Lean Production. Adaption von Single Minute Exchange of Die (SMED) als Methode zur Rüstzeitoptimierung

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung der Arbeit

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Lean Production
2.1.1 Begriffsdefinition
2.1.2 Zielsetzungen
2.1.3 Methoden
2.2 Single Minute Exchange of Die (SMED)
2.2.1 Begriffsdefinition
2.2.2 Rüstvorgangsarten
2.2.3 Implementierung

3 Methodisches Vorgehen
3.1 Stichprobe
3.2 Fragebogenerhebung
3.2.1 Aufbau
3.2.2 Pretest
3.2.3 Durchführung
3.3 Ergebnisdarstellung
3.3.1 Verfolgte Zielstellungen
3.3.2 Umsetzungsfaktoren & Hemmnisse

4 Fazit

5 Literaturverzeichnis

Anhangsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Grundgedanke des Lean Production

Abbildung 2: Konzept der Rüstzeitminimierung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Soziodemografische Daten

Tabelle 2: Primäre Potenziale

Tabelle 3: Umsetzungsfaktoren

Tabelle 4: Gründe fehlender Priorisierung

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

In Unternehmen geht es aktuell maßgeblich um Innovationen, Agilität und eine voran­schreitende Digitalisierung. Das Thema Industrie 4.0 und vernetzte Industrietechnolo­gien dominieren ebenfalls die aktuellen Diskussionen der Produktionsforschung. Ent­wicklungen auf diesem Gebiet, wie z. B. Cyberphysische Systeme (CPS), Robotik oder Big Data stellen zentrale Schlüsseltechnologien für zukünftige und agilere Produktions­systeme dar (Wagner, Herrmann & Thiede, 2017). Die nahezu unendlichen Möglichkei­ten der Konnektivität aufgrund des Internet of Things (IoT) bilden mit der Vision einer intelligenten und vernetzten Fabrik einen elementaren Bestandteil der vierten industri­ellen Revolution. Dabei bieten bereits erste generische Implementierungsansätze eine Vielzahl an technischen Lösungen, wobei jedoch eine integrierte Berücksichtigung des Lean Production Konzepts (LP) fehlt (Wagner et al., 2017).

Dabei spielt dieser Bereich für die Umsetzung der geplanten Digitalisierungsvorhaben eine entscheidende Rolle. Bevor die Produktionsprozesse in digitale Systeme überführt werden können, müssen diese optimiert und standardisiert werden. Die Lean Produc­tion Philosophie repräsentiert die Basisarbeit, um Abläufe, Verfahren sowie Prozesse ideal und verschwendungsfrei zu gestalten (Bertagnolli, 2020). Einen wichtigen Beitrag hierzu liefert die Methode Single Minute Exchange of die (SMED). Der Termini umfasst eine wissenschaftliche Herangehensweise zur Rüstzeitminimierung und trägt somit zur Reduzierung der Maschinenstillstandszeiten bei. Aufgrund der disruptiven Veränderun­gen wird die Anwendung dieser Vorgehensweise zunehmend wichtiger. Zunächst soll kurz die Problemstellung der anzufertigenden Arbeit aufgezeigt werden.

1.1 Problemstellung

Zur Bewältigung der instabilen Einflüsse, wie z. B. von veränderten Markt- und Wett­bewerbsbedingungen, neuen rechtlichen Rahmenbedingungen und variierenden Kun­denstrukturen sind Effektivitäts- und Effizienzsteigerungen bei Unternehmen unerläss­lich. Organisationen sehen sich darüber hinaus immer kürzeren Produktlebenszyklen, einer größeren Produktvarianz und einer höheren Produktkomplexität ausgesetzt. Die­se Gegebenheiten erfordern eine proaktive Vorgehensweise (Dombrowski, 2015).

Zur zielgerichteten Einführung von SMED ist im Vorfeld eine entsprechende Grundlage zu schaffen. In diesem Kontext müssen vor allem die primären Faktoren für eine erfolg­reiche Umsetzung und die Gründe einer fehlenden Anwendung herausgearbeitet wer­den, um anschließend gezielte Maßnahmen abzuleiten. In der fachspezifischen Litera­tur sind eine Vielzahl an unterschiedlichen Publikationen vorhanden, welche sich expli­zit mit der möglichen Rüstzeiteinsparung beschäftigen. Zusätzliche Potenziale der Me­thode und die zwei aufgeführten Bereiche werden jedoch nur unzureichend betrachtet.

