Kanban-Pull-System

Ziel

Das Kanban-Pull-System entscheidet über den Zeitpunkt und die Menge einer Produktion: Vorgelagert wird nichts gefertigt, bevor ein Verbrauchssignal aus dem nachgelagerten Bereich zurückgekommen ist, und die gefertigte Menge ist die entnommene. "Kanban" bezeichnet im Japanischen das Schild oder die Tafel. Im Produktionsvokabular benennt das Wort das Signal selbst und danach das ganze System, das es umlaufen lässt.

Das behandelte Problem ist die Überproduktion. In einer Werkstatt, die über eine vorausschauende Feinplanung gesteuert wird, schiebt jeder Arbeitsplatz sein Ergebnis zum nächsten, ob dieser es sofort braucht oder nicht. Ohno stellt die Überproduktion an die erste Stelle der Verschwendungsarten, weil sie alle anderen verdeckt: Ein Zwischenbestand zwischen zwei Arbeitsplätzen fängt eine Störung, einen Ausschuss oder ein Ungleichgewicht in der Auslastung auf. Die Regel des Ziehprinzips nimmt die Möglichkeit, auf Vorrat zu fertigen: Ohne Signal steht der vorgelagerte Arbeitsplatz still.

Das Ergebnis ist ein Satz dimensionierter Regelkreise, je einer pro Artikel und pro Arbeitsplatzpaar. Kanban sagt, wer eine Produktion freigibt; der Rückgang der Bestände folgt daraus.

Die Technik gehört zur Säule Just-in-time des Toyota-Produktionssystems, dessen andere Säule Ohno Jidoka nennt, das selbsttätige Anhalten der Maschine bei einem Fehler. Just-in-time nennt das Ziel, nämlich das richtige Teil im richtigen Moment in der richtigen Menge bereitzustellen; Kanban ist der Mechanismus, der es erreicht.

Einsatz

Wann einsetzen

• Wiederkehrender Verbrauch von Standardartikeln: Der Regelkreis füllt sich von selbst wieder auf, ohne Feinplanung Artikel für Artikel.
• Zwischenbestand, der sich zwischen zwei Arbeitsplätzen aufbaut: Die Zahl der umlaufenden Behälter wird zu seiner physischen Obergrenze.
• Kurze und messbare Wiederbeschaffungszeit: Die im Regelkreis gebundene Menge bleibt klein.
• Externe Beschaffung unter Rahmenvertrag: Der leere Behälter ist die Bestellung, ohne Abruf und ohne Bestellschein.
• Verbrauchsmaterial in der Hand derer, die es benutzen: Das Signal ist am Arbeitsplatz sichtbar, ohne Erfassung und ohne Inventur.

Wann nicht einsetzen

• Sporadische Nachfrage oder Einzelfertigung: Es gibt keinen regelmässigen Verbrauch, der wieder aufzufüllen wäre; jeden Auftrag auf Bestellung planen.
• Instabile Beschaffungszeit: Die Menge, welche die Streuung der Lieferzeiten abdecken würde, kostet mehr, als die Regel einbringt; diesen Artikel über eine Prognose mit bewusst getragenem Sicherheitsbestand steuern.
• Artikel am Ende seines Lebenszyklus oder mit häufig wechselndem Änderungsindex: Der Inhalt des Regelkreises veraltet, bevor er verbraucht ist; zur Auslösung auf Bestellung zurückkehren.

Beschreibung

Die Idee aus dem Supermarkt

Ohno führt den Ursprung des Mechanismus auf einen amerikanischen Supermarkt zurück, der seine Regale in dem Takt auffüllt, in dem die Kundschaft entnimmt, ohne vorwegzunehmen, was sie nehmen wird. Er überträgt: Der vorgelagerte Arbeitsplatz ist das Lager, der nachgelagerte ist der Kunde. Der Kunde geht ins Lager und holt das Teil, das er braucht, in dem Moment, in dem er es braucht, in der Menge, die er braucht; das Lager stellt die soeben entnommene Menge sogleich wieder ins Regal. Diese beiden Sätze tragen die beiden Regeln der Technik: Der nachgelagerte Arbeitsplatz entnimmt nur, was er verbraucht, und der vorgelagerte fertigt nur, was entnommen worden ist. Die übrigen Betriebsregeln des Toyota-Systems, darunter die Produktionsglättung und das Verbot, ein fehlerhaftes Teil weiterzugeben, umrahmen die Arbeitsweise von Kanban, ohne zu ihr zu gehören.

