L
ET
’
S
P
OLCA
?
Een case studie georiënteerd onderzoek naar de praktische
toepasbaarheid van Polca als innovatief material control systeem
Auteur: Jacob Pieffers
Groningen, augustus 2005
Rijksuniversiteit Groningen
In opdracht van:
Clusters Ontwerp van Productiesystemen
& Productiemanagement
Intern afstudeeronderzoek voor
clusters Ontwerp van Productiesystemen & Productiemanagement
Auteur: Jacob Pieffers
Studentnummer: 1358308
Opleiding: Technische Bedrijfswetenschappen
Faculteit Bedrijfskunde Rijksuniversiteit Groningen
In opdracht van: Cluster Ontwerp van Productiesystemen Met medewerking van: Eaton Holec General Supplies, Hengelo
Parker Filtration BV, Arnhem Power-Packer BV, Oldenzaal
Begeleiders: Dr. J. Riezebos (Cluster Ontwerp van Productiesystemen) Dr. M.J. Land (Cluster Productiemanagement)
Voorwoord
Voor u ligt het onderzoeksrapport dat ik heb uitgevoerd in het kader van de afronding van de studie Technische Bedrijfswetenschappen aan de Rijksuniversiteit Groningen Het onderzoek is uitgevoerd bij de clusters Ontwerp van Productiesystemen en Productiemanagement. Het doel van dit onderzoek is het verkrijgen van inzicht in de theoretische achtergronden en praktische toepassingsmogelijkheden van Polca, als nieuw material control systeem.
Zonder de steun van een groot aantal mensen was de uitvoering van dit onderzoek niet mogelijk geweest. Mijn dank gaat uit naar een ieder die een bijdrage heeft geleverd aan de totstandkoming van dit rapport. In het bijzonder wil ik de begeleiding vanuit de faculteit Bedrijfskunde bedanken. Ten eerste Jan Riezebos voor de vele nuttige en interessante gesprekken en discussies die ik met hem heb gevoerd. Zijn heldere kijk op het onderwerp en de theoretische achtergronden van Polca waren voor mij van grote waarde om tot dit eindresultaat te komen. Ten tweede wil ik Martin Land bedanken voor zijn bereidheid om dit, volgens zijn woorden “groot werk” te doorgronden en mij te voorzien van nuttige feedback.
Verder gaat mijn dank uit naar de betrokken vanuit de participerende bedrijven: - Han Busschers, Eaton Holec General Supplies te Hengelo;
- René van Assen, Power-Packer BV te Oldenzaal; - Frank te Hennepe, Parker Filtration BV te Arnhem.
Tot slot wil ik mijn ouders bedanken voor hun onvoorwaardelijke steun die ik tijdens mijn studie, en vooral mijn afstuderen, heb ontvangen.
Groningen, augustus 2005 Jacob Pieffers
Samenvatting
Dit onderzoek was gericht op het verkrijgen van inzicht in Polca, als innovatief materiaalbeheersings-systeem. Dit in Amerika ontworpen systeem beoogt tegemoet te komen aan de tekortkomingen van de traditionele systemen en lijkt een oplossing te zijn voor aansturing van materialen in een complexe en dynamische productieomgeving. Dergelijke productieomgevingen laten zich ook wel omschrijven als
make-to-order (MTO) of engineer-to-order (ETO).
Uit het verrichte vooronderzoek is gebleken dat traditionele beheersingssystemen zoals MRP (push) en Kanban (pull) niet voldoende in staat zijn om de gebruikelijke problemen in een MTO of ETO omgeving op te vangen. Deze systemen bieden vaak weinig flexibiliteit om veranderingen in de vraag naar producten en productsamenstellingen op te vangen. Daarnaast resulteren deze systemen veelal in onnodig hoge (tussen)voorraden en lange wachtrijen, met als gevolg een evenredige stijging van de totale productiedoorlooptijd.
Het Polca systeem probeert deze problemen op te vangen door de productieorganisatie als geheel flexibel in te richten en daarmee bestand te zijn tegen onzekerheden uit de markt. De basis voor flexibiliteit wordt gelegd doordat het Polca systeem uitgaat van een zogenaamde cellulaire productie-omgeving. Een dergelijke productiestructuur stelt de organisatie in staat uiteenlopende klantgerichte orders te realiseren.
De effectiviteit van het Polca systeem wordt volgens de theorie bepaald doordat het systeem gebruik maakt van een aantal technieken dat verwantschap heeft met traditionele push en pull systemen. Zo dient push, in de vorm van een MRP systeem, bij te dragen aan de planning van productieorders tussen opeenvolgende cellen, opdat producten tijdig aan de klant kunnen worden geleverd. De pull techniek, in de vorm van terugkerende autorisatiekaarten, zorgt daarnaast voor communicatie en sturing op de werkvloer en draagt bij aan de beheersing van de werklast tussen twee opeenvolgende cellen. Verondersteld wordt dat het Polca systeem wél in staat is om de beschreven problemen op te vangen. Het Polca systeem is nog steeds in ontwikkeling. Theoretisch gezien is het systeem een goed idee, maar er is nog weinig praktijkinzicht dat aantoont dat het systeem goed functioneert. Om de praktische bruikbaarheid van het Polca systeem dan ook te onderzoeken, zijn gedurende een half jaar drie case studies uitgevoerd bij Nederlandse productiebedrijven. Het belangrijkste doel van deze case studies is het ontwikkelen van inzicht in de bedrijfsspecifieke omstandigheden die implementatie van Polca momenteel in de weg staan (ofwel het opsporen van de beperkingen: doelstelling onderzoek).
Zowel voor de selectie van de productiebedrijven als de uitvoering van de case studies is nadrukkelijk uitgegaan van een onderzoeksmodel met alle relevante theoretische criteria ten aanzien van het Polca systeem. Door de drie gekozen productiebedrijven te toetsen op al deze criteria is geprobeerd om zowel de generaliseerbaarheid als de betrouwbaarheid van dit onderzoek te garanderen.
