Optimierung im Fertigungsprozess: Methoden und Ablauf

Wie läuft die Fertigungsprozess-Optimierung ab?

Der Ablauf besteht aus fünf Schritten, die in den meisten Leitfäden ähnlich beschrieben werden. Schwindt nennt Analyse, Zielsetzung, Planung und Simulation, Umsetzung und Monitoring. abas unterteilt feiner in sieben Schritte, vom Auswählen des Prozesses bis zum Standardisieren dessen, was funktioniert hat.

Praktisch heißt das:

1. Prozess abgrenzen. Nicht "die Fertigung", sondern einen konkreten Ablauf, etwa die Montage einer Baugruppe oder den Weg einer Stückliste bis zur Fertigungsfreigabe. abas nennt als Kriterien zum Priorisieren unter anderem die Bedeutung für den Kunden, den Einfluss auf Lieferfähigkeit und Qualität, die Häufigkeit von Störungen und die Umsetzbarkeit der Maßnahmen.
2. Ist-Zustand erfassen. Durch Beobachten vor Ort, durch eine Prozessaufnahme und durch vorhandene Daten aus ERP und Betriebsdatenerfassung.
3. Engpässe und Ursachen suchen. Dafür gibt es Werkzeuge wie die 5-Why-Fragen, das Ishikawa-Diagramm oder die Pareto-Analyse.
4. Ziele festlegen und Maßnahmen wählen. Ziele brauchen eine belastbare Ausgangsgröße, sonst lässt sich später nichts vergleichen.
5. Umsetzen und prüfen. Mit klaren Zuständigkeiten, einer Pilotphase und einer Messung gegen die Ausgangswerte. Was wirkt, wird zum Standard.

Wichtig ist die Reihenfolge. Wer Maßnahmen wählt, bevor der Ist-Zustand gemessen ist, optimiert oft die falsche Stelle.

Was gehört zum Fertigungsprozess?

Ein Fertigungsprozess ist die definierte Abfolge von Arbeitsschritten, die Rohmaterial in ein fertiges oder teilfertiges Werkstück verwandelt. SYMESTIC rechnet dazu alles vom Materialeingang bis zur Auslieferung, auch die Schritte ohne Wertschöpfung wie Rüsten, Warten, Transportieren und Prüfen.

Die Fertigungsverfahren selbst ordnet die DIN 8580 in sechs Hauptgruppen: Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und Stoffeigenschaften ändern. Ein Bauteil durchläuft meist mehrere davon nacheinander.

Für die Optimierung ist wichtiger, wie gefertigt wird. SYMESTIC unterscheidet Einzel-, Serien- und Massenfertigung. Bei Serien ist die Rüstzeit zwischen den Losen einer der größten Hebel, bei Massenfertigung die Maschinenverfügbarkeit. Die Einzelfertigung, wie im Sondermaschinenbau, beschreibt SYMESTIC mit hohem Handarbeitsanteil, niedriger Automatisierung und langen Durchlaufzeiten. Das verschiebt, wo man suchen muss.

Wie groß der Anteil der Wartezeit sein kann, zeigt eine Angabe von SYMESTIC: Die wertschöpfende Bearbeitung macht oft nur 5 bis 15 Prozent der gesamten Durchlaufzeit aus, das Warten zwischen den Stationen wird mit 40 bis 70 Prozent des Produktionszyklus genannt. Das sind Größenordnungen aus der Fertigung allgemein, keine Werte für den Sondermaschinenbau. Sie erklären aber, warum Optimierung so oft bei Liegezeiten ansetzt und weniger bei der Bearbeitung selbst. Mehr dazu im Artikel zur Durchlaufzeit.

Welche Methoden gibt es zur Optimierung?

Die gängigen Methoden unterscheiden sich vor allem darin, wonach sie suchen. Die folgende Übersicht fasst zusammen, was die Quellen zu den einzelnen Ansätzen sagen.

DMAIC steht für die fünf Phasen definieren, messen, analysieren, verbessern und steuern. Zum Schluss wird die Verbesserung durch Standardisierung und Dokumentation im Alltag verankert und laufend geprüft.

Die Theory of Constraints machte Eliyahu Goldratt 1984 mit seinem Roman „The Goal“ einem breiten Publikum bekannt (Lean Production). Sie arbeitet in fünf Schritten: den Engpass erkennen, den Durchsatz am Engpass mit vorhandenen Mitteln verbessern, alle anderen Tätigkeiten darauf ausrichten, den Engpass bei Bedarf beseitigen und das Ganze als fortlaufenden Zyklus wiederholen.

Was ist bei Einzel- und Auftragsfertigung anders?