1.2 Zielsetzung der Arbeit

Auf Basis der im Kapitel 2 dargestellten theoretischen Grundlagen und der bereits ge­nannten Problemstellung besteht das übergeordnete Ziel der Ausarbeitung darin, die spezifischen Zielsetzungen und die elementaren Faktoren der Umsetzung zu betrach­ten. Für die Implementierung der Methode Single Minute Exchange of Die (SMED) ist die Sichtweise der Beschäftigten von essenzieller Bedeutung, weswegen diese in die Betrachtung miteinbezogen werden muss. Im Kontext der Hausarbeit erfolgt durch eine Online-Umfrage die Beantwortung der folgenden drei Fragestellungen:

- Welche primären Potenziale entstehen im Produktionsumfeld von Unternehmen durch die Anwendung der SMED-Methode?
- Welche Faktoren spielen eine entscheidende Rolle bei der betrieblichen Imple­mentierung?
- Welche Gründe führen zu einer fehlenden unternehmerischen Priorisierung der SMED-Methode?

2 Theoretische Grundlagen

Dieser Abschnitt umfasst eine prägnante Darstellung der grundlegenden Begrifflichkei- ten. Aktuell ist es aufgrund der vorherrschenden Veränderungsdynamiken kaum mög­lich, Fachbücher sowie Wirtschaftszeitungen aufzuschlagen, ohne mit diesen Themen in Berührung zu kommen. Zunächst wird in dem Zusammenhang auf den Bereich des Lean Production eingegangen. Die inkrementelle Betrachtung der Methode Single Mi­nute Exchange of Die (SMED) schafft eine differenzierte Grundlage für die darauf auf­bauende Realisierung der Online-Umfrage.

2.1 Lean Production

Aufgrund der Vielzahl an Publikationen liegt in der fachspezifischen Literatur keine ein­heitliche Definition vor. Originär lässt sich das Verfahren auf das Toyota-Produktions- system (TPS) zurückführen (Dahlgaard & Dahlgaard-Park, 2006). Dieses Konzept im­pliziert in erster Linie sämtliche Tätigkeiten der Philosophie von Toyota, welche durch den Produktionsingenieur Taiichi Ohno entwickelt wurde (Ohno, 1988; Womack, Jones & Roos, 1991). In einem ersten Schritt wird die prägnante Beschreibung des Terminus vorgenommen, bevor in einer weiteren Phase die Darstellung der damit verbundenen Zielsetzungen und der möglichen Methoden erfolgt.

2.1.1 Begriffsdefinition

Das englische Wort „lean“ als Adjektiv bedeutet übersetzt schlank, mager, geringhaltig, arm (Liebig, 2016). In der deutschsprachigen Fachliteratur wird aus dem Grund oft von einer schlanken Produktion gesprochen (Erlach, 2010; Kletti & Schumacher, 2014). Die Bezeichnung Lean Production umschreibt nach der Studie von Womack und Jones die Organisation von Fertigungsstätten nach dem Prinzip des Toyota-Produktionssystems (TPS) in Kombination mit der konsequenten Ausrichtung auf die betriebliche Kosten­senkung durch eine zielgerichtete Eliminierung der möglichen Verschwendung (Krafcik & MacDuffie, 1989; Womack et al., 1991). Das TPS ist dabei nicht systematisch zu einem vorher definierten Zeitpunkt eingeführt worden, sondern hat sich über mehrere Jahre hinweg weiterentwickelt (Dombrowski, 2015). In diesem Kontext steht der spar­same sowie zeiteffiziente Einsatz der Produktionsfaktoren (Betriebsmittel, Werkstoffe, Personal) im Mittelpunkt sämtlicher Unternehmensaktivitäten (Voigt, 2018). Durch die vollumfängliche Implementierung von einfachen Prozessen, Werkzeugen und Metho­den kann eine marktsynchrone Fertigung mit einem hohen Maß an Produktivität, Quali­tät und Komplexitätsreduzierung realisiert werden (Krafcik, 1988).

Der Grundgedanke enthält dabei nicht die Einsparung von Personal, sondern vielmehr die Steigerung der Produktionskapazität bzw. eine Bereitstellung von freien Kapazitä­ten, wodurch Mitarbeitende dazu befähigt werden, Prozesse zu verbessern oder gänz­lich neue Produkte zu entwickeln (Liker, 2004). Mittlerweile lassen sich unter der Dis­ziplin weitere inkrementelle Aspekte, wie z. B. das Kunden-Lieferanten-Verhältnis oder die Führung im Projektteam subsumieren (Aull, 2012). Lean Production bildet somit ein holistisches System, mit dem übergeordneten Ziel, eine adäquate Unternehmenskultur zu etablieren, welche die kontinuierliche Verbesserung und prozessorientierte Gestal­tung und Durchführung der Arbeit beinhaltet (Liker, 1997). In dem Zusammenhang sind primär alle Verschwendungsformen zu eliminieren, welche aus Perspektive des Kun­den nicht unmittelbar zur Wertschöpfung beitragen (Monden, 2012; Thun et al., 2010). Die primären Bestandteile in Form des TPS-Tempels sind im Folgenden abgebildet.

