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Lean Management und NachhaltigkeitUniv.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Christopher M. SchlickRWTH Aachen UniversityLehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft (IAW)Neue Impulse zum Wirtschaften – Lösungen für die IndustrieDortmund, 17. November 2010© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen

Agenda1Kernelemente eines schlanken Unternehmens2Lean Management als Lösungsansatz für Produktion,Produkt- und Prozessentwicklung3Führung im „Schlanken Unternehmen“4Design Structure Matrix als Methode für das Komplexitätsmanagementin der Produktentwicklung5Nachhaltige Optimierung und Synchronisation von Prozessen mit der K3-Methode© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen2

Kernelemente eines schlanken UnternehmensWertorientierung• Ausrichtung der Prozesseam Kunden• Eliminierung vonVerschwendungTransparenz• Kommunikation vonZielen und Ergebnissendurch Daten• Offenlegung vonInterdependenzenzwischen ProzessenKernelementeeines schlankenUnternehmensSynchronisation• Kopplung undAbstimmung vonProzessen• Verkürzung derDurchlaufzeitPerfektion• KVP• Null FehlerStrategie© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen3

Verschwendung im ProzessLean Thinking zielt primär auf die Vermeidung von allen nichtwertschöpfenden Tätigkeiten ab.Cleaner Production(i.S. ökonomischerNachhaltigkeit):•Reduktion desEnergieeinsatzes•EffizienterEinsatz von Roh-, HilfsundBetriebsstoffen• Abfallminimierung•RecyclingOver-EngineeringFehler bei derHerstellungProzessUnnötigeBewegungsabläufe HoheLagerbeständeTransport Roh-, Hilfs-, Betriebsstoffe,Werkstücke, Werkzeuge etc.StillstandsundWartezeitenÜberproduktionUnnötigeTransportwegeVerschwendung Keine Wertschöpfung Wertschöpfung© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen4

Lean ThinkingProblemstellungSteigendeAnforderungen an dieIndividualisierungSteigenderKundenanspruchZunehmendeVergleichbarkeit derWettbewerberKostendruckSteigende Fähigkeitvon Unternehmen inNiedriglohnländernNotwendigkeitkürzererInnovationszyklenLean ThinkingLösungsansatzLean Production:Lean in der ProduktionLean ManagementLean Innovation:Lean in der Produkt- und ProzessentwicklungHerausforderungenFührung im„SchlankenUnternehmen“Komplexitätsmanagementin derProduktentwicklungNachhaltigeOptimierung undSynchronisation vonProzessenLean Management stellt die permanente, konsequente und integrierte Anwendungeines Bündels von Prinzipien, Methoden und Maßnahmen zur effizienteren Planung,Gestaltung und Kontrolle/Überwachung der Wertschöpfungskette dar.© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen5

Produktionssystem der Volkswagen AGWertschöpfungsorientierte,synchrone ProduktionTakt Fluss Pull PerfektionKundentaktalsSchrittmacherReduzierungderDurchlaufzeitZiehendeProzesseNull-Fehler-QualitätEffizienz© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen6

Anforderungen an die Führung im Vergleich© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen7

Führungsverständnis in einem „schlanken“und einem „traditionellen“ Unternehmen© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen8

Kernelemente eines schlanken Unternehmensbestimmen die Führungsleitlinien© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen9

Komplexitätsmanagement in der ProduktentwicklungLean ThinkingLean ManagementLean Production:Lean in der ProduktionLean Innovation:Lean in der Produkt- und ProzessentwicklungFührung im„SchlankenUnternehmen“Komplexitätsmanagementin derProduktentwicklungNachhaltigeOptimierung undSynchronisation vonProzessenKomplexitätsmanagementin derProduktentwicklung© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen10

Komplexität in Produktentwicklungsprojektenin der AutomobilindustrieHohe Produktkomplexität durch Integration vonMechanik, Elektrik, Elektronik, Software etc.Kontinuierliche TechnologieinnovationMultikriterielle Optimierung: Verringerung der Produkteinführungszeit (Time-to-Market) Verringerung der Produktentwicklungskosten Steigerung der ProduktqualitätConcurrent Engineering: Simultane und integrierteArbeitsprozesse in Produkt- und ProzessentwicklungGeplante und ungeplante IterationenHohes Risiko von Fristüberschreitung undMehrkostenUnvorhergesehene ProduktänderungenIntegriertes Projekt- und Änderungsmanagementauf Basis von Design Structure Matrizen!Innovativer Diesotto-MotorBeispiel Projektplan© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen11

