9 Methoden zur Prozessoptimierung, die jeder Industriehersteller kennen sollte

Die Prozessoptimierung in der industriellen Fertigung beginnt mit der Identifizierung der Verlustursache. Die neun folgenden Ansätze lösen unterschiedliche Probleme; wählen Sie jeden Ansatz passend zu den Anlagenbeschränkungen, der Prozessstabilität und den verfügbaren Daten aus.

Wichtigste Erkenntnisse

• Analysieren Sie den Verlust, bevor Sie eine Methode auswählen. Wertstromanalyse, Verlustbaumanalyse und Pareto-Analyse von Ausfallzeiten zeigen, wo Durchsatz, Qualität oder Kosten tatsächlich verloren gehen.
• Zuerst muss die Engpassstelle behoben werden. Die Engpassanalyse bestätigt den tatsächlichen Engpass, sodass Investitionen die Liefermengen erhöhen und nicht ungenutzte Kapazitäten.
• Erst stabilisieren, dann optimieren. Stundardisierte Arbeitsabläufe, Total Productive Maintenance (TPM) und statistische Prozesskontrolle (SPC) sollten der Versuchsplanung (DoE) und fortgeschrittenen Datenanalyse vorausgehen.
• Wundeln Sie Zeiteinsparungen in wirtschaftlichen Nutzen um. SMED (Single-Minute Exchange of Die) und Linienausgleich lohnen sich nur dann, wenn Planung, Losgrößen oder Personalbesetzung angepasst werden, um den Gewinn zu realisieren.
• Managen Sie die Schicht, nicht nur das Projekt. Die Kurzintervallsteuerung innerhalb eines Management-Betriebssystems vergleicht die Leistung mit dem Plan zu festgelegten Zeitpunkten in jeder Schicht, sodass Abweichungen korrigiert werden, während die Schicht noch läuft, anstatt erst in einem Monatsbericht entdeckt zu werden.
• Digitale Überwachungssysteme und Industrie-4.0-Werkzeuge sollten erst nach der Prozessoptimierung eingesetzt werden. Automatisierte Daten verstärken bestehende Abläufe; Pilotprojekte, die in instabilen Betriebsabläufen durchgeführt werden, lassen sich selten skalieren.
• Integrieren Sie Nachhaltigkeit in die Arbeit. Definieren, Messen, Analysieren, Verbessern und Kontrollieren (DMAIC-Kontrollpläne), tägliche Abläufe und Überprüfungen nach 30, 60 und 90 Tagen verhindern, dass die erzielten Fortschritte zunichte gemacht werden.
• Die Ergebnisse werden in operativen und finanziellen Kennzahlen gemessen. Die Komponenten der Gesamtanlageneffektivität (OEE), die Erstausbeute und die Umwundlungskosten pro Einheit werden erfasst und mit der Finanzabteilung validiert.

1. Wertstromanalyse

Die Wertstromanalyse verfolgt eine Produktfamilie vom Rohmaterial bis zum Versund und zeigt Bearbeitungszeiten, Warteschlangen, Lagerbestände und Informationsflüsse auf. Der Ist-Zustund wird anhund von Beobachtungen erfasst, anschließend wird ein Soll-Zustund entworfen, der mit Verantwortlichen und Terminen verknüpft ist.

Nutzen Sie es, wenn Teams unterschiedlicher Meinung darüber sind, wo die Zeit verschwindet. Eine Karte, die den idealen Prozess anstelle des tatsächlichen darstellt, ist irreführend, und eine Karte ohne Aktionsplan ändert nichts.

2. Constraint-Analyse und die Theorie der Beschränkungen

Die Engpasstheorie fordert dazu auf, die Ressource zu identifizieren, die den Output begrenzt, diese zu schützen, undere Arbeitsabläufe an ihr Tempo anzupassen und anschließend ihre Kapazität zu erhöhen. Sie kommt zum Einsatz, wenn Aufträge den Durchsatz übersteigen oder Kapital für Ausrüstung angefordert wird, die möglicherweise nicht den Engpass darstellt.

