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LOGISTIK-PRAXIS
Wertstromoptimiertes Produktionslayout und
Verbesserung der Materialfluss-Effizienz
Herstellung von Gas- und Dampfturbinenschaufeln Eine um circa 45 Prozent reduzierte innerbetriebliche Transportzeit konnte realisiert werden Weitere Potenziale zur Reduzierung der Durchlaufzeit von bis zu 20 Prozent durch Insourcing und circa 40 Prozent durch Insourcing und Auftragssplitting sind noch zu erzielen Dipl.-Ing. (FH) Wilfried Gross*
Das Werk Bexbach (Saarland) der ALSTOM Power Systems GmbH Mannheim gehört weltweit zu den modernsten
Anlagen zur Fertigung von Turbinenschaufeln. Im Werk Bexbach arbeiten rund 240 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
am Produktionsprogramm von Dampfturbinen-Leitschaufeln, Verdichter-Leitsschaufeln, Gasturbinen-Leitschaufeln,
Gasturbinen-Laufschaufeln. Die ALSTOM Power Systems GmbH in Mannheim produziert Turbinenschaufeln auf den
weltweit modernsten Produktionsanlagen an mehreren Standorten der Welt.
Im Rahmen technologischer Veränderungen sowohl in den verwendeten Werkstoffen als auch in der strukturellen
Gestaltung der Produkte mit Auswirkung auf Fertigung und Kosten wurde am Standort Bexbach ein gemeinsames
Projekt zur Analyse, Planung und Realisierung eines optimierten Fertigungslayouts mit der PROTEMA GmbH durchgeführt.
Der Standort Bexbach ist innerhalb des
“ALSTOM Power Systems“ Verbundes
das Technologiezentrum für die Fertigung der stationären Schaufeln und
wird als strategisch bedeutend eingestuft.
Wachstumsziele und Produktionsstrukturänderungen sind durch entsprechende strukturelle und verbessernde
Maßnahmen an diesem Standort zu
realisieren. Vor diesem Hintergrund
hatte der Standort Bexbach die Aufgabe, in einem 1. Schritt die Schaufelfertigung für den Heißgasbereich auf den
neuesten Stand zu bringen. Im 2.
Schritt wurde der Dampfturbinenbereich den neuen Anforderungen angepasst. Auf der Agenda standen:
Verbesserung der Auslastung der
vorhandenen Ressourcen
Reduktion der Umlaufbestände,
Reduzierung der innerbetrieblichen
Transport- und Lagerungskosten
optimierte Materialbereitstellung
Minimierung der nicht wertschöpfenden Tätigkeiten und
die weitgehende Eliminierung der
Verschwendung.
Im Rahmen dieser Vorgaben erhielt die
PROTEMA
Unternehmensberatung
GmbH den übergreifenden Auftrag,
* Consultant Protema Unternehmensberatung
GmbH
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eine mögliche Weiterentwicklung der
vorhandenen Werksstruktur und der
Auftragsabwicklungsprozesse in einer
Roadmap zu entwerfen.
Ausgangssituation:
Werke im europäischen und außereuropäischen Ausland produzieren im
Verbund Turbinenschaufeln unterschiedlicher Abmessungen und für verschiedene Anwendungen im Turbinenbau. Für die Fabrik in Bexbach spielten
deshalb Überlegungen zur Verlagerung
von Turbinenschaufeln nach Kostengesichtspunkten innerhalb des Produktionsverbundes, in der Strategie der
Produktionsausrichtung und Gestaltung der Produktion Bexbach eine
große Rolle.
beitungsoperationen über externe Vergabe der Arbeitsumfänge abgewickelt.In beiden Fällen war die methodische Vorgehensweise zur Analyse und
Entwicklung eines neuen Layouts und
verbesserter Materialflussprozesse vergleichbar.
Aufgrund der Tatsache, dass die Neustrukturierung der Heißgasschaufel Fertigung erfolgversprechend war und
Kosteneinsparpotenziale erschlossen
wurden, war es naheliegend, in einem
Folgeschritt den Prozess für die Dampfturbinenschaufel Produktion ebenfalls
zu optimieren.