Klassifikation unterschiedlicher DSM TypenDesign Structure Matrix(DSM)TypStatischDynamischAnwendungProdukteProzesseAufbauorganisationDesignparameterStatischDynamisch• Beziehungen zwischen denElementen sind nichtzeitabhängig• Typischerweise erfolgt dieAnalyse durch Clustern derElemente in der Matrix• Beziehungen zwischen denElementen sind zeitabhängig• Typischerweise erfolgt dieAnalyse durch Sequenzierungder Elemente in der Matrix unddurch dynamische Simulation© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH AachenQuelle: nach Browning 200112

Kopplung von Produktfunktionen am Beispiel einesMotors (ArvinMeritor) I13CrankshaftConnection rodsFlywheelPistonsAcessary driveLubricationWater pumpEngine blockCylinder headsIgnitionCamshaftAir CleanerAir ductThrottle bodyEVAPIntake manifoldFuel railFuel injectorsFuel TankFuel pumpFuel linesEGRExhaust manifoldA.I.R.Coupled convertersExhaust hot endUnderbody convertersExhaust cold endECM / SensorsElectrical systemTurbochargerFuel reformerBaselineDSMConfiguationCrankshaftConnection rodsEngine Upper EndElectrical & ControlFlywheelPistonsAcessary driveLubricationEngine Upper EndWater pumpEngine blockCylinder headsIgnitionCamshaftAir CleanerAir ductInductionThrottle bodyEVAPIntake manifoldFuel railFuelingFuel injectorsFuel TankFuel pumpFuel linesEGRExhaust manifoldA.I.R.Coupled convertersExhaustExhaust hot endUnderbody convertersExhaust cold endECM / SensorsElectrical systemTurbochargerFuel reformer© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH AachenQuelle: De Weck 2007

Kopplung von Produktfunktionen am Beispiel einesMotors (ArvinMeritor) IICrankshaftConnection rodsFlywheelPistonsAcessary driveLubricationWater pumpEngine blockCylinder headsIgnitionCamshaftAir CleanerAir ductThrottle bodyEVAPIntake manifoldFuel railFuel injectorsFuel TankFuel pumpFuel linesEGRExhaust manifoldA.I.R.Coupled convertersExhaust hot endUnderbody convertersExhaust cold endECM / SensorsElectrical systemTurbochargerFuel reformerBaselineDSMConfiguationCrankshaftConnection rodsEngine Upper EndElectrical & ControlFlywheelPistonsAcessary driveCrankshaftConnection rodsFlywheelPistonsAcessary driveLubricationWater pumpEngine blockCylinder headsIgnitionCamshaftLubricationWater pumpEngine blockCylinder headsBaselineDSMConfiguationEngine Upper EndIgnitionCamshaftAir CleanerAir ductThrottle bodyEVAPIntake manifoldFuel railFuel injectorsFuel TankFuel pumpFuel linesEGRExhaust manifoldA.I.R.Coupled convertersCrankshaftConnection rodsFlywheelPistonsAcessary driveLubricationWater pumpInductionFuelingExhaustEngine Upper EndEngine Lower EndExhaust hot endUnderbody convertersEngine blockExhaust cold endECM / SensorsCylinder headsElectrical systemTurbochargerIgnitionFuel reformerCamshaft14© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH AachenQuelle: De Weck 2007

Optimierung der Aufbauorganisationmit Hilfe der Design Structure Matrix (I)KoordinierendeTeamsTeamMotorblockTeamVentilsteuerungTeamAnsaugsystemTeamEmission &ElektronikAusführendeTeamsKurbelgehäuseKurbelwelleSchwungradKolbenPleuelSchmierungZylinderkopfNockenwelle/VentilsteuerungWasserpumpe/KühlungAnsaugkrümmerBenzinversorgungHilfsantriebLuftfilterKühlungDrosselklappeAbgasanlageAbgasrückführungEVAPZündungMotorsteuerungElektronikMotorenfertigungDesign Structure Matrix (DSM)EVAP: Überwachung von BenzinleckagenQuelle: nach McCord und Eppinger 1993© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH AachenGrad der Informationsabhängigkeit:hoch mittel niedrig15