Dort lässt sich manches aus der Serienfertigung nur eingeschränkt übertragen, weil kaum ein Ablauf zweimal gleich ist. Die Wertstromanalyse und Six Sigma sind für wiederkehrende Abläufe mit vielen vergleichbaren Messwerten entwickelt worden. Bei Unikaten fehlt oft die Vergleichsbasis. Ein Ansatz, der auch bei kleinen Losgrößen und hoher Variantenvielfalt trägt, sind laut abas kurze, stabile Rüstzeiten, die die Flexibilität erhöhen.

Dazu kommt, dass ein Kundenauftrag oft lange außerhalb der Maschine liegt. Die Zeichnung wartet auf Freigabe, die Stückliste auf eine Rückfrage, die Bestellung auf die Änderung nach Auftragseingang. Solche Wartezeiten sind in der Maschinendatenerfassung nicht zu sehen. Hier hilft eher ein Blick auf einen einzelnen Auftrag vom Eingang bis zur Abnahme, wie ihn die Beiträge zur Durchlaufzeit und zu den Schnittstellen zwischen Abteilungen beschreiben. Wer die Abläufe aus den Systemdaten rekonstruieren will, findet im Beitrag zu Process Mining eine Einordnung. Das setzt allerdings voraus, dass die Schritte überhaupt in einem System erfasst werden.

Wie gehen Sie bei einem einzelnen Auftrag vor?

Nehmen Sie einen abgeschlossenen Auftrag und rekonstruieren Sie seinen Weg, statt gleich den ganzen Betrieb zu betrachten. Das ist der Pilot im Kleinen, den auch abas und Schwindt empfehlen: größere Veränderungen zuerst in einem abgegrenzten Bereich testen. Bei der kostenlosen Auftragsdurchlauf-Analyse gehen wir einen solchen Auftrag mit Ihnen gemeinsam durch.

1. Legen Sie fest, ab wann und bis wann Sie messen, zum Beispiel vom Auftragseingang bis zur Abnahme.
2. Tragen Sie auf einer Zeitachse ein, wann welche Abteilung wirklich am Auftrag gearbeitet hat und wann er gewartet hat.
3. Fragen Sie bei den drei längsten Wartephasen mit der 5-Why-Methode nach, warum gewartet wurde.
4. Wählen Sie eine Ursache aus, die häufiger vorkommen dürfte (zum Beispiel fehlende Freigaben), und legen Sie eine Maßnahme mit Zuständigkeit fest.
5. Messen Sie bei den nächsten Aufträgen dieselben Zeiten, bevor Sie entscheiden, ob die Maßnahme zum Standard wird.

Als Kennzahlen zur Wirkungsprüfung nennt abas unter anderem Durchlaufzeit, Rüstzeit, Ausschussquote, Liefertreue, OEE und First Pass Yield. Im Auftragsgeschäft sind die Durchlaufzeit und die Liefertreue meist die ersten Kandidaten, eine Übersicht bietet der Beitrag zu den Produktionskennzahlen. abas betont außerdem, dass vor der Umsetzung ein belastbarer Ausgangswert vorliegen muss, sonst bleibt unklar, ob eine Änderung etwas gebracht hat.

Typische Fehler

• Mit dem Werkzeug anfangen statt mit der Frage. Schwindt rät, nicht vom Tool auszugehen, sondern vom Zusammenspiel von Menschen, Organisation und Systemen.
• Verbesserungen nicht festhalten. Laut abas fallen Teams sonst in alte Gewohnheiten zurück, deshalb sollten bewährte Änderungen als Prozessstandard dokumentiert und in Arbeitsanweisungen aufgenommen werden.
• Systeme getrennt lassen. Schwindt empfiehlt standardisierte Schnittstellen, damit Daten aus ERP und PDM abgeglichen werden und nicht doppelt erfasst werden müssen.

Welche Rolle spielt Software?

Software unterstützt jeden der oben genannten Schritte, ersetzt aber nicht die Analyse. Daten aus ERP, Betriebsdatenerfassung und einem Fertigungsleitsystem liefern den Ist-Zustand für die Werkstatt. Wie ein solches System arbeitet, erklärt der Beitrag zum MES, die Einordnung der Digitalisierung der Fertigung insgesamt steht unter digitale Fertigung.

Keralo setzt an anderer Stelle an. Es ist kein MES und keine Feinplanung, sondern Software für die Auftragsabwicklung: Es hält für jeden Kundenauftrag den Stand über ERP, PLM, Postfach und Dateiablage hinweg, schlägt an jeder Übergabe den nächsten Schritt mit allen Unterlagen vor und lässt die zuständigen Personen zustimmen, ändern oder stoppen. Das ist keine Methode der Prozessoptimierung, sondern ein Werkzeug für den Teil, der zwischen den Abteilungen liegt. Dafür sucht das Team derzeit fünf Hersteller als Entwicklungspartner.