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KANBAN – Die Selbstregulierende Produktionsplanung

KANBAN Supermarket

KANBAN – Die Selbstregulierende Produktionsplanung

Produktion ohne Planung steuern.
KANBAN ist eines der wichtigsten Werkzeuge in der Lean Production Philosophie, KANBAN vermeidet Prouktionsverluste und eine vermeidet die Notwendigkeit einer eigenen Produktionsplanung für Zwischenprodukte.

KANBAN – Die Selbstregulierende Produktionsplanung

1. Wurzeln und Prinzip des KANBAN

Das sogenannte KANBAN-System geht auf eine Idee von T. Ohno, einem Vizepräsidenten der Toyota Motor Company, in den 40er Jahren zurück. Er hat vorgeschlagen, den Materialfluss in der Produktion nach dem Supermarktprinzip zu gestalten: Die Entnahme einer Ware aus dem Regal wird registriert und veranlasst die Nachfüllung des Regals.
Übertragen auf den Materialfluss in der Produktion folgt daraus: Der Materialverbrauch beim Bedarfsträger löst “automatisch” eine Materialanforderung gegenüber den vorgelagerten Stationen im Fertigungsprozess aus. Der Materialnachschub wird also nicht von einer zentralen Stelle gesteuert, sondern dezentral veranlasst. Die Mengenanpassung erfolgt nicht durch eine Vergrößerung der Anforderungs- bzw. Bestellmenge, sondern durch eine Erhöhung der Anforderungs- bzw. Bestellfrequenz. Der Informationsträger, der die Stammdaten des Auftrags enthält und die Materialzufuhr auslöst, heißt “KANBAN” (Karte, Schild). Solche Karten enthalten folgende Stammdaten: Artikel- oder Teilenummer, Skizze, Name des Artikels oder Bauteils, Behälterart, Anzahl der Teile je Behälter, Herkunft der Teile, Adresse der Teile, Registriernummer der Karte, laufende Nummer der Karte und Wiederbeschaffungszeit der produzierenden Stelle. Das herkömmliche Bringsystem wird dabei durch ein Holsystem abgelöst.

2. Ziele der Fertigungssteuerung

Bei erhöhter Marktdynamik und erhöhten Anforderungen an die Flexibilität der Industrieunternehmungen setzte sich in Japan sehr früh die Erkenntnis durch, dass hohe Liefertreue und Lieferbereitschaft, niedrige Durchlaufzeiten der Aufträge durch die Fertigung sowie niedrige Fertigungsbestände vorrangige Ziele der Fertigungssteuerung sein müssen.
In dieser Rangordnung der Ziele verliert die hohe Kapazitätsauslastung an Gewicht. Berücksichtigt man, dass japanische Industrieunternehmungen kapitalmäßig in der Regel sehr schwach ausgestattet sind, ist durchaus zu verstehen, dass eine Herabsetzung der Kapitalbindung in Fertigungsbeständen ein wichtiges Steuerungsziel ist. Hohe Bestände haben außerdem den Nachteil, dass sie den Blick von unabgestimmten Kapazitäten, ungenügender Flexibilität und niedriger Liefertreue ablenken.
Diese Erkenntnisse haben dazu geführt, dass in den letzten Jahren mehrere Logistik-Konzepte für die Steuerung des Materialflusses entwickelt wurden. Diese Hinwendung zur Steuerung des Materialflusses reduzierte, wie bereits gesagt, die Bedeutung der Zielvorstellung einer möglichst hohen Auslastung von Mensch und Maschine und führte folgerichtig zu einer Steuerung des Materialflusses im Sinne einer Verkürzung der Durchlaufzeiten, einer Senkung der Bestände sowie zu einer Steigerung der Termintreue. as KANBAN dient damit dem Erreichen einer Just-in-time-Fertigung. Im Gegensatz zu den Konzepten zentraler Fertigungssteuerung ist KANBAN ein dezentrales Fertigungssteuerungssystem.

