Die Betriebsleistung jedes Unternehmens im Bereich der diskreten Fertigung hängt direkt vom Fluss der Produktionslinien ab. Das Design der Linien und Layouts sind grundlegende Elemente, um Effizienz, Flexibilität und Qualität mit den geringstmöglichen Kosten zu erreichen.

Das Linien-Design umfasst mehrere Verbesserungsthemen, die in diesem Artikel behandelt werden, darunter Linien- und Layout-Design, Liniengrenzen, standardisierte Arbeit, der Single Minute Exchange of Die (SMED) und kostengünstige Automatisierung.

Beherrschung des Linien- und Layout-Designs für eine effiziente Produktion

Hauptziele des Linien-Designs sind die Implementierung des One-Piece-Flow-Konzepts, die Minimierung der mit den Arbeitsabläufen der Bediener verbundenen Verschwendung, die Ermöglichung von Massenindividualisierung und die Vereinfachung der Prozesse vor der Automatisierung.

Die Implementierung einer Linie basierend auf dem Konzept des One-Piece-Flow bedeutet, das Layout und die Ausstattung so zu redesignen, dass eine kontinuierliche Fließproduktion von Teilen gewährleistet ist, wobei die korrekte Reihenfolge der Abläufe sichergestellt wird. Das Ziel ist es, vom Konzept der Chargenproduktion zu einem kontinuierlichen Fluss zu wechseln, von den Rohmaterialien bis zum fertigen Produkt, ohne Unterbrechungen. Die Linie sollte so konzipiert sein, dass alle Arten von Verschwendung minimiert werden. Eine weitere Herausforderung besteht darin, eine Linie zu schaffen, die flexibel genug ist, um verschiedene Modelle mit einer Umrüstzeit nahe Null zu produzieren. Schließlich wird, wenn die Linie so optimiert wie möglich ist, die Möglichkeit geprüft, bestimmte Abläufe zu automatisieren, um Ergonomie und Effizienz zu verbessern.

Grundlagen des effektiven Linien- und Layout-Designs

Der erste Schwerpunkt der Verbesserung im Produktionsfluss ist das Linien- und Layout-Design. Die Hauptziele in dieser Phase sind:

• Produktivität erhöhen;
• Den Servicelevel verbessern (pünktliche Lieferung und Lieferzeit);
• Die Prozessverschwendung verringern und die Variabilität;
• Die von der Linie beanspruchte Fläche reduzieren;
• Den Lagerbestand an verschiedenen Punkten der Linie reduzieren;
• Ausschuss und Nacharbeit verringern;
• Teamarbeit und Multifunktionalität erhöhen.

Die Priorität liegt darin, die Prozesse für die verschiedenen Produktfamilien zu analysieren und Linien zu gestalten, die das Konzept des kontinuierlichen Flusses anwenden und alle nicht wertschöpfenden Tätigkeiten eliminieren.

Dieser Prozess durchläuft eine Reihe von Phasen, von denen wir die wichtigsten hervorheben:

1. Analyse der Mengen pro Produktfamilie und Berechnung der Taktzeit pro Familie und Referenz
2. Erstellung der Prozess vs. Produkt-Matrix
3. Design des Prozessdiagramms
4. Ausbalancieren der Linie (Yamazumi-Diagramm)
5. Effizientes Layout-Design
6. Konstruktion eines Linien-Mock-ups und Simulation
7. Berechnung der Liniengrenze und Planung physischer Änderungen
8. Definition des Informationsflusses
9. Umsetzung physischer Änderungen
10. Planung und logistische Anforderungen
11. Implementierung von visuellem Management und Aktualisierung der Standards

Dieser Ansatz ist strukturiert und ermöglicht es, sich auf wertschöpfende Aktivitäten zu konzentrieren, einen kontinuierlichen Fluss zu schaffen und Verschwendung zu eliminieren. Einige dieser Schritte werden wir später näher erläutern.