Optimierung der Aufbauorganisationmit Hilfe der Design Structure Matrix (II)KoordinierendeTeamsTeam 1Team 2Team 3Team 4IntegrationsteamAusführendeTeamsKurbelwelleSchwungradPleuelKolbenSchmierungKurbelgehäuseNockenwelle/VentilsteuerungZylinderköpfeAnsaugkrümmerWasserpumpe/KühlungBenzinversorgungLuftfilterDrosselklappeEVAPZylinderköpfeAnsaugkrümmerKühlungAbgasanlageAbgasrückführungHilfsantriebZündungMotorsteuerungElektronikMotorenfertigungDesign Structure Matrix (DSM)EVAP: Überwachung von BenzinleckagenQuelle: nach McCord und Eppinger 1993© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH AachenGrad der Informationsabhängigkeit:hoch mittel niedrig16

Darstellung von Arbeitsprozessenin einer Design Structure Matrix... hängt ab von ...Aktivität 1Aktivität 2Aktivität 3Aktivität 4Aktivität 5Aktivität 6In der Design Structure Matrix könnendie Abhängigkeiten von Informationenzwischen Aktivitäten eines Prozessesdargestellt werden.Aktivität 1Vorteile:Aktivität 2Aktivität 3Aktivität 4feedback... beeinflusst ...•Abbildung von komplexen gekoppeltenProzessen möglich•Grad der Abhängigkeit darstellbar•Iterationen darstellbar•Ergonomische DarstellungsformNachteile:Aktivität 5•Erklärungsbedürftige NotationAktivität 6feedforward•Verzweigungen nicht eindeutigabbildbar.© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH AachenQuelle: nach Browning 200117

Quantitative Definition von Flußstrukturenanhand der Design Structure Matrixkeine Abhängigkeit unidirektionale Abhängigkeit gegenseitige Abh.ABABABABA0A0A0A1B0B1B0.4B1parallel sequentiell überlappendgekoppeltAAAAAABtBtBtBBBtAAAABBBB© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH AachenStart der Aktivität B nach40% Bearbeitung von Aktivität A18

Industrielle Anwendung von Design Structure Matrixund ereignisdiskreter Simulation (DeSiM)Softwareentwicklung für Steuergeräte imAntriebsstrang:•Das Projekt umfasst fünf Phasen: 1) Planung,2) Konzeptentwicklung, 3) Systementwicklung, 4)Detailentwicklung und 5) Integration & Test mitinsgesamt 26 Aktivitäten•Das Projekt unterliegt aus Qualitätsgründen demtypischen Spiralmodell•Das gesamte Projekt liegt auf dem kritischen Pfadder FahrzeugentwicklungKonzeptKonzeptPlanungPlanung•Es gibt eine Vielzahl ungeplanter Iterationen•Das Projekt unterliegt häufigenProduktänderungen•Nur wenige Projektbeteiligte haben einenvollständigen Überblick über das Projekt.DetailentwicklungDetailentwicklungKonzeptDetailentw.SystementwicklungSystementw.Systementw.StartPlanungIntegration& TestFreigabeStand AIntegration& TestFreigabeStand BIntegration& TestFreigabeSerie© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen19

Projekt- und Änderungsmanagementmit dem Simulationswerkzeug DeSiMMit Hilfe von DeSiM lassen sich auch die Auswirkungen von Produktänderungenauf die Dauer, Kosten und den Verlauf eines Projektes abschätzen.VisualisierungSimulation mit Produktänderung117123Produktänderung?8 9456neinja10Simulation ohne Produktänderung© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH AachenQuelle: Gärtner et al. 200920

Simulation mit ProduktänderungBeispiel: Änderung der Anforderung im Projekt: „CAN-Buslast reduzieren“Wahrscheinlichkeitsverteilung der Dauer Abhängigkeit der Dauer und KostenHäufigkeit der SimulationsergebnisseohneÜberlappungmitÜberlappungmit Überlappungund ProduktänderungKostenohneProduktänderungmitProduktänderung12001000800600400200Häufigkeit der Simulationsergebnisse0Dauer [ZE]Dauer [ZE]Dauer [ZE] ohne Produktänderung mit ProduktänderungMittelwert 112,13 131,71Modus 109,10 130,28Standardabweichung 7,05 7,31© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen21

