Was haben Lean Logistics und 3D-Druck miteinander zu tun?

Lean Management ist auch für die Logistik wichtig und heißt dort Lean Logistics. Wie aber kann 3D-Druck bzw. Additive Manufacturing da nützlich sein? In diesem Beitrag zeige ich ein tolles Beispiel, wie ein Logistikdienstleister damit einen Umpackprozess kontinuierlich verbessert hat. Und anschließend gibt es noch mehr Hintergrundwissen zur Lean Philosophie und ausgewählten Instrumenten aus der Lean Logistics Toolbox.

3D-Druck für Lean Logistics

3D-Druck eignet sich insbesondere für Rapid Prototyping oder für Produkte, wo 3D-Druck technologische Vorteile bietet, wie leichte und stabile Produkte ohne Schweißnähte (die z. B. im Flugzeugbau eingesetzt werden können). Eine Übersicht über (weitere) relevante Einsatzgebiete für 3D-Druck ist hier zu finden.

Im industriellen Kontext gibt es allerdings auch Stimmen, die 3D-Druck skeptisch betrachten. Denn für eine Serienfertigung sind oft die Bearbeitungszeiten mit einem 3D-Drucker zu lange. Und auch bei Ersatzteilen, wo man logistische Vorteile mit 3D-Druck vermuten würde (die teure Endbevorratung würde wegfallen und der Versand in einer Datei ist deutlich schneller und günstiger als mit einem Expressdienst), hat sich die Technologie noch nicht flächendeckend durchgesetzt. Neben wirtschaftlichen Gründen (mit Ersatzteilen verdienen Unternehmen gutes Geld) gibt es bei sicherheitsrelevanten Ersatzteilen Vorbehalte und – neutral formuliert – Unsicherheiten bei Haftungsfragen.

Anwendungsbeispiel

Kürzlich konnte ich allerdings eine richtig gute und sehr sinnvolle Anwendung von 3D-Druck im Kontext von Lean Logistics erleben: Ein Logistikdienstleister hat für Umpackarbeitsplätze einzelne kleine Hilfsmittel gedruckt und nach einer ersten Testphase laufend verbessert. In kurzem Abständen konnte das Unternehmen so die Arbeitsplätze kontinuierlich verbessern und den Umpackprozess deutlich effizienter machen. In der Abbildung ist ein Teil dieses Arbeitsplatzes mit den rot markierten gedruckten Elementen zu sehen.

Bei dem Arbeitsplatz handelt es sich um einen Umpackarbeitsplatz, bei dem gefertigte Teile (eine Art Stangen) aus dem Produktionsbehälter in einen Karton gepackt werden, der auf einer Palette befestigt wird. An dem betreffenden Arbeitsplatz werden die Kartons mit Zwischenlagen aufgebaut. Das Umpacken selbst erfolgt automatisiert durch eine Roboterzelle. Die Hilfsmittel zur Prozessverbesserung beziehen sich auf die manuellen Tätigkeiten Aufhalten und Fixieren beim Aufbau des Kartons und der Zwischenlagen.

Zwei wichtige Voraussetzung für die gezeigte Prozessverbesserung sind: Erstens einen 3D-Drucker anzuschaffen und zweitens sich mit der Konstruktion und der Produktion von 3D gedruckten Teilen zu beschäftigen. Ersteres ist je nach Drucker noch verhältnismäßig günstig. Zweiteres ist allerdings mit einigem Aufwand verbunden, nämlich sich das Know-How anzueignen, um dann die Teile zu konstruieren und den Einsatz im Prozess zu planen. Wie man Teile konstruiert und sie dann mit einem geeigneten 3D-Drucker ausdruckt wird hier nicht beschrieben.

Voraussetzungen und Business Case

Warum sich der Aufwand in diesem Fall trotzdem gelohnt hat, lässt sich anhand eines kleinen Business Cases erklären. Eine ausführliche Erläuterung, was ein Business Case ist und was einen guten Business Case ausmacht gibt es in diesem Beitrag. Wenn man davon ausgeht, dass ein 3D-Drucker und das entsprechend Know-How vorhanden ist (also diese Kosten dann „sunk“ sind und nicht mehr berücksichtigt werden müssen), dann sind die variablen Kosten (Arbeitszeit für die Erstellung des Teilemodells und das Material sowie die laufenden Kosten des Druckers) verhältnismäßig gering. Die Konstruktion von einfachen Bauteilen ist mit ein wenig Übung auch in wenigen Stunden machbar. Und das Material zum Drucken von Kunststoffteilen ist mit wenigen Cent vernachlässigbar.