Die aktuelle Situation zu Beginn des
Projektes stellte sich durch komplexe
Abläufe und einem hohen Anteil an
Fremdfertigung in der Oberflächenfeinbearbeitung der Heißgasschaufeln
dar.
Der Planungsansatz lag in der Betrachtung der einzelnen Fertigungsbereiche
unter Einbeziehung der Logistikprozesse und Lagerhaltung in einen integrierten Standortprozess und in eine Standortstruktur, die
mittelfristig eine
schnelle Anpassung der Kapazitäten,
des Produktprogramms und des Ausstoßes erlaubte.
Die Situation im 2. Schritt zur Optimierung der Dampfturbinenschaufelfertigung war gekennzeichnet durch ein
ungünstiges Layout in der Anordnung
der Bearbeitungszellen, teilweisem
Auslauf von Fertigungszellen und Neuinvestitionen von Bearbeitungsmaschinen und Erweiterungen der moderneren Fertigungslinien. Ähnlich wie im
Heißgasbereich wurden auch im
Dampfturbinenbereich bis zu 4 Bear-
Investitionsprogramme für die Optimierung und Erneuerung der vorhandenen Schleif- und Fertigungstechnologie waren vorgegebene Eingangsgrößen. Ebenfalls war es für den Heißgasbereich und den Dampfturbinenbereich interessant, den Aufwand und
Zeitbedarf für die fremdvergebenen
Bearbeitungsumfänge nachträglich zu
ermitteln; obwohl bereits entschieden
war, bestimmte Umfänge auf den
LOGISTIK-PRAXIS
neuen Fertigungsanlagen im Heißgasbereich in Eigenfertigung zu bearbeiten.
Die Aufwendung zwischen den unmittelbar aufeinander folgenden externen Bearbeitungsschritten für Wareneingang, Qualitätsprüfung, Warenausgang und den notwendigen Transportoperationen sind auffallend umfangreich. Dies gilt für den Heißgas- als
auch
den
Dampfturbinenbereich
gleichermaßen. Folgerichtig galt es,
entweder durch erhöhte Eigenfertigung oder durch Optimieren der
Transporte und Lage der Bereitstellungsorte den Ablauf zu verbessern.
Vorgehensweise:
Im 1. Schritt wurde die Heißgasfertigung analysiert und ein neues LayoutKonzept entwickelt. Nach einem
gemeinsamen Auftakt- Workshop mit
dem verantwortlichen Projektleiter und
den Betriebs- und Planungsingenieuren wurde als Einstieg in den Heißgasbereich eine Wertstromanalyse durchgeführt. Dies hatte unter anderem den
Vorteil, auf schnelle Weise die Abläufe
auf der Arbeitsebene und auch die Planungssystematik für die Auftragseinplanung zu verstehen.
Im Heißgasbereich wurden je zwei
unterschiedliche Produkte aus dem Fertigungsprozess und aus den zwei
Haupt- Produktfamilien ausgewählt
und einer gründlichen Analyse unterzogen. Für die Wertstromanalyse im
Dampfturbinenbereich wurden 4 Wertströme aus den repräsentativen Produktfamilien erstellt.
Abb. 1: Wertstrom- Metaplan
bezogen auf die Auftragshäufigkeit, zu
ermitteln. Daraufhin war die Erfassung
der Pareto -Verteilung der Produktgruppe/Familien in beiden Bereichen
um die Renner- bzw. Exotenprodukte
zu ermitteln. Diese Ergebnisse wurden
dann in Verbindung mit dem Handling-Aufkommen zu einer Belegungsanlayse der Anlagen und zu einer
Materialflussanalyse mit anschließender Soll-Konzeption für das Layout und
den daraus folgenden Materialfluss eingesetzt.