Nachhaltige Optimierung undSynchronisation von ProzessenLean ThinkingLean ManagementLean Production:Lean in der ProduktionLean Innovation:Lean in der Produkt- und ProzessentwicklungFührung im„SchlankenUnternehmen“Komplexitätsmanagementin derProduktentwicklungNachhaltigeOptimierung undSynchronisation vonProzessenNachhaltigeOptimierung undSynchronisation vonProzessen© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen22

Relevante Fragestellungen bei dernachhaltigen Optimierung von ProzessenWelche Input-Output-Beziehungen bestehenim Arbeitsprozess?Wo sind Überlappungen undParallelisierungen möglich?Welche Freiheitsgrade existieren im Prozessbzw. welche Flexibilität ist erforderlich?Welche Mitarbeiter mit welchen Kompetenzenwerden benötigt und welche Mitarbeiter-/Ressourcenkonstellationen führen dieTeilprozesse aus?Welche stochastischen Ereignisse treten imProjektverlauf auf und wie wirken sich dieseaus?Welche Kooperationsbeziehungen sind zurSynchronisation und Orchestrierung imProzess erforderlich?Instrumentierung erstellenVerfahrensfließbilderstellenLastenhefterstellenRegelungstechnikanalysieren Blobs (Harel 1987) Synchrone KooperationMitarbeiter undRessourcenLastenhefterstellen© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen23

Die K3-Methode(Koordination, Kooperation, Kommunikation)Für die Analyse und Darstellungschwach strukturierter kooperativerArbeitsprozesseSwimlaneWerkzeugStartpunktAktivitätMöglichkeit der automatischenGenerierung, Simulation und Analysevon Konstellationen und VariantenKontrollflussBlobIntegration von unternehmens- undprozess-spezifischemPlanungswissenEinflussfaktoren am Beispiel derProzessentwicklung:IterationEntscheidungInformationsflussInformationsobjekt Anzahl der am Projekt beteiligtenMitarbeiter Qualifikation der MitarbeiterSchwachstelle Anzahl der verfügbaren Ressourcen Aufwandsabschätzung der AktivitätenSynchroneZusammenarbeitSynchronisationsbalkenEndpunkt© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen24

Beispielprozess aus derverfahrenstechnischen IndustrieEntwicklung einerverfahrenstechnischen AnlageKunde/Labortechnik Verfahrenstechnik Automatisierungstechnikn=18 Organisationseinheiten (Swimlanes),62 Aktivitäten (Tätigkeiten)Blockdiagramm16 erstellen (p=10%)(1w)Blockdiagramm17 erstellen(p=90%) (1w±2d)Massenbilanz18aufstellen (1w±2d)ChemCADUnternehmensinterne Mitarbeiterund Zulieferer mit differenziertenQualifikationsprofilen19Prozessparametervariieren/konkretisieren(1 - 5d)21UnterschiedlicheUmsetzungsmöglichkeitender Blockelementeentwickeln (2-4w)22Entstandene Alternativenbewerten und analysieren(1w)20AutomatisierungskonzepteAutomatisierungskonzepteerstellen (2-3d)2324Apparate dimensionieren(2-4w)Verfahrensfließbild erstellen(2-5d)Plant P&IDTabellenkalkulation25Instrumentierung undRegelungskonzepte für dieenstandenen Variantenerstellen (2-5d)E-PlanModifiziertesVerfahrensfließbildInstrumentierung und [PG]26 Regelungstechnik27diskutieren (1-2d)Verfahrensfließbilder[PG]28 Sicherheitsgespräch29(1-10d)Instrumentierung- undRegelungstechnikdiskutieren (1-2d)Sicherheitsgespräch(1-10d)AktualisiertesVerfahrensfließbildincl. Messstellenliste© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen25

Heuristiken zur Prozessoptimierung:1. Reihenfolge von Aktivitäten ändernDauer vorhervorher1 2 3mögliche Prioritätsregeln:andere Aktivitäten• Aktivität in einem kritischenPfad hat höchste Prioritätnachherbeschleunigt1 2 3andere Aktivitäten• ein bestimmter Prozess(und damit alle beinhaltetenAktivitäten) erhält perDefinition höchste Priorität• Prozess mit kürzesterDeadline erhält höchstePriorität• ...© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen26