3. Informationsfluss als Regelkreis

Geht man davon aus, dass jeder Kundenauftrag vom Fertigwarenlager aus erfüllt werden kann, lässt sich jede Entnahmemenge aus dem Fertigwarenlager als eine Information auffassen, durch welche der Fertigungsbereich zur Herstellung neuer Fertigwaren aufgefordert wird. Diese Aufforderung gilt zunächst für diejenige Fertigungsstufe, welche dem Fertigwarenlager unmittelbar vorgelagert ist.
Handelt es sich dabei um die Endmontage, so löst der an sie ergangene Auftrag zur Endmontage einen Folgeauftrag an die Vormontage aus, von der Vormontage wird wiederum ein Auftrag an die Feinbearbeitung ausgelöst usw. Damit ist eine Bestandsveränderung in einer bestimmten Fertigungsstufe ein Auftrag bzw. ein Fertigungsimpuls für die vorgelagerte Fertigungsstufe.
Gestaltet man diesen retrograden Informationsfluss (Fluss der Impulse) als Regelkreis bzw. als System von Regelkreisen, so wird in bezug auf den Materialfluss eine dezentralisierte Selbststeuerung aufgebaut. Die zugehörigen Steuerungsinformationen werden durch Identifikationskarten, die KANBANS, übermittelt.
Das zentrale Prinzip der Steuerung des gesamten Materialflusses durch die Fertigungsstufen ist hier das Hol-Prinzip (Pull System). Nach diesem Prinzip ist jede Fertigungsstufe eigenverantwortlich dazu verpflichtet, die zu bearbeitenden Teile von der vorgelagerten Stufe abzuholen. Pufferlager, die zwischen den einzelnen Bearbeitungsstufen eingerichtet werden, sichern einen geregelten Materialfluss durch die gesamte Fertigung.

4. Beispiel für ein Steuerungsmuster

Die Steuerung des Materialflusses bei Verwendung von zwei KANBANS durch zwei Fertigungsstufen unter Berücksichtigung eines zwischengeschalteten Pufferlagers kann wie folgt erläutert werden:
(1) Im Montagebereich (assembly line) sind für alle montierten Teile KANBANS gesammelt worden. Mit diesen Entnahme- (oder Transport-) KANBANS (withdrawal KANBANS) geht ein Transportbeauftragter zum Pufferlager A. Für den Transport der von ihm abzuholenden Teile führt er mehrere leere Behälter mit.
(2) Im Pufferlager A stehen gefüllte Behälter mit Teilen, die in der Montage benötigt werden. An jedem Behälter ist ein Produktions-KANBAN (production KANBAN) befestigt. Von allen Behältern, die er mitnimmt, entfernt er die Produktions-KANBANS und legt diese in einen Sammelkasten (KANBAN receiving box). Die mitgebrachten leeren Behälter lässt er im Pufferlager A.
(3) Die mitgebrachten Entnahme-KANBANS befestigt er an den vollen Behältern und transportiert diese Behälter in die Montage.
(4) Sobald in der Montage aus dem jeweiligen Behälter Teile entnommen werden, wird der Entnahme-KANBAN entfernt und in einer Ablage gesammelt.
(5) Die Produktions-KANBANS werden möglichst in derselben Reihenfolge sortiert, in welcher sie von den gefüllten Behältern im Pufferlager A entfernt worden sind.
(6) Die Produktions-KANBANS werden in der gebildeten Reihenfolge in die Fertigung (machinery line) gegeben und lösen den Fertigungsprozess aus.
(7) Während des gesamten Fertigungsprozesses müssen die produzierten Teile mit den zugehörigen KANBANS paarweise weitergegeben werden.
(8) Nach Abschluss der Fertigung werden alle Teile in Behälter sortiert, an welche wiederum die Produktions-KANBANS geheftet werden. Die Bereitstellung der gefüllten Behälter erfolgt wiederum im Pufferlager A. Dort stehen die fertigen Teile für die Montage abholbereit.
Nach diesem Steuerungsmodell sind alle KANBAN-fähigen vorgelagerten Fertigungsstufen zu steuern. Gelingt es, über möglichst viele vorgelagerte Fertigungsstufen eine lückenlose Fertigungskette aufzubauen, wird den Vorstellungen der Just-in-time-Fertigung genügt.

5. Anwendungsbedingungen

Um KANBAN-Steuerung der Fertigung einführen zu können, müssen bestimmte Voraussetzungen im Fertigungsbereich erfüllt sein. Bei Vorliegen folgender Voraussetzungen (Anwendungsbedingngen) spricht man von einer KANBAN-Eignung der Fertigung:
(1) die Zahl der eingebundenen Fertigungsstufen sollte klein sein; ihre Fertigungsstruktur sollte einfach sein (geringe Vernetzung),
(2) größere Beschäftigungsschwankungen dürfen nicht vorkommen,
(3) die Zahl der Varianten in einer Baugruppe sollte möglichst klein sein,
(4) die einbezogenen Teile sollten technisch ausgereift sein und relaetiv hohe Werte binden,
(5) Fertigungsprozess und Produktqualität sollten beherrscht werden,
(6) die Einzelkapazitäten der einbezogenen Fertigungsstufen sollten abgestimmt sein,
(7) Rüstzeiten sollten absenkbar sein.
Die genannten Anwendungsbedingungen für die Einführung eines KANBAN-gesteuerten Fertigungsprozesses liegen – zumindest für überschaubare Fertigungsabschnitte – beim Programmtyp der Serienfertigung sowie beim Organisationstyp der Fliessfertigung vor. Obwohl die hier formulierten Anwendungsbedingungen nur eine begrenzte KANBAN-Steuerung zulassen, berechtigen die bisherigen Erfahrungen mit diesem Steuerungssystem zu positiven Erwartungen über eine verbesserte Effizienz der Zielerreichung in der Fertigungssteuerung.