Voor het verzamelen van de juiste informatie is tijdens de case studies uitgegaan van een gestructu-reerde vragenlijst, die direct gerelateerd is aan de criteria uit het onderzoeksmodel. Na beantwoording van deze vragen, aan de hand van observaties van het productieproces en het afnemen van open interviews, is inzicht gekregen in de bedrijfsspecifieke omstandigheden die bij toepassing van Polca relevant worden geacht. De verzamelde informatie is vervolgens geordend in drie bedrijfsspecifieke case studie verslagen. De onderwerpen die centraal staan in de verslagen zijn: bedrijfsoverzicht, productassortiment en vraag vanuit de markt, de productiestructuur en wijze van materiaalbeheersing. Voor het analyseren van de resultaten (ofwel de drie case studie verslagen) is gebruik gemaakt van een stapsgewijze procedure, bestaande uit zeven fasen. Deze procedure werd gebruikt als leidraad voor de analyses en omvat een handleiding voor het ontwerpen van een zogenaamd “Polca raamwerk”. Dit systeemontwerp is nuttig gebleken voor het creëren van inzicht in de toepassingsmogelijkheden en beperkingen van het Polca systeem. Het raamwerk is dus gebruikt als bril waarmee naar een specifiek productieproces werd gekeken.
viii
In totaal werden voor dit onderzoek een negental Polca raamwerken ontwikkeld. Zes daarvan hebben betrekking op de productiesituatie van Eaton Holec (General Supplies). Bij vier van de zes raam-werken zijn diverse kenmerken of productieomstandigheden ontdekt, die een beperking leggen op de toepasbaarheid of effectiviteit van Polca. In de raamwerken van de zogenaamde Hoofdstroomgeleiders en de Koperstraat werden geen beperkingen ontdekt. Voor deze twee afdelingen biedt Polca dus uitkomst als systeem voor de beheersing van de materiaalstromen.
Het tweede bedrijf is Power-Packer BV. Dit bedrijf produceert uiteenlopende soorten en maten hydraulische cilinders en heeft als doelstelling om de beheersing van de materiaalstromen richting het assemblagetrajectteverbeteren.OmhiereenoplossingvoortevindeniseentweetalPolca-raamwerken ontwikkeld. Het eerste raamwerk bleek theoretisch gezien ideaal te zijn, maar de praktijksituatie legde een beperking op de functionaliteit van het Polca systeem. Daarom is een tweede raamwerk ontwik-keld. Dit scenario bleek wél geschikt te zijn om de beoogde doelstelling voor implementatie van Polca te bereiken. Het ontwikkelen van een Polca-implementatieprogramma is nuttig oor Power-Packer. Het laatste Polca-raamwerk is ontwikkeld voor het derde productiebedrijf; Parker Filtration BV. Dit raamwerk bood inzicht in de mogelijkheden om de voorraden tussen de afzonderlijkde productiestadia voorbewerking, voormontage en assemblage, te verlagen. Daarnaast kan Polca bijdragen als coördinatiemechanisme voor de materiaalstromen richting de voormontage- en de assemblagecellen. De productiesituatie leverde echter nog te veel beperkingen op om implementatie van Polca mogelijk maken.
Na uitvoering van de drie case studies en het ontwerpen van de Polca-raamwerken zijn een tiental omstandigheden/kenmerken ontdekt die een beperking leggen op de implementatie of effectiviteit van het Polca systeem. Met het opsporen van deze beperkingen is een antwoord gegeven op de doelstelling van dit onderzoek. Voor een overzicht van deze beperkingen verwijs ik u naar de concluderende paragraaf van hoofdstuk 8.
De ontwikkelde procedure voor het analyseren van de case studie verslagen is nuttig gebleken voor het ontdekken van de Polca-beperkingen. Deze procedure is vervolgens, aan de hand van het verkregen inzicht in de toepassingsmogelijkheden en beperkingen van Polca, aangepast en tot een definitief ontwerp. Dit instrument, ofwel de Polca Scanning Tool, maakt het mogelijk om op korte termijn te onderzoeken in hoeverre een productiebedrijf klaar is voor Polca en welke operationele veranderingen eventueel moeten worden doorgevoerd om implementatie van Polca mogelijk te maken. De definitieve Polca Scanning Tool staat vermeld in bijlage G.
Inhoudsopgave
Voorwoord ... v
Samenvatting... vii
Inhoudsopgave ... ix
Hoofdstuk 1 Inleiding ... 1
1.1 Achtergrond van het onderzoek ... 1
1.2 Productieaansturing in “de nieuwe markt”... 1
1.3 Doelgroep van het onderzoek... 1
1.4 Leeswijzer onderzoek... 2
Hoofdstuk 2 Inleiding traditionele Material Control Systemen... 3
2.1 Verschil tussen Push en Pull systemen... 3
2.2 Push systemen ... 3
2.2.1 Push: MRP systemen... 3
2.2.2 Kanttekeningen bij MRP systemen ... 5
2.3 Pull systemen ... 6
2.3.1 Pull: Kanban systeem... 7
2.3.2 Pull: Base Stock Control ... 8
2.3.3 Pull: Reorder-Point systeem/ 2-bin systeem... 9
2.4 Productie-seriegroottes bij push en pull ...10
2.5 Voorwaarden, gebruiksregels en principes bij pull ...12
2.5.1 Noodzakelijke voorwaarden voor het realiseren van pull productie ...12
2.5.2 Regels voor het gebruik van pull productie...13
2.5.3 Invloed van het aantal roulerende kanban kaarten en voorraadunits...14
2.5.4 Order prioriteit ...14
2.6 Material Control Systemen in een multi-product situatie...14
2.6.1 Kanban en variabiliteit in productie ...15
2.6.2 Conwip ...15
2.6.3 Tandem Conwip lijnen ...17
2.6.4 Beschermen van bottlenecks ...18
2.6.5 Wat te doen bij afwijkingen in de basiscondities van Conwip...18
2.7 Prestaties van push en pull systemen in een multi-product situatie...19
2.8 Conclusie en vervolg...20
Hoofdstuk 3 Onderzoeksontwerp en -methode ...23
3.1 Aanleiding voor het onderzoek ...23
3.2 Behoefte aan onderzoek Polca ...24
3.2.1 Initiators van het onderzoek ...24
3.2.2 Hoe past dit onderzoek binnen het grotere onderzoeksprogramma?...24
3.3 Probleemstelling...24
3.3.1 Doelstelling ...24
3.3.2 Vraagstelling, centrale hypothese en deelvragen ...25
3.4 Onderzoeksontwerp en –methode ...26
3.4.1 Toelichting onderzoeksontwerp en –methode...27
3.4.2 Generaliseerbaarheid...28
3.4.3 Dataverzameling ...28
3.4.4 Randvoorwaarden ...28
Hoofdstuk 4 Opkomst Quick Response Manufacturing ...29
4.1 Lean Manufacturing ...29
4.1.1 Het realiseren van flow productie ...30
4.1.2 Het realiseren van tacttijden ...30
4.2 Tekortkomingen van Lean Manufacturing...31
4.2.1 Tekortkomingen pull systemen ...31
4.2.2 Tekortkomingen bij vaststellen van tacttijden...31
4.2.3 Tekortkomingen bij realiseren van flow productie...32
4.2.4 Tekortkomingen push (MRP) systemen...32
x