Die Bedeutung der Liniengrenze in der Produktion

Die Liniengrenze ist die Grenze zwischen Produktion und interner Logistik, und ihr Design besteht darin, den Standort und die Containerisierung aller für die Linie benötigten Rohmaterialien und Komponenten zu definieren. Sie ist Teil des Linien-Designs, verdient jedoch besondere Aufmerksamkeit, da die Liniengrenze grundlegend für das ordnungsgemäße Funktionieren der Linie ist. Die Liniengrenze muss vier wesentliche Kriterien erfüllen:

• Alle Teile müssen so angeordnet sein, dass die Picking-Bewegungen der Bediener minimiert werden;
• Die Zeit, die benötigt wird, um Teile von einem Produkt auf ein anderes umzustellen, sollte nahe Null liegen;
• Die Entscheidung zur Nachbestückung sollte intuitiv und sofort erfolgen.

Um diese Kriterien zu erfüllen, müssen die Platzierung der Teile, die Art der Container und ihr Fluss in der Linie sorgfältig überlegt werden. Die entwickelten Lösungen müssen stets nicht nur die Produktivität der Linie, sondern auch die Effizienz der internen Logistik berücksichtigen.

Implementierung von Praktiken der standardisierten Arbeit für Konsistenz

Eine weitere Verbesserung im Produktionsfluss ist die standardisierte Arbeit, die aus der bisher besten bekannten Methode zur Durchführung einer bestimmten Aufgabe besteht. Dies bedeutet, die Bewegungen der Bediener zu minimieren und so die Arbeit zu optimieren. Beobachtet man die Bewegungen der Bediener an einer bereits optimierten Linie, sollte der Eindruck entstehen, dass sie förmlich am Produkt festkleben, indem sie die Arbeit mit kurzen und fließenden Bewegungen verrichten, ohne Anstrengung oder Stress.

Die standardisierte Arbeit ermöglicht:

• Die Messung und Verbesserung von Arbeitsmethoden;
• Die Reduzierung der Ausführungszeiten;
• Den Austausch bewährter Praktiken unter den Mitarbeitern;
• Die Standardisierung durch Angleichung der Organisation an die beste Arbeitsweise.

Ihre Implementierung umfasst die Beobachtung der Bewegungen der Mitarbeiter und der Zeit, die sie für deren Ausführung benötigen, sowie die Identifizierung von Anomalien und Schwierigkeiten, die der Mitarbeiter empfindet.

Der Prozess ist in der Regel in fünf Phasen strukturiert:

1. Definition der Verbesserungsziele
2. Arbeitsstudie (Spaghetti-Diagramme, Zeitmessung und Verschwendungssuche)
3. Umsetzung der Verbesserungen
4. Arbeitsstandardisierung (einfache und visuelle Standards)
5. Schulung der Mitarbeiter

Optimierung des Produktionsflusses: Synergie der SMED-Flexibilität mit kostengünstiger Automatisierung

Nachdem die Linie, das Layout und die Grenzen der Linie gemäß den KAIZEN™- und Lean-Prinzipien entworfen wurden, ist es entscheidend, zwei weitere relevante Themen zu berücksichtigen: Rüstzeiten und Automatisierungsmöglichkeiten.

Um diese beiden Verbesserungsbereiche anzugehen, werden zwei unterschiedliche Methoden verwendet. SMED (Single Minute Exchange of Die) zielt darauf ab, die Rüstzeiten bei Referenzwechseln zu minimieren. Auf der anderen Seite bewertet die kostengünstige Automatisierung, welche Operationen von der Automatisierung profitieren können, und ermittelt die effektivsten Lösungen.

Produktionsagilität mit SMED (Single Minute Exchange of Die) entfalten

SMED wurde in Japan von Shigeo Shingo für Toyota als Teil des Produktionssystems entwickelt. Das Ziel von SMED ist es, die Rüstzeit von Maschinen oder Produktionslinien zu reduzieren, um eine größere Flexibilität in der Produktion zu ermöglichen, den Lagerbestand zu verringern und die Reaktionsfähigkeit auf den Markt zu erhöhen.