Noch deutlicher werden die Vorteile wenn man die Alternativen betrachtet. Der klassische Weg wäre, dass man eine Zeichnung anfertigt und sich die Teile entweder in einer internen Werkstatt herstellen oder sie sich bei einem Lieferanten nach Maß fertigen lässt. Aber die Fertigung von konstruierten Teilen in einer eigenen Werkstatt oder eine externe Beschaffung bei einem Zulieferer dauern in der Regel teilweise deutlich länger als einen Tag, die man als Durchlaufzeit bei einem 3D-Druck ansetzen muss.

Und gerade im Sinne einer kontinuierlichen Verbesserung geht es um schnelle, iterative Verbesserungen von Arbeitsplätzen und Prozessen, die im eigenen Bereich umgesetzt werden können. Mit einem eigenen 3D-Drucker und dem entsprechenden Know-How kann man das betreffende Teil relativ schnell gestalten und über Nacht ausdrucken. Und wenn man nach Implementierung und Erfahrungen mit dem neuen Prozess weitere Verbesserungspotenziale erkennt, kann man sowohl die Teile als auch den Prozess im Sinne von KAIZEN gleich am nächsten Tag weiter verbessern.

Lean Management und Lean Logistics: Philosophie vs. Toolbox

Im obigen Beispiel kommen neben 3D-Druck noch Instrumente aus dem Lean Management zum Einsatz. Deshalb gebe ich hier noch ein paar Hintergrundinfos zu Lean Management, Lean Logistics und der Diskussion ob Lean Management eine Philosophie oder eine Toolbox ist.

Lean Management: Maximierung des Kundennutzens und Eliminierung von Verschwendung

Lean Management ist in erster Linie eine Philosophie. Dass manche Unternehmen Lean Management zunächst eher als eine Toolbox sehen, ist für den Anfang zwar hilfreich, kann nur ein Anfang sein. Nur mit dem richtigen Mindset und einer Lean-Kultur kann Lean Management das volle Potenzial entfalten. Lean Management basiert auf den Prinzipien des Toyota-Produktionssystems und strebt eine Kultur der kontinuierlichen Verbesserung in einer Organisation an. Das Ziel ist die Maximierung des Kundennutzens und gleichzeitig die Vermeidung von Verschwendung. Diese Philosophie stammt ursprünglich aus dem Produktionskontext, lässt sich aber ganz gut auf die Logistik als Lean Logistics übertragen. Auf die Besonderheiten von Lean Logistics gehe ich weiter unten noch näher ein. Ganz allgemein besteht Lean Management in der erfolgreichen Umsetzung der folgenden fünf generischen Prinzipien:

• Den Wertstrom identifizieren: Dabei geht es darum, alle Aktivitäten zu erkennen, die zur Erstellung und Lieferung eines Produkts oder einer Dienstleistung (Logistik!) erforderlich sind, und diejenigen zu eliminieren, die keinen Wert schaffen.
• Den Wert aus Sicht des Kunden definieren: Bei diesem Prinzip geht es darum, die Bedürfnisse und Erwartungen der Kunden zu verstehen und zu erfüllen.
• Das Fluss-Prinzip umsetzen: Hierbei geht es darum, die Prozesse so zu gestalten, dass sie reibungslos und ohne Unterbrechungen (Wartezeiten, Bestände!) ablaufen.
• Das Pull-Prinzip einführen: Dieses Prinzip besteht darin, die Produktion bzw. die Kapazitäten und den Verbrauch so aufeinander abzustimmen, um Überproduktion und Lagerhaltung zu vermeiden.
• Perfektion anstreben: Schließlich geht es hierbei darum, ständig nach Möglichkeiten zu suchen, die Qualität zu verbessern, die Kosten zu senken und die Kundenzufriedenheit zu erhöhen.