Nach Abschluss der Konzeption des
Heißgasbereiches war schnell klar, dass
diese Veränderung Auswirkungen auf
den Dampfturbinenbereich haben
würde. Das war ein weiterer Grund,
den Dampfturbinenbereich in gleicher
Vorgehensweise zu analysieren und
neu auszurichten.
In der Folge wurde für beide Bereiche
ein qualitatives und quantitatives
Materialflussschema erstellt. Auch die
Häufigkeit bzw. Intensität der Materialflussbeziehungen wurde erfasst.
Die Aufstellung einer Von-Nach Matrix
zur Erfassung der materialflusstechnischen Wechselbeziehung und die Darstellung einer Transportintensitätsmatrix für die zukünftigen Produkte
und Volumina leiteten in die nächste
Phase zur Findung eines optimalen
Material-fluss orientierten Layouts
über. Zur quantitativen Darstellung der
Die ermittelten hohen Durchlaufzeiten
durch mehrstufige und wiederkehrende Fremdfertigungsumfänge waren
eine wichtige Basis für die weiteren
Planungsschritte. Das Resultat, insbesondere der ermittelten nicht- wertschöpfenden Anteile der Durchlaufzeit
sowohl im Heißgas- als auch im später
analysiertem Dampfturbinenbereich
von 80 Prozent bis 90 Prozent, zeigten
deutlich, dass hier Handlungsbedarf
bestand und ein großes Potenzial an
Einsparung realisiert werden kann.
Als weiterer Schritt der IST- Analyse
wurde für beide Fertigungsbereiche
eine Untersuchung hinsichtlich der
Auftragsstückzahl und Verteilung über
alle Produktgruppen / Familien durchgeführt, um die Höhe der Losgröße,
Abb. 2: Qualitatives Materialflussschema
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LOGISTIK-PRAXIS
Abb. 3: Sankey Diagramm IST
Materialflüsse wurden Sankey Diagramme verwendet. Die anschließende Übertragung des Sankey Diagramms in das Layout wurde sowohl
für das aktuelle Stückzahlprogramm
als auch für die Forecast-Stückzahlen
2012 durchgeführt. In der Auswertung ergaben sich klare Hinweise und
Richtungen für die zukünftige und
möglichst nah am Optimum auszulegende Materialfluss- und Layout-Alternative.
Die theoretische optimale Zuordnung
der Anlagen und Bearbeitungsmaschinen in Abhängigkeit von der Bearbeitungsfolge wurde durch Ermittlung
optimaler
Anordnungsbeziehungen
nach Schmigalla erreicht. Das bedeutet konkret: Die Betriebsmittelkombination mit dem höchsten Materialflussaufkommen bildet den Ausgangspunkt für weitere Berechnungen. Diese
Betriebsmittel oder Maschinenkombi-
Abb. 4: Sankey Diagramm SOLL Forecast 2012
nationen werden als erstes auf einem
Dreieckraster angeordnet.
Die Folgeschritte bilden dann die Zuordnung ab, die zu den bereits festgelegten Objekten die größte Transportintensitäten aufweisen.
Das jeweils ausgewählte Objekt „umkreist” den bereits angeordneten Kern,
bis die Anordnung mit dem günstigsten Zielwert ermittelt wird.
Aus dieser theoretischen optimalen Anordnung wurden mehrere realisierungsfähige Layouts entwickelt und in
den beschriebenen Workshops quantitativ und qualitativ bewertet.
Zusätzliche, direkt nutzbare Fläche
konnte durch Überprüfung der Flächennutzung und Reorganisation vorhandener Fertigungsumfänge und
Qualitätsprozesse erzielt werden. So
Abb. 5: Anordnungsbeziehungen nach Schmigalla
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wurden Fremdnutzungsumfänge, d. h.
die Bearbeitung von Teilen, die nicht
aus diesem Bereich kommen oder dort
weiterverarbeitet werden müssen, auf
einer Fläche im Dampfturbinenbereich
zusammengefasst. Die bisher notwendige Bereitstellfläche für den Wareneingang mit anschließender Qualitätsprüfung und Warenausgang zum
nächsten Fremdfertiger entfallen durch
den Wechsel der Fremdbearbeitung in
Eigenfertigung. Dadurch entstanden
ausreichend Flächenreserven für den
Umstellungsprozess und die zusätzliche neu aufzustellenden Werkzeugmaschinen.
