One-Piece-Flow und Arbeitszellen

Ziel

Der One-Piece-Flow verkürzt die Durchlaufzeit (lead time) eines Prozesses, die Zeit zwischen dem Eintritt einer Einheit und ihrem Austritt. Er beseitigt die Wartezeiten zwischen den Schritten, in denen diese Zeit verloren geht. In einer Organisation mit Losen bearbeitet jeder Schritt einen ganzen Stapel, bevor er ihn weitergibt: Jede Einheit wartet dort, bis der Schritt den Rest ihres Loses bearbeitet hat.

Die US-Umweltschutzbehörde EPA beschreibt diese Arbeitsweise "in Losen und Warteschlangen" (batch and queue) in ihrer Dokumentation zur Zellenfertigung. Der Betrieb produziert auf Prognose statt auf Bestellung. Der Umlaufbestand, also die begonnenen und noch nicht fertigen Einheiten, wartet zwischen den Abteilungen. Jede Abteilung fertigt lange Serien desselben Produkts, um ihre Stückkosten zu senken und selten umzurüsten.

Die Technik entscheidet, wo die Arbeitsplätze stehen, wie viele Personen die Zelle besetzen und welche Lose wegfallen. Ihr Arbeitsergebnis ist die Auslegung der Zelle: der heutige Weg der Einheit, die neue Anordnung, die Aufteilung der Schritte auf die Personen und die vorher und nachher gemessene Durchlaufzeit.

Sie gilt im Büro wie in der Werkstatt. Eine Kontoeröffnung, eine Lieferantenrechnung oder ein Leistungsantrag durchläuft Abteilungen, die nach Funktionen organisiert sind, und jede Abteilung gibt per Stapel oder per Ablagekorb weiter. Die Umgestaltung zeigt, dass dieses Los eine Entscheidung der Organisation ist.

Womack und Jones formulieren fünf Prinzipien: den Wert aus Sicht des Kunden bestimmen, den Wertstrom identifizieren, diesen Strom ohne Unterbrechung fliessen lassen, ihn vom Kunden ziehen lassen, Perfektion anstreben. Der One-Piece-Flow setzt das dritte um. Das Value Stream Mapping identifiziert den Strom und beziffert seine Wartezeiten vor der Umgestaltung. Wo zwei Schritte nicht Stück für Stück aneinander anschliessen können, verbindet sie ein Kanban-Pull-System.

Einsatz

Wann einsetzen

• Lange Durchlaufzeit für wenig Arbeit: ein Dossier, das 40 Minuten Arbeit braucht und nach fünf Tagen fertig ist.
• Stapel und Ablagekörbe zwischen den Abteilungen: Der sichtbare Umlaufbestand zeigt die Übergaben in Losen.
• Fehler, die erst mehrere Schritte später auffallen: Im Fluss sieht der nächste Schritt den Fehler schon an der ersten Einheit.
• Produktfamilie mit gemeinsamem Weg: dieselben Schritte in derselben Reihenfolge, in genügender Menge, um ein eigenes Team auszulasten.
• Schwankende Nachfrage: Die U-Zelle nimmt Personen hinzu oder gibt sie ab, ohne ihre Anordnung zu ändern.
• Umzug oder Reorganisation einer Abteilung: die Arbeitsplätze nach dem Fluss statt nach dem Organigramm anordnen.

Wann nicht einsetzen

• Lange Umrüstung zwischen Varianten: Jeder Variantenwechsel würde die Rüstzeit kosten; sie zuerst mit SMED verkürzen.
• Geringe Menge und lauter verschiedene Wege: Keine Familie rechtfertigt eine Zelle; die funktionale Anordnung beibehalten und die Warteschlangen mit einem Kanban-Board und seinen WIP-Limiten begrenzen.

Beschreibung

Los und Fluss

Das Lean Enterprise Institute (LEI), von James Womack gegründet, definiert den kontinuierlichen Fluss: eine Einheit nach der anderen (oder ein kleines, gleichbleibendes Los) so kontinuierlich wie möglich durch eine Folge von Schritten produzieren und bewegen. Jeder Schritt macht nur, was der nächste Schritt von ihm verlangt. Als Synonyme nennt das LEI one-piece flow und make one, move one: eine Einheit machen, sie weitergeben.