Toyota hat den Mechanismus in den eigenen Werken von den frühen 1950er-Jahren bis zum vollständigen Einsatz um 1962 verallgemeinert und ihn danach auf seine Lieferanten ausgedehnt: Die Regel lässt sich in zwei Sätzen aussprechen, ihre Einhaltung in einer Werkstatt wird Arbeitsplatz für Arbeitsplatz aufgebaut.

Schiebeprinzip, Ziehprinzip

Das Ziehprinzip kehrt den Auslöser der Produktion um. In beiden Anordnungen laufen die Teile zum nachgelagerten Arbeitsplatz. Im Schiebeprinzip entscheidet eine Prognose oder ein Programm vorgelagert über die Fertigung, und das Ergebnis läuft unabhängig vom Bedarf des nächsten Arbeitsplatzes den Fluss hinunter; die Abweichungen zwischen Programm und Verbrauch schlagen sich an jeder Schnittstelle als Zwischenbestand nieder. Im Ziehprinzip gibt der nachgelagert festgestellte Verbrauch die Fertigung vorgelagert frei; das Planungsprogramm behält seine Rolle für Kapazität, Personal und langfristige Beschaffung, steuert aber die Auslösung nicht mehr.

Das Zwei-Behälter-System

Die kleinste funktionierende Form verlangt zwei Behälter und ein Etikett je Artikel. Die beiden Behälter derselben Artikelnummer stehen an der Linie. Die Bedienperson entnimmt aus Behälter A, bis er leer ist, stellt den leeren Behälter dann an den vereinbarten Ort, eine Regalkante oder eine Rückgabezone, und beginnt erst danach mit Behälter B. Der dort abgestellte leere Behälter ist die Nachschubbestellung: Das interne Lager oder der Lieferant unter Rahmenvertrag nimmt ihn mit und gibt ihn gefüllt zurück, während sich Behälter B seinerseits leert. Der zurückgekommene Behälter wird hinter den im Einsatz stehenden gestellt.

Signal und Freigabe sind ein und derselbe physische Gegenstand: Es gibt nichts zu erfassen und nichts zu vergessen. Drei Regeln genügen, um ihn einzuhalten. Der zweite Behälter wird nicht geöffnet, ohne dass der erste an der Rückgabe steht. Ein teilweise gefüllter Behälter wird nie zurückgegeben, weil das eine falsche Nachschubmenge auslösen würde. Aus dem Behälter, der sich in Wiederbeschaffung befindet und in der Rückgabezone steht, wird nie entnommen.

Das Etikett des Behälters trägt alles, was die Wiederbeschaffung verlangt. In einem Kartenregelkreis steht dieselbe Angabe auf dem Kanban, das sich vom angebrochenen Behälter löst und zum liefernden Arbeitsplatz zurückläuft, wo es zum Fertigungsauftrag über die aufgedruckte Menge wird.

Den Regelkreis dimensionieren

In einem Kartenregelkreis ist der Inhalt durch das Gebinde vorgegeben und die Frage lautet, wie viele Behälter umlaufen sollen. Die gebräuchliche Formel setzt den Verbrauch während der Wiederbeschaffungszeit zu diesem Inhalt ins Verhältnis:

N = (D × L × (1 + α)) / Q, wobei D der mittlere Verbrauch je Zeiteinheit ist, L die Wiederbeschaffungszeit in derselben Einheit, α ein Sicherheitszuschlag und Q die Menge je Behälter.

Die Zwei-Behälter-Form fasst das Problem von der anderen Seite an: Die Zahl der Behälter liegt hier von vornherein bei zwei, und berechnet wird der Inhalt. Während der Wiederbeschaffung des abgegangenen Behälters verfügt der Arbeitsplatz nur über den zweiten, der den Verbrauch der Wiederbeschaffungszeit deshalb allein abdecken muss. Die Menge je Behälter ist dann Q = D × L × (1 + α), aufgerundet auf das Standardgebinde. Solange die Behälter wenige sind, decken die N − 1 am Arbeitsplatz verbliebenen Behälter die Wiederbeschaffungszeit ab, also (N − 1) × Q ≥ D × L × (1 + α); die allgemeine Formel setzt dagegen eine kontinuierliche Wiederbeschaffung voraus, mithin genügend Behälter in Bewegung.