Abbildung 1: Grundgedanke des Lean Production

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: eigene Darstellung in Anlehnung an Dennis, 2016

2.1.2 Zielsetzungen

Wie bereits im vorherigen Kapitel 2.1.1 erwähnt, soll durch die Einführung und Nutzung von Lean Production eine Eliminierung jeglicher Verschwendung vorangetrieben wer­den. Diese Form der konsequenten sowie zielgerichteten Vermeidung ermöglicht eine Steigerung der Effizienz des gesamten Produktionssystems und impliziert eine vollum­fängliche Ausrichtung auf den Kunden- bzw. Marktfokus (Liebig, 2016). Im Kontext der ganzheitlichen Umsetzung der Lean-Philosophie wird die Harmonie von divergierenden Zielen angestrebt (Ohno, 2013). Das TPS unterscheidet grundsätzlich drei verschiede­ne Formen der Verschwendung, die wiederum für den Zielkonflikt eines Unternehmens stehen (Aull, 2012; Liebig, 2016). Die Teilbereiche Muda (Verschwendung), Mura (Un­ausgeglichenheit) und Muri (Überlastung) bilden in Zusammenspiel mit dem kontinuier­lichen Streben nach jeglicher Verbesserung (Kaizen) die elementaren Bestandteile des jeweiligen Konstrukts (Ohno, 2013). Darüber hinaus erfolgt dadurch eine Fokussierung auf die optimierte Abwicklung der Wertschöpfung in zeitlicher, qualitativer und kosten­orientierter Dimension (Womack & Jones, 1996).

Ausgehend von der Definition des Lean Production und aus den drei elementaren Ver­schwendungsarten, lassen sich wesentliche Zielsetzungen definieren, die im Rahmen der Durchführung zu berücksichtigen sind (Liker & Braun, 2011):

- Konzentration auf zentrale Wertschöpfungsaktivitäten
- Sicherstellung einer bedarfssynchronen Fertigung
- Schaffung einer vollständigen Prozessstabilität

Grundsätzlich ist festzustellen, dass alle Formen, nämlich Muda, Mura und Muri, sowie die Lean-Gestaltungsansätze eng miteinander verknüpft sein müssen, um die verfolg­ten Zielsetzungen erreichen zu können (Liebig, 2016). Das vollständige Potenzial kann nur dann ausgeschöpft werden, wenn eine kontinuierliche Weiterentwicklung im Sinne von Kaizen stattfindet. Zu diesem Zweck sind in den vergangenen Jahren eine Vielzahl an Methoden und Werkzeuge entstanden, die bei der Umsetzung herangezogen wer­den können. Im darauffolgenden Abschnitt der Hausarbeit wird eine prägnante Darstel­lung vorgenommen.

2.1.3 Methoden

Die in den Organisationen implementierten Produktionssysteme basieren prinzipiell auf dem TPS und werden darauf aufbauend um weitere unternehmensspezifische Metho­den angereichert. Obwohl in Institutionen der Fokus auf einer individuellen Entwicklung von Ansätzen liegt, gibt es bei der Darstellung der unterschiedlichen Gestaltungsprin­zipien viele Analogien (Aull, 2012). Einen zentralen Bestandteil bildet dabei die struktu­rierte und auf die vorhandenen Unternehmensziele ausgerichtete Auswahl und Anwen- dung (Merl, 2016). Die jeweiligen Elemente bzw. Module werden in diesem Kontext in Methoden, Prinzipien und Werkzeuge aufgegliedert und müssen bezüglich ihrer Inter­dependenzen und den jeweiligen Auswirkungen auf die Zielsetzungen eingesetzt wer­den (Dombrowski, Palluck & Schmidt, 2006). Dabei lässt sich prinzipiell zwischen logis­tikorientierten, mitarbeiterorientierten sowie qualitätsorientierten Methoden differenzie­ren (Aull, 2012). Im Folgenden wird eine prägnante Darstellung der einzelnen Bereiche vorgenommen:

