Lean-Kompendium

Das TPS ist zur Referenz für moderne Hochleistungsfertigungssysteme geworden. Es wurde in Europa unter der amerikanischen Bezeichnung Lean Manufacturing (LM) verbreitet und aufgrund seiner überlegenen Leistung auch in anderen Branchen als der Automobilindustrie übernommen. Abgesehen von der Kaizen-basierten Managementphilosophie der kontinuierlichen Verbesserung basiert die zugrunde liegende TPS-Theorie auf einem Just-in-Time (JIT)-artigen Fertigungsansatz. Dieser Fertigungsansatz basiert auf „Flow on Pull“ mit Heijunka-pitch Planung, d. h. selbstgesteuerten Mischproduktzellen, deren Leistung weitaus höher ist als die von herkömmlichen computergesteuerten und optimierten MRP2-Systemen (Manufacturing Resource Planning) oder ERP-Systemen (Enterprise Resource Planning), die sich hauptsächlich auf die Push-Fertigung „Batch & Queue“ (B&Q) stützen. Lean steht in der Tat im Widerspruch zum westlichen „Hochleistungs“-Gedanken der B&Q-Fertigung mit großen Losen zur Minimierung der Rüstzeiten und zur Senkung der Stückkosten, zur Ausnutzung der Anlagenleistung, zur Beschäftigung und Eile der Arbeiter, d. h. zur scheinbar hohen Produktivität. Aber die hohe Betriebsamkeit kann eine Menge nicht notwendiger Tätigkeiten beinhalten, wie Suchen, Bringen, Hantieren, Stapeln, Warten, so genannte nicht wertschöpfende Tätigkeiten oder Ineffizienzen, die die Japaner Muda (Verschwendung) nennen. Fujio Cho hat Verschwendung definiert als „alles, was über das Mindestmaß an Ausrüstung, Material, Teilen, Platz und Arbeitszeit hinausgeht, die für die Wertschöpfung des Produkts unbedingt erforderlich sind“. Anstelle eines hektischen Aktivismus bevorzugen die Japaner nicht eine ruhige, sondern eine verschwendungsfreie Abfolge von Tätigkeiten in einem konstanten Tempo, was am Ende des Tages zu einer höheren Effizienz und Wirksamkeit führt.

In den folgenden Abschnitten werden wir den Leser in die Komplexität von Produktionssystemen einführen. Wir werden das emblematische „Zwei-Säulen“-Tempelmodell des TPS überarbeiten und den systemischen Merkmalen des TPS durch die Einführung eines integrierten „Ein-Säulen“-Modells auch eine geeignete systemische Darstellung geben. Dieses neue Lean-systemische TPS-Modell wird „le fil rouge“ in diesem Kompendium sein, um die Produktionstheorie von Lean zu beschreiben. Darüber hinaus werden wir, basierend auf physikalischen Analogien, auf das Grundkonzept des Flusses eingehen und ein aus der Thermodynamik abgeleitetes System von Lean-Governing-Prinzipien definieren.

In den folgenden Abschnitten entwickeln wir einige Taxonomien zu Produktions-, Fertigungs- und Transferprinzipien. Wir führen die Warteschlangentheorie und die damit zusammenhängende WIP-Bildung ein, die den Engpass und die allgemeinen Produktionsanforderungen für OTD definieren, die die Kardinalbegriffe der Produktion darstellen.

Nach der Einführung der drei grundlegenden Produktionsgesetze, gegeben durch das Theorem des Durchsatzes, Theorem von WIP, und das OTD-Theorem (Theorem der allgemeinen Produktionsanforderungen), werden wir in den folgenden Abschnitten die Konzepte der Durchlaufzeiten entwickeln und die damit verbundenen Theoreme definieren. Wir befinden uns auf der ersten Ebene der Fertigungskomplexität gemäß dem TPS-Modell in Abb. 2.3 und befassen uns mit der Leistung einer Monoproduktlinie. Die Leistung wird durch die Durchlaufzeiten PLT und MLT sowie den Transferprinzipien B&Q und SFP ausgedrückt.

