Lean Production: Anwendungsvoraussetzungen in der Einzelfertigung

Dieter Specht und Renata Gruß

Schlanke Produktionssysteme gewinnen für produzierende Unternehmen an Bedeutung. Trotzdem fehlen bis heute Ausarbeitungen bezüglich der Übertragungsmöglichkeiten auf Unternehmen mit Einzelfertigung. In diesem Artikel werden die Anwendungsvoraussetzungen des Lean-Konzeptes untersucht und deren Gültigkeit für die Einzelfertigung geprüft. Die generelle Anwendbarkeit wird verifiziert und weitere Entwicklungsbedarfe festgelegt.

Einleitung

Durch dynamische Marktveränderungen wird die zu beherrschende Komplexität im industriellen Umfeld größer. Einer der wichtigsten Auslöser der Marktdynamik ist die zunehmende kundenseitige Nachfrage nach individuellen und innovativen Produktlösungen [3]. Die Erhöhung der angebotenen Variantenanzahl eines Produktes bis hin zur Herstellung von maßgeschneiderten Einzellösungen sind Folgen der schnell wechselnden Märkte. 

Die veränderlichen Marktanforderungen erfordern eine Flexibilisierung von Organisations- und Produktionsstrukturen in Unternehmen. Dies bedingt die kontinuierliche Weiterentwicklung und den Einsatz effizienter Methoden und Instrumente zur Planung und Optimierung von Produktionssystemen. Technische, informationstechnische, organisatorische und wirtschaftliche Fragestellungen sind in diesem Zusammenhang ganzheitlich und zukunftsweisend zu betrachten. 

Eine gezielte Anwendung des Lean Production Konzeptes in Unternehmen mit individueller Einzelfertigung könnte einen positiven Beitrag zur effizienten Gestaltung von Organisationsstrukturen und Produktionsprozessen leisten.
 

Spezifische Merkmale einmaliger Einzelfertigung

Zur Validierung von Anwendungsvoraussetzungen des Lean Production Konzeptes in Unternehmen mit Einzelfertigung ist es erforderlich, diese individualisierte Fertigungsart zu definieren. 

Die Einzelfertigung wird in der Literatur eindeutig definiert und folgendermaßen beschrieben: Die Einzelfertigung ist „eine kundenauftragsorientierte Einmalfertigung mit Neukonstruktion, bei der produktionsrelevante Daten und Informationen, also nicht ausschließlich Daten für Konstruktion und Entwicklung, sondern auch planende und steuernde Informationen, bezüglich jedes einzelnen Unikats jeweils neu erstellt werden müssen, sodass, bezogen auf die Stückzahl, hohe personelle und materielle Kosten entstehen“ [6,8]. Das Endprodukt der Einzelfertigung ist ein einmaliges Einzelprodukt – ein Unikat [2].

Die Erteilung eines Kundenauftrags in der Einzelfertigung ist der Ausgangspunkt für weitere planende und vorbereitende Schritte der Produktfertigung. Das gewünschte individuelle Produkt wird erst dann abschließend entworfen, wenn das Angebot kundenseitig angenommen wurde. Parallel zum Produktentwurf, erfolgt die Konstruktion erforderlicher Arbeitsvorrichtungen. Aus den in der Projektierungsphase noch unvollständigen Produktmodellen werden die benötigten Planungsinformationen hinsichtlich der notwendigen Kapazitäten und Ressourcen abgeleitet. Da in dieser Phase der Einzelfertigung mit einem hohen Informationsdefizit gearbeitet wird, weisen die Planungsinformationen in der Folge eine Unschärfe auf. 

Lange Entwicklungszeiten eines Produktes und ein starker Kundeneinfluss während des gesamten Entwicklungs- und Fertigungsprozesses verursachen, dass ein sequentieller Ablauf der Produktgestaltung und des Produktionsprozesses nicht möglich ist. Deshalb erfolgt der Start des Produktionsprozesses bereits vor dem endgültigen Abschluss der Konstruktion, der Arbeitsvorbereitung und der Materialbeschaffung. Ein hoher Änderungsaufwand im Hinblick auf das zu realisierende Individualprodukt kann während des gesamten Leistungserstellungsprozesses auftreten [7].