Fünf Dossiers durchlaufen vier Schritte von je 10 Minuten, jeder mit einer Person besetzt. In Losen bearbeitet jeder Schritt alle fünf Dossiers, bevor er den Stapel weitergibt. Das erste Dossier ist nach 160 Minuten fertig, das letzte nach 200. Im One-Piece-Flow ist das erste Dossier nach 40 Minuten fertig, das letzte nach 80.

Die Arbeit ist in beiden Fällen dieselbe: 200 Minuten. In Losen verbringt das erste Dossier 40 seiner 160 Minuten in Bearbeitung und 120 in einem Stapel.

Das Los lässt Fehler auch später auffallen. Ein wiederholter Fehler, etwa ein falscher Parameter oder ein veraltetes Formular, betrifft jedes Dossier, das Schritt 1 bearbeitet. Schritt 2 bemerkt ihn, wenn er sein erstes Dossier abschliesst: in Losen nach 60 Minuten, wenn alle fünf Dossiers ihn schon enthalten; im Fluss nach 20 Minuten, wenn zwei Dossiers ihn enthalten.

Die Arbeitszelle

Das LEI definiert die Zelle als Anordnung der Bearbeitungsschritte eines Produkts unmittelbar nebeneinander, sodass Teile oder Dokumente in nahezu kontinuierlichem Fluss bearbeitet werden, einzeln oder in kleinen Losen gleichbleibender Grösse über die ganze Abfolge. Es hält fest, dass viele Unternehmen "Zelle" und "Linie" gleichbedeutend verwenden.

Die Zelle ist das Gegenstück zur funktionalen Anordnung, die die Arbeitsplätze nach Funktion oder nach Maschine gruppiert: alle Prüfungen auf einem Stockwerk, die ganze Erfassung auf einem anderen. In dieser Anordnung optimiert jede Abteilung ihre eigene Leistung, und die Einheit durchquert die Stockwerke in Stapeln. Die Zelle gruppiert die Arbeitsplätze nach Produkt. Von den acht Verschwendungsarten beseitigt sie den Transport zwischen den Abteilungen, das Warten in den Warteschlangen, die Umlaufbestände und die Bewegungen der Personen.

Die U-Form ist die häufigste. Nach dem LEI verkürzt sie die Wege der Mitarbeitenden und lässt ihre Zahl mit der Nachfrage schwanken. Sie stellt den ersten und den letzten Arbeitsplatz nebeneinander, und dieselbe Person kann beide besetzen, was den Arbeitsrhythmus gleichmässiger macht.

In der Zelle beherrscht jede Person mehrere Schritte: Wer das Dossier eröffnet, schliesst es auch ab. Die Belastung jeder Person liegt höchstens bei der Taktzeit, dem Rhythmus der Nachfrage. Das LEI definiert sie als verfügbare Produktionszeit geteilt durch die Kundennachfrage. Ein Arbeitstag von 480 Minuten für 30 Dossiers ergibt eine Taktzeit von 16 Minuten. Eine Person mit mehr als 16 Minuten Arbeit pro Dossier baut vor ihrem Arbeitsplatz eine Warteschlange auf.

In der Bank der Abbildung besetzen drei Personen fünf Arbeitsplätze. Sinkt die Nachfrage auf 24 Dossiers pro Tag, steigt die Taktzeit auf 20 Minuten, und zwei Personen genügen: Die eine übernimmt die Schritte 1 und 3 (18 Minuten), die andere die Schritte 2, 4 und 5 (20 Minuten, genau die Taktzeit). Bei 40 Dossiers pro Tag sinkt die Taktzeit auf 12 Minuten, die Dauer von Schritt 3. Dann genügen vier Personen: A behält die Schritte 1 und 5 (11 Minuten); die Schritte 2, 3 und 4 erhalten je eine Person. Bei höherer Nachfrage übersteigt Schritt 3 die Taktzeit; sein Arbeitsplatz braucht dann eine zweite Person.

