End-to-End-Ablauf erfassen – Wertstromanalyse und Engpasskapazität

Dieser Artikel ist der dritte von sechs Teilen der Serie „Der 90-Tage-Plan für Operational Excellence“. In Teil zwei: „Den KPI-Tree entwickeln – Leistungsbasis in 48 Stunden“ wurde die Messarchitektur festgelegt, die das betriebliche Verhalten mit den strategischen Ergebnissen verknüpft. Dieser Artikel geht einen Schritt weiter: Er stellt den durchgängigen Wertstrom dar, identifiziert, wo dieser Strom ins Stocken gerät, und quantifiziert die Kapazität des Engpasses.

Ein KPI-Tree identifiziert, welche Kennzahlen relevant sind, aber nicht, wo in der Arbeitsabfolge Leistung verloren geht. Zwei Vorgänge mit identischen Initiativen-KPIs können unterschiedliche Ergebnisse liefern, da der Fluss von Materialien, Informationen und Arbeit zwischen den Prozessschritten darüber entscheidet, ob Leistungsziele erreichbar sind.

Um die fehlenden Informationen zu erhalten, empfiehlt sich eine Wertstromanalyse (VSM). Die Wertstromanalyse macht den durchgängigen Wertstrom sichtbar – vom Eingang eines Kundenauftrags im System bis zum fertigen Endprodukt oder zur erbrachten Dienstleistung. Sie dokumentiert nicht nur die Produktionsergebnisse einzelner Schritte, sondern auch die Zeitspanne zwischen den einzelnen Prozessschritten, die Ansammlung von Materialien sowie die Stellen mit Engpässen im Produktionsfluss.

Dieser Artikel bietet eine Anleitung zur Erarbeitung und Interpretation einer Ist-Zustandsanalyse, um Engpässe zu identifizieren. Er erklärt zudem, wie Daten zur Durchlaufzeit und zur Gesamtanlageneffektivität (OEE) genutzt werden können, um die Lücke zwischen aktueller und zukünftiger Leistungsfähigkeit zu quantifizieren. Der Artikel greift die in Teil 2 festgelegte KPI-Baseline auf und bildet die Grundlage für die Standardarbeit und die täglichen Managementroutinen, die in Teil 4 vorgestellt werden.

Was ist eine Wertstromanalyse?

Die Wertsromanalyse ist eine Lean-Methode, die dazu dient, den gesamten Material- und Informationsfluss, der erforderlich ist, um ein Produkt oder eine Dienstleistung an einen Kunden zu liefern, zu visualisieren. Im Gegensatz zu einer Standard-Prozessanalyse, die sich auf einzelne Schritte isoliert betrachtet, erfasst eine Wertstromanalyse das gesamte System. Dazu zählen Prozessschritte, die Verbindungen zwischen ihnen, der Materialfluss vom Lieferanten bis zum Kunden, der Informationsfluss vom Kunden über den Betrieb zurück sowie das Zeitprofil jedes Schritts und jeder Wartezeit.

VSM dient dazu, Verschwendung zu identifizieren und sichtbar zu machen. In der Regel wird der Großteil der Gesamtdurchlaufzeit nicht für wertschöpfende Arbeit aufgewendet. Er wird mit Tätigkeiten verbracht, die Zeit in Anspruch nehmen, wie dem Warten in Warteschlangen, dem Verweilen in Lagerpuffern, dem Genehmigungsprozess und der Koordination von Terminen. Ein VSM macht diese Wartezeit explizit und messbar, sodass Teams priorisieren können, wo sie einsetzen müssen.

Das VSM liefert zwei Ergebnisse: die Ist-Zustandsanalyse, die darstellt, wie der Wertstrom derzeit funktioniert, und die Soll-Zustandsanalyse, die darstellt, wie er funktionieren sollte, sobald die bestehenden Verschwendungen beseitigt wurden. Die Lücke zwischen den beiden bestimmt die Verbesserungsagenda.