- Bei logistikorientierten Methoden hat die kontinuierliche Fließfertigung innerhalb des Produktionssystems absolute Priorität (Shingo, 1992). Prozessanomalitäten sind unmittelbar durch ansteigende Bestände identifizierbar. Zu den wichtigsten Verfahren zählt die Einzelstückfertigung (One-Piece-Flow), das flexible Produk­tionslayout (U-Layout), die Synchronisation, Produktionsnivellierung (Heijunka), das Prinzip Just in Time (JiT) und Kanban (Aull, 2012).
- Die mitarbeiterorientierten Methoden stellen einen interdisziplinären Bereich in­nerhalb des Methodenrepertoires dar. In dem Zusammenhang steht die Befähi­gung der Beschäftigten im Mittelpunkt. Zu den primären Vorgehensweisen zählt beispielsweise die Mehrmaschinenbedienung, eine multidisziplinäre Ausbildung von Mitarbeitenden und Shojinka (Aull, 2012).
- Den größten Anteil an möglichen Verfahren bilden die qualitätsorientierten Me­thoden. Diese Disziplin umfasst sämtlich Vorgehensweisen zur Prozessoptimie­rung und Steigerung der Qualität. Hierzu zählen u. a. die Prinzipien der Auto­nomation (Jidoka), Standardisierung, Total Productive Maintenance (TPM), Po- ka Yoke, Kaizen und Single Minute Exchange of Die (Aull, 2012).

Die SMED-Methode umfasst dabei einen zentralen Ansatz zur Verkürzung der Rüstzei­ten in Unternehmen. Durch eine systematische Durchführung von Rüstvorgängen wird ein Werkzeugwechsel im unteren einstelligen Minutenbereich angestrebt. Aufgrund der elementaren Bedeutung erfolgt im darauffolgenden Kapitel eine ausführliche Beschrei­bung dieser Methode.

2.2 Single Minute Exchange of Die (SMED)

In automatisierten Fertigungsbereichen spielt im Zusammenhang mit der Industrie 4.0 die Gesamtanlageneffektivität (OEE) eine wichtige Rolle, um Verluste und Verschwen­dungen zu identifizieren bzw. zu eliminieren. Anhand der dadurch entwickelten Grund­lage lassen sich anschließend Prozesse automatisieren und digitalisieren (Bertagnolli, 2018). SMED repräsentiert eine revolutionäre Technik zur Rüstoptimierung, welche in der fachspezifischen Literatur bereits ausführlich untersucht und in diversen Branchen implementiert wurde (Trovinger & Bohn, 2005; Benjamin et al., 2013). Zunächst erfolgt eine Definition des entsprechenden Terminus, bevor ferner die Beschreibung der ein­zelnen Rüstvorgangsarten und die Vorgehensweise zur Implementierung stattfindet.

2.2.1 Begriffsdefinition

Das Akronym SMED ( S ingle M inute E xchange of D ie) - auch Schnellrüsten bzw. Rüst­zeitminimierung genannt, stellt in Verbindung mit Quick Change Over (QCO) eine wis­senschaftliche Herangehensweise zur Minimierung der Stillstandszeiten aller Anlagen bei Werkzeugwechsel dar (Carrizo Moreira & Campos Silva Pais, 2011; REFA, 2015). Die Rüstzeit umfasst dabei die komplette Zeit vom letzten Teil eines Loses bis hin zum ersten Gutteil des darauffolgenden Loses zur festgelegten Produktionsgeschwindigkeit der Fertigungsmaschine (Bertagnolli, 2018). Begründer des fortschrittlichen Verfahrens ist Shigeo Shingo, welcher bereits bestehende Ansätze von Ford und Ohno übernahm und diese in einer definierten Vorgehensweise zur Rüstzeitreduzierung gebündelt zu­sammenfasste (Bicheno & Holweg, 2016). Das Prinzip impliziert eine Strukturierung, Systematisierung und Standardisierung der Abläufe und Bedingungen. Eine Rüstzeit­minimierung erfolgt dabei entweder strategisch orientiert (Auftragsfolge, Produktgestal­tung) oder mittels direkter Einflussnahme auf die Rüstvorgänge (Conrad, 2016).

Die vorrangige Intension enthält die Realisierung des vollständigen Umrüstvorgangs im unteren einstelligen Minutenbereich (Liker, 2004; Ohno, 2013; Shingö, 1985). In die­sem Kontext können kosten- und zeitintensive Maschinenstillstände minimiert und Be­stände reduziert werden. Dieses vielmehr theoretische Ziel ist erreicht, wenn die Pro­duktionsanlage innerhalb von lediglich einem Fertigungstakt umgerüstet wird, wodurch ein One-Piece-Flow bei hoher Variantenvielfalt entsteht (Conrad, 2016). Eine Voraus­setzung stellt die maximale Verkürzung der internen Rüstzeiten sowie die Verringerung der externen Rüstvorgänge dar (Shingo, 1992; Womack & Jones, 1997). Insbesondere die Reduzierung der internen Vorgänge bildet eine Kernfunktion des TPS (Aull, 2012). Im darauffolgendem Unterkapitel wird der Unterschied der beiden Bereiche dargestellt.

