Exzellente, schlanke Produktion

Gestaltungsrahmen auf Basis systematischer Variabilitäts- und Durchlaufzeitreduktion und kontinuierlichen Verbesserungszyklen

Norman Roth und Jochen Deuse

In diesem Beitrag werden Ansätze der schlanken Produktion und Business Excellence zu einem ganzheitlichen Verbesserungsansatz zusammengeführt. Ein Leistungsbewertungssystem, das auf den Prinzipien der Variabilitäts- und Durchlaufzeitreduzierung basiert, ist hierbei der Kern einer Systematik, welche Unternehmen hilft, ihre Leistungsdeterminanten nachhaltig zu verbessern. Der Ansatz wurde über einen Zeitraum von mehr als fünf Jahren in mehreren industriellen Anwendungsprojekten entwickelt und getestet. Die Anwendung hat in allen Fällen zu einer deutlichen Verbesserung von Leistungsindikatoren wie Bestand, Produktivität oder Qualität geführt.

Es ist viel passiert, seit Sugimori et al. (1977) [1] die erste Abhandlung über Prinzipien der schlanken Produktion in der westlichen Welt veröffentlichten. Inspiriert durch weitere bekannte Publikationen wie „Das Toyota Produktionssystem“ (Ohno, 1993) [2] oder „The Machine that changed the World“ von Womack et al. (1990) [3] beschäftigen sich mittlerweile zahlreiche Unternehmen, vor allem in der Automobilindustrie, mit diesem Thema. Alle Ansätze gehen auf das Toyota Produktionssystem zurück und haben zum Ziel, Verschwendung zu eliminieren und so die betriebliche Effizienz zu steigern (s. auch [4]).

Ebenso haben Ansätze zum ganzheitlichen Management, wie z. B. Business Excellence-Ansätze, Einzug in die industrielle Praxis gefunden. Das bekannte Modell der European Foundation for Quality Management (EFQM) [5], welches 2014 sein 25-jähriges Jubiläum feierte, sei hier beispielhaft genannt. Diese Ansätze haben zum Ziel, die verschiedenen Verbesserungsaktivitäten so effektiv an der Unternehmensmission und -vision auszurichten, dass sie einen maximalen Wertbeitrag für das Unternehmen erzielen.

Durch immer kürzere Produktlebenszyklen, steigende Variabilität, getrieben durch den Wunsch nach Individualisierung und globaler werdende Kooperationsformen, besteht mehr denn je der Wunsch nach Lösungen, die helfen, die Leistungsfähigkeit von Unternehmen durch Effizienzsteigerung kontinuierlich zu verbessern und strategisch richtig weiterzuentwickeln. Dies gilt insbesondere für die wettbewerbsintensive Serienfertigung in der Automobilindustrie.

Im Rahmen dieses Beitrags soll daher ein neuer Ansatz vorgestellt werden, der die Gedanken der schlanken Produktion und der Business Excellence in einem ganzheitlichen Gestaltungsrahmen zusammenfasst und eine Bewertungssystematik zur Verfügung stellt, die den Prozess der ständigen Verbesserung unterstützt.


Gestaltungsrahmen für die exzellente, schlanke Produktion

Grundansatz für den Gestaltungsrahmen ist es, auf Basis des EFQM-Modells [5] für die einzelnen Befähiger-Kriterien in Anlehnung an [6] Gestaltungsprinzipien (GP) zu formulieren und mit einem Bewertungsindikator zu versehen, welcher in ein Leistungsbewertungssystem eingebunden wird (siehe Bild 1). Für jeden Indikator wird eine Eingriffsgrenze definiert, die bei Erreichen eine schnelle Reaktion auslöst, um den Wert des Indikators wieder in den spezifizierten Zielkorridor zu bringen. Nach [4] definieren Gestaltungsprinzip, Indikator und Eingriffsgrenze einen Zielzustand, den es zu erreichen gilt.

Durch die Anwendung des bewährten EFQM-Rahmens wird sichergestellt, dass alle relevanten Bereiche einer Unternehmung abgedeckt werden. In vielen Ansätzen zur schlanken Produktion werden Aspekte wie Führung, Ressourcenmanagement oder Strategieplanung vernachlässigt.