Bild 1: Auswirkungen individueller Kundenwünsche auf die
Wertschöpfung [11,14]

Resultierend aus dem stark individualisierten Produktspektrum, bedarf die Einzelfertigung einer hohen Flexibilität der Fertigungsprozesse und einer hohen Rekonfigurierbarkeit der eingesetzten Betriebsmittel. Die Fertigung erfolgt im Spannungsfeld zwischen der starken Individualisierung der Kundenwünsche, der erforderlichen Kundennähe, der steigenden Komplexität der Leistungserstellung und der notwendigen Prozesseffizienz. Das Resultat sind steigende Kosten innerhalb der gesamten Wertschöpfungskette. Die Auswirkungen der Individualisierung von Kundenwünschen auf die einzelnen Schritte der Leistungserstellung sind im Bild 1 zusammengefasst. Die Minimierung der aus der Produktindividualisierung resultierenden Kosten könnte durch den Einsatz schlanker Prinzipien realisiert werden.
 

Voraussetzungen der Anwendung des Lean Production Konzeptes

In der relevanten Literatur verschiedener Sprach- und Wirkungsräume existieren unterschiedliche, meist kontextbezogene Definitionen des Lean Production Konzeptes. Dieser Sachverhalt wirkt auf die Formulierung der durch die Unternehmen zu erfüllenden Rahmenbedingungen, die für eine erfolgreiche Implementierung des schlanken Konzeptes notwendig sind.

Während im japanischen Raum insbesondere die Ausgestaltung der betrieblichen Abläufe sowie der Organisationstrukturen fokussiert wird, wird das Konzept durch die Autoren des angloamerikanischen und des deutschen Raums um die führungs- und schnittstellenbezogenen Aspekte ergänzt.

Zur Systematisierung und Vereinheitlichung der unterschiedlich definierten Anwendungsvoraussetzungen wird zunächst eine Unterteilung in spezifische und generelle Rahmenbedingungen vorgenommen. Die speziellen Rahmenbedingungen werden entlang der Hauptelemente des schlanken Konzeptes, wie schlankes technisches System, schlanke Managementinfrastruktur und „lean-kompatible“ Einstellung der Mitarbeiter [5], eingeteilt. 

Aus den einzelnen Komponenten des schlanken Konzeptes, wie beispielsweise Produktionsnivellierung, Flexibilisierung oder Standardisierung, können für die definierten Gruppen Anwendungsanforderungen abgeleitet werden [siehe Bild 2].
 


Bild 2: Spezifische und generelle Anwendungsvoraussetzungen
[eigene Darstellung]

Gültigkeit der Rahmenbedingungen des Lean Production Konzeptes für die Einzelfertigung

Zur nachhaltigen schlanken Gestaltung eines technischen Systems sind eine Reihe von Anforderungen zu gewährleisten. Im Gegensatz zu Unternehmen mit Serienfertigung, werden die erforderlichen Rahmenbedingungen in Unternehmen mit Unikatfertigung in unterschiedlichen Erfüllungsgraden realisiert. 


Geringe Nachfrageschwankung in der Fertigung/ konstante Ausbringungsmenge:

Durch die Produktionsnivellierung wird in „lean-spezifischen“ Unternehmen, wie zum Beispiel in der Automobilindustrie, die Nachfrageschwankung minimiert. Dadurch kann ein Wertsrom gleichmäßig und stabil geplant werden [15]. Die erforderliche Entkopplung der Fertigungsaufträge von Kundenaufträgen kann in Unternehmen mit Unikatfertigung jedoch nur begrenzt vorgenommen werden. Jeder Auftrag berücksichtigt spezielle Kundenwünsche, eine Wiederholungsrate auf der Produktebene ist nicht vorhanden. Die Rahmenbedingung geringer Nachfrageschwankung könnte jedoch auf der Einzelteilebene gelten. Besteht ein Kundenauftrag, das heißt ein bestelltes Produkt oder eine Produktgruppe, aus mehreren Fertigungsaufträgen, können diese von dem Endprodukt entkoppelt und mit anderen Einzelaufträgen anderer Produkte zu einem gleichmäßigen Einzelteilemix zusammengestellt werden. Die Anwendungsvoraussetzung „konstante Ausbringungsmenge“ wird als teilweise erfüllt bewertet.
 

Nicht wechselnde Engpasskapazitäten:

Eine weitere Anwendungsvoraussetzung der Produktionsnivellierung ist die Vermeidung von wechselnden Engpasskapazitäten. Das Ziel ist die Erzeugung eines nivellierten Wertstrom, der auf ähnlichen Arbeitsfolgen und -dauern in Bezug auf die zu fertigenden Produktgruppen basiert. In Unternehmen mit Unikatfertigung werden in der Regel keine Produktgruppen gebildet, da jedes einzelnes Produkt eine Gruppe für sich bildet. Eine starke Auslastungsschwankung und somit produktabhängig wechselnde Engpässe sind die Folge [4]. Die Rahmenbedingung der nicht wechselnden Engpasskapazitäten gilt als eher nicht erfüllt.