6. Wirkungen

In der Fertigungsvorbereitung ist in der Regel eine spürbare Arbeitsentlastung festzustellen. Die Verantwortung der eingebundenen Mitarbeiter für den Fertigungsablauf und für die Produktqualität steigen deutlich an. Die Motivationsebene der Mitarbeiter liegt in der Regel deutlich höher. Bei strikter Befolgung der KANBAN-Steuerung über mehrere Fertigungsstufen können gelegentlich Pufferlager ganz abgebaut werden. Es ist darüber hinaus festzustellen, dass im eingebundenen Fertigungsbereich der Termindruck deutlich sinkt. Der Raum- bzw. Flächenbedarf für die eingebundenen Fertigungsstufen nimmt ab.
Diesen positiven Wirkungen stehen aber auch negative Wirkungen gegenüber. Da in der Regel die Losgrößen deutlich verkleinert werden, steigt die Häufigkeit der Umrüstungen. Diesem Nachteil wird bei KANBAN durch geeignete Maßnahmen nachhaltig entgegengesteuert. In Engpässen wirken Verzögerungen und Störungen konsequent fort und sind häufig nicht einholbar.

7. Kombinationen der Fertigungssteuerung

Aus dem Umstand, dass KANBAN-Steuerung in der Regel nur für eine begrenzte Zahl von Fertigungsstufen möglich ist, ergibt sich häufig die Notwendigkeit, zentrale und dezentrale Konzepte der Fertigungssteuerung zu verknüpfen. An den auftretenden Schnittstellen sind beide Steuerungskonzepte exakt aufeinander abzustimmen und für einen geregelten Materialdurchfluss präzise Prioritätsregeln zu formulieren.
Beim Vorliegen von Engpässen kann z.B. eine Kombination von belastungsorientierter Auftragsfreigabe und dem KANBAN-Konzept vorgenommen werden. Vergleichbare Untersuchungen zu anderen Kombinationen zentraler mit dezentralen Fertigungssteuerungssystemen liegen erst in kleiner Zahl vor.
Für die Weiterentwicklung von Steuerungssystemen im Fertigungsbereich ergibt sich damit die Frage, bei welcher Dimension und Struktur von Fertigungsprozessen welche Kombination von dezentraler bzw. zentraler Fertigungssteuerung angemessen ist. Letztlich wird damit die Frage nach einem optimalen Zentralsierungs- bzw. Dezentralisierungsgrad für zu entwickelnde Systeme der Fertigungssteuerung gestellt.

8. Zusammenfassung

Zu den wichtigsten Elementen des KANBAN-Systems gehören:
(1) Überziehung des gesamten Materialflusssystems mit einem Netzwerk aus vermaschten selbststeuernden Regelkreisen, um KANBAN über mehrere Regelkreise hinweg verwenden zu können.
(2) Verwirklichung des Holprinzips für die Verbrauchsstellen im KANBAN-System mit möglichst einfachen organisatorischen Mitteln.
(3) Einsatz von Mitarbeitern und Betriebsmitteln mit einem hohen Grad an Flexibilität.
(4) Übertragung der kurzfristigen Steuerung an die ausführenden Mitarbeiter mit Hilfe eines
(5) speziellen Informationsträgers, der KANBAN-Karte.

Folgende Voraussetzungen sind für einen reibungslosen Ablauf einer solchen Produktionssteuerung zu beachten:
(1) Harmonisierung des Produktionsprogramms,
(2) ablauforientierte Betriebsmittelgestaltung und -anordnung (Fließprinzip),
(3) Harmonisierung der einzelnen Kapazitätseinheiten,
(4) Minimierung der Rüstzeiten durch technische und organisatorische Maßnahmen sowie
(5) die Gewährleistung, dass nur einwandfreie Teile an den Verbraucher oder die nächste Fertigungsstufe weitergegeben werden.