Perfektionierung des Werkstattplans in der Metallfertigung

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Hersteller haben in immer leistungsstärkere Faserlaser, Abkantpressen mit automatisiertem Werkzeugwechsel, erweiterte Schweißmöglichkeiten, Pulverbeschichtung – die Liste der Investitionsausgaben lässt sich fortsetzen – und doch bleibt die pünktliche Lieferleistung hartnäckig mittelmäßig. Laut der jährlichen „Financial Ratios & Operational Benchmarking Survey“, die von der Fabricators & Manufacturers Association veröffentlicht wird, lag die durchschnittliche pünktliche Lieferung im letzten Jahrzehnt zwischen 77 % und 88 %.

Sicherlich haben die Herausforderungen in der Lieferkette die Angelegenheit komplizierter gemacht, da sich die Kunden ändern und die Lieferung von Material und gekauften Komponenten unregelmäßiger wird. Akuter Arbeitskräftemangel und unerwartete Abwesenheiten haben auch nicht geholfen. Dennoch war die pünktliche Lieferung in der Sonderanfertigung schon lange vor der Pandemie mittelmäßig, und die meisten Hersteller haben jahrelang mit dem Fachkräftemangel zu kämpfen. Also, was gibt es?

Ein Geschäft legt einen Zeitplan fest und hält sich dennoch nicht daran. Es kommt zum Gerangel. Die Überstunden nehmen zu und die Frustration steigt. Die Ursachen sind zahlreich und können allgegenwärtig sein und jeden Prozess des Unternehmens erreichen. Dinge zu verbessern ist ein kompliziertes Rätsel, und ein wichtiger Teil kann darin bestehen, eine bessere Planung zu finden.

Jeder Custom-Fab-Shop hat seinen eigenen, einzigartigen Kundenmix. Daher gibt es zu viele Gründe für Planungsschwierigkeiten, als dass man sie alle aufzählen könnte. Bei vielen davon geht es jedoch um einen Kernbereich: einen Mangel an guten Informationen. Wie bei allem anderen gilt auch bei der Planung: Müll rein, Müll raus.

„Wir haben im Laufe der Jahre gesehen, dass Unternehmen datentechnisch besser werden“, sagte Dan Hahn, Vizepräsident von ATS Lean Scheduling International, einem Anbieter von Advance Planning & Scheduling (APS)-Software in Bradenton, Florida. „Das heißt , Daten sind immer noch eines unserer Hauptthemen. Wenn wir mit einem Hersteller mit guten, sauberen Daten zusammenarbeiten, ist das ein Glücksfall.

„In letzter Zeit haben wir viele Probleme mit Menschen und Materialien gesehen, und den Geschäften fällt es schwer, eine konstante Gruppe talentierter Leute aufrechtzuerhalten“, fuhr Hahn fort. „Sie erwarten jetzt von uns [APS-Softwareanbietern], dass wir ihnen die Möglichkeit geben, neue Termine zu planen, umzustrukturieren und auf Veränderungen zu reagieren.“

Die Datenerfassung bleibt der Kern des Problems. Einiges davon ist möglicherweise auf klobiger Software gespeichert, die dringend ein Update benötigt. Und selbst bei der ausgefeiltesten Software gilt immer noch das Prinzip „Müll rein, Müll raus“. Es ist schwierig, eine Planung basierend auf der verfügbaren Kapazität vorzunehmen, wenn ein Hersteller nicht weiß, wie hoch die tatsächlich verfügbare Kapazität ist.

Stellen Sie sich vor, ein Abkantpressenbediener meldet sich für eine bestimmte Biegeaufgabe an und stellt dann fest, dass er Werkzeuge aus dem Werkzeugraum auf der anderen Seite der Fabrikhalle holen muss. Also geht er los, holt die Werkzeuge, richtet den Auftrag ein, führt ihn aus und verabschiedet sich schließlich vom Auftrag. Das System gibt an, dass die Arbeit 30 Minuten gedauert hat, aber in Wirklichkeit brauchte der Bediener weniger als die Hälfte der Zeit, um die Maschine einzurichten und Teile zu bearbeiten. Das Problem lässt sich möglicherweise leicht erkennen, wenn dieser Job regelmäßig auftritt. (Das ist es schließlich, worum es bei Gemba geht.) Aber in einem Betrieb mit hohem Produktmix können diese und zahlreiche andere verschwenderische Aufgaben verborgen und unbemerkt bleiben.