Ein Team, das teilweise im Homeoffice arbeitet, baut die Zelle in seiner Workflow-Software: ein eigenes Team, eine Warteschlange pro Familie und eine WIP-Limite von einem Dossier pro Schritt, sichtbar auf einem Kanban-Board.

Die Umgestaltung durchführen

Die EPA beschreibt drei Schritte: den Ist-Zustand verstehen, zu einer prozessorientierten Anordnung in U- oder C-Form mit kurzen Rüstzeiten und Anlagen in passender Grösse übergehen, dann kontinuierlich verbessern. Ein Team kann die Umgestaltung einer Familie in einem Kaizen-Event von wenigen Tagen durchführen, mit Personen aus den betroffenen Abteilungen.

1. Eine Familie wählen. Die Einheiten, die dieselben Schritte in derselben Reihenfolge durchlaufen: die Kontoeröffnungen für Privatkunden, die Lieferantenrechnungen mit Bestellbezug. Seltene Fälle bleiben in der bestehenden Organisation. Die Nachfrage pro Tag beziffern und daraus die Taktzeit ableiten.
2. Eine reale Einheit von Anfang bis Ende verfolgen. Für jeden Schritt die Arbeitszeit, die Wartezeit davor, die Abteilung und das Stockwerk notieren. Ein Spaghettidiagramm auf dem Grundriss zeigt das Hin und Her. Nach der EPA umfasst der Ist-Zustand das Produktspektrum, den Fluss, die Zykluszeiten und die Beweglichkeit der Anlagen.
3. Die heutige Anordnung ausblenden. Die Schritte in ihrer Reihenfolge auslegen, als könnten sie sich berühren. Mauern, Stockwerke, das Organigramm und die Zuordnung der Arbeitsplätze zu Abteilungen sind Einschränkungen, die das Team danach einzeln bespricht.
4. Die Schritte zu einer Zelle zusammenfassen. Die Arbeitsplätze in der Reihenfolge der Schritte in U-Form aufstellen, den Eingang neben dem Ausgang. Die Schritte so auf die Personen verteilen, dass keine Belastung über der Taktzeit liegt. Das Transferlos auf ein Dossier festlegen: Jeder Arbeitsplatz bearbeitet ein Dossier auf einmal; zwischen zwei Arbeitsplätzen fasst ein Übergabeplatz nur eines.
5. Die Ressourcen für kleine Lose dimensionieren. Eine Anlage für grosse Lose bringt das Los zurück: der Produktionsscanner, der fünfzig Dossiers auf einmal digitalisiert, der zentrale Drucker, die IT-Verarbeitung, die nur nachts läuft. Die Zelle erhält Anlagen in ihrer Grösse, mit kurzen Rüstzeiten. SMED verkürzt diese Umrüstungen.
6. Messen und verbessern. Wie die EPA verlangt, die Zelle am Zustand messen, der in Schritt 2 erhoben wurde: Durchlaufzeit, Umlaufbestand, Belastung pro Person. Die Standardarbeit jedes Arbeitsplatzes schreiben und jede Person an mehreren Arbeitsplätzen schulen. Für die kontinuierliche Verbesserung nennt die EPA Kaizen, Total Productive Maintenance (TPM) und Six Sigma.

Das kleine Los, wenn die einzelne Einheit ausser Reichweite ist

Das Los von einer Einheit ist das Ziel. Die Definition des LEI lässt ein kleines, gleichbleibendes Los zu. Manche Schritte erzwingen ein Los: eine Maschine mit langer Rüstzeit, ein externes Labor, das seine Resultate einmal pro Tag liefert, ein Lieferant, der jeden Morgen liefert. Die Zelle verkleinert das Los dann auf die kleinste Grösse, welche die Einschränkung zulässt, und misst, was es an Durchlaufzeit kostet. Nach dem Schritt, der das Los erzwingt, setzt der Fluss wieder ein.

Fallstricke

Die Büros zusammenrücken, ohne das Los aufzulösen. Die Arbeitsplätze stehen nebeneinander, doch das Transferlos bleibt der Ablagekorb mit zwanzig Dossiers. Die Zelle behält dann die Durchlaufzeit der alten Organisation.