Die Rüstzeit bezieht sich auf den Zeitraum zwischen der Produktion der letzten Einheit der vorherigen Serie, die mit der erforderlichen Effizienz durchgeführt wurde, und der Produktion der ersten Einheit einer neuen Serie, die mit der definierten Effizienz erfolgt. Innerhalb der SMED-Methodik gibt es zwei wichtige Konzepte: interne Rüstvorgänge (Änderungsaufgaben, die durchgeführt werden, während die Anlage stillsteht) und externe Rüstvorgänge (Aufgaben, die durchgeführt werden können, während die Anlage läuft).

Die Implementierung von SMED erfolgt in den folgenden Phasen:

1. IST-Analyse der Arbeit (Bestandsaufnahme des akt. Rüstprozesses)
2. Trennung von internen und externen Rüstvorgängen
3. Verlagerung interner Rüstvorgänge in externe Rüstvorgänge
4. Reduzierung des internen Rüstens
5. Reduzierung des externen Rüstens

Die Vorteile einer erhöhten Flexibilität sind enorm, und ihre Auswirkungen auf die Reduzierung der Losgröße sind einer der Hauptfaktoren für die Schaffung des Flusses. Null Rüstzeit ist immer das Hauptziel und ermöglicht eine gemischte Sequenz verschiedener Produkte entlang der Linie fließen zu lassen. Dies ist der Fall bei aktuellen Automobil-Montagelinien, wo verschiedene Modelle nacheinander entlang der Linie bewegt werden.

Wenn eine Null-Rüstzeit nicht möglich ist, besteht das Ziel für SMED darin, die kürzest mögliche Zeit zu erreichen. Eine Zeit größer als null bedeutet, dass mit einem Los ähnlicher Produkte gearbeitet wird, bevor für das nächste Los gewechselt oder konfiguriert wird.

Integration kostengünstiger Automatisierung in Produktionslinien

Nachdem die Linie und die Grenzen der Linie optimiert und die standardisierten Arbeitsabläufe sowie die Rüstzeiten reduziert wurden, ist es an der Zeit, die Möglichkeiten und Vorteile der Automatisierung zu analysieren, um eine höhere Produktivität und Ergonomie zu erreichen. Da Automatisierung hohe Kosten verursachen kann und möglicherweise keinen ausreichenden Return on Investment bietet, liegt der Fokus auf kostengünstiger Automatisierung. Ziel ist es, ein Automatisierungsniveau zu gewährleisten, das Vorteile für den Produktionsprozess bringt und gleichzeitig eine Rendite auf die Investition sicherstellt.

Die Automatisierungsstufen, von manueller Arbeit bis zur vollautomatischen Fertigung, können in einer Liste von sieben Graden definiert werden:

1. Manuelle Arbeit
2. Zeitersparende Vorrichtungen (Anhänge und Befestigungen)
3. Maschinenzeit-Automatisierung (MT)
4. MT-Automatisierung mit Poka Yoke
5. Entladezeit-Automatisierung
6. Ladezeit-Automatisierung (Roboter)
7. Transportzeit-Automatisierung (Transfers)

Diese Liste für jede Operation zu durchlaufen, wird viele Möglichkeiten für kostengünstige Automatisierung aufzeigen. Die üblicherweise verfolgte Methodik, um zu entscheiden, welche Automatisierung implementiert werden soll, ist:

1. Integration der Prozessoperationen in Shojinka-Flusslinien (Stück-für-Stück-Fluss)
2. Überprüfung des Automatisierungsgrades jeder Operation mithilfe der Automatisierungs-Checkliste
3. Definition der Automatisierungsziele
4. Erstellung von Implementierungsplänen

Gute Beispiele für kostengünstige Automatisierung in Fließlinien sind die als Chaku Chaku bekannten Linien (auf Japanisch bedeutet es „laden laden“). Diese Art von Linien basiert auf der Nutzung eines kontinuierlichen Stückflusses, der es dem Bediener ermöglicht, sich entlang der Linie zu bewegen, neue Teile zu laden, während die fertigen Teile automatisch entladen werden. Der Hauptvorteil des Chaku Chaku-Systems ist die Optimierung von Zeit und Bewegung, da der Bediener ein Teil direkt von einer Maschine zur nächsten nehmen kann, ohne anzuhalten, um zu entladen, wodurch Zeit und Aufwand reduziert werden.

