaufsvorhersage für das produzierte Modell für die kommende Periode ansteigen, muss die Produktivität gesteigert werden, um die nötige Anzahl an Waren zu produzieren. Dies wird erreicht, indem der Arbeitskraft eine Zeitarbeitskraft zur Seite gestellt wird und die Geschwindigkeit der Maschinen auf 100% erhöht. Toyota beordert im Falle einer erhöhten Nachfrage nach Autos ihre Belegschaft früher zur Arbeit und lässt sie am Ende der Schicht Überstunden arbeiten. Bei einer Drei-Schicht Produktion überlappen sich die einzelnen Schichten drei mal. Würde die Spätschicht also 30 Minuten früher beginnen und die Frühschicht 30 Minuten später aufhören, stünden für eine Stunde doppelt so viele Arbeitskräfte zur Verfügung wie ursprünglich eingeplant. Dadurch kann an diesem Tag 3 Stunden mit erhöhter Produktivität gearbeitet werden, ohne zusätzliche Arbeitskräfte zu akquirieren. Diese Art der Arbeitskrafterhöhung ist besonders bei sehr kurzen Perioden sinnvoll , da die Einarbeitungszeit von Zeitarbeitskräften zu viel Zeit in Anspruch nehmen würde. Die Reduzierung der Produktivität ist erheblich schwieriger als deren Steigerung. Im Falle eines Nachfragerückgangs werden Arbeiter aus der Produktion herausgenommen, um das Verhältnis Arbeiter/Maschine auf die Seite der Maschine zu verschieben. Wenn nun weniger Arbeiter mehr Maschinen bedienen, steigt logischer weise die Cycle Time, was einen Produktionsrückgang bedeutet. Die Arbeitskraft welche aus der Produktion genommen wurde, wird von Toyota für folgende Aktivitäten eingeplant:
Westliche Massenhersteller versuchen im Allgemeinen über die Model-Mix-Fertigung eine gleichmäßige Auslastung der Mitarbeiter zu erreichen. Die Model-Mix-Produktion sieht vor, dass verschiedene Modelle mit unterschiedlicher Fertigungszeit auf demselben Fließband produziert werden. Um möglichst selten umrüsten zu müssen, wird die nötige Anzahl jedes einzelnen Produktes am Stück ohne Unterbrechung produziert. Angenommen es werden 200 Kleinwagen, 300 Mittelklassewagen und 150 Limousinen pro Woche produziert, dann werden von Montag bis Dienstag Mittag Kleinwagen produziert, daraufhin folgt eine lange Umrüstung auf Mittelklasse Wagen, welche dann bis Donnerstag Mittag produziert werden. Anschließend wird auf Luxuslimousinen umgerüstet, welche dann den Rest der Woche hergestellt werden.
Sollte aus irgendeinem Grund eine geringere Menge an Fahrzeugen eines bestimmten Typs verkauft werden, führt dies unweigerlich zu einer Überproduktion an Fahrzeugen welche im Anschluss an ihre Fertigung gelagert werden müssen. Darüber hinaus birgt dieses Fertigungssystem eine besondere Schwierigkeit für vorgelagerte Prozesse und/oder Zulieferfirmen. Da für unterschiedliche Modelltypen unterschiedliche Bauteile produziert und geliefert werden müssen, führt die Model-Mix-Produktion zu einer unausgewogenen Nachfrage nach den verschiedenen Bauteilen. Bei erneuter Betrachtung des vorherigen Beispiels werden also Montag und Dienstag Bauteile für Kleinwagen benötigt. Wenn ein Zulieferer nun aber jeden Tag mit einer vollen Kapazitätsauslastung ein bestimmtes Fertigungsteil für Kleinwagen produziert, führt dies zwangsläufig zu einer enormen Überproduktion an Bauteilen dieses Typs. Toyota strebt über das Heijunka eine gleichmäßige Kapazitätsauslastung der Produktion an, wobei nicht nur die gesamte Produktionsmenge sondern auch der Model-Mix nivelliert wird.