4.3.1 Karakterisering QRM georiënteerde productieafdelingen...33
4.3.2 Cellular Manufacturing ...34
4.3.3 Relaties tussen cellen ...34
4.4 Belangrijkste QRM principes...36
4.4.1 Systeemdynamica...36
4.4.2 Capaciteitsmanagement en het creëren van een flexibele organisatie...37
4.4.3 Doorlooptijd als belangrijkste prestatie-indicator ...38
4.4.4 Push element: High Level MRP (HL/MRP) ...38
4.4.5 Voorspellingen als basis voor capaciteitsplanning...39
4.5 Conclusie en vervolg...40
Hoofdstuk 5 Polca als innovatief material control systeem ...41
5.1 Gebruik van push-element in de vorm van HL/MRP...41
5.1.1 Capaciteitsplanning en bepalen van celdoorlooptijden ...42
5.1.2 Materiaalbevoorrading ...43
5.2 Gebruik van pull-element in de vorm van terugkerende Polca kaarten...43
5.2.1 Introductie lange Polca loops ...44
5.2.2 Lange Polca Loops voor beheersing van de werklast...45
5.2.3 Lange Polca loops voor het benutten van systeemflexibiliteit ...46
5.3 Polca: productievrijgave op basis van push/pull ...46
5.3.1 Bepalen van de hoeveelheid werk op een Polca kaart...47
5.3.2 Bepalen van het aantal Polca kaarten ...47
5.4 Beschrijving en visualisatie van het Polca systeem ...48
5.4.1 Basisvoorwaarden Polca ...48
5.4.2 De werking van de Polca kaarten ...50
5.4.3 Visualisatie van het Polca systeem...51
5.5 Overige ontwerptechnieken...53
5.5.1 Inzet van veiligheidskaarten...53
5.5.2 Overige regels met betrekking tot vrijgave van orders...53
5.5.3 Coördinatie van convergerende trajecten ...54
5.6 Conclusie en vervolg...55
Hoofdstuk 6 Presentatie van de case studies...57
6.1 Operationalisatie en onderzoeksdomein...57 6.1.1 Organisatiekenmerken...57 6.1.2 Structuur productieproces ...58 6.1.3 Materiaalmanagement ...58 6.1.4 Capaciteitsmanagement...59 6.1.5 Conceptueel model...59
6.2 Selectie van de cases en voorbereiding ...59
6.3 Uitvoering van de case studies en data-verzameling...60
6.3.1 Verantwoording van de vragenlijst ...60
6.3.2 Data-verzameling ...61
6.3.3 Structuur van de case studieverslagen...62
6.3.4 Verkennen van de grenzen van toepasbaarheid...62
6.4 Case studie verslag General Supplies...62
6.5 Case studie verslag Power-Packer...75
6.6 Case studie verslag Parker Filtration...85
Hoofdstuk 7 Analyse en interpretatie van de case studies ...95
7.1 Procedure voor analyse van de case studies ...95
7.2 Analyse case studie General Supplies ...97
7.3 Analyse case studie Power-Packer ...105
7.4 Analyse case studie Parker Filtration ...114
7.5 Conclusie...122
7.5.1 Toepassing van Polca bij case studie bedrijven ...122
7.5.2 Beperkingen voor implementatie van Polca...123
7.5.3 Technieken voor vergroten van de toepasbaarheid van Polca...126
Hoofdstuk 9 Conclusies en aanbevelingen ...129
9.1 Resultaten van de deelonderzoeken ...129
9.2 Aanbevelingen voor vervolgonderzoek...131
Literatuur ...133
Bijlage A Definities en gehanteerde afkortingen ...Error! Bookmark not defined. Bijlage B Toelichting transport- en productiekanbansysteem...Error! Bookmark not defined. Bijlage C Toelichting op productietijd en interne verplaatsingstijd ...Error! Bookmark not defined. Bijlage D Polca informatie bulletin ...Error! Bookmark not defined. Bijlage E Case studie: onderzoeksvragen algemeen ...Error! Bookmark not defined. Bijlage F Productieproces Power-Packer ...Error! Bookmark not defined. Bijlage G Ontwerp Polca Scanning Tool...Error! Bookmark not defined. Lijst met gehanteerde figuren ...135
In dit onderzoeksrapport worden vier verwijzingstechnieken gehanteerd:
1 : gebruikte literatuur, opgenomen in de voetnoot van de betreffende pagina (incl. paginanummering) en in de literatuurlijst;
* : geplaatste opmerking of toelichting, opgenomen in de voetnoot van de betreffende pagina; (1) : definitie of begripsomschrijving, opgenomen in bijlage A;
Hoofdstuk 1
Inleiding
1.1
Achtergrond van het onderzoek
Om te overleven in de dynamische en snel veranderende markt zien steeds meer productiebedrijven de noodzaak om hun producten af te stemmen op de wensen en behoeften van de klant. Als gevolg hiervan is duidelijk een omslag te bemerken van assemblage op eindvoorraad (Error! Reference source not found.(1)) en assemblage op order (Error! Reference source not found.(2)) naar het leveren van klantgerichte producten en maatwerk (Error! Reference source not found.(3)). Het kunnen leveren van de zogenaamde “customized products” wordt mede verklaard door de opkomst van diverse ontwerptechnologieën, zoals CAD/CAM en de opkomst van het Internet (Error! Reference source not found.(4)). CAD/CAM stelt productiebedrijven in staat om steeds sneller in te springen op de veranderende vraag van de klant, zonder dat ze hiervoor extreem hoge ontwikkelings- en productiekosten hoeven te maken. Het Internet daarnaast stelt klanten in staat om op eenvoudige wijze gedetailleerde informatie te verschaffen over uiteenlopende productassortimenten. Het Internet biedt zelfs mogelijkheden voor klanten om hun eigen maatwerkproduct samen te stellen op basis van productspecificaties1.
“De nieuwe markt”
Als gevolg van de toekomstige veranderingen in de economische- en de technologische omgeving zal de vraag naar “customized products” alleen maar groter worden. De omgeving waarin de “customized
products” worden afgezet, wordt onder andere gekenmerkt door een steeds groter wordende variëteit
aan eindproducten en variabele vraag voor ieder type product of markt (Suri, 2003). Later in dit onderzoeksrapport zal de omgeving volgens de “nieuwe markt” nog worden toegelicht.
1.2
Productieaansturing in “de nieuwe markt”
Om beter in te springen op de veranderende marktvraag zijn productiebedrijven steeds meer op zoek naar effectievere oplossingen voor beheersing van de interne materiaalstromen. Het aantal strategieën en technieken dat momenteel beschikbaar is voor de beheersing van materiaalstromen is divers. Ter afbakening van deze studie zal daarom met name aandacht worden besteed aan de beheersing van materiaalstromen door middel van Material Control systemen.
Material control systemen zijn gebaseerd op het managen van de interne materialenstromen, zodat de
gewenste levertijden kunnen worden bereikt. Material control systemen kunnen worden geclassificeerd als push systemen (zoals MRP) en pull systemen (zoals Kanban) of als een combinatie van beide systemen; hybride push-pull systemen.