Bild 3: Gegenüberstellung der Erfüllungsgrade [eigene Darstellung]


Durchgängige, taktorientierte und rückstandsfreie Planung:

Aufgrund der hohen Komplexität von Herstellungsprozessen bei Unikatfertigern kann die Rahmenbedingung einer durchgängigen und rückstandsfreien Planung nur in ausgewählten und von anderen Einheiten abgekoppelten Prozessabschnitten gewährleistet werden [1]. Ein Beispiel kann die Einzelteilevorfertigung darstellen. Da die Wiederholhäufigkeit solcher Teile relativ hoch ist, kann eine hohe Genauigkeit und Durchgängigkeit der Planung innerhalb des genannten Abschnittes erreicht werden. 

Eine Vielzahl von Wechselwirkungen zwischen Einzelfaktoren, wie der Umgang mit Eilaufträgen, Schwankungen der Durchlaufzeiten je nach Produkt oder geringe Kenntnisse der tatsächlichen Kapazitätsbelastung, bedingen eine hohe Systemkomplexität, sodass eine zielgerichtete Planung und Steuerung der gesamten Abwicklungsprozesse schwer ist. Die Rahmenbedingung der durchgängigen, taktorientierten und rückstandsfreien Planung wird als eher nicht erfüllt eingeschätzt.
 

Nachfragesynchrone Fertigung und Fähigkeit zur Losgröße 1:

Durch die Implementierung von One-Piece-Flow kann eine mehrstufige Bearbeitung eines Teils in einem ununterbrochenen Fluss erfolgen. Alle Arbeitsschritte werden ohne Zwischenlagerung durchgeführt [12]. Eine kundenorientierte Herstellung der gewünschten Produkte wird ermöglicht. Jedes herzustellende Unikat wird zwangsläufig und standardmäßig als Losgröße 1 gefertigt. Die Fertigung nur dann, wenn eine konkrete Kundenbestellung vorliegt. Die Rahmenbedingungen der nachfragesynchronen Fertigung und der Fähigkeit zur Losgröße 1 scheinen erfüllt zu sein.
 

Möglichkeit der Nachfragesegmentierung/ der Produkt- und Prozessklassifizierung:

Bei der Einführung des Lean Production Konzeptes entsteht die Notwendigkeit zur Bildung von homogenen Gruppen im Bezug auf Nachfrage, Prozess oder Produkt [9]. Damit wird das Ziel der Standardisierung und der kontinuierlichen Wertstrombildung verfolgt. Eine Segmentierung der Nachfrage nach bestellten Produkten ist in Unternehmen mit Unikatfertigung nicht gegeben, da jedes Produkt ein Individuum darstellt. Die Produktklassifizierung könnte jedoch auf der Einzelteilebene vorgenommen werden. Werden klassische Trennvariablen, wie beispielsweise Preisbereitschaft oder Anforderungen an Lieferzeiten zu Grunde gelegt, erscheint diese Voraussetzung eines schlanken Konzeptes in der Unikatfertigung anwendbar.
 

Relativ gleichmäßiger Teileverbrauch in entsprechend hohen Stückzahlen und Möglichkeit kurzfristiger Materialdisposition:

Die zur Realisierung des Pull-Prinzips verwendeten Kanban-Regelkreise können in der Serienfertigung durch entsprechend hohe Stückzahlen des verbrauchten Materials auf der Ebene der Fertigprodukte wirtschaftlich realisiert werden. Bei der Herstellung von Unikaten handelt es sich um eher geringe Stückzahlen von verbrauchten Materialien auf der Fertigwarenebene. Die Vermutung liegt nahe, dass die Unikathersteller die betrachtete Voraussetzung nicht erfüllen. Werden jedoch die Materialbedarfe produktunabhängig auf der Ebene der Rohteile gebündelt, ergibt sich ein gleichmäßiger Bedarf, der eine Grundlage für das Kanban- und somit das Pull-Prinzip darstellen kann [13]. 
 

Hohe Reaktionsfähigkeit und reversible Anpassungsfähigkeit:

Durch die Anwendung von flexibilitätsorientierten Fertigungsorganisationen wird eine hohe Reaktions- und Anpassungsfähigkeit gewährleistet. Da ein Fließband die lean-spezifische Fertigungsorganisation abbildet, ist eine Weiterentwicklung des schlanken Konzeptes für die Anwendung im Bezug auf die spezifischen Fertigungsarten der Unikatfertigung erforderlich.
 

