Die TOP 5 Lean Production Methoden für die Fabrikplanung

Lean Production Methoden resp. Lean Management fokussieren traditionell die kontinuierliche Verbesserung (KAIZEN). Viele Lean Methoden richten sich daher logischerweise auf das Entdecken von Verschwendung in bestehenden Prozessen. So stoßen sie den Kontinuierlichen Verbesserungsprozess im Unternehmen immer wieder neu an.

In der Fabrikplanung hingegen entstehen komplett neue Produktionen sinnbildlich am Reißbrett. Innovative Prozesse sollen in neuen oder wesentlich veränderten Strukturen von Anfang an lean funktionieren. Mancher wird darin den Gegenentwurf zum Kontinuierlichen Verbesserungsprozess sehen – den genialen Ingenieurs-Streich mit eingebautem Produktivitäts-Sprung.

Lean Production Methoden vs. Fabrikplanung

Doch ganz so in Schwarz und Weiß stehen sich Fabrikplanung und Lean Production gar nicht gegenüber. Nicht nur, dass eine möglichst schlanke Produktion der Inbegriff effizienter Materialfluss-Strukturen ist und somit schon lange zu den wesentlichen Zielen der Fabrikplanung gehört. Vielmehr orientiert Lean Management implizit auf Gestaltungsbenchmarks, wie One-Piece-Flow, Null-Fehler-Prinzip oder Just-in-time. Sie setzen damit den Rahmen, in dem die Fabrik zu betreiben sein muss noch bevor überhaupt Verbesserungsinstrumente wirksam werden.

Dennoch gibt es im Lean-Baukasten mehr oder weniger geeignete Methoden für Fabrikplanungsaufgaben. Wir wollen darum hier unsere TOP 5 präsentieren. Darin enthaltene Methoden der Lean Production können entweder bereits in frühen Planungsphasen zum Entwurf einer Produktion eingesetzt werden, oder sie sind in Anwendung des KAIZEN-Ansatzes auf digitale Planungsmodelle nützlich.

Der Schlüssel für Lean in der Fabrikplanung

Denn die Anlayse von Verschwendung funktioniert natürlich auch in der Digitalen Fabrik, wenn das benutzte Fabrikmodell entsprechende Auswertungen ermöglicht bzw. Kennzahlen zu Aufwandsfaktoren liefert. Hierin ist auch der Schlüssel für Lean in der Fabrikplanung zu sehen: Man benötigt ein Planungsmodell, auf welches die in der realen Fabrik bewährten Werkzeuge des Lean Management 1:1 angewendet werden können, um daraus Erkenntnisse für die zukünftige Gestaltung der Produktion zu gewinnen. Zwei Aspekte sollte ein solches Modell mindestens abbilden:

  1. Das Fabriklayout (die Geometrie der Fabrik). Das Fabriklayout verkörpert das wesentliche Planungsergebnis der Fabrikplanung. Aus ihm sind Entfernungen und Platzbedarfe abzuleiten.
  2. Den Materialfluss (Bewegungsdaten). Das Fluss-Prinzip ist ein zentrales Konzept im Lean Management. Material soll im Unternehmen fließen, zumindest solange es nicht in Wertschöpfungsschritten zum Aufenthalt in/an einer Ressource gebunden ist. Kurze, direkte Wege ohne „Staustufen“ für Material sind das Gestaltungsziel. Inwieweit es erreicht ist, kann man in der realen Produktion z. B. am Fließgrad messen, dem prozentualen Anteil der Wertschöpfungszeit an der Durchlaufzeit.

Unsere TOP 5 Lean Production Methoden

Der Wertstrom ist das Modell der Lean Production, was beide Aspekte aufnimmt. Aus diesem Grund stehen Wertstromanalyse und Wertstromdesign auch auf Platz 1 unserer TOP 5 Lean Methoden für die Fabrikplanung. Weitere nützliche Methoden müssen wir auf die Ränge 2 bis 5 verweisen. Es ergibt sich folgendes Bild:

Platz 1: Wertstromdesign

Als Wertstrom bezeichnet man im Lean Management mit leicht pathetischer Überhöhung den Warenstrom vom Lieferanten bis zum Kunden. Der Begriff unterstellt, dass dem Materialfluss besondere Beachtung zu schenken ist, weil Material nicht nur wertvoll ist, sondern von Prozessschritt zu Prozessschritt Ressourcen hinein gesteckt werden, wodurch es theoretisch immer wertvoller wird. Am Ende muss dieser Wert jedoch vom Kunden honoriert werden, wobei man davon ausgehen darf, dass der Kunde nur wirklich wertsteigernde Prozessschritte belohnt. In dieser einfachen Logik begründet sich das gesamte Konzept der Lean Production, die alles nicht wertsteigernde als Verschwendung deklariert und zu eliminieren versucht.