Verderop in dit onderzoeksrapport zal worden ingegaan op het nut van material control systemen en de werking van dergelijke systemen. Zo wordt onder andere gekeken in hoeverre de traditionele push- en pull systemen in staat zijn om effectief te reageren op de veranderende marktvraag. Daarnaast staat de introductie van het hybride push-pull systeem, genaamd Polca, centraal. Polca, als innovatief
material control systeem is speciaal ontworpen voor productieomgevingen als “de nieuwe markt”. Het
belangrijkste uitgangspunt van Polca is het behalen van concurrentievoordeel, middels beheersing van de materiaalstromen in een productieomgeving met een hoge variëteit aan eindproducten en variabele vraag of in een omgeving waarin het leveren van maatwerkproducten centraal staat.
1.3
Doelgroep van het onderzoek
De uitwerking van het onderzoek en de samenstelling van dit onderzoeksrapport is afgestemd op een tweetal relevante doelgroepen. Ten eerste zijn dit de directe betrokkenen vanuit het cluster Ontwerp van Productiesystemen en Productiemanagement aan de Rijksuniversiteit Groningen (RuG). Het onderzoek is voor deze doelgroep relevant, omdat het een bijdrage kan leveren aan de ontwikkeling van het theoretische Polca systeem op zich. Naast het verkrijgen van inzicht in de theoretische kant
1
Suri, R., QRM and POLCA: A Winning Combination for Manufacturing Enterprises in the 21st Century, Technical Report, Center for Quick Response Manufacturing, May 2003, p. 1-2
Hoofdstuk 1 Inleiding | 2
van Polca, stelt dit onderzoek zich ten doel om de praktische kant van Polca én de mogelijkheden tot implementatie van het Polca systeem te verkennen. Het onderzoek is hierbij gebaseerd op een drietal case studies bij Nederlandse productiebedrijven. Deze productiebedrijven vormen de tweede relevante doelgroep. De uitgevoerde case studies bieden hen de mogelijkheid om inzicht te krijgen in hoeverre Polca uitkomst biedt in aansturing en beheersing van interne materiaalstromen. Bij het schrijven van dit rapport is zoveel mogelijk rekening gehouden met de hierboven genoemde doelgroepen. Om de leesbaarheid van dit rapport te vergroten is in bijlage A een definitielijst opgenomen, waarin betekenissen van vaktermen staan verklaard.
1.4
Leeswijzer onderzoek
De hoofdstukken in dit onderzoeksrapport zijn gegroepeerd in drie fasen: de theoretische fase, de praktijkfase en de ontwerpfase. De inhoud van deze drie fasen wordt hieronder kort toegelicht.
Theoretische fase
Hoofdstuk 2 kan worden beschouwd als een algemene oriëntatie op de traditionele material control
systemen. Centraal in dit hoofdstuk staat het verkrijgen van inzicht in de performance en
toepassingsmogelijkheden van dergelijke systemen. Deze theoretische kennis is nodig om een uitspraak te kunnen doen over de effectiviteit van push, pull en hybride push-pull systemen in een omgeving als “de nieuwe markt”. Daarnaast is de theoretische kennis noodzakelijk, om de werking van het Polca systeem te begrijpen. Polca maakt namelijk gebruik van elementen en principes die ook in push- en pull systemen worden toegepast.
Waarom er vanuit de RuG behoefte is aan onderzoek naar Polca wordt vervolgens besproken in hoofdstuk 3. Tevens wordt in dit hoofdstuk het beoogde onderzoeksproduct vastgelegd in de vorm van een probleemstelling, onderzoeksontwerp en onderzoeksmethode.
De traditionele pull systemen vormen een essentieel onderdeel van de Lean Manufacturing strategie. Deze strategie blijkt slecht in staat te zijn om in te springen op een productieomgeving volgens “de nieuwe markt”. Om deze tekortkomingen te onderzoeken wordt in hoofdstuk 4 gekeken in hoeverre de uitgangspunten van het Lean-concept toepasbaar zijn op de kenmerken van de nieuwe markt. Daarnaast zal Quick Response Manufacturing worden geïntroduceerd. Quick Response, als bedrijfsbrede strategie, levert diverse uitgangspunten en principes, waarmee productiebedrijven wél in staat worden gesteld om snel te reageren op de veranderlijke omstandigheden uit de markt.
Een van de belangrijkste QRM-technieken is het Polca systeem. De belangrijkste uitgangspunten en principes van Polca, en de wijze waarop dit systeem effectief gebruik probeert te maken van beide
push- en pull elementen, wordt besproken in hoofdstuk 5. Gezien het beperkt aantal implementaties is
gebleken dat nader onderzoek naar de prestaties en toepassingsmogelijkheden van Polca gewenst is. Praktijkfase
Om dit te kunnen onderzoeken is in de periode van november 2004 tot april 2005 een drietal case studies uitgevoerd. Het doel van deze praktijkonderzoeken is om meer inzicht te krijgen in de praktische toepassingsmogelijkhden van het Polca systeem en daarnaast het verkennen van eventuele bedrijfsspecifieke kenmerken die implementatie van Polca onmogelijk maken (opsporen van de beperkingen van Polca). De wijze waarop de case studie bedrijven zijn geselecteerd en hoe de dataverzameling tot stand is gekomen staat beschreven in hoofdstuk 6. Ten slotte worden in dit hoofdstuk de resultaten gepresenteerd in de vorm van drie case studieverslagen.
Ontwerpfase
Voor een eenduidige analyse van de drie case studieverslagen is in hoofdstuk 7 gebruik gemaakt van een zelf ontwikkelde procedure. Deze procedure, samengesteld uit een zestal fasen, is erg nuttig gebleken voor het creëren van inzicht in de toepassingsmogelijkheden van Polca enerzijds, en de beperkingen van het Polca systeem anderzijds. Na het inzichtelijk maken van de toepassings-mogelijkheden en prestaties van Polca is daarom overwogen deze procedure te beschouwen als
voorlopig ontwerp voor de “Polca Scanning Tool”. In hoofdstuk 9 staat ten slotte beschreven welke veranderingen zijn aangebracht om te komen tot een definitief ontwerp van de “Polca Scanning Tool”.