Jede Person an ihrer Einzelleistung messen. Eine so gemessene Person füllt Stapel, um beschäftigt zu bleiben. Die Zelle misst sich an ihren fertigen Einheiten und an ihrer Durchlaufzeit.

Einen Arbeitsplatz über der Taktzeit lassen. Neu ausgleichen: die Schritte anders verteilen, den Arbeitsplatz doppelt besetzen oder den Schritt verkürzen.

Das Los in der Informatik belassen. Eine Software, welche die Dossiers paketweise zuteilt, erzwingt ein Los, das die Möbel nicht zeigen. Eine Nachtverarbeitung erzwingt ein Los von einem Tag. Die Umgestaltung parametriert auch die Werkzeuge.

Beim Zusammenlegen der Schritte eine Kontrolle verlieren. Im Büro bleiben das Vier-Augen-Prinzip und die Funktionstrennung nach dem Zusammenlegen Pflicht: Wer ein Dossier erfasst, gibt es nicht frei. Die Verteilung der Schritte hält beide ein, und die Compliance-Abteilung genehmigt sie vor dem Umzug.

Zu wenige Personen schulen. Eine Zelle, in der für einen Schritt nur eine Person geschult ist, steht bei der ersten Abwesenheit still. Für jeden Schritt sind mindestens zwei Personen geschult, und eine Qualifikationsmatrix zeigt es.

KI-Überlegungen

Das Ereignisprotokoll einer Workflow-Software liefert für jedes Dossier die Zeit des Ein- und Austritts bei jedem Schritt. Ein Process-Mining-Werkzeug ermittelt daraus die Durchlaufzeit und für jeden Schritt die Arbeitszeit, die Wartezeit und den Umlaufbestand der Warteschlange. Lose werden dort sichtbar: Dossiers, die einen Schritt zu Dutzenden zu einer festen Uhrzeit verlassen, sind im Stapel gewandert. Ein Sprachmodell, das die Zeiten pro Schritt und die Taktzeit erhält, schlägt Aufteilungen der Schritte auf die Personen vor und entwirft eine erste Standardarbeit für jeden Arbeitsplatz.

Das Protokoll erfasst nur, was durch die Software läuft. Der Papierstapel, der Gang zum Scanner und der Anruf bei der Kollegin fehlen darin: Das Team verfolgt weiterhin ein reales Dossier vor Ort. Das Modell kennt die Kompetenzen der Personen und die Regeln der Funktionstrennung erst, wenn das Team sie ihm liefert. Das Team rechnet jede vorgeschlagene Belastung in der Tabellenkalkulation gegen die Taktzeit nach. Das Team und die Compliance legen die Aufteilung fest.

In einer Bank schützt das Bankgeheimnis die Kundendaten: Art. 47 des Bankengesetzes (BankG) bestraft den Angestellten, der ein Geheimnis offenbart, das er in seiner Funktion erfahren hat. Bevor es Daten an ein externes Modell sendet, extrahiert das Team nur die Zeitstempel und die Schrittcodes. Es fasst die Zeiten pro Schritt statt pro Person zusammen: Art. 26 der Verordnung 3 zum Arbeitsgesetz (ArGV 3) verbietet Systeme, die das Verhalten der Arbeitnehmenden am Arbeitsplatz überwachen sollen.

Beispiele

Auslegungsblatt einer Zelle für die Eröffnung von Privatkundenkonten in einer Bank. Die Nachfrage beträgt 30 Dossiers pro Tag; bei einem Arbeitstag von 480 Minuten beträgt die Taktzeit 16 Minuten. Für jeden Schritt stellt die Tabelle die funktionale Organisation neben die Zelle.

Die Belastungen bleiben unter der Taktzeit von 16 Minuten: A übernimmt die Schritte 1 und 5 (11 Minuten), B die Schritte 2 und 4 (15 Minuten), C den Schritt 3 (12 Minuten). Die Vier-Augen-Kontrolle bleibt bestehen: B gibt die Erfassung von C frei.

B bestimmt mit 15 von 16 Minuten den Rhythmus der Zelle: Steigt die Nachfrage, teilt das Team zuerst die Belastung von B auf zwei Personen auf. A behält 5 Minuten Reserve.