Das Leistungsbewertungssystem ist derart aufgebaut, dass die Indikatoren der Gestaltungsprinzipien zu einem Exzellenzindikator für ein Kriterium aggregiert werden können. Dieser Indikator muss wiederum zu einem Exzellenzindikator für alle Befähiger-Kriterien aggregierbar sein. Das gleiche Vorgehen gilt für die Ergebnisindikatoren, welche ebenfalls zu einem Exzellenzindikator aggregiert werden. Diese beiden Indikatoren werden dann zu einer Kennzahl aggregiert, welche die Systemexzellenz repräsentiert. Die Indikatoren müssen normiert sein, um aggregiert werden zu können. Diese Indikatorsystematik wird als Leistungsbewertungssystem bezeichnet. Das Leistungsbewertungssystem hat eine laterale und eine vertikale Dimension: Die laterale Dimension ist hierbei die Betrachtungsebene entlang des Wertstroms, die vertikale Dimension fordert für verschiedene Aggregationsebenen (Beobachtungs-, Verbesserungs- und Systemebene) entsprechende Kennzahlen. Die Messmethodik leitet sich aus dem Multimomentverfahren ab [10]; über die Zeit werden diskrete Werte gesammelt und zu Kennzahlen verdichtet.

Die Gestaltungsprinzipien wurden auf Basis von Literaturrecherchen, Diskussionen mit Experten sowie den Arbeiten von [4] formuliert. Sie müssen dem Anspruch gerecht werden, die wichtigsten Inhalte jedes EFQM-Kriteriums derart zu beschreiben, dass ein Bewertungsindikator daraus abgeleitet werden kann. Die Gestaltungsprinzipien wurden mittlerweile in mehr als 20 Verbesserungsprojekten bei der Robert Bosch GmbH angewendet und haben sich in der industriellen Praxis bewährt. Bild 1 zeigt einen Überblick über den Gestaltungsrahmen.

Bild 1: Schematische Darstellung des Gestaltungsrahmens
auf Basis des EFQM-Modells (in Anlehnung an [5])


Der Kern des Gestaltungsrahmens 

Kernidee des Leistungsbewertungssystems ist es, für ein Produktionssystem eine aggregierte Kennzahl – die Systemexzellenz – zu generieren. Diese Kennzahl ist ein Maß für den nachhaltigen Erfolg des Produktionssystems und damit der Unternehmung. Je höher die Exzellenz, desto nachhaltig erfolgreicher ist das Produktionssystem. 

Im Folgenden wird die Logik des Bewertungssystems systematisch abgeleitet. Der systemische Rahmen kann hierbei ein Geschäftsbereich, ein Werk, eine Abteilung oder auch eine Funktion (wie z. B. Qualität, Finanzen oder HR) sein. Der grundsätzliche Betrachtungsrahmen ist ein Fertigungswerk der automobilen Serienproduktion. Die Exzellenz des Systems berechnet sich dabei als gewichtete Summe der EFQM-Kriterien. 

Die Gewichtungsfaktoren für jedes Kriterium i innerhalb des Systems folgen hierbei der Empfehlung von EFQM [5]: Die Kriterien Kernergebnisse und Kunde werden mit 15 % gewichtet, alle anderen mit jeweils 10 % (vgl. Bild 2).

Der Berechnung der Exzellenz für ein Kriterium liegen folgende Annahmen zu Grunde. Ein Kriterium ist dann exzellent, wenn es vier Arten der Exzellenz erfüllt:


Varianzexzellenz (EV)

In einem exzellenten Produktionssystem soll in Anlehnung an [7] die ungeplante Variabilität möglichst gegen 0 gehen. Je größer die Variabilität, desto geringer die Exzellenz. Zur Quantifizierung der Variabilität wird der normierte Variationskoeffizient herangezogen.


Benchmarkexzellenz (EB)

In einem exzellenten Produktionssystem muss der Abstand zum Benchmark kontinuierlich geringer werden bzw. weist das System schon den Benchmarkwert auf, muss dieser gehalten werden. Mathematisch wird hier der Abstand zur Benchmarklinie herangezogen.


Nachhaltigkeitsexzellenz (EN)

In einem exzellenten Produktionssystem müssen in Anlehnung an [5] die Indikatoren einen kontinuierlich positiven Trend aufweisen. Mathematisch müssen die Nachfolgewerte der diskreten Zahlenreihe jeweils kleiner-gleich bzw. größer-gleich als der Vorgängerwert sein.