Hier kann eine direkte Maschinenanbindung und -überwachung helfen. Stellen Sie sich das gleiche Szenario vor, nur dass die Maschine dieses Mal automatisch die tatsächliche Betriebs- und Rüstzeit für jeden Auftrag sowie den Personalbedarf meldet: den Bediener, den Gabelstaplerfahrer oder den Materialtransporter, möglicherweise eine spezielle Rüstperson. Anhand dieser Daten lassen sich schnell Verbesserungen erkennen, etwa die Verfügbarkeit von Werkzeugen am Einsatzort. Im weiteren Sinne verrät die Verbindung, was während der Produktion tatsächlich vor sich geht.

„Ich bin ehrlich, APS ist schwierig zu implementieren“, sagte Mike Liddell, Gründer von Lean Scheduling International und Autor des Buches „The Little Blue Book on Scheduling“, einem Wälzer, der die Planungsherausforderungen für die Hochproduktbranche aufzeigt. Mix-Shop. „Jedes Unternehmen ist anders und dieser Unterschied ist sein Wettbewerbsvorteil. Es geht darum, diesen Unterschied in ein APS integrieren zu können.“

ABBILDUNG 1. Wenn Blue zuerst ausgeführt wird, dauert die Bearbeitung von drei Bestellungen 11 Tage.

Hahn fügte hinzu: „Da jeder Hersteller anders ist und unterschiedliche Prozesse hat, müssen wir in der Lage sein, das [APS-]Tool so zu gestalten, dass diese Prozesse besser werden.“

Zwei Präzisionsblechbetriebe verfügen möglicherweise über ähnliche Maschinen, aber ihre Kunden sind unterschiedlich. Einige könnten verlangen, dass das Geschäft einen gewissen Bestand an Fertigwaren bereithält. Andere Kunden (z. B. Rasen und Garten) haben möglicherweise eine stark saisonale Nachfrage, was bedeutet, dass der Zeitplan diese Nachfrageschwankungen berücksichtigen muss. Wieder andere Kunden haben bestimmte Aufgaben, die einen Hersteller in hohem Maße auf externe Dienstleistungen und zugekaufte Komponenten angewiesen machen – noch mehr Variablen, die das APS berücksichtigen muss.

„Eine Lohnfertigung könnte 20.000 Teile in einer Charge produzieren, was leicht zu planen ist, da dieselben Maschinen immer wieder dieselben Teile fertigen“, sagte Hahn. „Dann gibt es diejenigen, die sehr kleine Chargen verarbeiten, was bedeutet, dass Sie sich auf Umstellungen und die beste Verarbeitung des Materials durch die Weiterleitung konzentrieren müssen.“

Eine solche unterschiedliche Nachfrage führt zu unterschiedlichen Strategien, wenn es um WIP geht. Einige Werkstätten werden bestimmte Unterkomponenten im Voraus betreiben, um einen Ersatzteil-Supermarkt aufrechtzuerhalten, von dem nachgelagerte Betriebe profitieren können. Andere können einfach nicht im Voraus produzieren, weil sie nicht wissen, welche Teile benötigt werden.

Dies wiederum führt zu unterschiedlichen Auftragsfreigabe- und Schachtelungsstrategien an der Stanze und am Laser. Ist es sinnvoll, den Zeitplan zu verkürzen, um ein Nest zu füllen? Sollte die Werkstatt alternativ Restbestände verwalten oder sich einfach nur mit überschüssigem Ausschuss befassen? Werden außerdem verschiedene Aufträge dynamisch auf einem einzigen Blatt gruppiert oder sind bestimmte Schneidressourcen nur bestimmten Kunden vorbehalten? Was ist mit Aufträgen, bei denen Bleche unterschiedlicher Qualität und Dicke erforderlich sind? Wie sollten die Unterkomponenten auf die Schneidarbeitszentren der Werkstatt verteilt und geordnet werden?