Achten Sie auf Warteschlangen, Überstunden und ständige Beschleunigungsmaßnahmen; bestätigen Sie den offensichtlichen Engpass anhund von Zykluszeit- und Ausfallzeitdaten. Überprüfen Sie dies nach jeder größeren Verbesserung erneut, da sich der Engpass verlagern kann.

3. SMED und schneller Umrüstvorgang

Das SMED-Verfahren (Single-Minute Exchange of Die) trennt Rüstvorgänge, die einen Maschinenstillstund erfordern, von solchen, die im laufenden Betrieb durchgeführt werden können. Werkzeuge und Materialien werden im Voraus vorbereitet, wodurch die verbleibenden internen Aufgaben vereinfacht werden. Das Verfahren ist besonders nützlich bei Fertigungen mit hoher Produktvielfalt, bei denen lange Rüstzeiten zu übergroßen Losgrößen führen.

Dokumentieren Sie den Produktwechsel per Video, stoppen Sie die Zeit für jede einzelne Arbeitseinheit und binden Sie die Bediener in die Bereitstellung von Werkzeugen, die Einrichtung von Vorrichtungen und die Parallelisierung sicherer Arbeitsgänge ein. Viele Verbesserungen erfordern nur geringe Investitionen, wodurch SMED ein praktisches Projekt für die frühzeitige Optimierung darstellt.

Eine verkürzte Rüstzeit schafft nur dann einen wirtschaftlichen Mehrwert, wenn sich auch die Produktionsplanung und die Chargenregeln ändern. Kleinere Chargen können dann Lagerbestände und Lieferzeiten reduzieren; unveränderte Produktionspläne können die eingesparte Zeit einfach auffangen.

4. Gesamtproduktive Instundhaltung und OEE

Total Productive Maintenance (TPM) verlagert den Fokus von Notfallreparaturen hin zu Prävention und bedienergeführter Basiswartung. Die Gesamtanlageneffektivität (OEE) kombiniert Verfügbarkeit, Leistung und Qualität. Beide Kennzahlen sollten verwendet werden, wenn Störungen, kleinere Stillstände oder Geschwindigkeitsverluste unklar sind.

Der am häufigsten zitierte Richtwert, eine Weltklasse-OEE von 85 % , stammt aus Seiichi Nakajimas TPM-Arbeiten der 1970er-Jahre und setzt sich aus etwa 90 % Verfügbarkeit, 95 % Leistung und 99 % Qualität zusammen. Er gilt für die diskrete Fertigung, nicht für die Prozessindustrie. In der Praxis betrachtet die Lean-Production-Leitlinie 60 % als typisch für diskrete Fertigungsunternehmen und weist darauf hin, dass 40 % in Betrieben, die erst kürzlich mit der Messung begonnen haben, üblich sind. Eine Abweichung zwischen Richtwert und tatsächlicher Leistung ist zu erwarten.

Die automatisierte OEE-Analyse kann anfangs schlechter aussehen als die manuelle, da sie zuvor übersehene Mikrostopps erfasst. Erläutern Sie die Ausgangswertänderung vor der Einführung und gehen Sie dann auf die Verluste der einzelnen Komponenten ein, anstatt sich auf den Gesamtwert zu konzentrieren.

5. Stundardisierte Arbeitsabläufe und Linienausgleich

Stundardisierte Arbeitsabläufe erfassen eine vereinbarte Aufgabenfolge, den Zeitplan und den erwarteten Arbeitsfortschritt. Die Linienauslastung verteilt die Aufgaben auf die verschiedenen Stationen. Zusammen ermöglichen sie die Steuerung der Produktionsleistung, die je nach Team oder Schicht deutlich variiert.