In Kap. 4 haben wir die Leistungsmetriken der Fertigungs- und Prozessdurchlaufzeit entwickelt, die auf das SPF- und B&Q-Prinzip angewandt werden, indem wir die folgenden Theoreme für eine Monoproduktzelle formulierten: Theorem der verallgemeinerten Durchlaufzeit, Theorem der Durchlaufzeitstabilität, Hauptsatz der Produktionszeit (SPF-Dominanz), Theorem des Debottlenecking, Zentraler Grenzwertsatz der Fertigung CLTM (Identitätstheorem), Theorem der stochastischen Zykluszeitvariabilität. In den folgenden Abschnitten werden wir die Konzepte der zweiten Ebene der Komplexität der innerbetrieblichen Fertigung nach dem TPS-Modell von Abb. 2.3 entwickeln, das sich mit der optimierten Auslastung von Fertigungszellen befasst, wobei die Argumentation nun auf eine Mehrproduktfertigung ausgedehnt wird. Die wichtigsten Konzepte sind Arbeitsplatzcharakteristika von WTT für ein Mischproduktmodell (mixed model) und die Lossgrösse sowie die Gestaltung der Kapazität, wobei die Konzepte auf die zellulare Fertigung ausgedehnt werden.

In Kap. 5 haben wir das Konzept der Mehrprodukt-Fertigungszelle, auch Mischprodukt-Fertigungszelle (mixed model cell) genannt, entwickelt, um die Zellenauslastung zu maximieren und gleichzeitig die Flexibilität einer selbstgesteuerten Fertigungseinheit zu erhöhen, indem wir die folgenden Theoreme aufgestellt haben: Theorem des verallgemeinerten Durchsatzes, Theorem des Lean Batch Sizing, Theorem der Kongruenz der Zellprodukte, Theorem der Verwundbarkeit der Monoproduktzelle. In den folgenden Abschnitten werden wir die Konzepte der dritten Ebene der Fertigungskomplexität gemäß dem TPS-Modell in Abb. 2.3 entwickeln, die sich mit der Verknüpfung verschiedener Fertigungszellen, d. h. einer komplexen mehrzelligen Fertigungsumgebung oder der Beförderung der Komponenten verschiedener asynchroner Zellen zu einer Haupttransferline für die Fertigung befassen. Wir werden das Konzept eines Supermarkts sehen, der das entkoppelte Angebot mit der Nachfrage verbindet, sowie das Konzept synchroner und asynchroner Fertigungslinien und wie ein Milkrun die Auslastung eines zentralisierten Supermarkts optimiert. Wir werden den Paradigmenwechsel von der Warteschlangentheorie, die von Push-Systemen dominiert wird, zur nachgelagerten kontrollierten Nachschubtheorie von Lean-Pull-Systemen mit JIT-Philosophie erklären.

In Kap. 6 haben wir die Konzepte zur Verknüpfung verschiedener Fertigungszellen zu einem gesamten Produktionssystem entwickelt. Supermärkte wurden eingeführt, um Nachfrage und Angebot aufgrund unterschiedlicher Abruf- und Nachschubraten zu entkoppeln. Wir erklärten die Kardinaltheorem des Lean (JIT-Theorem), Theorem der schlanken Produktionssteuerung (TR-Synchrinisationstheorem). In den folgenden Abschnitten werden wir uns mit der Frage beschäftigen, wie die Produktion auf den verschiedenen Ebenen des internen Wertstroms nach dem TPS-Modell von Abb. 2.3 ausgelöst wird, d.h. was den Produktionsbeginn allgemein oder speziell für die Auffüllung des Supermatkts auslöst. Wann brauchen wir Supermärkte? Welche Art von Kanban gibt es? Wie berechnet man die Grösse von Kanbans? Wo sind Kanbans zu platzieren und vor allem wo ist der Schrittmacher zu installieren?

In den vorangegangenen Kapiteln haben wir uns mit der Fertigungstheorie befasst, die die Grundlage des systemischen Monosäulen-Lean-Modells von Abb. 2.​3 bildet. Die dargelegten Theoreme, Korollarien und Lemmata stellen die theoretische Grundlage eines komplexen und gleichzeitig höchst leistungsfähigen Fertigungssystems dar. Die eigentliche Herausforderung liegt jedoch in der Umsetzung eines solchen schlanken Fertigungssystems und der kontinuierlichen Verbesserung.