2.2.2 Rüstvorgangsarten

Bei den vorhandenen Setup-Aktivitäten ist grundsätzlich eine Kategorisierung in zwei Teilbereiche vorzunehmen. Die Einteilung differenziert dabei sowohl zwischen internen als auch externen Rüstvorgängen (Shingö, 1985). Das maßgebliche Kriterium zur Ein­ordnung bezieht sich hierbei auf den Zeitpunkt der Aufgabenerfüllung.

- Interne Rüstvorgänge lassen sich erst ausüben, nachdem das jeweilige System vollständig angehalten wurde (da Silva & Godinho Filho, 2019). Dieser Bereich umfasst somit alle Operatoren die sich lediglich bei Stillstand der Maschine ver­richten lassen. Hierzu zählt z. B. der direkte Wechsel von Werkzeugen (Bertag- nolli, 2018; REFA, o. J.).
- Externe Rüstvorgänge können während des laufenden Prozesses durchgeführt werden (da Silva & Godinho Filho, 2019). Die Aktivitäten sind generell im Vor­feld des tatsächlichen Maschinenstillstandes auszuführen. Zu diesen Tätigkei­ten gehört z. B. die Bereitstellung der Werkzeuge oder Vorprodukte (Bin Che Ani & Bin Shafei, 2013).

2.2.3 Implementierung

Bei einer möglichen Implementierung sind die Mitarbeitenden der Produktion, Logistik, Lagerhaltung und dem Werkzeugbau miteinzubeziehen. Eine fundamentale Rolle spielt dabei die Humanzentrierung. Lösungen und Standardisierungen sind idealerweise un­ter stetiger Beteiligung der Beschäftigten zu entwickeln (Conrad, 2016). Die prinzipielle Vorgehensweise bei der Einführung und Umsetzung der SMED-Methode erfolgt struk­turiert in mehreren iterativen Schritten. Der Detaillierungsgrad ist jedoch je nach Litera­turquelle unterschiedlich (Bertagnolli, 2018; Conrad, 2016; Gorecki & Pautsch, 2018; REFA, 2015). Im Rahmen der anzufertigenden Hausarbeit wird der originäre vierstufi­ge Prozess aufgezeigt (Shingö, 1985).

- Vorstufe - Internes und externes Einrichten ohne Unterschied: Bei herkömmli­chen Durchführungen werden die beiden Rüstvorgangsarten vermischt. Im ers­ten Schritt sind die insofern bestehenden Vorgänge inkl. Zeiten durch eine IST- Analyse zu erfassen (REFA, 2015). Verschiedene Verfahren, wie z. B. eine Vi­deoanalyse und eine detaillierte Dokumentation bilden die Grundlage des wei­teren Vorgehens (Bertagnolli, 2020).
- Stufe 1 - Interne und externe Aktivitäten trennen: Hierbei handelt es sich um die wichtigste Phase im gesamten SMED-Prozess. Der zentrale Bestandteil dieses Abschnitts umfasst die Festlegung und Zuordnung der einzelnen Rüstvorgänge zu den beiden Kategorien (Shingö, 1985). Eine ablauforganisatorische Entkop­pelung der Aktivitäten stellt die Basis der nachfolgenden Stufe dar (Aull, 2012).
- Stufe 2 - Konvertieren von internen in externe Vorgänge: In diesem Bereich er­folgt die systematische Verschiebung der Arbeitsinhalte (Bertagnolli, 2020). Ei­ne rudimentäre Unterteilung in interne und externe Tätigkeiten ist zur Zielerrei­chung nicht ausreichend. Die Hauptaufgabe liegt in der wiederholten Überprü­fung der Vorgänge sowie einer Identifikation von Möglichkeiten, um darauf auf­bauend interne in externe Maßnahmen zu konvertieren (Shingö, 1985).
- Stufe 3 - Optimierung aller Aspekte des Setup-Vorgangs: Der letzte Schritt in­kludiert die Synchronisation und kontinuierliche Verbesserung sämtlicher Ein­richteoperationen (Aull, 2012). Die Stufen 2 und 3 müssen dabei nicht sequen­ziell ablaufen, sondern können auch parallelisiert werden (Shingö, 1985). Ab­schließend ist das entwickelte Ergebnis noch zu standardisieren (REFA, 2015).

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