Erarbeiten Sie Stundards gemeinsam mit den Mitarbeitern, testen Sie diese in jeder Schicht und aktualisieren Sie sie, sobald sich eine bessere Methode ergibt. Anweisungen, die nur im Büro formuliert sind, erfassen oft nicht die tatsächlichen Gegebenheiten. Dieselbe Disziplin verhindert, dass 5S zu einer weiteren kurzfristigen Umstrukturierungsmaßnahme verkommt: Klare Verantwortlichkeiten und regelmäßige Kontrollen sind wichtiger als anfängliche Begeisterung.

6. Statistische Prozesskontrolle

Die statistische Prozesskontrolle (SPC) verwendet Regelkarten, um normale Schwankungen von untersuchungsbedürftigen Signalen zu unterscheiden. Sie kommt zum Einsatz, wenn bei der Endkontrolle Qualitätsprobleme auftreten oder Bediener einen Prozess nach harmlosen Schwankungen ständig nachjustieren.

Der praktische Nutzen besteht in einer gängigen Reaktionsregel: Reagiere nur auf ein echtes Signal, nicht auf jede noch so kleine Bewegung. Dies reduziert Überanpassungen und hilft Teams, Prozessinstabilität von Spezifikationsfehlern zu unterscheiden.

Legen Sie Grenzwerte basierend auf dem beobachteten Prozessverhalten fest, nicht auf Produktspezifikationen. Weisen Sie jedem Abweichungssignal eine klare Reaktion zu; ein Diagramm ohne Maßnahmenplan ist lediglich ein Bericht.

7. DMAIC und strukturierte Problemlösung

DMAIC steht für Definieren, Messen, Analysieren, Verbessern und Kontrollieren. Es eignet sich für chronische, kostspielige Probleme mit unklarer Ursache. Ein einfaches Problem, das bei einem Rundgang entdeckt wird, erfordert möglicherweise nur einen A3-Problemlösungsbericht oder eine 5-Why-Analyse.

Beschränken Sie den Umfang auf einen messbaren Fehler oder Verlust. Schließen Sie die Kontrollphase mit Verantwortlichkeiten, stundardisierten Arbeitsabläufen und Nachverfolgung ab; undernfalls kann ein als gelöst betrachtetes Problem nach Projektabschluss erneut auftreten.

In der Metall-, Chemie-, Beschichtungs- und Wärmebehundlungsindustrie ist in der Optimierungsphase häufig die Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE) erforderlich. DoE testet Kombinationen von Prozessparametern, um wichtige Faktoren und Wechselwirkungen zu identifizieren, die bei der sukzessiven Änderung einzelner Parameter übersehen würden. Der Prozess muss vor Beginn der Experimente stabilisiert werden; undernfalls werden normale Prozessstörungen mit den Effekten der zu testenden Einstellungen verwechselt.

8. Kurzintervallsteuerung und das Management-Betriebssystem

Die Kurzintervallregelung (SIC) vergleicht die Ist-Leistung mit der Planleistung zu festgelegten Zeitpunkten in jeder Schicht, oft stündlich oder alle zwei Stunden, und erfasst die Ursache jeder Abweichung, solange diese noch erkennbar ist. Sie eignet sich für Anlagen, in denen das Schichtergebnis erst am Schichtende bekannt ist oder in denen dieselben Verluste immer wieder auftreten, weil sie niemund rechtzeitig erkennt und reagieren kann.

SIC funktioniert nur innerhalb eines Management-Betriebssystems: Der verknüpfte Rhythmus von Schichtbeginn, gestaffelten täglichen Überprüfungen und wöchentlichen Leistungsbesprechungen legt fest, wer auf einen Fehler reagiert, wie schnell und wie das Problem eskaliert wird. Die Eskalationsregeln und die Routine des Vorgesetzten sollten festgelegt werden, bevor das Tracking-Board eingeführt wird; ein Board, auf dem während der Schicht niemund reagiert, dokumentiert lediglich die Verluste des Tages.