Und wie sieht es mit der Zeit für die vorbeugende Wartung aus, die für moderne Geräte von heute besonders wichtig ist? Beispielsweise widmen einige Betriebe mit Ultrahochleistungslasern ein paar Stunden oder sogar eine ganze Schicht der Reinigung von Lamellen. Ein an die Automatisierung angeschlossener 20-kW-Laser kann außerordentlich produktiv sein – bis die Gabeln eines Teileentladeautomatisierungssystems abstürzen, als sie versuchen, ein geschnittenes Blech mit geschmolzenem Metall, das an klebrige Lamellen geschweißt ist, anzuheben. Lamellen müssen gereinigt, Kühlanlagen gewartet, Maschinenarbeitsbereiche geschrubbt werden und Zeitpläne müssen den Zeit- und Personenaufwand berücksichtigen, den diese Aufgaben erfordern.

Wenn ein Betrieb über gute, saubere und genaue Daten verfügt, rücken Planungsmöglichkeiten in den Vordergrund. In seinem Buch beschreibt Liddell beispielsweise die Bedeutung der Auftragssequenzierung in einem Betrieb mit hohem Produktmix, insbesondere wenn jeder Auftrag unterschiedliche Einrichtungs- und Laufzeiten auf gemeinsam genutzten Ressourcen hat.

Betrachten Sie Abbildung 1, die drei Aufträge zeigt, die dieselben drei Maschinen durchlaufen müssen, jede mit unterschiedlichen Laufzeiten. Betrachten Sie nun Abbildung 2. Durch die Änderung der Reihenfolge – von blauen, dann grünen, dann orangen Aufträgen zu orangen, dann grünen und dann blauen Aufträgen – kann die Werkstatt alle drei Aufträge 27 % schneller abschließen. Führen Sie strategische Sequenzierungen viele Male über mehrere Maschinen und Wertströme hinweg durch, und die verfügbare Kapazität steigt sprunghaft an, ohne jemanden einzustellen oder mehr Ausrüstung zu kaufen.

Stellen Sie sich im Zusammenhang mit der Metallverarbeitung eine Reihe von Biegeaufträgen vor, die der Leiter der Abkantpressenabteilung in einem einzigen Aufbau zusammenfasst, wobei gemeinsame Werkzeuge über das Bremsenbett verteilt sind. Der Aufbau sieht ideal aus, da der Bediener die Werkzeuge nicht wechseln muss. Durch die Gruppierung der Aufträge auf diese Weise fertigt die Bremsenabteilung diese drei Aufträge in Rekordzeit.

Dennoch binden diese drei Jobs mit einem gemeinsamen Aufbau zwei endliche Ressourcen – die Abkantpresse und ihren Bediener. Stellen Sie sich vor, diese drei Jobs würden den blauen Job im Gantt-Diagramm in Abbildung 1 darstellen. Die gemeinsame Ausführung dieser Jobs würde andere Jobs in der Warteschlange verzögern. Wenn diese drei Abkantpressenjobs aufgeteilt würden, könnten sie „eine Spur freimachen“, damit die anderen Jobs auf ihrem Weg vorankommen. Sicher, die Sequenz würde ein paar weitere Abkantpressen-Einrichtungen erfordern, aber die zusätzliche Zeit würde durch die Zeiteinsparungen (und die zusätzliche Kapazität), die die neue Sequenz bietet, mehr als ausgeglichen.

ABBILDUNG 2. Wenn Orange zuerst ausgeführt wird, dauert die Bearbeitung aller drei Bestellungen nur acht Tage.