Die Wiederbeschaffungszeit L wird von dem Moment an gemessen, in dem das Signal abgestellt wird, bis zu dem Moment, in dem der volle Behälter am Arbeitsplatz verfügbar ist: Sie umfasst die Abholung, den Transport, die Wartezeit in der Warteschlange am liefernden Arbeitsplatz und den Rüstvorgang, die alle in der Bearbeitungszeit fehlen, die man versucht wäre anzusetzen. Der Verbrauch D wird aus der Historie abgelesen, wobei Artikel mit regelmässiger Nachfrage von solchen zu unterscheiden sind, deren Nachfrage stossweise eintrifft und für die der Regelkreis nicht die richtige Antwort ist. Für den Zuschlag α werden in einer stabilen Kette üblicherweise 10 bis 20% angesetzt, mehr, wenn der Lieferant weit entfernt ist. Die gebundene Menge wächst mit L: Eine lange Wiederbeschaffungszeit macht den Regelkreis teuer, ohne ihn auszuschliessen. Den Inhalt des Regelkreises zu verringern, heisst L zu verringern.

Das Ziehprinzip und das Kanban-Board

Das Wort Kanban benennt zwei verschiedene Gegenstände, die oft verwechselt werden. Der erste ist die in der Werkstatt entstandene Steuerungsregel: Ein Verbrauchssignal gibt eine Produktion frei. Der zweite ist das Kanban-Board und seine WIP-Limiten, eine Fläche, welche die Aufgaben eines Teams nach ihrem Bearbeitungsstand auf Spalten verteilt, wobei jede Spalte die Zahl der gleichzeitig zugelassenen Aufgaben deckelt. Die laufende Arbeit, in den Werkzeugen WIP genannt, ist die angefangene und nicht abgeschlossene Arbeit.

Die Spaltenlimite überträgt die Regel des Ziehprinzips auf die Wissensarbeit: Ein freier Platz im nachgelagerten Bereich ist der leere Behälter, und er allein berechtigt das Team, eine weitere Aufgabe anzufangen. Das Portfolio Kanban wendet dieselbe Limite eine Stufe höher an, auf die Initiativen, die ein Portfolio gleichzeitig offen hält. Regel und Board bedingen einander jedoch nicht. Das Taskboard trägt dieselben Spalten ohne Limite: Es macht den Stand der Arbeit sichtbar, wobei jede Person eine Aufgabe in dem Moment anfängt, den sie für richtig hält. Das Zwei-Behälter-System wendet die Regel umgekehrt ganz ohne Anzeigefläche an.

Woran die Technik scheitert

Der Komfortbestand neben dem Arbeitsplatz

Eine Schachtel Teile, die unter der Werkbank aufbewahrt wird, um nie knapp zu werden, genügt, um den Regelkreis auszuhebeln: Der Behälter leert sich nicht mehr, das Signal geht nicht mehr ab und das Lager entdeckt die Fehlmenge an dem Tag, an dem die Schachtel zu Ende geht. Der versteckte Bestand ist die normale Reaktion einer Werkstatt, die Fehlmengen erlebt hat. Er wird behandelt, indem die Dimensionierung korrigiert wird, die sie verursacht hat; ein Verbot der Schachtel lässt die Ursache bestehen.

Der parallel weitergeführte Fertigungsauftrag

Die Planung gibt weiterhin Aufträge aus der Materialbedarfsplanung heraus, dem MRP des ERP, während die Karten umlaufen. Der vorgelagerte Arbeitsplatz erhält dann zwei Freigaben für dasselbe Teil und fertigt nach der grosszügigeren. Kanban wird zur Anzeige und der Fluss wird wieder zum Schiebeprinzip. Für die im Regelkreis gesteuerten Artikel gibt die Materialbedarfsplanung den Auslöseauftrag nicht mehr aus.

Der leere Behälter, der auf seine Abholung wartet

Eine wöchentliche Abholtour verlängert die tatsächliche Wiederbeschaffungszeit um mehrere Tage, ohne dass jemand den auf der alten Zeit dimensionierten Regelkreis neu berechnet. Die darauf folgenden Fehlmengen werden der Technik angelastet, obwohl sie eine Abweichung zwischen dem L der Berechnung und dem L der Werkstatt messen. Die Abholfrequenz ist ein Parameter des Regelkreises wie die Menge auch.