Der Kundennutzen eines Produkts oder einer Dienstleistung kann sehr individuell sein. Beispielsweise liegt der Kundennutzen einer Betriebskantine darin, in einer halben Stunde für viele Mitarbeiter, die häufig gleichzeitig kommen, ein vernünftiges Essen zu ermöglichen ohne, dass die Mitarbeiter lange warten müssen. Bei einem Sternerestaurant spielt die geht es dagegen um eine stimmige Choreografie aus Ambiente, gutem Service und exzellentem Essen. Die Prozesse hinter der Dienstleistung müssen also ganz anders organisiert werden.

Für Verschwendung hingegen wurde eine relativ allgemein gültige Checkliste zusammengestellt, anhand deren man Verschwendung in Prozesse aufspüren kann. Die verschiedenen Formen sind Muri, Mura und Muda. Überlastung (Muri) entsteht, wenn Maschinen oder Mitarbeiter über ihre Kapazitätsgrenzen hinaus beansprucht werden, was zu Stress, Ermüdung und Defekten führen kann. Unausgeglichenheit (Mura) entsteht, wenn die Arbeitsabläufe nicht gleichmäßig und kontinuierlich sind, sondern Schwankungen unterliegen, die zu Staus oder Leerlauf führen. Und schließlich entsteht Verschwendung, wenn Aktivitäten durchgeführt werden, die keinen Wert für den Kunden schaffen, sondern nur Ressourcen verbrauchen (Muda). Um diese letzte Art möglichst einfach zu erkennen, hat Taichi Ohno, der Chefingenieur von Toyota, eine Checkliste mit 7 Unterarten erstellt. Später wurde diese um eine Weitere ergänzt. Diese sind unter dem Akronym TIM WOOD(S) bekannt:

• Transport: Überflüssige Materialbewegungen verursachen Kosten, Zeit und Energie und schaffen keinen Mehrwert.
• Inventory (Bestände): Zu hohe Lagerbestände binden Kapital, beanspruchen Platz, ziehen Umlagervorgänge nach sich und erhöhen das Risiko von Qualitätsverlusten.
• Motion (Bewegung): Nicht-ergonomische Bewegungen von Menschen oder Maschinen sind zeitintensiv und können zu Ermüdung, Verschleiß oder Unfällen führen.
• Waiting (Warten): Warte- oder auch Suchzeiten führen zu Unterbrechungen, Störungen oder Engpässe im Prozess und senken die Produktivität.
• Overproduction (Überproduktion): Mehr Produkte herstellen, als der Kunde bereit ist zu kaufen oder diese zu früh herzustellen führt zu Verschwendung von Ressourcen, Lagerhaltungskosten und Qualitätsproblemen.
• Overprocessing (Falsche Technologie/Prozesse): Verwendung von unnötig komplexen, ineffizienten oder ungeeigneten Technologien oder Prozessen führt zu längeren Prozesszeiten, höheren Kosten oder schlechterer Qualität.
• Defects (Ausschuss/Nacharbeit): Fehlerhafte Produkte oder Dienstleistungen, die repariert, nachgebessert oder entsorgt werden müssen, führen zu zusätzlichen Kosten, Zeit und Materialverbrauch.
• Skills unused (Unausgeschöpfte Mitarbeiterpotenziale): Nichtnutzung oder Unterforderung der Fähigkeiten, Kreativität oder Ideen der Mitarbeiter. Diese, später hinzugefügte Art, führt zu Demotivation, Fluktuation oder Qualitätsverlusten.

Insofern ist Lean Management in erster Linie eine Philosophie. Denn die Kernideen sind, dass alle Mitarbeiter für ihren Arbeitsplatz Wertschöpfung und Verschwendung erkennen können, die Führungskräfte die Mitarbeiter vor Ort anleiten können und so die Prozesse nach den oben beschriebenen Prinzipien kontinuierlich verbessern können. Das setzt aber das richtige „Lean-Mindset“ und eine gesunde „Lean-Kultur“ voraus. Gleichwohl gibt es hilfreiche Lean-Instrumente, die eine erfolgreiche Einführung von Lean Management und Lean Logistics fördern können.