Hoofdstuk 2 Inleiding traditionele Material Control Systemen | 4 Eind- product Ruw materiaal Bewerking
Station i Voorraad Bewerking Station i + 1 Voorraad Bewerking Station i + k
Hoofdstuk 2
Inleiding traditionele Material Control Systemen
Ter beheersing van de materiaalstromen worden in dit hoofdstuk de belangrijkste uitgangspunten van
push en pull verkend. Om inzicht te krijgen in de werking en prestaties van push en pull worden
tevens een aantal klassieke material control systemen geïntroduceerd en met elkaar vergeleken. Gekozen is voor MRP (push: par. 2.2), Kanban, Base stock en 2-bin (pull: par. 2.3), omdat deze systemen het meest in de belangstelling staan en vaak worden toegepast2. De drie pull systemen zijn vooral geschikt voor productiesituaties waarbij sprake is van enkelvoudige productielijnen en waarop slechts een beperkt aantal producten wordt geproduceerd (single-stage, single-product). Paragrafen 2.4 en 2.5 gaat daarbij nog in op de belangrijkste technieken, voorwaarden en principes die achter de beschreven pull systemen schuil gaan. In de paragrafen 2.6 en 2.7 wordt beschreven in hoeverre pull systemen weten om te gaan met materiaalbeheersing in een productiesituatie met meervoudige productielijnen en waarop uiteenlopende productvarianten kunnen worden geproduceerd (multi-stage,
multi-product). Een bekend systeem dat geschikt is voor dergelijke productiesituaties is Conwip. De
werking en uitgangspunten van dit hybride material control systeem staat beschreven in paragraaf 2.6.
2.1
Verschil tussen Push en Pull systemen
Het onderscheid tussen push- en pull systemen kan worden verklaard door het mechanisme dat de materiaalaanvoer in het systeem aanstuurt. In de theorie van Hopp en Spearman3 worden push- en pull systemen als volgt gedefinieerd:
“A push system schedules the release of work based on demand,
while a pull system authorizes the release of work based on system status”
Ter verklaring van het aansturingsmechanisme (en de schuin gedrukte begrippen uit de bovenstaande definitie) worden in de paragrafen 2.2 en 2.3 de belangrijkste principes van push en pull bekeken. Bij deze beschrijving wordt uitgegaan van een enkelvoudige productielijn (ruw materiaal bewerkingen eindproduct) en bewerking van slechts een beperkt aantal producten of productvarianten.
2.2
Push systemen
Bij het push systeem worden orders pas vrijgegeven voor vervolgbewerking stroomafwaarts (i + 1), indien het Error! Reference source not found.(5) dat toelaat én indien voorraad (productieorders afkomstig van bijvoorbeeld een werkstation (i) stroomopwaarts) aanwezig is (figuur 1). De informatie afkomstig van het productieplan is veelal gebaseerd op de verwachte vraag vanuit de markt (“demand”). Push is om deze reden vaak planninggestuurd en komt vooral voor in make-to-stock,
make-to-order of assemble-to-order gerichte productieomgevingen (Hopp & Spearman, 2001).
2.2.1 Push: MRP systemen
Figuur 1 Push systeem: planning op basis van vraag
2
Gaury, E.G.A., Kleijnen, J.P.C., Pierreval, H., Customized pull systems for single product flow lines, Discussion paper, No. 117, October 1998, p. 1-5.
3
Hopp, Wallace J. & Spearman, Mark L., Factory Physics, McGraw-Hill, 2001, p. 340-341. Productieplan
Voorraad beheersing Order vrijgave
Flow materiaal Flow informatie
Bill of Material (BOM)
Halffabrikaat B Halffabrikaat A
MRP (Error! Reference source not found.(6)) is een typisch push systeem. Op basis van het productieplan ofwel Master Production Schedule (MPS) stelt men voor de middellange termijn vast welke hoeveelheid eindproducten wanneer geproduceerd moet worden. MRP voedt vervolgens de voorraad binnen de aanwezige productiestappen, als reactie op gedetailleerde, in tijd gefaseerde plannen.
De input voor het MRP systeem wordt dus geleverd door het MPS. Dit vaak geaggregeerde productieplan geeft aan wat en hoeveel er de komende periode van geproduceerd dient te worden. Welke producten worden opgenomen in MPS varieert per productiesituatie:
• In een make-to-stock bedrijf, zal het MPS meestal zijn uitgedrukt in termen van eindproducten. Input voor het MPS is dan meestal de voorspelling;
• In een assemble-to-order bedrijf, zal het MPS ook bestaan uit de actuele klantorders én daarnaast uit een plan voor de productie van gemeenschappelijke halffabrikaten dat gebaseerd is op een voorspelling van de behoeften aan deze halffabrikaten;
• In een make-to-order bedrijf, zal het korte-termijn-MPS bestaan uit de actuele klantenorders. De lange termijn planning is veelal gebaseerd op voorspelling;
• In een engineer-to-order bedrijf, bestaat het MPS enkel uit geaccepteerde klantenorders en spelen voorspellingen (bijna) geen rol.
Deze behoefte aan materialen en halffabrikaten voor de MPS-eindproducten volgt uit de stuklijst ofwel bill of material (BOM). De BOM geeft precies aan welke grondstoffen, onderdelen en halffabrikaten nodig zijn om een bepaald product te fabriceren en hoeveel van dat onderdeel nodig is voor het eindproduct. De prestatie van het MRP systeem is uiteindelijk afhankelijk van de accuraatheid van de data die ontleed wordt aan de BOM.
Om de productie van de eindproducten te plannen (in achtereenvolgende tijdsperioden) is inzicht in de interne (productie)doorlooptijden* van afzonderlijke productitems noodzakelijk. Daarnaast dient een
routing file beschikbaar te zijn, die per order aangeeft welke bewerkingvolgorde aangehouden moet
worden. Aan de hand van de BOM structuur, de routing file en inzicht in de doorlooptijden is het uiteindelijk mogelijk om een tijdsgefaseerde weergave van productieorders te realiseren (figuur 2).
Figuur 2 Materiaalbehoefteplanning volgens MRP
Om aan de behoefte, zoals deze is vastgelegd in geaggregeerde MRP-schema’s, te kunnen voldoen worden de productitems geput uit de nog beschikbare voorraad. Indien deze voorraad niet toereikend is wordt er een nieuwe bestelling (aanvulserie) gepland. Ook dienen zich situaties voor waarbij bestellingen bedoeld zijn om één of meerdere klantorders te kunnen uitleveren. Het MRP planningssysteem is dus zodanig samengesteld dat er precies kan worden bepaald welke materialen er op een bepaald moment nodig zijn om uiteindelijk te kunnen voldoen aan de beoogde levertijd. De materialen volgen daarbij de voor hen bepaalde route op vooraf vastgestelde tijdstippen. Ieder werkstation wordt beoogd het werk af te ronden zoals dat staat aangegeven in het MRP-schema4.
*
Aangenomen wordt dat deze doorlooptijden zijn samengesteld uit (machine) bewerkingstijden, wachttijden en omsteltijden.
4
Gibson, P., Greenhalg, G., Kerr.R, Manufacturing Management, Chapman & Hall, 1995, p. 110-112.