Die zur Bestandssenkung herausgenommenen Karten

Kanban herauszunehmen senkt den Zwischenbestand unweigerlich, was es zum verlockendsten Griff eines Plans zur Bestandssenkung macht. Es ändert weder die Wiederbeschaffungszeit noch die Schwankung der Nachfrage: Der Regelkreis fällt unter die Schwelle, die diese beiden Werte vorgeben, und die Linie steht still. Eine Kartenentnahme wird durch die Verkürzung der Wiederbeschaffungszeit vorbereitet, die sie erlaubt, und danach über einige Wochen überprüft, bevor die nächste folgt.

KI-Überlegungen

Ein Modell wertet die Verbrauchshistorie eines ERP aus, um die Regelkreise zu pflegen. Es klassiert die Artikelnummern nach der Regelmässigkeit ihrer Nachfrage und benennt diejenigen, deren Profil sporadisch geworden ist. Es berechnet die Mengen je Behälter auf dem Verbrauch der letzten Monate neu und meldet die Abweichungen zu den auf den Etiketten gedruckten Werten, eine mühsame Arbeit, die niemand Artikel für Artikel nachvollzieht. Auf einer Bewegungshistorie rekonstruiert es die beobachtete Zeit zwischen dem Abstellen eines Signals und der Bereitstellung des vollen Behälters und vergleicht diese Verteilung danach mit der in der Berechnung angesetzten Wiederbeschaffungszeit. Schliesslich simuliert es die Wirkung einer Kartenentnahme auf das Risiko einer Fehlmenge, was einer nach Gefühl getroffenen Entscheidung eine bezifferte Grundlage gibt.

Zwei Dinge lassen sich nicht delegieren. Die Wiederbeschaffungszeit und der Sicherheitszuschlag beschreiben eine bestimmte Werkstatt mit ihren Transportrisiken, ihren Rüstvorgängen und der Zuverlässigkeit ihres Lieferanten; ein Modell, das zu ihrer Festlegung aufgefordert wird, erzeugt einen plausiblen Wert ohne Herkunft, der in Fehlmengen bezahlt wird. Ein Modell, das den Verbrauch eines Arbeitsplatzes vorhersagen kann, lädt dazu ein, vor der Rückkehr des Signals nachzuliefern, und stellt damit das Schiebeprinzip wieder her, das die Technik beseitigt. Die Prognose dient der Dimensionierung des Regelkreises; die Auslösung bleibt beim Signal. Die Verbrauchshistorien tragen auch die Mengen der Endkunden und die Preise der Lieferanten: Sie werden vor jeder Übermittlung an einen externen Dienst anonymisiert.

Beispiele

Ein Zulieferer aus dem Jurabogen, der Präzisionsbaugruppen montiert, führt jede seiner Artikelnummern für Verbindungselemente und Federn in einem Zwei-Behälter-Regelkreis an der Linie. Das Artefakt, das die Technik erzeugt, ist das Etikett des Regelkreises.

Das Lager erhält für diese Artikelnummer keine schriftliche Anforderung. Der in der Rückgabezone abgestellte leere Behälter ist der gesamte Auftrag: Sein Etikett sagt, was, wie viel und für welchen Arbeitsplatz. Die beiden Behälter binden CHF 98.00 an Material, sieben Tage Verbrauch bei einer Wiederbeschaffungszeit von drei Tagen. Diese Verdoppelung ist der Preis der Zwei-Behälter-Form, in der jeder Behälter die Wiederbeschaffungszeit allein abdeckt.

Das Lager geht danach von einer täglichen Abholung zu einer Abholung alle zwei Tage über und die Wiederbeschaffungszeit steigt auf vier Arbeitstage. Der Behälter im Einsatz muss von da an 40 × 4 × 1,15 = 184 Stück abdecken, ausserhalb des Gebindes von 140. Die Werkstatt behält das Gebinde bei und nimmt einen dritten Behälter in den Regelkreis: Zwei Behälter bleiben am Arbeitsplatz, während der dritte zur Wiederbeschaffung abgeht, also 280 verfügbare Stück bei einem Bedarf von 184.

Dieselbe Logik führt einen Bestand an medizinischem Verbrauchsmaterial auf einer Pflegestation, zwei etikettierte Behälter je Artikel im Schrank, wobei die Pflegefachperson den leeren Behälter obenauf legt. Gefertigt wird dort nichts.