Auch in Multiprozesszellen spielt die Reihenfolge eine Rolle. In einem Interview im letzten Jahr beschrieb Robert Hasty, CEO von Humanetics Precision Metal Works mit Sitz in Dallas, wie das Unternehmen den Auftragsfluss durch eine Stanz- und Biegezelle verwaltet, die eine neue Abkantpresse mit Luftformung und eine weitere ältere Abkantpresse für den Bodenbearbeitungsvorgang umfasst . Die neue elektrische Bremse lässt sich sehr schnell einrichten; Der erste gebildete Teil ist normalerweise ein Gutteil. Die ältere Bremse zwar nicht so sehr – aber sie verfügt immer noch über eine Produktionskapazität, die bei richtiger strategischer Reihenfolge einen echten Unterschied machen kann. Und außerdem kann der Durchschlagvorgang der alten Bremse zu einer scharfen Biegung von hoher Qualität führen, die für bestimmte Arbeiten von entscheidender Bedeutung ist.

In diesem Fall werden einige Teile, die für die Bodenbearbeitung bestimmt sind, zunächst auf dem Laser geschachtelt und geschnitten und fließen dann sofort in die alte Abkantpresse, wo der Bediener mit dem Einrichten beginnen und mit dem Biegen von Teststücken beginnen kann. Das nächste am Laser bearbeitete Teilenest ist für die Luftformung an der neuen elektrischen Bremse bestimmt. Als nächstes folgt auf dem Laser ein Nest aus Teilen, die für die Bodenbearbeitung bestimmt sind. Dank einer intelligenten Sequenzierung erreichen diese Teile die alte Abkantpresse kurz nachdem der Bediener mit dem Einrichten fertig ist. Letztendlich erledigen die Bediener der alten und neuen Bremse ihre jeweiligen Arbeiten nahezu gleichzeitig – alles dank der Sequenzierung.

Wie Hasty in einem Interview im Jahr 2022 sagte: „Wenn es um den Erfolg unseres hybriden Mobilfunklayouts geht, ist die Sequenzierung alles.“

Natürlich hat Humanetics das nicht manuell, weder auf einer Excel-Tabelle noch auf andere Weise herausgefunden. Der kundenspezifische Hersteller beschäftigt zufällig ein eigenes Softwareteam, das kundenspezifische Programme entwickelt, darunter eine Art „Engpasssimulator“, der das bestehende Planungssystem des Unternehmens erweitert.

Der Shop verwendet Software aus einem Grund, dem Liddell und Hahn zustimmen würden: Die Skalierung der Sequenzierung und die Verbindung der Punkte entlang der gesamten Wertschöpfungskette, von der ersten Bestellung bis zum endgültigen Versand, wird außerordentlich kompliziert. Eine kleine Änderung, beispielsweise in der Montage, kann Auswirkungen auf das Schweißen, Biegen und Schneiden haben. Wenn man noch Komplikationen in der Lieferkette und beim Personal hinzufügt, verwandeln sich die Wellen in ernsthafte Wellen.

„Ohne Software ist so etwas wirklich unmöglich“, sagte Liddell. „Es ist unmöglich zu erkennen, wie alles zusammenhängt. Es ist, als würde man einen riesigen Zauberwürfel lösen. Wenn sich eine Variable ändert, muss man sehen, wie sie die anderen Seiten verändert.“

Angenommen, ein Fab-Shop möchte seine Planungsstrategie ändern. Möglicherweise verlässt sich das Unternehmen auf die Planungsfunktion seiner ERP-Plattform (Enterprise Resource Planning). Möglicherweise erfolgt die Planung manuell oder es basiert auf einem internen System, das über Jahre hinweg aufgebaut wurde. Was auch immer sie verwenden, es funktioniert nicht, also beschließen sie, mit der Planung den nächsten Schritt zu machen – und mit den richtigen Erwartungen zu beginnen, ist ein gesunder Anfang. In der gesamten Fertigung und insbesondere in Lohnfertigungsbetrieben ist der Zeitplan, der sich ständig weiterentwickelt, immer unvollkommen.