Lieferantenintegration:

Die Beherrschung einer relativ hohen Variantenanzahl in der Großserienfertigung kann durch eine starke Integration des Kunden und des Zulieferernetzes erfolgen. Da der Realisierungsgrad der Lieferantenintegration als unabhängig von spezifischen Unternehmensmerkmalen gilt, trifft diese Voraussetzung in der Unikatfertigung eher zu.

Eine Gegenüberstellung der Erfüllungsgrade der Anwendungsvoraussetzungen zwischen den Unternehmen mit Großserienfertigung, als „lean-spezifischen“ Unternehmen, und den Unikatfertigern zeigt das Bild 3.
 

Zusammenfassung

Die definierten Rahmenbedingungen scheinen formal für den Einsatz des Lean Production Konzeptes in der Unikatfertigung weitgehend erfüllt zu sein. 

Die Erfüllungsgrade der einzelnen Anforderungen sind in der Unikatfertigung zwar anders, oftmals weniger stark, ausgeprägt als in der Großserienfertigung. Dennoch stehen dem Einsatz in der Unikatfertigung keine systematischen Hindernisse im Weg.

Schlüsselwörter:

Wirtschaftliche Einzelfertigung, Lean Production, Anforderungen des Lean Production Konzeptes

Literatur:

[1] Baecke-Heger, F. (2008): Produzieren im Takt. In: Markt und Mittelstand. 2008, Heft 2, S. 1-3
[2] Berger, U. (1995): Entwicklung eines sensorgeschützten Planungs- und Programmiersystems für den Industrierobotereinsatz in der Unikat-, Einzel- und Kleinstserienfertigung. Aachen, 1995
[3] Broekhuizen, T.L.J.; Alsem, K.J. (2002): Success Factors for Mass Customization: A Conceptual Model. In: Journal of Market-Focused Management. 2002, No. 5, S. 309-330
[4] Deuse, J.; Birkmann, S.; Harms, T. (2007): Einsatz der Gruppentechnologie zur Nivellierung in der variantenreichen Kleinserie. In: Industrie Management. 2007, Heft 6, S. 45-48
[5] Drew, J.; McCallum, B.; Roggenhofer, S. (2005): Unternehmen Lean - Schritte zu einer neuen Organisation. Frankfurt am Main 2005
[6] Hirsch, B.E. (Band-Hrsg.) (1992): CIM in der Unikatfertigung und -montage. In: Bey, I. (Hrsg.): CIM-Fachmann Berlin. Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo, Hongkong, Barcelona, Budapest, Köln 1992
[7] Hirsch, B.; Kuhlmann, T.; Lischke, C. (1992): Produktionskoordinierung in der Unikatfertigung. In: ZWF – Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 1992, Heft 12, S. 673-676
[8] Kuhlmann, T. (1994): Konzeption und Entwicklung eines Systems zur Koordinierung der Produktion komplexer Unikate. Bremen, 1994
[9] Löllmann, P.; Färber, U. (2007): Produzieren im Takt. In: Intelligenter Produzieren. 2007, Heft 3, S. 2-3
[10] Ohno, T. (1993): Das Toyota-Produktionssystem. Frankfurt am Main, New York 1993
[11] Piller, F.T. (2006): Mass Customization. 4. überarbeitete und erweiterte Auflage, Wiesbaden 2006
[12] Scharf, P.; Kissing, A. (2007): One-Piece-Flow. Ein vielseitiges Konzept für die industrielle Montage. In: Industrie Management. 2007, Heft 3, S. 35-38
[13] Schürfeld, H. (2002): Kanban in der Kleinserie. In: Logistik für Unternehmen. 2002, Heft 7/8, S. 67-70
[14] Specht, D.; Stefanska, R. (2009): Lean Production als Produktionskonzept für die Unikat- und Einzelfertigung. In: Specht, D. (Hrsg.) (2009): Weiterentwicklung der Produktion. Wiesbaden 2009
[15] Wuthnow, A.; Deuse, J. (2009): Systematische Nivellierung von Wertströmen. In: ZWF - Zeitschrift für den wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 2009, S. 229-234
[16] Zeyer, U. (1996): Implementierungsmanagement - Ein konzeptioneller Ansatz am Beispiel der Implementierung von Lean Management. München; Mering 1996