Halffabrikaat A Onderdeel type 1 Onderdeel type 2 Halffabrikaat B Onderdeel type 3 Onderdeel type 4 - type onderdelen - routing file - doorlooptijden - type onderdelen - routing file - doorlooptijden MRP Systeem Actuele orders/
Hoofdstuk 2 Inleiding traditionele Material Control Systemen | 6
Veiligheidsmaatregelen bij MRP
Met de veiligheidsmaatregelen wordt eigenlijk vastgelegd hoeveel speelruimte de productie krijgt toegemeten om de onzekerheden en variaties in de afname en uitvoering weg te werken. Een Error!
Reference source not found.(7) kan worden gebruikt als bescherming tegen onzekerheden in de
productie en gevraagde hoeveelheden, terwijl Error! Reference source not found.(8) wordt gebruikt als bescherming tegen onzekerheden in de timing van de productie en vraag. MRP gebruikt beide veiligheidsmaatregelen, maar deze hebben ook bepaalde nadelen, zoals uit de volgende subparagraaf zal blijken.
2.2.2 Kanttekeningen bij MRP systemen
Dankzij vroegtijdig inzicht in de samenstelling van eindproducten en de strakke geplande afstemming van de te doorlopen productiestappen, stelt MRP productiebedrijven in staat om de totale doorlooptijd in de keten nauwkeurig af te stemmen. MRP systemen vinden daarom hun oorsprong in voorraadgestuurde organisaties met stabiele doorlooptijden van (vaak gestandaardiseerde) materialen en een relatief voorspelbare vraag (make-to-stock en assemble-to-order). Juist in dynamische omgevingen (make-to-order en engineer-to-order) wordt niet aan deze uitgangspunten voldaan en zoekt men vaak naar mogelijkheden om vraagonzekerheden op te kunnen vangen, bijvoorbeeld door de interne levertijden (in de vorm van veiligheidstijd) te verhogen of door veiligheidsvoorraden aan te leggen. Met deze maatregelen probeert men het tekort aan benodigde materialen te voorkomen en bouwt men een soort speling in tussen de afzonderlijke schakels (werkstations, productieafdelingen) in de productieketen. Echter in een omgeving met een sterk variërende vraag, is het inbouwen van veiligheidstijd en veiligheidsvoorraad ook nadelig, omdat het veelal leidt tot lange doorlooptijden en daarnaast een hoger niveau onderhanden werk.
Toelichting lange doorlooptijden
De veiligheidstijd is een tijdselement dat toegevoegd is aan de normale productiedoorlooptijd. Deze extra marge is nodig om fluctuaties (in vraag, bewerkingstijden, omsteltijden,…) op te kunnen vangen. Met name in een make-to-order productieomgeving, waarin de vraag naar te produceren producten onvoorspelbaar is en snel fluctueert, dient deze marge ruim gekozen te zijn. Vaak leidt dit tot situaties waarin de productiedoorlooptijd te lang wordt om geaccepteerd te kunnen worden door de klant5. Toelichting hoger niveau onderhanden werk
Een hoger niveau Error! Reference source not found.(9) kan het gevolg zijn van de inzet van zowel veiligheidsvoorraad als veiligheidstijd:
• Een veiligheidsvoorraad dient er juist toe om de beschikbaarheid van diverse (uitgangs)-materialen, halffabrikaten, onderdelen en producten op eindvoorraad te garanderen. Het nadeel van deze maatregel is dat de hoeveelheid kapitaal op de werkvloer en op eindvoorraad juist wordt vergroot. Bijvoorbeeld als gevolg van “neen-verkopen”;
• Systemen die werken met veiligheidstijden geven productieorders eerder dan noodzakelijk vrij. Hiermee kan worden gegarandeerd dat toekomstige vervaldata van productieorders (order
due date) altijd worden behaald. Het nadeel van deze werkwijze is dat een deel van de
goederen vroegtijdig op (eind)voorraad komt te liggen en dus nog een geruime tijd moeten wachten voordat ze worden afgeleverd aan de klant (extra voorraad). Ook kan de situatie leiden tot niet-productief kapitaal tussen diverse productiestappen. Bijvoorbeeld omdat bepaalde halffabrikaten nog enige tijd moeten wachten voordat ze kunnen worden vrijgegeven voor een volgende bewerkingsstap (extra onderhanden werk in de keten).
Conclusie performance van traditionele MRP (push) systemen
Voor de productie en aansturing van materialen in een omgeving met vraagonzekerheid blijken traditionele MRP systemen niet altijd ideaal te zijn. Zo zegt de definitie van Hopp en Spearman (zie par. 2.1) dat bij een push systeem de vrijgavemomenten voor productieorders (in de definitie: “release
of work”) vooraf worden gepland (in de definitie: “schedule”) en dat deze tijdens productie dienen te
worden nageleefd. In dit geval gaat MRP dus uit van een “hard” productieplan (zie ook figuur 1). De
5
Suri, R., QRM and POLCA: A Winning Combination for Manufacturing Enterprises in the 21st Century, Technical Report, Center for Quick Response Manufacturing, May 2003, p. 8-10.
benodigde informatie voor het plannen van de vrijgavemomenten van productieorders dient veelal te zijn gebaseerd op de werkelijke vraag uit de markt. (in de definitie: “demand”). Echter één van de belangrijkste bezwaren is dat (in een omgeving met vraagonzekerheid) de benodigde data voor het plannen van deze productieorders niet altijd overeen komt met deze vraag. Met andere woorden: er ontstaan vaak situaties waarin los van de werkelijke behoefte wordt geproduceerd.
Om hier toch aan tegemoet te komen worden bij push veelal veiligheidsmaatregelen genomen. Echter in dit geval worden juist de oorzaken van de slechte leverperformance geaccepteerd in plaats van dat er maatregelen worden getroffen om ze weg te nemen. Zo leiden veiligheidsmaatregelen vaak tot langere (productie)doorlooptijden en tevens groei van de hoeveelheid onderhanden werk in de keten. Om deze problemen te ondervangen was de ontwikkeling van een nieuwe strategie voor de beheersing van materialen in dynamische en onzekere productieomgevingen noodzakelijk. Pull systemen bleken de uitkomst, omdat deze systemen juist wel reageren en produceren op het moment dat er “behoefte naar materiaal” optreedt.
Het belangrijke verschil met push is dat deze trigger (in de definitie: “authorization”) voor vrijgave van nieuw werk volledig bepaald wordt door de toestand van het productiesysteem (in de definitie: “system status”) en dus niet afhankelijk is van de data zoals deze is vastgelegd in het “harde” productieplan.