Heuristiken zur Prozessoptimierung:2. Eliminieren von AktivitätenDauer vorhervorher1 2 3 4 5nachherbeschleunigt1 4 5• Es ist zu prüfen, ob aufeinzelne Aktivitätenverzichtet werden kann© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen27

Heuristiken zur Prozessoptimierung:3. Zusammenfassen von AktivitätenDauer vorhervorher1 2 3 4 5nachherbeschleunigt1+2 3+4 5• Durch dasZusammenfassen vonAktivitäten könnenSchnittstellen undEinarbeitungsaufwändereduziert werden© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen28

Heuristiken zur Prozessoptimierung:4. Auslagern von AktivitätenDauer vorhervorher1 2 3 4 5nachherbeschleunigt1 4 5• Stützprozesse solltendahingehend überprüft werden,ob diese von einem externenDienstleister effizienterbearbeitet werden könnenextern2 3© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen29

Heuristiken zur Prozessoptimierung:5. Vereinfachen von AktivitätenDauer vorhervorhernachher1 2 3beschleunigt1 2 3• Vereinfachung von Aktivitätendurch Beschränkung auf dasWesentliche• Nicht so genau wie möglicharbeiten sondern so genau wienötig• Effizienzverbesserung durchEinsatz der richtigen Methode(z.B. MTM)© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen30

Heuristiken zur Prozessoptimierung:6. Abbau von SchnittstellenDauer vorhervorhernachher1 42beschleunigt1 2 3 43• Process Owner: eine einzigePerson als verantwortlicherAnsprechpartner für (interne undexterne) Kunden• Case-Team: möglichst wenigePersonen bearbeiten Prozess• räumliche Zusammenführungaller Prozessbeteiligten• Beseitigen von Puffern zwischenden einzelnen Prozessschritten• Vermeidung von Medienbrüchen• Vertreterregelung beizeitkritischen Prozessenerforderlich© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen31

Heuristiken zur Prozessoptimierung:7. Parallelisieren von AktivitätenDauer vorhervorher1 2 3 4 5nachherbeschleunigt1 4 5• Achtung:Informationsabhängigkeitenzwischen Aktivitäten beachten2 3© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen32

Heuristiken zur Prozessoptimierung:8. Überlappen von AktivitätenDauer vorhervorhernachher1 2 3 4 5beschleunigt15I24I3• Durch gezielte Bereitstellungvon Vorabinformationen könnennachfolgende Aktivitäten früherbegonnen werden.• Die Weitergabe vorläufigerInformationen kann zu Fehlernbei der Ausführung vonFolgeaktivitäten führen. Diedann notwendigen Iterationenführen zu einem Anstieg derAusführungszeiten in den frühenPhasen, verkürzen aber inSumme dieGesamtdurchlaufzeit.• Informationsabhängigkeitenzwischen Aktivitäten beachtenIInformation© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen33

K3-Modellierung und SimulationVariation desPersonaleinsatzes und derAllokation vonEngpassressourcenFestlegen derProzessstruktur(Sequenz der Aktivitäteninkl. Freiheitsgrade)Berücksichtigung vonUnsicherheiten bei dererfahrungsbasiertenAbschätzung desAufwands der Aktivitäten© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen34

Zusammenfassung & Ausblick• Führung im „Schlanken Unternehmen“ erfordert ein klares und einfachesFührungsverständnis.• Design Structure Matrizen können verwendet werden, um die hochkomplexen Informationsabhängigkeiten zwischen Produkten undProzessen zu analysieren und zu modellieren.• Die Modellierung und Simulation von Entwicklungsprojekten mit Hilfe desinnovativen Prognosewerkzeugs DeSiM ermöglicht die systematischeAbschätzung der Projektdauer und -kosten.• Die K3-Methode erleichtert die nachhaltige Optimierung undSynchronisation von Prozessen im Sinn des Lean Thinking.© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen35

VIELEN DANKfür Ihre AufmerksamkeitUniv.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing.Christopher M. SchlickInstitutsdirektorBergdriesch 27D-52062 AachenTelefon 0241 80-99 440Telefax 0241 80-92 131c.schlick@iaw.rwth-aachen.dewww.iaw.rwth-aachen.de© Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft, RWTH Aachen36