Visualisierungen

Die Abbildung stellt die beiden Anordnungen auf zwei Ebenen einander gegenüber. Die Ware läuft in beiden Fällen von links nach rechts. Der Pfeil des Auslösers zeigt im Schiebeprinzip zum nachgelagerten Arbeitsplatz, von der Feinplanung zu jedem Arbeitsplatz; im Ziehprinzip zeigt er zum vorgelagerten, vom verbrauchenden Arbeitsplatz zu seinem Lieferanten. Die Umkehr dieses zweiten Pfeils ist das, was die Abbildung sichtbar machen muss.

Der Zwei-Behälter-Regelkreis wird als geschlossener Kreis gezeichnet: der Behälter im Einsatz am Arbeitsplatz, der leere Behälter in der Rückgabezone, der Weg zum liefernden Lager, die Rückkehr des vollen Behälters. Das Ereignis, das den Kreis schliesst, der sich leerende Behälter, trägt sein Etikett mit der Menge, was die Zeichnung an die Dimensionierungsrechnung bindet.

Aufwand

Werkzeuge

Behälter und laminierte Etiketten sind die vollständige Ausrüstung eines internen Regelkreises. Eine vom Arbeitsplatz aus sichtbare Rückgabezone und ein Standardgebinde genügen, um das Signal umlaufen zu lassen, ohne Lizenz und ohne Netzwerk. Damit beginnt man auch in einem gut ausgerüsteten Werk: Der physische Regelkreis wird korrigiert, indem ein Etikett gewechselt wird.

Kanban-Karten mit Barcode oder QR-Code ergänzen die Rückverfolgbarkeit, wenn das liefernde Lager weit vom Arbeitsplatz entfernt liegt. Das Scannen des Kanban beim Abgang und bei der Ankunft liefert die tatsächliche Wiederbeschaffungszeit je Bewegung, jene Messung, von der die gesamte Dimensionierung abhängt.

Die Kanban-Module der ERP-Systeme, darunter SAP S/4HANA, das die Funktion unter diesem Namen führt, halten elektronische Regelkreise: Der Arbeitsplatz meldet den Behälter leer, das System gibt den Nachschubauftrag aus und bewahrt die Historie auf. Sie eignen sich für Regelkreise zwischen Standorten oder mit externen Lieferanten. Der Name führt in die Irre: In vielen Verwaltungswerkzeugen bezeichnet "Kanban-Ansicht" eine Spaltenanzeige ohne Ziehregel. Das Risiko der echten Module liegt darin, hinter dem Vokabular eine klassische Feinplanung wiederherzustellen: Der Auftrag geht dann wieder von der Materialbedarfsplanung aus.

Lieferantenportale dehnen den Regelkreis unter Rahmenvertrag über das Unternehmen hinaus aus: Der leere Behälter löst eine Lieferung auf einem bereits ausgehandelten Vertrag aus, ohne dass Stück für Stück eine Bestellung zu erstellen wäre.

Eine Tabellenkalkulation bleibt das Werkzeug der Dimensionierung. Sie trägt den aufgenommenen Verbrauch, die gemessene Wiederbeschaffungszeit, den Zuschlag und die erhaltene Menge für jede Artikelnummer, was die periodische Neuberechnung tragbar hält.

Quellen

• Taiichi Ohno, Toyota Production System: Beyond Large-Scale Production, Productivity Press, 1988, Kap. 1 "Starting from Need": die beiden Säulen des Toyota-Produktionssystems, Just-in-time und Jidoka, sowie der Rang der Überproduktion unter den Verschwendungsarten. Der Abschnitt "An Idea from the U.S. Supermarket" desselben Kapitels trägt den Ursprung des Mechanismus, die Analogie zum Supermarkt und die beiden Regeln der Entnahme durch den nachgelagerten Arbeitsplatz und der Fertigung allein der entnommenen Menge.
• Lean Enterprise Institute, Lexicon: Kanban: die Definition des Kanban als Signalmittel, das die Freigabe und die Anweisungen zur Fertigung oder zur Entnahme in einem Pull-System trägt.
• Lean Enterprise Institute, Lexicon: Pull Production: der Gegensatz zwischen Schiebeprinzip und Ziehprinzip sowie die drei Anwendungsformen, darunter das Ziehprinzip vom Typ Supermarkt, zu dem das Zwei-Behälter-System gehört.
• American Society for Quality, Quality Glossary: Kanban: die Formulierung des Kartenzyklus, der zu seiner Quelle zurückkehrt und dort als Nachschubauftrag gilt.