2.3
Pull systemen
Pull is een productiewijze waarbij de materiaalaanvoer niet wordt gepland (zoals bij push/MRP
systemen) maar juist wordt gereguleerd door het productieproces zelf. Hierbij wordt dus geen rekening gehouden met vooraf vastgestelde productietijden en vrijgavemomenten op de afzonderlijke schakels in de keten. In de regel is alleen het laatste werkstation in de keten gekoppeld aan een productieplan6. In het pull systeem stromen materialen in dezelfde richting als in het push systeem, maar de bijbehorende informatiestromen zijn afkomstig van processen stroomafwaarts in de keten7.
Figuur 3 Pull systeem: autorisatie gebaseerd op status van het systeem
Toelichting figuur 3:
Een werkstation (i) dient enkel te beginnen aan een bepaalde order, indien is voldaan aan een tweetal voorwaarden. Ten eerste dient het betreffende werkstation vrij te zijn voor de bewerking aan deze order. Ten tweede moet het betreffende werkstation hiervoor geautoriseerd zijn. Deze autorisatie vindt plaats indien er onderdelen uit de begin voorraad van een werkstation stroomafwaarts (i + k) van het productieproces worden gehaald. De gedachtegang achter deze autorisatieprocedure is dat men een limiet zet op de maximale voorraadgrootte binnen het productiesysteem (zie verder par. 2.3.1). Met de autorisatieprocedure (= terugkoppeling in figuur 3) wordt niet geprobeerd de materiaalaanvoer precies te plannen, maar juist de feitelijke productie de aanvoer van materialen te laten regelen. Hierbij sprake van een “pull”, omdat materiaalstromen worden “getriggerd” wanneer er een order wordt geplaatst en er eindvoorraad wordt vrijgegeven. Pull staat om deze reden voornamelijk bekend als een
“make-to-stock” systeem (Hopp & Spearman, 2001).
Dankzij een beperking op het voorraadniveau is men in staat om de totale hoeveelheid onderhanden werk en bijbehorende fluctuaties tot een minimum te reduceren. Dit in tegenstelling tot het push
6 Gaury, E.G.A., Kleijnen, J.P.C., Pierreval, H., Configuring a pull production control strategy through a
generic model, Discussion paper, No. 101, November 1997, p. 2.
7
Singh, N., System Approach to Computer-Integrated Design and Manufacturing, Wiley & Sons, 1996, p. 438.
Station i Station i + 1 Station i + k
Ruw materiaal Autorisatie Autorisatie Eind producten Autorisatie
Hoofdstuk 2 Inleiding traditionele Material Control Systemen | 8 Volle voorraadunits Pull onderdelen
principe waar over het algemeen overtollige voorraden ontstaan die leiden tot toename van het onderhanden werk. Tevens worden pull georiënteerde productiebedrijven in staat gesteld om8:
• kortere productiedoorlooptijden te realiseren (vrijgave is onafhankelijk van het productieplan); • sneller te reageren op verandering in de marktvraag (materialen zijn continue binnen
handbereik, zodat prioriteitsorders in principe direct kunnen worden uitgevoerd);
• een hoge mate van controleerbaarheid uit te oefenen op het productieproces, met als gevolg een betere productkwaliteit en het vermogen om (machine)storingen sneller te achterhalen. Zo kan ketenonbalans worden voorkomen door maatregelen te nemen in het materiaal-uitwisselingsproces tussen opeenvolgende schakels (synchroniseren van materiaalstromen). De volgende subparagrafen gaan hier nader op in.
In de komende subparagrafen worden drie pull systemen beproken. Het meest bekende is het op kaarten gebaseerde Kanban systeem. Dit systeem komt aan de orde in subparagraaf 2.3.1. Kanban is voor dit onderzoek interessant, omdat het autorisatieprincipe door middel van de terugkerende kanban kaarten ook terugkomt in het Polca systeem. In subparagraaf 2.3.2 wordt Base Stock Control besproken. Dit type pull systeem onderscheidt zich van Kanban, omdat geen gebruik wordt gemaakt van autorisatiekaarten. Toch is de beschrijving van het Base Stock systeem relevant voor dit onderzoek, omdat hiermee het inzicht in de werking van pull wordt vergroot. Het Reorder-Point- of 2-bin systeem wordt besproken in subparagraaf 2.3.3. De formule van het Reorder-Point model is later in dit onderzoek benodigd voor het berekenen van het aantal kanban kaarten.
2.3.1 Pull: Kanban systeem
Een manier waarop productiebedrijven proberen om het voorraadniveau en bijbehorende hoeveelheid onderhanden werk onder controle te houden is door middel van het Kanban systeem. In dit systeem worden materialen opgeslagen in daarvoor bestemde voorraadposities. Elk werkstation of productieafdeling kent twee voorraadposities, één voorafgaand aan de bewerking (inbound inventory) en één na bewerking (outbound inventory).
Kenmerkend voor de voorraadposities is dat de aanwezige capaciteit is gelimiteerd voor slechts een beperkt aantal voorraadunits (figuur 4). Hierbij worden volle voorraadunits als het ware door het productieproces heen getrokken (pull). De autorisatie van de deze volle voorraadunits vindt in veel gevallen plaats door middel van kanban kaarten (voortaan: kanbans). Kanbans geven specifieke informatie over het soort materiaal en de aanwezige hoeveelheid materiaal in een bepaalde voorraadunit. Daarnaast beschrijft een kanban de “producent” waarvan het desbetreffende materiaal vandaan komt (stroomopwaarts) en de “consument” waarvoor het materiaal bestemd is (stroomafwaarts). Een belangrijk principe binnen Kanban is dat pas mag worden begonnen met productie stroomopwaarts indien één van de voorraadunits stroomafwaarts vrij is9.
Figuur 4 Gelimiteerde voorraadniveaus
Een order wordt hierbij niet eerder uitgegeven voordat het voorraadniveau, in een voorraadunit stroomafwaarts in de productieketen, een van tevoren bepaald minimum heeft bereikt. Het uitnemen van materiaal uit een voorraadunit resulteert uiteindelijk in een signaal naar een werkplek
8
Gaury, E.G.A., Kleijnen, J.P.C., Pierreval, H., Customized pull systems for single product flow lines, Discussion paper, No. 117, Oktober 1998, p 2.
9
Bertrand, J.W.M., Wortmann, J.C., Wijngaard, J., Productiebeheersing en material management, Stenfert Kroesse, 1998, p. 186-190.
Outbound inventory Inbound inventory Producerend
werkstation
Afnemend(e) werkstation(s)
stroomopwaarts om een nieuwe hoeveelheid (batch) te produceren. Hiermee opereren de opeenvolgende schakels in de keten dus wél afhankelijk van elkaar (in tegenstelling tot push).