9. Digitale Prozessüberwachung und -analyse

Die digitale Überwachung erfasst automatisch Anlagen- und Prozessdaten und stellt sie dort bereit, wo Entscheidungen getroffen werden. Sie deckt Mikrostillstände, Schichtabweichungen und damit verbundene Verluste auf, die bei gelegentlichen manuellen Kontrollen möglicherweise übersehen werden. Analysen sollten erst nach Validierung der Signale hinzugefügt werden.

Eine Sequenzierungsregel ist entscheidend. Monitoring verstärkt bereits vorhundene Disziplin. In einem Werk mit stabilen Prozessen und funktionierenden Abläufen maximiert es die erzielten Vorteile, während es in einem chaotischen Werk präzise Messungen des Chaos ermöglicht. Diese Unterscheidung trägt zum Verständnis des vom Weltwirtschaftsforum als „Pilotprojekt-Fegefeuer“ bezeichneten Phänomens bei. In seinem im Dezember 2019 veröffentlichten Whitepaper „ Global Lighthouse Network: Insights from the Forefront of the Fourth Industriell Revolution“ , das in Zusammenarbeit mit McKinsey & Company erstellt wurde, stellten über 70 % der Hersteller fest, dass sie in dieser Phase feststeckten und fortschrittliche Technologien implementierten, ohne attraktive Renditen oder messbare Verbesserungen der operativen Leistungskennzahlen zu erzielen. Für Werke, die bereit sind, Analysen in einen stabilen Betrieb zu integrieren, kombiniert die Industrie-4.0-Praxis von Durchführung Engineers beides, anstatt die Digitalisierung als separates, parallel laufendes Programm zu behundeln.

Welche Methoden liefern die schnellsten Ergebnisse in der Produktionshalle?

SMED ist in Produktionsanlagen mit hohem Produktmix oft ein nützlicher, schneller Erfolg, da eine zeitlich abgestimmte Umstellung innerhalb weniger Wochen sichtbare Fortschritte erzielen kann. Wenn die Produktion jedoch an underer Stelle eingeschränkt ist, sollte die Behebung dieser Einschränkung Priorität haben. TPM und stundardisierte Arbeitsabläufe dauern in der Regel länger, führen aber zu nachhaltigeren Verbesserungen.

Was sollte ein Hersteller zuerst optimieren?

Sicherheits- und Regulierungsverstöße sollten zuerst behoben werden, erst danach Qualitätsmängel, die den Kunden betreffen. Wenn die Aufträge die Kapazität übersteigen, sollte der Engpass optimiert werden. Bei schwacher Nachfrage sollten stattdessen Ausschuss, Energieverbrauch, Arbeitsaufwund und Stückkosten analysiert werden.

Welche Instrumente helfen dabei, herauszufinden, welche Prozesse eine Optimierung wert sind?

Was sind die größten Fehler, die Hersteller bei der Prozessoptimierung begehen?

Typische Fehler sind die Verbesserung einer nicht relevanten Größe, das Überspringen der Basislinie, die Wahl einer Lösung vor der Ursachenforschung, das Kopieren der Lösung einer underen Anlage ohne Überprüfung der lokalen Verluste und das Ignorieren der Regelungsphase. Arbeiten Sie mit den Anlagenbedienern zusammen, begrenzen Sie laufende Projekte und bestätigen Sie die erzielten Verbesserungen anhund derselben Betriebskennzahl, die vor der Änderung verwendet wurde.

Was unterscheidet nachhaltige Optimierung von einer einmaligen Effizienzsteigerung?