Die Beziehung zwischen dem KPI-Tree und der Wertstromanalyse

Der in Teil 2 entwickelte KPI-Tree definiert den Top-Level-KPI sowie die ihn bestimmenden Initiativen-KPIs und Kennzahlen und Maßnahmen. Er analysiert die Schwachstellen des Unternehmens und definiert die entsprechenden Verbesserungsmaßnahmen auf unterschiedlichen Betriebsebenen. Die Wertstromanalyse liefert die Antwort auf die Frage, an welcher Stelle im Betriebsablauf die Leistung verloren geht.

Dieser Korrelation liegt kein Zufall zugrunde. Der durch die VSM identifizierte Engpass sollte direkt mit dem in der Teil 1-Analyse identifizierten Engpass übereinstimmen. Sollte dies nicht der Fall sein, trifft eines von zwei folgenden Szenarien zu: Das Analysenergebnis könnte entweder ungenau gewesen sein, oder die VSM wurde auf einer falschen Informationsgrundlage erstellt. Die Überprüfung beider Komponenten ist erforderlich, bevor mit den nächsten Schritten begonnen wird.

Die Kennzahlen und Maßnahmen aus dem KPI-Tree (Zykluszeiten, Verfügbarkeitsraten, First-Pass-Yield, Wartezeiten usw.) sind dieselben Datenpunkte, die auch die VSM ergänzen. Die daraus resultierende Analyse stellt keine separate Datenerhebung dar, sondern dient der Visualisierung bereits gesammelter Basisdaten für Verbesserungen. Diese sind in der Ablaufsequenz angeordnet und nicht in einer hierarchischen Metrikstruktur.

Entwicklung der Ist-Zustandsanalyse

Eine Ist-Zustandsanalyse wird durch eine direkte Beobachtung vor Ort durchgeführt und nicht auf Basis von Datensystemen oder Managementberichten. Die Methode besteht in einem strukturierten Gemba-Walk, wobei der Fluss einer bestimmten Produktfamilie oder eines Dienstleistungsflusses vom Anfang bis zum Ende dokumentiert und analysiert wird. Im Gegensatz zur üblichen Systembewertung liegt der Fokus auf der tatsächlichen Durchführung der Prozesse. Diese Unterscheidung ist relevant, da die dokumentierten Durchlaufzeiten häufig von den beobachteten Durchlaufzeiten abweichen und die geplanten Lagerbestände selten mit den tatsächlichen übereinstimmen.

Die Analysesitzung dauert in der Regel zwischen vier und sechs Stunden und wird von einem funktionsübergreifenden Team durchgeführt, dem Prozessverantwortliche, Basis-Teamleiter und zumindest eine Person mit direktem Wissen über den kundenorientierten Aspekt des Wertstroms angehören. Für die erste Iteration ist eine physische Mapping-Übung mit Papier, Haftnotizen und Standard-VSM-Symbolen an einer Wand einem digitalen Tool zu bevorzugen, da die gemeinsame Entwicklung der Analyse Wissen und unterschiedliche Meinungen offenbart, die durch eine vorgefertigte Tabelle verborgen würden.

Schritt 1. Die Produktfamilie auswählen

Für eine bestimmte Produktfamilie wird eine Wertstromanalyse durchgeführt, d. h., es wird analysiert, welche Schritte in den Betriebsabläufen oder Produktionsprozessen einer Produktfamilie oder Dienstleistungen folgen. Die Darstellung des gesamten Betriebs in einem einzigen Vorgang führt zu einer zu komplexen Analyse, die eine Reaktion erschwert. Die Auswahl der Produktfamilie, die mit der in der Analyse identifizierten Einschränkung zusammenhängt, gewährleistet, dass sich die Analyse auf den wichtigsten Fluss konzentriert.

Schritt 2. Die Prozessschritte dokumentieren

Der Ablauf sollte vom Kunden bis zum Lieferanten betrachtet werden, wobei jeder Prozessschritt der Reihe nach dokumentiert werden sollte. Es ist essenziell, bei jedem Schritt Daten zu sammeln. Die relevanten Faktoren umfassen die Zykluszeit, also die Zeit, die benötigt wird, um einen Arbeitsschritt abzuschließen, die Umrüstzeit, die für den Wechsel zwischen Produkttypen benötigt wird, die Verfügbarkeit, die Ware in Arbeit (WIP) vor und nach dem Schritt, sowie die Anzahl der Mitarbeitenden.