Für die Planung so schlanker Prozesse hat sich das Wertstromdesign in der Praxis durchgesetzt. Hierbei wird zuerst diejenige Produktfamilie in den Fokus genommen, die für das Unternehmen das größte Gewinnpotenzial darstellt. Häufig orientiert man sich hierzu am Umsatzanteil. Für diese Produktfamilie wird ein Kundenverbrauchstakt definiert. Gemeint ist damit ein fiktiver Rhythmus, in dem der Kunde die in der Produktfamilie zusammengefassten Produktvarianten im Mittel kontinuierlich benötigt und abnimmt. Nun gestaltet man alle Prozessschritte im Fluss so, dass sie ihren Output im Kundentakt abgeben können. Damit wird dem Aufstauen von Puffermengen zwischen den Prozessschritten entgegen gewirkt, der Umlaufbestand des wertvollen Materials liegt dadurch im Minimum. Alle versorgenden Prozesse (Nebenflüsse) müssen sich unterordnen. Im Prinzip führt Wertstromdesign also auf einen getakteten Fließprozess.

Lean Methoden gehen digital: Wertstrom am Touchscreen

Der Charme dieser Lean Methode liegt darin, dass der Gesamtzusammenhang aus Materialfluss und dessen Steuerung auf einem (großen) Blatt Papier dargestellt wird. Dabei sind allen Best-practice-Bausteinen der Lean Production Symbole zugewiesen, woraus die praktische Umsetzung in der Produktion erkennbar ist. So sind z. B. notwendige Supermärkte und KANBAN-Regelkreise sowie die in den Prozessschritten notwendigen Personalstärken direkt aus der Wertstrom-Darstellung abzulesen. Für die Fabrikplanung entsteht damit eine leicht verständliche Gestaltungsvorlage für die im Layout einzuplanenden Produktions- und Logistiksysteme sowie ihre Verkettung.

Durch Wertstromdesign wird jedoch die Layoutplanung für produzierende Unternehmen nicht ersetzt. Denn ein Wertstrom definiert lediglich die Dimension und die zeitlich-logische Abfolge der Prozesse. Die Anordnung der dafür benötigten Systeme im Layout lässt diese Methode weitgehend offen. Zudem konkurrieren nicht selten mehrere Wertströme um die Ressourcen der Fabrik, so dass eine aggregierende Betrachtung des gesamten Materialflusses im Unternehmen i. V. m. möglichen Layoutvarianten im nächsten Schritt nötig wird.

Vom Wertstrom zum Fabriklayout

Lesen Sie hierzu den Blogbeitrag:

Wertstromorientierte Fabrikplanung

Variantenvergleich zur Robustheit eines Fabriklayouts mit integriertem Lager

Im Framework der Fabrikplanung ordnet sich das Wertstromdesign in die Schritte Funktionsbestimmung und Dimensionierung der Fabrik ein. Danach erfolgt mit der Strukturierung der erste Schritt zur Entwicklung des Layouts. Die i. Z. m. Wertstrom im Lean Production Methodenkoffer ebenfalls verortete Wertstromanalyse (Value Stream Mapping) ist dagegen als Analysemethode für Ist-Zustände nutzbar. Gemeinsam ist beiden Methoden die verwendete Symbolik. Mit Wertstromanalyse werden jedoch vorrangig noch keine Gestaltungsziele verfolgt, sondern hier geht es um Augenöffnung für Verschwendungen in der bestehenden Produktion. Die Kombination einer Wertstromanalyse mit anschließendem Wertstromdesign ist folglich für Restrukturierungsprojekte im Rahmen der kontinuierlichen Verbesserung best practice in vielen Unternehmen. Denn jede noch so schlanke Produktion muss unter sich ständig veränderten Rahmenbedingungen hinterfragt werden.