„Wir konzentrieren uns auf die 80-20-Regel“, sagte Liddell. „Ein Hersteller kann mit 20 % des Aufwands eine 80-prozentige Lösung für ein Planungsproblem erreichen. Dadurch entkommen die Leute einer der großen Fallen bei der Implementierung von APS, nämlich dem Streben nach Perfektion.“

Vor der Einführung der 80-20-Regel empfahl Liddell den Geschäften jedoch, von der Planung Abstand zu nehmen und umfassend zu denken. Wie er in seinem Buch schreibt: „Dieser Prozess zwingt uns dazu, das Geschäftsproblem, das wir zu lösen versuchen, zu durchdenken und klar zu dokumentieren und alle Vorteile aufzulisten, die im Erfolgsfall erzielt werden … Das Problem könnte sein, dass sie Arbeitsplätze liefern.“ Wenn sie zu spät kommen, verlieren sie Kunden und können nicht schnell genug auf veränderte Kundenanforderungen reagieren.“

Die Definition des Problems hilft dabei, den Umfang zu identifizieren. Beispielsweise kann es sein, dass ein Hersteller bei einem bestimmten Auftrag extrem spät dran ist, was seltsame Einkaufs- und Lieferantenvereinbarungen erfordert. Der Job bereitet Kopfschmerzen, ist aber nicht die Hauptaufgabe des Ladens. Die Definition des eigentlichen Problems – inakzeptable Lieferleistung für die umsatzsteigernden Kernkonten des Shops – verschiebt den Fokus. Die resultierende Planungslösung wird nicht perfekt sein und wahrscheinlich nicht alle Probleme im Zusammenhang mit diesem ungewöhnlichen Job lösen. Aber es könnte die Auswirkungen, die Gelegenheitsarbeiten auf den Kernarbeitsablauf der Werkstatt haben, minimieren.

ABBILDUNG 3. Veränderung beginnt bei den Geschäftsprozessen (Mitte). Um diese Prozesse herum wird ein Planungssystem (APS) erstellt, angepasst und integriert. Und das gesamte System interagiert mit drei Touchpoints: dem Werk, dem Einkauf und der Auftragserfassung.

Sobald ein Shop das Problem definiert, beginnt die Bewertung. Wie Liddell schreibt: „Es wäre absurd, eine Lösung zu empfehlen, ohne zu wissen, wie ein Unternehmen funktioniert – warum ein Unternehmen Dinge auf eine bestimmte Art und Weise tut und was die besonderen Geschäftsprobleme sind … Lösungen sollten von innen nach außen entworfen werden.“ Aus der Geschäftsproblematik ergibt sich eine Vision, wie die neuen Geschäftsprozesse aussehen sollen.“

In dieser Phase geht es darum, wie Aufträge im Büro bearbeitet werden, von der Auftragseingabe bis zur Vorproduktion. Dabei wird sichergestellt, dass Reisende und andere Arbeitsunterlagen über alles verfügen, was die Mitarbeiter benötigen, um einen Auftrag voranzutreiben.

Nach der Bewertung folgt die Entwurfsphase. Das Designdokument stellt dar, wie Informationen fließen, wo die Daten gespeichert werden (idealerweise an nur einem Ort – einer einzigen Quelle der Wahrheit) und enthält eine Erläuterung, wie die Daten berechnet werden. Liddell schreibt: „Das Flussdiagramm zeigt deutlich, wie Daten zwischen den verschiedenen Systemen fließen und welche Arbeit dafür erforderlich ist.“ Dazu gehören Daten, die von Ihrem APS-System an andere Systeme gesendet werden müssen, beispielsweise an Ihr ERP oder Ihr Fertigungsdatenerfassungssystem.“

Er fügte hinzu, dass die meisten Planungsplattformen auf drei Berührungspunkten basieren (siehe Abbildung 3). Zunächst erfolgt die Auftragserfassung, die die Arbeitspläne und Stücklisten der Bestellung erstellt und den Liefertermin auf der Grundlage von Kapazitätsinformationen plant. Als nächstes kommt der Einkauf, der kommuniziert, wann Rohstoffe benötigt werden; Das Empfangspersonal (oder eine andere Person, je nach Betrieb) erfasst dann, wann Rohstoffe tatsächlich verfügbar sind. Der dritte Berührungspunkt ist das Werk selbst, das Fertigungspläne (basierend auf geschätzten Zeiten) erhält und Fertigungstransaktionen aufzeichnet (aktuelle Zeiten aufzeichnet).