Es ist wichtig, sich auf die Beobachtungen zu fokussieren und diese präzise zu dokumentieren, anstatt sich auf Annahmen oder Pläne zu verlassen. Sollte die Zykluszeit je nach Schicht oder Mitarbeiter variieren, ist der entsprechende Bereich zu dokumentieren und die Schwankung zu vermerken. Schwankungen sind eine Form von Verschwendung und ein Indikator für nicht standardisierte Arbeit.

Schritt 3. Den Informationsfluss dokumentieren

Über den Prozessschritten den Informationsfluss dokumentieren: wie Aufträge vom Kunden eingehen, wie Produktionspläne oder Arbeitsanweisungen an jeden Schritt weitergeleitet werden und wie der Vorgang Nachschub oder den Fortschritt durch den Wertstrom signalisiert. Push-Systeme, bei denen jeder Schritt unabhängig vom nachgelagerten Bedarf produziert und die Arbeit weiterleitet, führen zu einer Anhäufung von WIP und sind eine Hauptursache für Verschwendung durch Warteschlangen. Pull-Systeme, bei denen jeder Schritt nur das produziert, was der nächste Schritt anfordert, reduzieren den WIP und legen die tatsächliche Kapazität des Engpasses offen.

Schritt 4. Die Durchlaufzeitleiter hinzufügen

Die Durchlaufzeitleiter am unteren Rand der Analyse hinzufügen: eine Zeitachse, auf der sich Wartezeiten (die Zeit, die zwischen den einzelnen Schritten mit Warten verbracht wird) und Bearbeitungszeiten (die Zeit, die in jedem Schritt für wertschöpfende Arbeit aufgewendet wird) abwechseln. Die Summe aller Warte- und Bearbeitungszeiten ergibt die Gesamtdurchlaufzeit: die Zeit vom Eingang eines Kundenauftrags im System bis zu dessen Erfüllung.

In den meisten Fertigungs- und Dienstleistungsbetrieben macht die wertschöpfende Bearbeitungszeit nur einen kleinen Bruchteil der Gesamtdurchlaufzeit aus; der Rest entfällt auf Wartezeiten. Ein Fertigungsbetrieb mit einer Gesamtdurchlaufzeit von 12 Tagen und einer Gesamtbearbeitungszeit von 4 Stunden arbeitet beispielsweise mit einem Prozesszeitanteil (auch „Flusseffizienz“ genannt) von weniger als 2%. Die Durchlaufzeitleiter macht diesen Anteil sichtbar und liefert die direkteste Quantifizierung des Verbesserungspotenzials des Wertstroms.

Vorlagen für Wertstromanalysen

Formular zur Wertstromanalyse

Verwenden Sie die folgende Tabelle, um Prozessdaten während des Gemba-Walk zu erfassen. Füllen Sie eine Zeile pro Prozessschritt aus und arbeiten Sie dabei in der Ablaufreihenfolge. Wenn ein Datenpunkt nicht verfügbar ist, vermerken Sie dies als Lücke. Füllen Sie diese Tabelle aus, bevor Sie die Karte zeichnen. Die hier gesammelten Daten fließen sowohl in die Ist-Zustandsanalyse als auch in die Durchlaufzeitleiter ein.

Symbole für die Wertstromanalyse  

Die folgende Abbildung zeigt die Standardsymbole, die in der Wertstromanalyse verwendet werden und auf den Konventionen von Lean und dem Toyota-Produktionssystem basieren. Jedes Symbol steht für ein bestimmtes Element des Wertstroms, wie beispielsweise einen Prozessschritt, einen Materialfluss, einen Informationsfluss oder eine Zeitkennzahl. Die einheitliche Verwendung dieser Symbole in der gesamten Karte stellt sicher, dass der aktuelle und der zukünftige Zustand für jedes Mitglied des funktionsübergreifenden Teams lesbar und vergleichbar sind.