Kostengünstige Automatisierung ist in der Regel die letzte Stufe der Verbesserung, die Effizienz in den Produktionsprozess bringen kann.

Erkundung der Phase des Linien- und Layoutdesigns

Das Design von Linie und Layout sind Prozesse, die eine Reihe von Schritten und strategischen Entscheidungen erfordern. Im Folgenden werden zwei grundlegende Phasen dieses Prozesses im Detail erläutert. Die erste Phase beinhaltet die Entscheidung zwischen der Verwendung mehrerer kleinerer Maschinen oder einer geringeren Anzahl größerer Maschinen. Die zweite Phase betrifft den anfänglichen Prozess der Produktionscharakterisierung und des Linienausgleichs.

Vergleich der Nutzung großer vs. kleiner Maschinen in Produktionsflüssen

Der Übergang von einem funktionalen Layout zu einem Fließlayout ist eine der größten Paradigmenwechsel in Produktionsprozessen. Diese Änderung kann einen signifikanten Einfluss auf alle Schlüsselleistungsindikatoren wie Produktivität, Lagerbestände, Durchlaufzeit und Qualität haben. Eine Frage, die während dieses Prozesses oft diskutiert wird, ist der Austausch großer und exklusiver Maschinen gegen mehrere kleinere Maschinen in der Linie.

Eine weitere wichtige Entscheidung, die mit der ersten zusammenhängt, betrifft die Anzahl der erforderlichen Fließlinien. Es gibt zwei Alternativen: eine einzige größere Linie mit mehreren Mitarbeitern oder mehrere kleinere Linien. In der einzelnen Linie tendiert die Zykluszeit dazu, kurz zu sein, und abhängig vom Nachfrageprofil, können eine oder mehrere Maschinen erforderlich werden. Alternativ kann man diese Linie mit kurzer Zykluszeit in mehrere kleinere Linien aufteilen, die eine längere Zykluszeit haben.

Die Vorteile mehrerer kleinerer Linien werden deutlich, wenn man bedenkt, welche Auswirkungen die Einführung neuer Modelle und die Erhöhung der Produktvielfalt haben.

Folgen der Einführung eines neuen Modells:

• Einzige Linie: Die erforderliche Zeit für Vorbereitung und Schulung beeinflusst die Produktion des aktuellen Produkts.
• Mehrere kleinere Linien: Die erforderliche Vorbereitungszeit ist reduziert, und nur eine Linie ist betroffen, ohne Auswirkungen auf die anderen Linien während der anfänglichen Produktionsperiode.

Implikationen der Erhöhung der Produktvielfalt:

• Einzige Linie: Mehr Vielfalt bedeutet mehr Wechsel (Changeovers), was zu größeren Verlusten führen wird. Die Anzahl der Bediener könnte ständig wechseln müssen. Die Bediener müssten ihre Positionen wechseln.
• Mehrere kleinere Linien: Die Anzahl der Wechsel pro Linie ist reduziert. Der Wechsel der Bediener ist vereinfacht.

Ein weiterer Vorteil mehrerer Linien mit längeren Zykluszeiten ist die leichtere Ausbalancierung. Aus diesen Gründen ist es anstatt eine große einzige Linie maximal zu automatisieren, in der Regel produktiver, mehrere kleinere und flexiblere Linien zu haben.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der kleinen Fließlinien ist das, was die Japaner als Shojinka bezeichnen. Shojinka bedeutet, dass die Anordnung der Linie flexibel ist in Bezug auf die Anzahl der Bediener, die an der Linie arbeiten können, und ihre Anzahl bestimmt die Taktzeit der Linie. Das Hinzufügen weiterer Bediener reduziert die Taktzeit der Linie und erhöht den Ausstoß der Linie.

