Von Jeff Joines (JeffJoines@ncsu.edu) Außerordentlicher Professor für Textiltechnik
Dies ist der letzte Teil der dreiteiligen Serie über Six Sigma, Lean Sigma und Simulation. Im ersten Teil wurden die Six-Sigma-Methoden und die Verbindungen zur Simulation erläutert, während im zweiten Teil erörtert wurde, wo die Simulation direkt in den beiden Six-Sigma-Prozessen (DMAIC und DMADV) eingesetzt werden kann. Im letzten Teil wird gezeigt, wie die Simulation zur Gestaltung von Lean Six Sigma-Prozessen eingesetzt werden kann.
In jüngster Zeit wurde die Six Sigma-Methode zur kontinuierlichen Verbesserung mit den Grundsätzen der schlanken Produktion kombiniert, um eine Methodik namens Lean Six Sigma zu entwickeln. Zur Erinnerung: Six Sigma ist eine Methode zur kontinuierlichen Verbesserung, die zur Kontrolle/Verringerung der Prozessvariabilität eingesetzt wird, während Lean Manufacturing eine Management-/Fertigungsphilosophie ist, die sich mit der Beseitigung von Verschwendung befasst und vom japanischen Toyota-Produktionssystem (TPS) abgeleitet ist. Wenn man an Lean denkt, denkt man an die Just-in-Time-Fertigung (d. h. Teile oder Informationen treffen genau dann ein, wenn sie benötigt werden, und nicht vorher). Die Beseitigung von Verschwendung ist der Schlüssel zu schlanken Systemen, und Toyota definiert drei Arten von Verschwendung: muda (nicht wertschöpfende Arbeit), muri (Überlastung) und mura (Ungleichmäßigkeit). Die meisten Menschen denken bei Lean an die nicht wertschöpfende Form der Verschwendung (z. B. steht ein Teil zehn Minuten in der Warteschlange, bevor es eine Minute lang bearbeitet wird, was zehn Minuten nicht wertschöpfender Zeit entspricht). Viele der Lean-Tools befassen sich mit der Beseitigung dieser Form der Verschwendung (Muda). Toyota hat sieben ursprüngliche Verschwendungsarten identifiziert (in Anlehnung an „Lean Thinking“), die Lean zu beseitigen versucht.
- Transport (Transport von Produkten, der nicht für die Verarbeitung erforderlich ist)
- Vorräte (alle Rohstoffe, unfertige Erzeugnisse und Fertigerzeugnisse, die nicht gerade verarbeitet werden)
- Bewegung (Personen oder Geräte, die sich mehr bewegen oder gehen, als für die Verarbeitung erforderlich ist)
- Warten (auf den nächsten Produktionsschritt warten (d. h. in der Warteschlange stehen))
- Überproduktion (die Produktion übersteigt die Nachfrage, was dazu führt, dass Artikel gelagert, verwaltet und geschützt werden müssen, sowie Entsorgung aufgrund des Potenzials)
- Überbearbeitung (aufgrund eines schlechten Werkzeug- oder Produktdesigns, das zu einer unnötigen Bearbeitung führt, z. B. ein übertechnisiertes Produkt, das der Kunde nicht braucht oder für das er nicht bezahlt, oder eine 99%ige Fehlerfreiheit, während der Kunde bereit ist, 90% zu akzeptieren)
- Defekte (der Aufwand für die Inspektion, die Behebung von Defekten und/oder den Austausch von defekten Teilen)
Lean Six Sigma nutzt die Methodik der kontinuierlichen Verbesserung (DMAIC) als datengesteuerten Ansatz für die Ursachenanalyse, die kontinuierliche Verbesserung und die Umsetzung von Lean-Projekten. Lean umfasst eine breite Palette von Lean-Tools, die zur Umsetzung von Veränderungen verwendet werden. Für viele dieser Werkzeuge werden immer noch japanische Begriffe verwendet (z. B. Poka Yoke oder Fehlerprüfung).