Im Rahmen der Werksstrukturplanung
wurden auch Layout-Varianten mit
einem Logistikzentrum bzw. optimiertem Außenlager betrachtet. Dies hatte
positive Auswirkungen auf die Flächenproduktivität in der Fertigung und auf
die innerbetrieblichen Transportauf-
Abb. 6: Kriterien-Matrix
LOGISTIK-PRAXIS
kommen für die extern vergebenen
Teile.
Im Rahmen einer späteren Analyse
wurde eine optimierte Außenlagerung
auf einer zentralen Fläche, die den WE
und WA über kurze Anbindungen
ermöglich, umgesetzt und zusätzliche,
direkt nutzbare Fertigungsflächen geschaffen.
Weiterhin konnten durch die Verschrottung bzw. Abbau von Altanlagen und
Fertigungseinrichtungen Flächen erzielt werden, um Neuanlagen und
bestehende Anlagen im optimierten
Layout flussorientiert anzuordnen.
Abb. 7: Außenlagerbereich
Bei den Auslastungsbetrachtungen
wurde die Stückzahlentwicklung bis
zum Jahr 2012 sowohl in der Maschinenbelegung als auch im Handling
bzw. Materialfluss berücksichtigt. Die
ermittelten Renner-Produkte, die circa
70-80 Prozent des Produktions- und
Umsatzvolumens bestimmten, waren
die Richtungsindikatoren für die Layout
und Materialflussplanung.
des Betriebsablaufs, wie Vorproduktion
und bauliche Eingriffe, waren wichtige
Auswahlkriterien.
Die Stückzahlentwicklung im Heißgasbereich von bis 30 Prozent bis zum Fiskaljahr 2012 und bis zu 60 Prozent im
Dampfturbinenbereich mit einer deutlichen Erhöhung der Artikelnummern
waren eine weitere Maßgabe für die
Ausarbeitung aller weiteren Planungsalternativen.
Für beide Bereiche wurde ein Umsetzungsplan für die jeweils ausgewählte
Variante erstellt, der über die Zeitachse
– abgestimmt mit der Produktionsprogrammplanung und der Auftragsabwicklung – einen schrittweisen Übergang in die neue Fertigungsstruktur
ermöglichte.
Als Vorbereitung für einen Auswahlworkshop zur Bewertung geeigneter
Layout-Varianten wurden für jeden
Bereich bis zu 7 Varianten durch PROTEMA erarbeitet. Zielrichtung war
immer ein möglichst konsequentes,
flussorientiertes Layout auf Basis der
festgelegten Renner-Produkte. Im
Heißgasbereich konnte dieses Prinzip
im Wesentlichen realisiert werden,
ebenso im Dampfturbinenbereich. Einschränkungen ergaben sich durch die
Umstellungskosten sowohl als EinmalKostenblock als auch die möglichen
technischen Risiken durch den Abbau
und Aufbau mit Inbetriebnahme vorhandener Anlagen.
Ergebnisse und Ausblick
Die flussorientierte Optimierung des
Layouts im Heißgasbereich mit einer
Integration von Fremdfertigungsanteilen bei gleichzeitiger Flächenbereinigung hat eine deutliche Reduzierung
der Transportaufwände erbracht. Die
realisierte Variante entsprach nicht
der zur weiteren Bearbeitung vorge-
Die Auswahl des Layouts erfolgte nach
quantitativen Kriterien wie Investitionsund Umstellungskosten und qualitativen Kriterien wie Materialflussorientierung, Flexibilität und Auslastungsfähigkeit. Auch die Realisierbarkeit unter
Berücksichtigung möglicher Störungen
In der Heißgasfertigung wurde die Variante mit dem besten Pay Back Ratio
und dem dritt- besten qualitativen
Ergebnis, das aber die beste Realisierungsbewertung hatte, ausgewählt
und bis Ende 2010 realisiert.
schlagenen strategischen Variante.