Daraus entsteht die Planungs-Roadmap, ein Dokument, das, wie Liddell schreibt, „erklärt, wie sich das neue System auf jeden Funktionsbereich auswirken wird … Der Prozess der Erstellung der Planungs-Roadmap gibt jedem die Möglichkeit, Vorschläge zu machen und Teil der Lösung zu werden.“ ”

Die Karte beschreibt für alle – Gabelstaplerfahrer, Maschinenbediener, Schweißer –, wie Informationen und Arbeit fließen, wie sich Änderungen in einem Bereich auf andere auswirken und, was am wichtigsten ist, warum sich Dinge ändern müssen. Wie Liddell es in seinem Buch ausdrückt: „Die Wahrheit ist, dass einer der Hauptgründe für das Scheitern von Planungssystemen darin besteht, dass diejenigen, die am meisten davon profitieren könnten, nicht verstehen, warum sie sich ändern müssen.“

In der Entwicklungsphase wird ein funktionierendes Modell der Planungssoftwareplattform erstellt, das wiederum nach der 80-20-Regel konzipiert ist, bei der 20 % des Aufwands 80 % der Probleme löst. Bei einem anschließenden Test werden dokumentierte Skripte für bestimmte Geschäftsszenarien ausgeführt, beispielsweise das Erfassen, Ändern und Löschen einer Bestellung.

Als nächstes kommt die Implementierungsphase, in der die Werkstatt möglicherweise ihr altes und neues Planungssystem parallel laufen lässt, um die Ergebnisse zu validieren. Probleme werden gelöst, während wir uns weiterhin auf die 80-20-Regel konzentrieren. Liddell schreibt, dass die frühen Tage der Implementierung nicht die Zeit sind, noch mehr Schnickschnack hinzuzufügen, um jedes Planungsproblem zu lösen, auf das die Leute stoßen, egal wie geringfügig oder selten diese Probleme auch sein mögen. „Die Priorität sollte darin liegen, sich auf die Stabilität zu konzentrieren, denn nichts zerstört das Vertrauen in ein neues System schneller als eine nicht enden wollende Flut von Fehlern und Problemen.“

Sobald der Zeitplan stabil ist, beginnt der gesamte Prozess in einem positiven Kreislauf von vorne. Nachdem die wichtigsten Planungsprobleme gelöst sind, rücken Probleme, die außerhalb des Rahmens lagen, nun in den Bereich, in dem 80 % der Probleme mit 20 % des Aufwands lösbar sind.

Der Kern des Problems liegt in der Variabilität – bei der Durchlaufzeit, der Angebots- und Auftragsabwicklung, der Materialverfügbarkeit, der Anwesenheit der Mitarbeiter, Nacharbeiten aufgrund von Fehlinformationen, Missverständnissen in der Lieferkette, mangelnder Schulung und Leistungsunterschieden zwischen Mitarbeitern und zwischen Schichten. Je mehr Variabilität ein Vorgang aufweist, desto mehr variabilitätsabsorbierender WIP ist zwischen den Verarbeitungsschritten erforderlich und desto länger müssen die Vorlaufzeiten in der Werkstatt sein.

Liddell beschrieb es so: „Das grundlegende Problem aller Pflanzen besteht darin, dass alles miteinander verbunden ist. Wenn etwas passiert, wissen die Leute nicht, wie es sich auf andere Dinge auswirkt.“

Bei der Metallverarbeitung handelt es sich um ein Netzwerk an Interaktionen, das in die Herstellung und Lieferung eines Produkts einfließt. Jede Aktion hat eine Reaktion. Fortschritte in der Datenerfassung, der vorausschauenden Wartung, der Maschinenüberwachung, der Produktionssteuerung und (natürlich) der Planungssoftware zeichnen weiterhin ein immer genaueres Bild der Werkshallen.

Aber Werksböden sind immer noch außerordentlich komplex und ebenso wie die Menschen, die sie betreiben, nie perfekt.

Die Zahlen stammen aus „The Little Blue Book On Scheduling“ von Mike Liddell (Palmetto, Florida: Joshua1nine Publishing, 2008), S. 51-53, 81. Nachdruck mit Genehmigung.