Instrumente aus der Lean-Logistics-Toolbox

Beim obigen Anwendungsbeispiel kommen insbesondere 5S und Kontinuierliche Verbesserung zum Einsatz. Daneben spielen für Lean Logistics insbesondere die Instrumente Shopfloor-Management oder Gemba-Walks eine große Rolle. Der Zertifikatskurs Lean Logistics Manager der BVL behandelt diese Instrumente intensiv und mit großem Praxisbezug (vgl. folgender Kasten).

Der folgenden Abschnitt beleuchtet insbesondere 5S näher und stellt einen Bezug zum Anwendungsbeispiel her.

5S

Das Instrument 5S ist eine Methode zur Arbeitsplatzorganisation. Sie wird im Rahmen von Lean Management eingesetzt, um Verschwendung an einem Arbeitsplatz sowie im gesamten Wertstrom zu vermeiden (denn ein Arbeitsplatz hängt ja in der Regel im Rahmen des gesamten Wertstroms mit anderen zusammen). Die 5 “S” leiten sich von japanischen Begriffen ab; man kann aber auch problemlos in einschlägigen Quellen englische oder deutsche 5S-Begriffe finden.

Bei der Bedeutung von 5S ist zu berücksichtigen, dass schlecht organisierte Arbeitsplätze eine Ursache (Kernursache bei 5W!) für unnötiges Suchen sind. “Versteckte” Scanner, Behälter oder Wägen können Verzögerungen in Logistikprozessen verursachen. Beispiele in anderen Kontexten sind das Suchen von Kreide oder Flipchartmarkern von Dozierenden, Herausforderungen bei OPs in einem nicht vertrauten OP-Saal, das Suchen von Konsumgütern in unbekannten Filialen eines Supermarkts oder das Suchen von Informationen im Dateiverzeichnis. Letzteres illustriert, dass 5S auch im administrativen Bereich einsetzbar ist. Fragen sind hier wie Mails möglichst schnell bearbeitet, informationen abgelegt oder Standardroutinen definiert werden können.

Seiri (Sortieren/Selektieren bzw. Sort)

Im ersten Schritt werden alle nicht benötgten Dinge aussortiert. Kriterien dafür was benötigt wird, sind z. B. dass es täglich benötigt wird oder wichtig für eine schnelle Bearbeitung von Kundenanfragen oder für sicherheitsrelevante Tätigkeiten ist. Die Definition dieser Kriterien sollte im Team gemeinsam mit den Mitarbeitern an den jeweiligen Arbeitsplätzen erfolgen. Wenn unklar ist, ob Dinge benötigt werden, erhalten sie einen Aufkleber und kommen damit in “Quarantäne”. Sie werden entfernt wenn sie dann innerhalb einer bestimmten Zeit nicht benötigt werden. In diesem Schritt ist ggf. auch zu klären, wieviele Teile benötigt werden. Dabei ist (wie bei der klassischen Fragestellung der optimalen Beschaffungslosgröße) zwischen dem Platzbedarf und dem Aufwand zur Nachlieferung abzuwägen.

Dieser erste Schritt ist oft ohne größere Herausforderungen durchzuführen. Bei den nicht benötigten Gegenständen ist dann zu entscheiden, wo und wie diese aufbewahrt werden. Beispielsweise in einem Schrank in der Nähe, im Lager oder Entsorgung. Wichtig für den Erfolg und die Akzeptanz der 5S-Initiative ist auch, dass kein “Overkill” betrieben wird. So sollten z. B. persönliche Gegenstände in Maßen erlaubt bleiben.

Funfact zu Sortieren: eine andere Interpretation von Sortieren pflegt Ursus Wehrli, der alltägliche Dinge wie einen Obstsalat, eine Buchstabensuppe oder Schirme, Liegen und Menschen in einem Freibad sortiert.