Das Skizzieren von Wertströmen vor Ort erfolgt mit Papier und Bleistift. Dies macht diese Lean Production Methode einfach handhabbar.
Wertstromanalyse vor Ort

Platz 2: KANBAN

Das Wort Kanban entstammt dem Japanischen. Dort bezeichnet der Begriff eine Karte, ein Schild bzw. einen Beleg. Als Methode der Lean Production erlangte KANBAN i. V. m. dem Toyota Produktionssystem Bedeutung, was durch einige viel beachtete Veröffentlichungen beginnend in den 1990er Jahren zu einer breiten Wahrnehmung im Management nahezu aller produzierenden Unternehmen führte. Die Historie dieser Methode geht sogar bis in die 1950er Jahre zurück. Später setzte sie der japanische Ingenieur Taiichi Ohno zur Steuerung des Materialflusses bei Toyota systematisch ein. Ziel von KANBAN ist die Begrenzung des Umlaufbestandes auf ein Mindestmaß. Denn Bestand gilt im Lean Management als Verschwendungsart, weil er Kapital und Raum bindet, ohne dass dadurch Wertzuwachs entsteht.

Das Wirkungsprinzip von KANBAN ist einfach: Jedem KANBAN wird eine feste Materialmenge zugewiesen und die Anzahl der zirkulierenden KANBANs in Form von Informationsträgern oder Behältern fixiert. Die technische Umsetzung reicht vom simplen Zwei-Behälter-Prinzip bis zu ausgeklügelten elektronisch unterstützten Steuerungen i. V. mit Nivellierungsstrategien für die variantenreiche Serienfertigung; Stichwort EPEI. Der Input dafür entstammt dem Soll-Wertstrom, wo mit der Taktung auch die Abruffrequenz für sämtliche Materialien festgelegt wird.

Nun mag man der Methode berechtigt Steuerungscharakter zuschreiben, für die Fabrikplanung ist KANBAN dennoch wesentlich. Denn durch KANBAN-Regelkreise wird zum Einen die Transportintensität und zum Anderen der Platzbedarf für Umlaufbestände determiniert. Beide Größen benötigt man bereits beim Entwurf der Produktionsstruktur. Hierzu müssen Flächenzuschläge für Materialbereitstellung z. B. für ein Blocklayout dimensioniert und alle resultierenden Flächen entsprechend der zu- und abgehenden Materialfluss-Intensitäten zueinander flussgerecht angeordnet werden.

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Platz 3: Cardboard Engineering

Cardboard Engineering ist Lean Thinking in Reinform. Denn hierbei wird auf simpelste Art mit einfachsten Mitteln Wertschöpfung gestaltet. Das Einbeziehen der Betroffenen ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor der Methode. Im Kern werden dazu auf Basis von Erfahrung und dem Prinzip der Best-Point-Bereitstellung Arbeitsplätze in Pappe oder Holzkonstruktionen umgesetzt, um darauf erste Arbeitsversuche zu unternehmen. Der gesamte Prozess wird von denjenigen vollzogen, die später diese Arbeitsplätze nutzen sollen. Das Ganze wird als Workshop umgesetzt, in dessen Ergebnis die prototypischen Arbeitsplätze i. d. R. mit Industrieprofilen oder Steckrohr-Systemen realisiert werden.

Cardboard Engineering gehört zu den Lean Production Methoden, die Mitarbeiter aktiv einbeziehen.
Vom Cardboard Prototyp zum Arbeitsplatz aus einem Industrieprofil-System

Für die Fabrikplanung ist dieses Konzept wertvoll, weil es Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in die Gestaltung der Arbeitsplätze einbezieht. Damit wird vor allem die Akzeptanz erhöht, wenn effiziente Lean-Lösungen umzusetzen sind. Zudem nimmt man den Betroffenen damit die Angst vor nachteiligen Veränderungen. Denn schlanke Produktion wird oft mit Leistungsdruck in Verbindung gebracht, weil man zu Unrecht unterstellt, dass mehr Output nur durch mehr Einsatz erreichbar wäre. Dabei zeigen gerade erst die konstruktiven Feebacks der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter die im Detail schlummernden Verschwendungen in neu entwickelten Prozessen auf.