Aufgrund eines höheren Aufwands
für Umstellung einer größeren Prüfeinrichtung und der damit verlängerten
Kapitalrückflusszeit, wurde die aus der
im zweistufigen Nutzwertanalyseprozess favorisierte Variante mit der
kürzeren Kapitalrückflusszeit umgesetzt.
Durch die im 1. Schritt durchgeführte
materialflusstechnische Überarbeitung
der Heißgasfertigung wurde aufgrund
von Interdependenzen zum Dampfturbinenbereich die ganzheitliche Betrachtung der Werksstruktur nochmals
intensiviert.
Leider wurden aufgrund der weltwirtschaftlichen Situation diese weiterführenden Planungen bis auf weiteres
zurückgestellt und sollen zu einem späteren Zeitpunkt fortgeführt werden.
Das Ziel, die Reorganisation im gesamtheitlichen Ansatz zu realisieren,
wurde aber nicht in den Hintergrund
verschoben. Alle Änderungen waren
aus damaliger Planungssicht ganzheitlich angesetzt, sodass Veränderungen
Abb- 8: Dampfturbinen-Speditionsbereich Layout vorher
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LOGISTIK-PRAXIS
Innerhalb der Bearbeitungsfolgen wurden dadurch Layout Optimierungen
realisiert.
Was die Optimierungsergebnisse angeht, konnten sehr gute Einsparmöglichkeiten aufgezeigt werden. LayoutVarianten mit und ohne Logistikzentrum lagen abhängig von der Produktionslast deutlich unterhalb der geforderten Kapitalrückflusszeit von 2 Jahren. Die Sensitivitätsanalyse zeigte auf,
dass die Layout-Variante mit dem
Logistikzentrum ab einer Stückzahl von
165.000 Einheiten/Jahr wirtschaftlich
ist.
Abb. 9: Dampfturbinen-Speditionsbereich Layout nachher
modular und ohne großen Aufwand
für einen Neuanfang jederzeit im Planungszeitraum umgesetzt werden können.
Das positive Ergebnis einer um circa 45
Prozent reduzierten innerbetrieblichen
Transportzeit wurde durch ein optimiertes Layout realisiert. Weitere
Potenziale zur Reduzierung der Durchlaufzeit von bis zu 20 Prozent durch
Insourcing und circa 40 Prozent durch
Insourcing und Auftragssplitting können noch erzielt werden. Paralleles Rüsten ist eine weitere zu analysierende
Möglichkeit, die DLZ weiter zu optimieren.
Die bisher im Dampfturbinenbereich
integrierten WE-und WA-Lagerflächen
wurden auf einer Freifläche in ein
Logistikzentrum für Rohteile umgewandelt. Dadurch standen zusätzliche
Produktionsflächen in der Fertigung
zur Verfügung. Durch die geringeren
und auch unterschiedlichen Bearbeitungstiefen (im Vergleich zur Heißgasfertigung) wurden einige Teile in verketteten Anlagen gefräst. Darüber hinaus schränkten die bestehenden Fertigungszellen die Anordnungsmöglichkeiten ein. Dennoch konnten neue
Bearbeitungsmaschinen und neue
Messmaschinen, wo es möglich war, in
vorhandene Linien integriert werden.
Abb. 10: Dampfturbinen-Speditionsbereich Detaillayout
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Die Reduzierung der Durchlaufzeit wies
für beide Fertigungsbereiche und bei
den pro Bearbeitungsstufe immer kostenintensiver werdenden Bauteilen
hohe Potenziale in der Kapitalbindung
aus.
Die Einsparung beim Transport und
Handling lag je nach gewählter Variante immer über 50 Prozent. Lediglich die
Kapitalrückflusszeiten, besonders bei
umfangreichen Veränderungsmaßnahmen, mussten bei der Auswahl kritisch
gegenübergestellt werden.