Abbildung 1 – Standard-VSM-Symbole zur Darstellung des Materialflusses

Beispiel für eine Wertstromanalyse

Die folgende Darstellung veranschaulicht eine vereinfachte VSM des Ist-Zustands und zeigt die Anwendung von Standardsymbolen für einen dreistufigen Fertigungsprozess (Bearbeitung, Montage und Prüfung), der einen einzelnen Kunden mit einem täglichen Lieferbedarf bedientt.

Abbildung 2 – Beispiel für eine Wertstrom-Ist-Zustandsdarstellung

Identifizierung des Engpass

Der Engpass ist der Prozessschritt, dessen Kapazität im Verhältnis zur Nachfrage am geringsten ist. Es ist der Schritt, der, wenn er in Verzug gerät, dazu führt, dass der gesamte Wertstrom in Verzug gerät. Jeder andere Schritt im System speist entweder in den Engpass ein oder wird von ihm ausgebremst.

Auf der Ist-Zustandsdarstellung ist der Engpass typischerweise als der Schritt mit der höchsten WIP-Anhäufung im Vorfeld, der längsten Wartezeit in der Durchlaufzeitleiter und der höchsten Auslastungsrate erkennbar. Diese drei Indikatoren weisen selten auf unterschiedliche Schritte hin. Wenn dies doch der Fall ist, liegt es meist daran, dass Schwankungen bei den Taktzeiten, der Verfügbarkeit oder der Qualität den wahren Engpass überdecken.

Um den Engpass zu bestätigen, berechnen Sie die Taktzeit: die Rate, mit der der Kunde die Produktion benötigt, ausgedrückt als verfügbare Produktionszeit geteilt durch die Kundennachfrage. Vergleichen Sie die Taktzeit mit der Zykluszeit jedes Prozessschritts. Jeder Schritt, dessen Zykluszeit die Taktzeit überschreitet, arbeitet über seiner Kapazität und ist ein Kandidat für den Engpass. Der Schritt mit der größten Lücke zwischen Zykluszeit und Taktzeit ist der bestätigte Engpass.

Im obigen Beispiel ist die Montage der Engpass: Ihre Zykluszeit von 90 Sekunden überschreitet die Taktzeit von 60 Sekunden, sodass sie die erforderliche Produktionsrate nicht erfüllen kann. Die Gesamtdurchlaufzeit beträgt 10 Tage, von denen weniger als 0,3 % wertschöpfende Bearbeitungszeit sind. Die Durchlaufzeitleiter macht das Ausmaß der Wartezeit und damit das Verbesserungspotenzial sofort sichtbar.

Messung der Engpasskapazität: OEE am Engpass

Sobald der Engpass identifiziert ist, besteht der nächste Schritt darin, seine tatsächliche Kapazität mithilfe der OEE-Kennzahl zu quantifizieren. Die OEE misst den Anteil der geplanten Produktionszeit, in der der Engpass gute Leistung in der vorgesehenen Rate erbringt. Sie wird anhand von drei Dimensionen berechnet:

• Verfügbarkeit: der Anteil der geplanten Zeit, in der die Anlage tatsächlich läuft, unter Berücksichtigung von ungeplanten Ausfallzeiten, geplanten Wartungsarbeiten und Umrüstungen.
• Leistung: Der Anteil der Betriebszeit, in der die Anlage mit der vorgesehenen Rate produziert, unter Berücksichtigung von Geschwindigkeitsverlusten und geringfügigen Unterbrechungen.
• Qualität: Der Anteil der Produktion, der die Spezifikationen beim ersten Durchlauf erfüllt, unter Berücksichtigung von Fehlern, Nacharbeit und Ausschuss.

Die OEE ist das Produkt dieser drei Kennzahlen. Eine Anlage mit einer Verfügbarkeit von 90%, einer Leistung von 85% und einer Qualität von 95% hat eine OEE von 72,7%. Die Differenz zwischen diesem Wert und 100% stellt die wiedergewinnbare Kapazität am Engpass dar: den zusätzlichen Output, den das System ohne zusätzliche Ressourcen produzieren könnte, wenn die Verluste, die jede Dimension beeinflussen, beseitigt würden.