Platz 4: Spaghetti-Diagramm

Dieses Werkzeug gehört zu den bekanntesten Lean-Instrumenten. Für Fabrikplaner erzeugt es insbesondere für Feinlayouts von Arbeitsbereichen wertvollen Input, um die Materialbereitstellung zu gestalten. Denn die Spaghetti-Linien, die zur Darstellung der Laufwege ganz klassisch lean auf einem Blatt Papier in ein ausgedrucktes Layout gezeichnet werden, liefern dem Layoutplaner die zur Anordnungsoptimierung benötigten Transportintensitäten.

Unser englischsprachiges Video zeigt, wie das Spaghetti-Diagramm funktioniert:

Platz 5: Die 5 S

Mit den fünf „S“ sind im Lean Management die dem Japanischen entstammenden Begriffe

  1. Seiri (Aussortieren),
  2. Seiton (Aufräumen),
  3. Seiso (Sauber halten),
  4. Seiketsu (Standardisieren),
  5. Shitsuke (Selbstdisziplin)

gemeint. Damit wird eine Lean-Vorgehensweise beschrieben, die vornehmlich auf Ordnung und Sauberkeit in der Produktion abstellt. Die 5 S werden daher auch häufig als erste Aktion vom Management initiiert, wenn Lean-Prinzipien eingeführt werden. Warum es diese Methode in die TOP 5 unserer Lean-Rangreihe für Fabrikplanung geschafft hat, ist auf den ersten Blick vielleicht nicht erkennbar. Den zweiten Blick wollen wir darum auf das erste und das vierte „S“ richten.

Gut umgesetzt ist 5 S nämlich ein Kristallisationskern für Best-practice-Standards. Hieraus entstehen z. B. Arbeitsplatz-Lösungen, die aufgrund ihrer gleichartigen Gestaltung ein leichtes Einarbeiten unterschiedlicher Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ermöglichen. So sind gleiche Werkzeuge immer am selben Ort aufbewahrt, es gibt Standards für die Normteilebereitstellung u. a. hilfreiche Festlegungen, die zu modularen Gestaltungslösungen führen. All dies vereinfacht Planungsprozesse. Denn modulare Systeme erlauben das mehrfache Nutzen von einmal entworfenen 3D-Modellen. Die Planungsgeschwindigkeit steigt, da weniger oft nach neuen konstruktiven Lösungen gesucht werden muss. Vorteile hat das ebenfalls für die Dimensionierung von Flächenbedarfen. Denn bewährte Ist-Anordnungen können direkt in neue Layouts übernommen werden.

Voraussetzung für gute Standards ist jedoch, dass sie tatsächlich auch lean sind. Aus diesem Grund ist das erste „S“ dem Aussortieren gewidmet. Ziel ist, dass alle Dinge, die nicht häufig benutzt werden müssen, sich gar nicht erst in den Standard einschleichen. In der Lean-Praxis wird hierzu gern die Rote-Karte-Aktion genutzt: Alle Dinge, die man als überflüssig einschätzt, erhalten eine rote Markierung (z. B. als Klebepunkt). Wenn dann in einem Zeitraum von z. B. einem Tag diese Dinge tatsächlich nicht benutzt werden, erhalten sie einen Platz außerhalb des Arbeitsbereichs. So entstehen sukzessive Zonen klassifiziert nach Nutzungshäufigkeit. Schnell wird klar, was wirklich gebraucht wird und damit auch, was den Lean-Standard für den betrachteten Bereich im Unternehmen bilden sollte.

Lean Production Methode 5S: Umsetzung mit Bodenmarkierungen
Bodenmarkierung nach 5S Methode

Fazit zu unseren TOP 5 Lean Production Methoden

Die fünf angesprochenen Vorgehensweisen aus dem Lean Manufacturing bieten die Chance, schon in der Planung der Fabrik auf schlanke Prozesse zu orientieren. Natürlich kompensieren sie kein Know-how in der Fabrikplanung, sie ergänzen es. Das Wissen um Lean-Prinzipien und deren Umsetzung im Lean Management ist in jedem Falle nützlich für jeden Layoutplaner. Genauso ist es aber für Lean Manager hilfreich, die Modelle, Methoden und Daten der Fabrikplaner zu kennen. Denn wenn am Shopfloor identifizierte Quellen für Verschwendung durch Planungsstandards ausgeräumt werden, gelingt ein nachhaltiger KAIZEN im Unternehmen.

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Thomas Weber
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