Reduzierung der Durchlaufzeit (EZ)

Bei prozessbezogenen Gestaltungsprinzipien muss mathematisch die Durchlaufzeit im Verhältnis zur Prozesszeit in Anlehnung an [8] kontinuierlich reduziert werden.

Die Gestaltungsprinzipien (siehe Bild 1) werden nun mit jeweils einem diskreten Indikator beschrieben; für diesen Indikator werden die vier Exzellenzarten ermittelt und der jeweils niedrigste Exzellenzwert zur Ermittlung der Exzellenz des Gestaltungsprinzips herangezogen. Wichtig ist hierbei, dass eine hinreichend große Anzahl von Messwerten xij (z. B. 30 Werte) ermittelt wird. Der errechnete Wert drückt die Exzellenz in der Ausführung des Gestaltungsprinzips aus. Die Indikatorwerte sind hierbei normiert auf Werte zwischen 0 und 1; Die errechneten Exzellenzarten resultieren daher in Werten zwischen 0 und 1 bzw. 0 % und 100 %. In Anlehnung an [11] ist ein Gestaltungsprinzip dann exzellent, wenn der Indikatorwert xij => 90 % ist.

Die Erfahrung zeigt, dass die Bewertung der Konzeptexzellenz des Gestaltungsprinzips ebenfalls wichtig ist. Ein Gestaltungsprinzip ist dann existent, wenn ein klar definierter Standard im betrachteten Produktionssystem existiert. Der Standard muss auditierbar sein, d. h. entsprechende gelenkte Dokumente müssen vorliegen und der Standard muss „gelebte Praxis“ sein, d. h. überprüfbar durch z. B. einen spontanen Rundgang in der Fertigung. In Anlehnung an [9] bedeutet dies, dass das Element „festgelegt, dokumentiert, verwirklicht und aufrechterhalten wird“. In dem vorliegenden Ansatz wird lediglich eine binäre Bewertung 0 oder 1 (Gestaltungsprinzip existent) vorgeschlagen.

Bild 2: Berechnungslogik des Leistungsbewertungssystems

Bild 2 fasst die zugrunde liegende Berechnungslogik des Bewertungssystems zusammen:

Der EFQM-Rahmen garantiert eine ganzheitliche Betrachtung. Das betrachtete Leistungsbewertungssystem ermöglicht gegenüber bestehenden Ansätzen eine genauere Einschätzung des Exzellenzniveaus, da vor allem die wichtige Veränderung über die Zeit anhand verschiedener Bewertungsgrößen ermittelt wird. Das Ergebnis einer Exzellenzbewertung zeigt somit einerseits das zu verbessernde Gestaltungsprinzip an, aber auch, bzgl. welcher Exzellenzart das Gestaltungsprinzip verbessert werden muss. So ist die Ermittlung des Verbesserungspunktes exakter möglich als bei bestehenden Bewertungssystemen.


Die Anwendung des Gestaltungsrahmens

Der Gestaltungsrahmen wurde in den letzten Jahren im Rahmen von zahlreichen Implementierungsprojekten bei der Robert Bosch GmbH auf Basis des bestehenden, bekannten Bosch Produktionssystems (BPS) erarbeitet, erstmalig von [4] in Grundzügen beschrieben und seither kontinuierlich weiterentwickelt.

Gegenstand des Anwendungsbeispiels ist ein Werk der Robert Bosch GmbH. Das Werk beliefert alle großen Automobilhersteller, wie z. B. Toyota, BMW, Daimler oder Nissan. Lieferungen finden täglich bis wöchentlich über einen zentralen Versandbereich statt. Der Hauptwertstrom besteht im Fertigungsbereich aus den zwei Wertstromabschnitten Montage und Zerspanung. Ca. 75 % der Lieferanten sind lokal ansässig, die restlichen 25 % der Lieferanten sind weltweit verteilt. Der Betrachtungszeitraum beträgt fünf Zyklen, in diesem Fall fünf Jahre. In dem größten Wertstrom arbeiten ca. 500 Mitarbeiter, der generierte Umsatz liegt im dreistelligen Millionen Euro Bereich.