Im Kontext der Wertstromanalyse sind die OEE-Daten am Engpass die wichtigste Einzelkennzahl in der Ist-Zustands-Analyse. Sie quantifizieren, wie viel des Kapazitätsproblems durch betriebliche Verbesserungen behoben werden kann, anstatt Kapitalinvestitionen zu erfordern. Eine OEE von 60% am Engpass bedeutet, dass derzeit 40% der geplanten Kapazität durch Probleme bei Verfügbarkeit, Leistung und Qualität verloren gehen. Da der Engpass das gesamte System beeinträchtigt, sind gezielte Maßnahmen am Engpass (z. B. die Verkürzung seiner Durchlaufzeit durch OEE-Verbesserung, die Reduzierung der WIP-Warteschlangen und der ihn speisenden Elemente oder die Verkürzung der Umrüstzeiten zur Steigerung seiner effektiven Kapazität) in der Lage, die Gesamtdurchlaufzeit schneller zu reduzieren als jede gleichwertige Maßnahme an anderer Stelle im Wertstrom. Dies ist die betriebliche Logik, die die Wertstromanalyse wieder mit dem KPI-Tree verbindet: Der Top-Level-KPI zeigt eine Bewegung, wenn sich der Engpass bewegt.

Entwicklung der Soll-Zustandsanalyse

Die Soll-Zustandsanalyse ist ein konkretes, zeitlich begrenztes Ziel für den Wertstrom, das durch die Beantwortung einer strukturierten Reihe von Fragen darüber definiert wird, wie der Fluss aussehen soll, sobald die identifizierten Verschwendungen beseitigt wurden.

Die Fragen, die die Gestaltung des zukünftigen Zustands leiten, lauten:

1. Wie lautet die Taktzeit und welche Prozessschritte überschreiten diese derzeit?
2. Wo sollten Fertigprodukte oder Zwischenbestände gelagert werden, und in welchen Mengen?
3. Welche Prozessschritte können in einen kontinuierlichen Fluss integriert werden, um Warteschlangen zwischen ihnen zu beseitigen?
4. Wo sollten Pull-Systeme Push-Systeme ersetzen, um den WIP zu regulieren und die tatsächlichen Engpässe aufzudecken?
5. Wie lautet die angestrebte Gesamtdurchlaufzeit, und um wie viel muss die Wartezeit verkürzt werden, um diese zu erreichen?

Die Soll-Zustandsanalyse sollte innerhalb des 90-tägigen Verbesserungszeitraums dieses Programms erreichbar sein und eher den nächsten sinnvollen Verbesserungszustand als die endgültige Vision für den Wertstrom darstellen. Sie muss präzise genug definiert sein, um konkrete Maßnahmen anzustoßen und innerhalb dieses Zeitrahmens klare Verantwortlichkeiten zuzuweisen.

Die Lücke zwischen der Ist-Zustandsanalyse und der Soll-Zustandsanalyse definiert die Verbesserungsagenda für die Umsetzungsphase des 90-Tage-Plans. Jede im Ist-Zustand identifizierte Verschwendung (Warteschlangen, WIP-Puffer, Verfügbarkeitsverluste am Engpass usw.) wird je nach ihrer Ursache und den zu ihrer Behebung erforderlichen Ressourcen entweder zu einem Projekt, einer Standardarbeitsmaßnahme oder einem täglichen Managementschwerpunkt.

Häufige Fehler, die vermieden werden sollen

Analyse aus dem Gedächtnis statt aus Beobachtung

Eine Wertstromanalyse, die auf Systemberichten oder Schätzungen des Managements basiert, spiegelt wider, wie der Betrieb ablaufen soll, nicht wie er tatsächlich abläuft. Die Karte ist nur so genau wie die Daten, die während des Gemba-Walks gesammelt wurden. Wenn die Daten nicht direkt beobachtet werden können, sollte diese Lücke dokumentiert und untersucht werden, bevor die Karte als vollständig betrachtet wird.