Wie bei der Six-Sigma-Methode können Simulationsmodellierung und -analyse in vielen Bereichen der Lean-Implementierung eingesetzt werden und können bei der Entscheidungsfindung sehr wichtig sein. Die meisten Verbesserungen müssen dokumentiert und analysiert werden, wobei die Simulationsmodellierung und -analyse leicht eingesetzt werden kann, um die Vorteile der Verbesserungen für den aktuellen Prozess vor der eigentlichen Umsetzung zu ermitteln. Nachfolgend sind nur einige Fälle aufgeführt, in denen ich die Simulation eingesetzt habe.
Wertstromkarten sind ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu schlanken Prozessen und sollten zunächst zur Identifizierung von Verbesserungsbereichen verwendet werden, bevor die Werkzeuge willkürlich eingesetzt werden. Wertstromkarten unterscheiden sich von Prozessflusskarten dadurch, dass VSMs alle wertschöpfenden und nicht wertschöpfenden Schritte/Aktivitäten enthalten, den Informationsfluss zusammen mit dem Materialfluss zur Herstellung des Produkts einschließen, einen geschlossenen Kreislauf vom Kunden zurück zum Kunden darstellen und die Taktzeit des Kunden berücksichtigen (d. h. die Zeit, die benötigt wird, um das Produkt in der Geschwindigkeit des Kunden zu liefern). Bei der Entwicklung eines VSM wird in der Regel eine Momentaufnahme einiger weniger Schlüsselprodukte für einen bestimmten Tag abgebildet. Nach der Entwicklung der VSM für den Ist-Zustand werden die verbesserungswürdigen Bereiche sowie die Lean-Tools zur Erreichung dieser Verbesserungen ermittelt; anschließend werden Karten für den zukünftigen Zustand erstellt, um das Verbesserungspotenzial zu veranschaulichen. Die Wertstromkarte kann zur Entwicklung eines Simulationsmodells verwendet werden, und es kann mit einer Vielzahl von Bedarfsströmen und SKUs experimentiert werden, um die VA- und NVA-Zeiten usw. zu ermitteln.
Ford setzte in den frühen 1900er Jahren zur Maximierung des Durchsatzes Fließbänder ein (d. h. eine Produktionslinie umfasste alle Maschinen zur Herstellung eines Autos in einer sequentiellen Linie). Als jedoch die Zahl der Produkte und Teilekategorien zunahm, während die Losgrößen sanken, ging die Fertigung zu funktionalen Layouts über (z. B. Job Shops), bei denen die Maschinen nach ihrer Funktion gruppiert wurden (z. B. Bohrmaschinen). Jetzt fließen die Teile zu allen Gruppen, die für die Produktion notwendig sind, was zu einer großen Flexibilität führt, aber auch zu einer Zunahme der Fahrzeiten, der Wartezeiten, des Umlaufvermögens, der Fehler aufgrund der Maschineneinstellung usw. Beim Lean-Konzept der zellularen Fertigung wird das Fertigungssystem in Gruppen unterschiedlicher Maschinen unterteilt, die eine Reihe von Teilefamilien bearbeiten können, was im Idealfall den Transport, das Einrichten und das Ausbalancieren der Belastung verringert. Dabei handelt es sich um eine Mischung aus kleineren Job Shops und Fließmontagelinien. Die Bestimmung dieser Teilefamilien und Maschinengruppen ist recht kompliziert. Mit Hilfe der Simulation kann eine Basislinie für den Vergleich der vorgeschlagenen neuen Systeme festgelegt werden. Die neuen Systeme können mit unterschiedlichen Nachfrageschwankungen und Wartungsproblemen simuliert werden, um das Design der zellulären Gruppen zu testen, bevor die Maschinen in das neue Fertigungssystem verlagert oder eingerichtet werden.