Die Anwendung des Gestaltungsrahmens resultierte in einer erheblichen Verbesserung der operativen Leistung. Nahezu alle wichtigen Kennzahlen konnten im zweistelligen Prozentbereich verbessert werden. Einige Kennzahlen, wie 0-km Qualität oder Liefererfüllung liegen auf Benchmark-Niveau. Bild 3 stellt eine Übersicht über die Exzellenzwerte je Gestaltungsprinzip sowie die Exzellenzwerte für Befähiger, Ergebnisse und Systemexzellenz nach fünf Verbesserungszyklen dar.

 

Insgesamt konnte im Betrachtungszeitraum eine Systemexzellenz von knapp 50 % erreicht werden.

Auf der Ergebnisseite liegt aufgrund der starken Kundenorientierung des Werkes der Exzellenzwert für E6 (Kunde) mit 92 % am höchsten. Kriterium E9 (Kernergebnisse) liegt mit 20 % niedrig. Bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass der Grund hierfür weniger der Abstand zum Benchmark oder die Variabilität ist, sondern vielmehr die Nachhaltigkeitsexzellenz. Bei einigen wichtigen Ergebnisindikatoren (z. B. Durchlaufzeit, Fehlerkosten, Bestand oder Liefererfüllung), konnte das Werk über fünf Zyklen keinen durchgehend positiven Trend nachweisen, was die Gesamtbewertung negativ beeinflusst hat. Kriterium E7 (Mitarbeiter) weist mit 46 % ebenfalls einen mittleren Wert im Quervergleich aus, was vor allem an der stark schwankenden und hohen Mitarbeiterfluktuation sowie dem relativ niedrigen Kompetenzniveau liegt. Die gesellschaftliche Seite E8 weist mit 47 % für das Kriterium E8 ebenfalls Handlungspotenzial aus, vor allem bedingt durch die Nachhaltigkeit in der Sozialkomponente (vgl. Bild 1).
 

Bild 3: Übersicht der Analyse der Exzellenzwerte im Pilotwertstrom
Auf der Befähigerseite liegt das Kriterium E4 (Partnerschaften und Ressourcen) niedrig mit 40 %. Grund hierfür war vor allem in den frühen Zyklen die geringe Anzahl an Lieferantenaktivitäten und der fehlende Ressourcenfokus (z. B. bzgl. Emissionen und Abfall). Kriterium E5 (Prozesse) liefert mit 43 % ebenfalls einen niedrigen Wert. Hierzu tragen vor allem die Verletzung der Nachhaltigkeitsexzellenz bei Maschinenleistung und Stoffeingang bei. Einige Gestaltungsprinzipien, wie Maschinenflexibilität und Fehlervermeidung, erreichen jedoch schon (nahezu) exzellente Werte. Das Kriterium E1 (Führung) weist mit 36 % ebenfalls ein starkes Potenzial auf. Hauptgrund ist hier GP 1.1 Zielentfaltung. Aufgrund des starken Wachstums und hoher Fluktuation sind nicht genügend Mitarbeiter in den Prozess eingebunden. Der Strategieteil E2 liegt mit 46 % relativ gut, der große Abstand zum Benchmark insbesondere bezüglich Verständnis Mission, Vision und Strategie liefert hier das Hauptpotenzial. Die Mitarbeiterbewertung (E3) liegt mit 69 %  gut, was vor allem an der guten Einbindung der Mitarbeiter liegt. 

Die errechneten Exzellenzwerte stellen einen guten Ansatzpunkt für die weitere Verbesserungsarbeit dar, um so ein höheres Exzellenzniveau zu erreichen. Es sollten die Gestaltungsprinzipien mit Priorität bearbeitet werden, die die niedrigsten Exzellenzwerte ausweisen.

Schlüsselwörter:

Schlanke Produktion, Business Excellence, Variabilität, Durchlaufzeit, Benchmark

Literatur:

[1]Sugimori, Y., Kusunoki, K., Cho, F. & Uchikawa, S., 1977. Toyota production system and Kanban system Materialization of just-in-time and respect-for-human system. International Journal of Production Research, 15(6), pp. 553-564.
[2]Ohno, T., 1993. Das Toyota-Produktionssystem. Frankfurt: Campus.
[3]Womack, J. P., Jones, D. T. & Roos, D., 1990. The machine that changed the World. New York: Rawson Associates.
[4]Roth, N. & zur Steege, C., 2014. Excellent Lean Production - The way to business sustainability. Hamburg: Deutsche MTM-Vereinigung.
EFQM, 2009. EFQM Excellence Model. Brussels: EFQM.