Zu breit gefasste Analyse

Eine Wertstromanalyse, die versucht, jede Produktfamilie oder jede Prozessvariante gleichzeitig zu erfassen, wird zu komplex, um sie zu interpretieren, und zu unhandlich, um darauf zu reagieren. Es ist der effektivere Ansatz, mit der Produktfamilie zu beginnen, die durch den identifizierten Engpass fließt, und den Umfang erst nach Abschluss des ersten Verbesserungszyklus zu erweitern.

Die Soll-Zustandsanalyse als Zielvorstellung statt als Betriebsplan behandeln

Eine Soll-Zustandsanalyse, die einen idealen Endzustand in drei Jahren beschreibt, ist ein Strategiedokument, kein Verbesserungsplan. Die Soll-Zustandsanalyse sollte einen konkreten, innerhalb des 90-Tage-Fensters erreichbaren Zustand beschreiben, mit Ziel-Durchlaufzeiten, Ziel-WIP-Niveaus und Ziel-OEE am Engpass, zu denen sich das Team verpflichten und die es messen kann, wobei direkt die im Ist-Zustand identifizierten Schlüsselineffizienzen angeht.

Keine Verbindung zwischen den VSM-Ergebnissen und dem täglichen Management

Die Wertstromanalyse identifiziert, wo Verschwendung vorliegt, und quantifiziert das Verbesserungspotenzial. Sie führt jedoch nicht automatisch zu täglichen Maßnahmen. Die Verbindung zwischen der Karte und dem Managementsystem (visuelle Boards, Team-Reviews, Eskalationsroutinen usw.) entscheidet darüber, ob die Verbesserung nachhaltig ist. Dieser Zusammenhang ist das Thema von Teil 4 dieser Serie.

Vom Fluss zur Stabilität: Was kommt als Nächstes?

Die Ist-Zustandsanalyse definiert, wo der Fluss zusammenbricht, und quantifiziert die am Engpass verfügbare Kapazität. Die Soll-Zustandsanalyse definiert den spezifischen Zustand, den der Betrieb innerhalb des 90-Tage-Fensters anstrebt. Der nächste Schritt besteht darin, die täglichen Routinen zu stabilisieren, die das Management des Engpasses regeln, damit die durch VSM erzielte Verbesserung nicht unter dem Druck der normalen betrieblichen Schwankungen untergraben wird.

Als Nächstes in der Serie

Teil 4/6: Schluss mit dem Krisenmanagement – Standardarbeit und tägliches Management, das besteht

Die Wertstromanalyse zeigt auf, wo der Fluss ins Stocken gerät. Teil 4 stellt Standardarbeit und tägliches Management als operative Disziplinen vor, die die Leistung am Engpass stabilisieren und sicherstellen, dass Verbesserungsgewinne über Schichten, Teams und Zeiträume hinweg erhalten bleiben.

Die gesamte Serie ist wie folgt aufgebaut:

Teil 1: Die Einschränkung identifizieren – Die 60-minütige Betriebsanalyse

Teil 2: Den KPI-Tree entwickeln – Basisleistung in 48 Stunden

Teil 3: End-to-End-Ablauf erfassen – Wertstromanalyse und Engpasskapazität (OEE bei der Einschränkung)

Teil 4: Schluss mit dem Krisenmanagement – Standardarbeit und tägliches Management, das besteht

Teil 5: Integrierte Qualität – A3-Problemlösung und Qualitätsroutinen

Teil 6: Nachhaltige Ergebnisse – Governance, Kompetenzaufbau und 90-Tage-Einführungsplan

Der „90-Tage-Plan für Operational Excellence“ ist eine sechsteilige Artikelserie, die eine strukturierte Methode zur Identifizierung, Priorisierung und Beseitigung von Betriebseinschränkungen, die die Leistung beeinträchtigen, bietet. Jeder Artikel knüpft an den vorherigen an, von der Analyse bis zur praktischen Umsetzung.