Techniken zur Charakterisierung und zur Linienausbalancierung

Ein wichtiger Schritt im Linien-Design ist die anfängliche Charakterisierung der für die Linie erwarteten Produktion. Das Design der Linie und des Layouts sollte mit einer Produkt-Quantität (PQ)-Analyse beginnen. Dies ist eine Methodik, die die in einem Jahr verkauften Mengen für jede Referenz des Fertigprodukts aufzeigt. Die Analyse sollte mit der ABC-Methode durchgeführt werden, wobei A die Referenzen sind, die 80% der verkauften Menge darstellen, B sind die Referenzen, die die nächsten 15% der verkauften Menge darstellen, und C entspricht den am wenigsten produzierten Referenzen.

Generell sind A-Referenzen gute Kandidaten für halbautomatisierte Linien, die den Einheitsfluss beibehalten, B-Referenzen sind gute Optionen für manuelle und weniger automatisierte Linien und schließlich sind C-Referenzen am besten geeignet für manuelle Linien mit einem einzigen Arbeitsplatz, flexibel für eine große Anzahl von Referenzen.

Ein weiterer wichtiger Schritt in der anfänglichen Designphase der Linie ist die Erstellung von Prozessdiagrammen und Zeitabschätzungen. Ein Prozessdiagramm stellt eine mögliche Reihenfolge oder Sequenz der für die Montage oder Produktion eines Produkts erforderlichen Operationen dar. Es ist ein einfaches Diagramm, das nur wertschöpfende Operationen zeigt. Das Prozessdiagramm liefert drei Arten von Informationen: Teile oder Komponenten, wertschöpfende Operationen und eine Schätzung der wertschöpfenden Zeit pro Einheit.

Das Ausbalancieren von Linien ist ein weiterer sehr wichtiger Schritt beim Erstellen von Fließlinien. Es besteht darin, jeder Arbeitsstation Aufgaben zuzuweisen, sodass sie mit der Zykluszeit der Linie ausbalanciert sind. Jede Arbeitsstation kann einen oder mehrere Arbeiter haben, aber die zugewiesenen Arbeiter müssen die Aufgabenliste der Arbeitsstation innerhalb der zugewiesenen Zykluszeit abschließen.

Die Linienbalance kann im Prozessdiagramm erfolgen, indem die Operationen in Blöcke der Größe der Zykluszeit gruppiert werden. Anschließend kann die visuelle Darstellung in einem Diagramm namens Yamazumi erfolgen, das eine visuelle Methode zur Überprüfung des Gleichgewichts darstellt.

Zusammenfassung der Kernprinzipien des Produktionsflussdesigns

Um den Produktionsfluss zu optimieren, ist ein Linien- und Layout-Design erforderlich, das mit den Prinzipien des Lean Manufacturing übereinstimmt. Wir haben zwanzig Prinzipien als Best Practices für ein effizientes und flexibles Produktionssystem zusammengefasst, das mit minimaler Verschwendung auf die Nachfrage reagiert.

Die 20 wichtigen Prinzipien von Layout und Linien-Design

Die zwanzig Grundprinzipien für das Linien-Design sind:

1. Entwerfen Sie Linien basierend auf Produkttypen, Volumen und Lebenszyklen
2. Gestalten Sie das Layout für den Materialfluss
3. Kleine und in Linie angeordnete Anlagen entwerfen, die leicht zu manövrieren sind
4. Die Geschwindigkeit der Linie an die Kundennachfrage anpassen (Taktzeit)
5. Vermeiden Sie Transport-Muda (Verschwendung)
6. Gestalten Sie Linien mit dem Ziel, null Rüstzeiten zu erreichen
7. Vermeiden Sie Inseln mit isolierten Bedienern
8. Trennen Sie manuelle Arbeit von Maschinenarbeit
9. Synchronisieren Sie den Input mit dem Output von Teilen
10. Einfache und schmale Anlagen entwerfen
11. Nur die benötigten Materialien in Reichweite haben (Frontzuführung bevorzugen)
12. Arbeit sollte von rechts nach links fließen (gegen den Uhrzeigersinn)
13. Bedenken, dass Karakuri (oder subtile Manövrierfähigkeit) wichtig ist
14. Die Geschwindigkeit so weit wie möglich verringern
15. Maschinen sollten stoppen, wenn Mängel auftreten (Jidoka)
16. Ein mechanischer Ansatz ist einem elektrischen vorzuziehen
17. Automatisieren Sie nicht ohne vorherige sorgfältige Analyse
18. Nicht gleichzeitig an mehreren Teilen innerhalb eines einzigen Prozesses arbeiten
19. Mit Mockups simulieren, bevor eine Lösung implementiert wird
20. Das Layout im Fluss organisieren und die Wände frei halten

Diese Prinzipien bilden die Grundlage für die Schaffung von effizienten und flexiblen Produktionslinien, die die Kundenbedürfnisse mit minimaler Verschwendung erfüllen und so zur operativen Exzellenz beitragen.

Haben Sie noch Fragen zur Optimierung des Produktionsflusses?

Was ist Linien- und Layout-Design?

Das Linien- und Layout-Design bezieht sich auf die Abfolge der Schritte zur Definition des Produktionsprozesses. Ziel ist es, die Reihenfolge der Operationen zu definieren, den Arbeitsfluss zu verbessern und Verschwendung zu minimieren, indem ein effizienterer und flexiblerer Produktionsprozess implementiert wird, der auf die Kundennachfrage abgestimmt ist. Ein gutes Linien- und Layout-Design kann die Produktivität, Qualität, Flexibilität erhöhen und die Durchlaufzeit reduzieren.

Was ist die Liniengrenze?

Die Grenze der Linie ist die Schnittstelle zwischen der Produktionslinie und den internen Logistikaktivitäten. Dort werden die für die Produktion erforderlichen Materialien bereitgestellt und leere Behälter sowie das fertige Produkt von der Linie entfernt. Die Grenze der Linie beeinflusst den Arbeitsfluss sowohl in der Produktion als auch in der internen Logistik.

Was ist Standardarbeit?

Standardarbeit ist eine Methodik, die verwendet wird, um die effizienteste Art und Weise zu definieren, ein Produkt herzustellen oder eine Dienstleistung zu erbringen. Sie umfasst nicht nur die Untersuchung und Verbesserung der Operationen, sondern auch die Entwicklung von Standards und die Schulung der Mitarbeiter an diesen Standards.

Was ist SMED?

SMED steht für Single Minute Exchange of Die, eine Methodik, die entwickelt wurde, um die Zeit für den Wechsel von einer Produktionsreihe zur nächsten zu reduzieren. Das Ziel von SMED ist es, die Rüstzeiten der Maschinen zu minimieren. Durch die Analyse jedes Schrittes im Umrüstprozess kann die Ausfallzeit erheblich verkürzt und ein effizienter Neustart sichergestellt werden, was die betriebliche Effizienz steigert. Dies ermöglicht die Produktion kleinerer Lose, geringere Lagerbestände, kürzere Lieferzeiten und eine größere Produktionsflexibilität.

Was ist kostengünstige Automatisierung?

Kostengünstige Automatisierung beinhaltet die Implementierung von Automatisierungslösungen, die kosteneffektiv sind, d.h., sie bieten eine gute Rendite für die Investition. Sie besteht aus dem Einsatz von Technologie und Automatisierungssystemen, die die Produktivität, Qualität und Sicherheit verbessern und gleichzeitig die Investitionen minimieren. Automatisierung sollte nur nach der Optimierung der Produktionslinie und jeder spezifischen Operation angewendet werden, um sicherzustellen, dass keine Verschwendung automatisiert wird.