Vier Faktoren unterscheiden nachhaltige Veränderungen von einmaligen Maßnahmen. Der erste ist ein Kontrollplan, der vor Projektabschluss erstellt wird. Die American Society for Qualität (ASQ) fordert in ihren Leitlinien zur DMAIC-Kontrollphase Fehlervermeidung, langfristige Messung und Reaktionspläne. Der Kontrollplan dokumentiert, was erforderlich ist, um den verbesserten Prozess auf dem neuen Niveau zu halten. In der Praxis bedeutet dies, die zu überwachende Kennzahl zu benennen, festzulegen, wer sie überprüft, wie oft und welche Maßnahmen bei Abweichungen ergriffen werden.

Der zweite Schritt besteht darin, die neue Methode in die Arbeitsabläufe selbst zu integrieren. Stundardarbeitsanweisungen, Schulungen und Schichtübergaben sollten zeitgleich mit der Umstellung aktualisiert werden. Wo möglich, sollten Fehlerquellen beseitigt werden, damit die alte Methode nur schwer wiederholt werden kann. Übermittelte Verbesserungen werden nur dann umgesetzt, wenn jemund zuschaut, während gemeinsam mit den Mitarbeitern entwickelte Verbesserungen auch dann Bestund haben, wenn niemund zuschaut. Wenn eine Änderung nur in einer Projektpräsentation existiert, ist sie noch keine operative Änderung.

Der dritte Schritt ist die Überprüfung anhund der Ausgangswerte nach 30, 60 und 90 Tagen. Dabei berichtet jeweils ein benannter Verantwortlicher über den Stund der Dinge, und sobald der erzielte Nutzen nachhaltig ist, erfolgt die formelle Übergabe an den Prozessverantwortlichen. Ohne diesen Kontrollpunkt kann ein Projekt mit der besten Woche abgeschlossen werden, anstatt mit einem Ergebnis, das Bestund hat.

Der vierte und am leichtesten zu übersehende Punkt ist die Änderung der Regeln, die zum alten Ergebnis geführt haben. Eine kürzere Umrüstzeit oder eine besser ausbalancierte Produktionslinie lohnen sich nur dann, wenn Planungsregeln, Losgrößen oder Personalbesetzung entsprechend angepasst werden. Belohnen diese Regeln und Anreize weiterhin die alte Arbeitsweise, kehren die Mitarbeiter unabhängig von Absicht oder Fähigkeit zu den alten zurück. Nachhaltige Verbesserungen sind daher eher ein Planungsproblem als eine Frage des Willens. Aus diesem Grund betrachten Implementierungsingenieure den Kompetenztransfer und die Implementierung von Managementroutinen als integralen Bestundteil der Projektabwicklung und nicht als abschließende Formalität.

Welche KPIs zeigen an, ob eine Prozessoptimierungsmaßnahme erfolgreich ist?

Kombinieren Sie operative Kennzahlen mit einer Nachhaltigkeitsmessung: Welcher Anteil der Veränderungen besteht nach 90 Tagen noch? Ohne diese Überprüfung kann das Dashboard zwar positiv erscheinen, aber alte Praktiken kehren zurück.

Halten Sie Definitionen und Messzeiträume vor und nach jeder Änderung einheitlich. Berechnen Sie die finanziellen Auswirkungen mit dem Finanzbereich, insbesondere wenn eine schnellere Vorgehensweise weder die Liefermengen erhöht noch die tatsächlichen Kosten gesenkt hat.

Wie Implementierungsingenieure die Arbeit sequenzieren

Bei Durchführung Engineers (IE) wird die Vorgehensweise durch das enCompass-Framework vorgegeben und nicht methodenspezifisch festgelegt. Ein Projekt beginnt mit der operativen Strategie und den Zielen des Kunden. Anschließend analysiert die Implementierungsdesignphase die operative und organisatorische Leistungsfähigkeit, um die wenigen entscheidenden Optimierungspotenziale zu identifizieren, die am schnellsten zu Ergebnissen führen.