Seiton (Systematisieren bzw. Set in Order)

Der zweite Schritt benötigt das Know-How der Mitarbeiter, die an diesem Arbeitsplatz arbeiten sowie Kreativität. Denn die Mitarbeiter sollen die verbliebenen Gegenstände so anzuordnen, dass die nötigen Bewegungen minimiert und die Ergonomie verbessert wird. Dabei ist es auch wichtig zu bestimmen, wie die Gegenstände an dem jeweiligen Platz gehalten (z. B. Behälter, Magnete etc.) und wie die Plätze für die Gegenstände gekennzeichnet werden (z. B. (Boden)Markierungen, Shadowboards, Farbcodes, Checklisten oder bebilderte Beschreibungen). Bei der Unterstützung von Tätigkeiten können auch technische Hilfsmittel zum Einsatz kommen. In dem dargestellten Beispiel sind das die 3D-gedruckten Teile, die die Mitarbeiter beim Aufbau der Kartons unterstützen.

Seiketsu (Säubern bzw. Shine)

Das Säubern des Arbeitsplatzes dient mehreren Zwecken. Zuerst kann man an sauberen Arbeitsplätzen Mängel besser erkennen. Dann erfolgt an sauberen Arbeitsplätzen auch eine qualitativ hochwertige Bearbeitung (Späne oder Schmutz an lackierten Teilen ist nicht gut). Außerdem ist bei Schichtmodellen ein sauberer Arbeitsplatz ein Zeichen von Respekt gegenüber den nachfolgenden MitarbeiterInnen und ein Kriterium für eine gute Arbeitsmotivation. Beim Säubern sollte man weiterhin zum einen darauf achten, dass auch das geeignete Equipment in der Nähe verfügbar ist. Und zum anderen, sollte man beim Säubern prüfen, ob die benötigten Gegenstände an ihrem Platz sind. Bei Abweichungen muss das dann entsprechend behoben und sichergestellt werden, dass diese Abweichung nicht noch einmal vorkommt. Insofern kommt dem Säubern eine wichtige Bedeutung zu und zeigt, dass 5S keine Einmalaktion bleiben kann, sondern sorgfältig vorbereitet und auch aktiv begleitet werden muss.

Seiso (Standisieren bzw. Standardise)

Standardisierte Arbeitsabläufe sind ein Kernelement im Lean Management. Sie unterstützen eine fehlerlose und qualitativ hochwertige Bearbeitung. Insofern zielt 5S auf eine gleichartige Arbeitsplatzgestaltung bei gleichartigen Arbeitsplätzen. Es ermöglicht somit auch einen flexiblen Mitarbeitereinsatz und eine kurze Einarbeitungszeit (vgl. auch gleichartige Ausstattung von OP-Sälen in einem Krankenhaus). Der Schritt Standardisieren beinhaltet deshalb auch das Trainieren der standardisierten Arbeitsabläufe und die Zeit- und Leistungsmessung. Und das ist wiederum die Grundlage für eine ausgewogene Arbeitsverteilung und weitere Verbesserungen. Denn auch machbare Vorgabezeiten und ein einheitliches Qualifizierungskonzept sind Formen der Standardisierung. Beispielsweise müssen Mitarbeiter bei einem Automobilhersteller ein einwöchiges Schraubtraining absolvieren. Mit einem Abschlusstest auf die Vorgabezeit wird sichergestellt, dass sie die Vorgaben an der Endmontagelinie erfüllen.

Shitsuke (Selbstdisziplin bzw. Self-Discipline)

Mit Selbstdisziplin werden die in den vorherigen Schritten vorgenommenen Gestaltungsregeln dauerhaft eingehalten. Das Vorleben durch die Führungsperson ist dabei ein wichtiger Erfolgsfaktor. Unterstützend können Preise ausgelobt oder Audits durchgeführt werden. Die Durchführung der Audits kann regelmäßig oder zufällig ausgelost erfolgen.

Wie bereits erwähnt ist die Einführung von 5S sorgfältig vorzubereiten um zu verhindern, dass es als reines “Aufräumen” negativ belegt wird. Wenn der Shopfloor unordentlich aussieht, sollte die verantwortliche Führungkraft im Sinne des “Der Shopfloor ist das Spiegelbild des Managements” ein Aufräumen durchführen lassen – aber ohne es 5S zu nennen. So kann im Anschluss 5S das volle Potenzial entfalten.