Nach Littles Gesetz ist der mittlere Umlaufbestand gleich dem Durchsatz mal der Durchlaufzeit. Bei 30 Dossiers pro Tag und 4,5 Arbeitstagen Wartezeit liegen 135 Dossiers in den Ablagekörben der funktionalen Organisation. In der Zelle wartet die Tagespost vor P1. Im Innern fassen fünf Arbeitsplätze und vier Übergabeplätze höchstens neun Dossiers. Im Rhythmus von B, ein Dossier alle 15 Minuten, ist das erste Dossier nach 38 Minuten fertig, das dreissigste nach 38 + 29 × 15 = 473 Minuten, noch vor Ende des Arbeitstags.

Visualisierungen

Das Diagramm von Los und Fluss legt die fünf Dossiers der Beschreibung auf eine Zeitachse: oben in Losen, unten im One-Piece-Flow. Das Anordnungsdiagramm zeigt die Bank des Beispiels in zwei Grundrissen: links nach Funktion, mit einem Ablagekorb bei jeder Übergabe; rechts als U-Zelle. Das Auslegungsblatt ist eine Tabelle: eine Zeile pro Schritt, die funktionale Organisation und die Zelle in Spalten. Das Yamazumi-Diagramm zeigt die Reserve jeder Person unter der Linie der Taktzeit.

Aufwand

Werkzeuge

Ein Grundriss und ein Bleistift genügen, um den heutigen Weg zu zeichnen. Die Analyse der Arbeitsplatzanordnung erfasst darauf die Distanzen und die Wege. Eine Tabellenkalkulation enthält die Zeiten pro Schritt, die Taktzeit und die Belastung jeder Person. Ein Yamazumi-Diagramm (operator balance chart) stapelt die Schritte jeder Person gegen eine Linie auf Höhe der Taktzeit und zeigt, welche Arbeitsplätze neu auszugleichen sind. Um eine Anordnung zu testen, bevor es die Möbel verschiebt, markiert das Team die Arbeitsplätze mit Klebeband am Boden und lässt einige Dossiers hindurchlaufen. Eine Software zur Flusssimulation lohnt sich, wenn der Bau der Zelle teuer ist, etwa weil dafür Maschinen verschoben werden müssen. Im Büro legt die Parametrierung der Workflow-Software das Transferlos ebenso fest wie die Anordnung.

Quellen

• Taiichi Ohno, Toyota Production System: Beyond Large-Scale Production, Productivity Press, 1988 (japanische Originalausgabe 1978): das Produktionssystem von Toyota, in dem der One-Piece-Flow entstand.
• James P. Womack und Daniel T. Jones, Lean Thinking: Banish Waste and Create Wealth in Your Corporation, Simon & Schuster, 1996: die fünf Prinzipien des Lean Thinking und der Fluss als drittes Prinzip.
• Lean Enterprise Institute, Continuous Flow, Lean Lexicon: die Definition des kontinuierlichen Flusses, das kleine gleichbleibende Los und die Synonyme one-piece flow und make one, move one.
• Lean Enterprise Institute, Cell, Lean Lexicon: die Definition der Zelle, die Gründe für die U-Form und die gleichbedeutende Verwendung von "Zelle" und "Linie".
• Lean Enterprise Institute, Takt Time, Lean Lexicon: die Definition der Taktzeit, verfügbare Produktionszeit geteilt durch die Nachfrage.
• Lean Enterprise Institute, Lean Thinking and Practice, Lean Lexicon: die fünf Prinzipien von Womack und Jones.
• United States Environmental Protection Agency, Lean Thinking and Methods: Cellular Manufacturing: die Arbeitsweise in Losen und Warteschlangen; die drei Schritte der Umstellung auf Zellen, vom Ist-Zustand bis zur kontinuierlichen Verbesserung.
• Verordnung 3 zum Arbeitsgesetz (ArGV 3), SR 822.113, Art. 26: das Verbot von Systemen, die das Verhalten der Arbeitnehmenden am Arbeitsplatz überwachen sollen.
• Bundesgesetz über die Banken und Sparkassen (Bankengesetz, BankG), SR 952.0, Art. 47: das Bankgeheimnis.