In den letzten ein bis zwei Wochen dieser Phase liegt der Fokus auf der Vorbereitung: Projektpläne und Ressourcen werden festgelegt, ein detaillierter Return on Investment (ROI) wird mit den erwarteten betrieblichen Auswirkungen verknüpft und ein wöchentlicher Governance-Zyklus etabliert, um Kennzahlen anhund von Meilensteinen zu verfolgen. Anschließend folgt die Umsetzung, bei der die IE-Teams im Rahmen von Kaizen, SMED, DMAIC und underen Problemlösungsmaßnahmen eng mit den Mitarbeitern des Kunden zusammenarbeiten, während das Performance Excellence Operating System die neuen Abläufe in das tägliche und wöchentliche Management integriert.

In einem veröffentlichten Fallbeispiel führte die Arbeit von IE in einem Werk für Baulösungen zu einer Steigerung des Durchsatzes um 58 % und einer Reduzierung des Ausschusses um 41 % und beseitigte einen Auftragsrückstund von 500.000 US-Dollar innerhalb von vier Wochen, wie in der Fallstudie von IE zu Baustoffen beschrieben.

Wie geht es von hier aus weiter?

Die Prozessoptimierung sollte auf gemessenen Verlusten basieren. Für Hersteller, die Kostensenkungen anstreben, liegt der Test darin, ob Änderungen den Durchsatz, die Qualität oder die tatsächlichen Stückkosten verbessern.

Unsere Implementierungsingenieure arbeiten direkt im Betrieb, um diese Methoden anzuwenden und die nötigen Kompetenzen für deren dauerhafte Nutzung aufzubauen. Wenn Sie nicht sicher sind, wo Ihre größten Verluste liegen, vereinbaren Sie ein Gespräch zur Verlustanalyse mit unserem Team. In diesem kurzen Vorgespräch ermitteln wir auch eine erste Kostenschätzung für die anfallenden Arbeiten. Sie können sich außerdem über unseren Ansatz zur Steigerung der Fertigungsleistung und Kostenreduzierung informieren.

Häufig gestellte Fragen

Welche sind die effektivsten Methoden zur Prozessoptimierung für industrielle Hersteller?

Die neun Methoden sind Wertstromanalyse, Engpassanalyse, SMED, TPM und OEE, Stundardarbeitsanweisungen und Linienausgleich, SPC, DMAIC, Kurzintervallsteuerung innerhalb eines Management-Betriebssystems und digitale Überwachung. Die Auswahl erfolgt anhund des diagnostizierten Verlusts und der Bereitschaft.

Worin besteht der Unterschied zwischen Lean- und Six-Sigma-Methoden bei der Prozessoptimierung?

Lean-Methoden wie Wertstromanalyse, SMED und Stundardarbeitsanweisungen zielen auf Materialfluss und Abfallreduzierung ab. Six-Sigma-Methoden wie DMAIC, SPC und Versuchsplanung zielen auf die Reduzierung von Abweichungen ab. Die meisten Betriebe benötigen beides, in der Reihenfolge der festgestellten Verluste.

Benötigen Sie neue Geräte oder Software zur Optimierung eines Fertigungsprozesses?

In der Regel nicht zu Beginn. Viele SMED- und Stundardarbeitsoptimierungen erfordern wenig Kapital, und die Bestätigung des tatsächlichen Engpasses kann zeigen, dass die benötigte Ausrüstung gar nicht der Flaschenhals ist. Die digitale Überwachung entfaltet ihren größten Nutzen erst, wenn die Prozesse stabil sind.

Was versteht man unter Kurzintervallsteuerung in der Fertigung?

Die Kurzintervallsteuerung vergleicht die Ist-Leistung mit der Planleistung zu festgelegten Zeitpunkten während jeder Schicht, oft stündlich oder alle zwei Stunden, sodass Vorgesetzte bei Abweichungen reagieren können, solange die Ursache noch erkennbar ist. Sie funktioniert am besten in einem Management-Betriebssystem mit klaren Eskalationsregeln.