Wie in Abbildung 4 ersichtlich, nivelliert Toyota nicht nur die Produktion eines Fahrzeugtyps über die einzelnen Tage einer Periode, sondern kumuliert auch die Produktion mehrerer Modelle auf einem Montageband. Es werden also nicht wie bei der Model-Mix-Produktion sämtliche Fahrzeuge eines Modelltyps am Stück gefertigt, sondern man produziert jeden Tag 40 Kleinwagen, 60 Mittelklassewagen und 30 Luxuslimousinen. Für vorgelagerte Prozesse und Zulieferfirmen bedeutet dies, dass sie ebenfalls regelmäßig produzieren können und damit eine gewisse Planungssicherheit haben. Doch auch bei der Mixed-Model-Production gibt es Unterschiede. Viele Unternehmen glätten zwar Ihre Prozesse so dass jeden Tag dieselbe Anzahl an Produkten hergestellt wird, jedoch nutzen sie im Gegensatz zu Toyota eine Lot- oder Batch Produktion. Sie produzieren also zuerst die nötige Tagesstückmenge des ersten Produkts, bauen ihre Maschine um und produzieren dann die nötige Tagesstückmenge des 2. Produktes. Dieses System bietet sich für ein Unternehmen an, dessen Produkte lediglich einmal pro Tag zu den verschiedenen Vertriebshäusern transportiert wird. Durch diese Lot-/Batchproduktion wird der Zeitverlust durch häufigen Maschinenumbau vermieden. Werden die fertigen Produkte jedoch stündlich angefordert, ist die Firma gezwungen hohe Vorräte zu lagern, um Lieferprobleme bei Produkten, welche erst später am Tag produziert werden, zu verhindern. Toyota klassifiziert seine Fahrzeuge in drei Klassen, abhängig von der Arbeitszeit, welche in die Produktion des Fahrzeuges investiert wird. Die drei Klassen klein, mittel, groß werden zur besseren Kenntlichkeit mit rot, weiß und gelb gekennzeichnet. Nach der Klassifizierung werden die Produkte so hintereinander angeordnet dass eine festgeschriebene Durchlaufzeit eingehalten wird. Sollte Produkt a beispielsweise 45 Arbeitsminuten, Produkt b 60 Arbeitsminuten und Produkt c 75 Arbeitsminuten benötigen, könnte eine Durchlaufszeit von 60 Minuten eingehalten werden, wenn je ein Produkt a, ein Produkt b und ein Produkt c hintereinander produziert würden. (45 min + 60 min + 75 min) / 3 = 60 Min) Eine Produktion mit größeren Losgrößen könnte eine 60-minütige Durchlaufszeit nicht einhalten.
Zur Steuerung einer Model-Mix Produktion werden im TPS KANBAN-Tafeln eingesetzt. In Abb. 6 ist beispielhaft eine KANBAN-Tafel mit allen verfügbaren Kanbankarten dargestellt. Die Karten sind durchnummeriert, da es sich um feste Kanbanregelkreise handelt. Links neben den Produkten ist über ein Ampelsystem die Dringlichkeot der Produktion dargestellt.
Rechts auf der Kanbantafel steht der optimale Produktionsmix, der aufgrund des optimalen Rüstablaufs und der durchschnittlichen Tagesmengen aufgrund des Kundentakts berechnet wurde.
(vgl. agile.unternehmen@agilas.org) Werden Produkte im Versand an den Kunden ausgeliefert, werden die zugehörigen Karten vom Versand zurück an die Montage gegeben. Sie werden auf der linken Seite in die Kanbantafel von unten nach oben eingesteckt. Es ist darauf zu achten, dass die jeweilige Karte nur unter der richtigen Produktbezeichnung aufgehängt wird. Je Tag werden normalerweise soviel Ladungseinheiten eines Produktes gefertigt, wie auf der rechten Seite der Kanbantafel festgelegt wurde. Konkret heißt das: Sind am Tagesanfang die Kanbankarten von Produkt A mindestens bis zur gelben Markierung eingesteckt und es ist kein Produkt im roten Bereich, so werden sechs Karten von links nach rechts unter die Spalte ‚Start’ gehängt. Die Produktion beginnt und endet nach der Produktion von 6 Ladungsträgern. Bei der Bearbeitung des letzten Ladungsträger schaut man wieder auf die Kanbantafel, an der alle vom Versand zurückgelieferten Kanbankarten links angebracht sind. Ist kein Produkt auf ‚Ampel rot’ und ist das Produkt C mindestens auf ‚Ampel gelb’, so werden von diesem 3 Ladungsträger gefertigt. Ist dies nicht der Fall, so wird aus Prioritätssicht als nächstes das Produkt D ausgewertet. Ist dieses mindestens auf ‚Ampel gelb’, so wird dieses gefertigt. Auf diese Weise werden alle Produkte nacheinander bearbeitet. Steht ein Produkt auf ‚Ampel rot’, so hat die Produktion dieses Artikels höchste Priorität. Nach der Bearbeitung des aktuell in der Produktion befindlichen Kanbanloses (in unserem Beispiel 3 oder 6 Karten) wird sofort mit der Bearbeitung des Produkts auf ‚Ampel rot’ begonnen. |