Wenn man an Lean denkt, assoziiert man es mit JIT, und in diesem Bereich wurde die Simulation am häufigsten eingesetzt. Pull-Terminierungssysteme unterscheiden sich von Push-Systemen (d. h. eine Vorhersage einer Reihe von Teilen wird an den ersten Prozess gesendet und dann durch das System bis zur Fertigstellung geschoben) dadurch, dass Teile erst produziert werden, wenn sie benötigt werden. Kanbans (Signale) werden erst dann an den vorherigen Prozess zurückgeschickt, um Teile nachzufüllen, wenn sie vom aktuellen Prozess verbraucht wurden. Pull-Systeme haben im Idealfall einen geringeren WIP und schnellere Durchlaufzeiten, funktionieren aber in der Regel nur bei stabilen Nachfrageströmen. Wir haben zum Beispiel mit einem großen Unternehmen zusammengearbeitet, das eine neue Anlage mit relativ langen Vorlaufzeiten baute. Teile des Unternehmens hatten mit großem Erfolg Pull-Planungssysteme eingeführt, um ihre Lagerbestände aufzufüllen. Das Unternehmen hatte eine Nachfragesteuerung eingeführt, um die stark schwankende Kundennachfrage in den Griff zu bekommen. Das Unternehmen beauftragte uns zunächst mit der Bewertung, wo Supermärkte (d. h. Lagerplätze für Bestände (Kanbans)) eingerichtet werden sollten, wie groß die jeweiligen Kanbans für die einzelnen SKUs sein sollten, usw. Nachdem wir mehrere Simulationsmodelle unter Verwendung der historischen Nachfrageströme erstellt hatten, stellten wir fest, dass das Gesamtvolumen, das auf die Anlage zukommt, einem Tsunami gleicht, der die Supermärkte überschwemmen würde und die Anlage im Wesentlichen in ein Push-System verwandeln würde (d. h. alles wird zum ersten Prozess (Rohmaterial) geschickt und bis zum Ende verarbeitet). Wir haben durch Simulationen gezeigt, dass die Supermärkte groß sein müssen, um effektiv zu sein, und dass diese Kanban-Größen einfach unpraktisch sind. Das Simulationsmodell sagte ihnen, dass sie sich auf andere Lean-Bereiche konzentrieren könnten, bevor sie eine enorme Menge an Geld und Zeit für die Entwicklung des Prozesses und des Informationssystems aufwenden müssten, um dies zu bewältigen.
Die meisten Menschen sind mit der letzten Form der Verschwendung (Mura) und ihrer Beseitigung durch Heijunka (Produktionsausgleich) vertraut. Produktionsnivellierung/Lastausgleich funktioniert in Verbindung mit Pull-Systemen, und diese Systeme können wiederum simuliert werden, um ihre Auswirkungen zu erkennen und zu bestimmen, wo Supermärkte (z. B. Bestandspuffer) platziert werden müssen, um einen Ausgleich zu erreichen. Vorbeugende Instandhaltung (Total Preventive Maintenance, TPM) ist ein weiterer Bereich, in dem Lean-Praktiker von der Simulationsmodellierung profitieren können, um die Auswirkungen verschiedener Strategien und Zeitpläne auf das System zu ermitteln.
Für weitere Informationen über Lean Manufacturing und die Lean-Philosophie empfehle ich zwei Bücher von James Womack et al: „The Machine that Change the World“ und sein neuestes Buch „Lean Thinking“.
Schlussfolgerungen
Die dreiteilige Serie hat hoffentlich gezeigt, dass Simulationspraktiker über Fähigkeiten verfügen, die für Six Sigma-, Design for Six Sigma- und/oder Lean Six Sigma-Projekte äußerst nützlich sind. Diese Projekttypen sind nicht sehr einzigartig, sondern nur allgemeine Simulationsmodelle, für die wir ihre spezielle Sprache lernen müssen. Ich finde es einfacher, an Six Sigma-Projekten zu arbeiten, weil die Lean- und Six Sigma-Praktiker die statistische Analyse verstehen, die für die Input- und Output-Analyse erforderlich ist, auch wenn sie normalerweise nur die Normalverteilung verwendet haben.