Type kanban systemen
Er zijn twee typen kanbans te onderscheiden10: Transport kanbans
De eerste zijn de zogenaamde transport kanbans. Deze kaarten geven autorisatie voor het verplaatsen van een standaard voorraadunit, met specifiek benodigde materialen, van een outbound inventory van een producerend werkstation naar een inbound inventory van een afnemend werkstation. De voorraadunit mag enkel getransporteerd worden wanneer deze gevuld is door het producerende werkstation en wanneer er voorraadruimte is vrijgekomen bij het afnemende werkstation. Het belangrijkste principe van het kaartensysteem is dat de input van het afnemende werkstation wordt gesynchroniseerd met de output van het producerende werkstation. Op deze manier voorkomt men onevenredige groei van tussenvoorraden en onbalans tussen opeenvolgende werkstations.
Productie kanbans
Naast de aanwezigheid van transport kanbans kunnen er ook productie kanbans worden ingezet. Het aanwezig zijn van een productie kanban betekent dat er geproduceerd mag worden totdat de voorraadlimiet in een voorraadunit is bereikt. Zonder de aanwezigheid van een productiekanban blijft productie op een stroomopwaarts werkstation uit.
Zie bijlage B voor de werking van transport- en productie kanbans.
Voor het plannen van de materiaalstromen en het afstemmen van doorlooptijden tussen afzonderlijke werkstations maken Kanban systemen geen gebruik van gedetailleerde MRP berekeningen. Om toch te kunnen voldoen aan de (dagelijkse) totale gevraagde hoeveelheid eindproducten kan gebruik worden gemaakt van stabiele planningsschema’s. Dergelijke schema’s worden vaak gekoppeld aan het laatste werkstation stroomafwaarts in de keten. Dit is dan ook de enige plek waar materiaal wordt vrijgegeven voor productie.
2.3.2 Pull: Base Stock Control
Het eerste bekende pull systeem is in feite een afgeleide vorm van de traditionele Error! Reference source not found.(10), maar dan in een situatie met voorraadniveaus bij diverse achtereenvolgende schakels in de productieketen. Het Base Stock systeem is eigenlijk een integraal-statistisch besturingssysteem. Bij elke schakel wordt een vaste voorraadhoeveelheid aangehouden. Dit zogenaamde “ketenbasisniveau” (Si) heeft betrekking op de hoeveelheid materiaal dat zich nog bevindt in een bepaald voorraadpunt én de hoeveelheid materiaal dat al onttrokken is uit dit voorraadpunt, maar nog niet is afgeleverd aan de klant. Dit “materiaal in bewerking” is dus nog in de keten aanwezig. Het Si niveau varieert in het Base Stock systeem wel per werkstation.
Indien er op het laatste werkstation (zie figuur 5) in de keten vraag is naar een bepaalde hoeveelheid eindproducten, dan wordt deze direct doorgegeven naar alle werkstations stroomopwaarts. Op de afzonderlijke werkstations worden vervolgens de benodigde materialen bewerkt. Indien het basisniveau (= het bestelniveau) op de betreffende werkstations wordt onderschreden (en dus niet toereikend is voor bewerking) volgen er nabestellingen.
Figuur 5 Base Stock Control
10
Nicholas John M., Competitive Manufacturing Management: Continuous improvement, lean production, customer-focused quantity, McGraw-Hill, 1998, p. 273-277.
Ruw
materiaal Werkstation i Werkstation
i + k Eind producten Werkstation i + 1 (Si) (Si)
Hoofdstuk 2 Inleiding traditionele Material Control Systemen | 10
ROP = D * (LT + VV)
Het voordeel van Base Stock Control is dat alle werkstations, juist op het moment dat er vraag optreedt, tegelijkertijd kunnen produceren. Een belangrijk nadeel is dat de opeenvolgende werkstations niet op elkaar zijn afgestemd qua capaciteit en seriegrootte. Een oplossing voor dit probleem werd gevonden met de introductie van Kanban. Bij Kanban is het wel mogelijk wordt om de capaciteit en de seriegrootte tussen opeenvolgende schakels op elkaar af te stemmen (zie par. 2.3.1).
2.3.3 Pull: Reorder-Point systeem/ 2-bin systeem
Het pull systeem kan worden beschouwd als een variant van het reorder-point systeem11. Uitgaande van dit principe worden orders (ter grootte van Q; zie par. 2.4) aangevuld wanneer de voorraad van een bepaalde voorraadunit beneden dit minimum niveau daalt (reorder point). De hoogte van het
reorder point (ook wel bestelniveau; zie par. 2.3.2) wordt bepaald door de benodigde (geschatte)
materiaalhoeveelheid die gebruikt wordt vanaf het moment dat een order wordt geplaatst tot en met aanvulling en de werkelijke ontvangst van een aangevulde voorraadunit. Voor het berekenen van het optimale reorder point is men afhankelijk van twee factoren:
1. Voorspelde vraag.
2. Interne doorlooptijd (tussen plaatsen van order en aanvulling). ROP wordt uitgedrukt in de volgende formule:
Bij het pull systeem heeft de voorspelde vraag (D) betrekking op de te produceren productaantallen op de aanwezige werkstations gedurende een bepaalde periode. De interne doorlooptijd (LT) van een kanban kaart wordt berekend door de sommatie van de productietijd (P) en de interne
verplaatsingstijd (C). Deze variabelen worden toegelicht in bijlage C. De veiligheidsvoorraad (VV) is
de hoeveelheid voorraad die wordt aangehouden om variabiliteit in vraag en doorlooptijd* enigszins te op te vangen. Hoe groter deze variabiliteit, hoe groter de veiligheidsvoorraad. Zie subparagraaf 2.5.3 voor het bepalen van de geschikte veiligheidsvoorraad.
2-bin als typisch reorderpoint systeem
Ook dit type pull-systeem maakt gebruikt van kritieke vaste voorraadniveaus volgens het
reorder-point12. Bij dit systeem wordt de voorraadpositie gebruikt als middel om de bestelling te initiëren, het
model houdt rekening met bestelde materialen die nog niet aangekomen zijn.
De aanvulling van de voorraad wordt hierbij beheerd door twee voorraadunits: één grote unit waaruit als eerste wordt geput, terwijl de andere (vaak kleinere) unit, waarvan het minimale voorraadniveau gelijk is aan het kritieke reorder-point niveau, pas wordt ingezet indien het voorraadniveau van de grote unit zijn bodem heeft bereikt. Terwijl de voorraad in de kleine unit wordt verbruikt kan er een order worden geplaatst die groot genoeg is om naderhand de grote unit én de kleine unit samen aan te vullen. Dit is een continu proces waarbij vaak alleen de grote unit wordt verplaatst ter aanvulling van materiaal (uit het magazijn of via leveranciers…). Bij het terugkeren van de grote unit op de bestemde voorraadpositie wordt eerst de kleine unit aangevuld. Met het overige aanwezige materiaal in de grote unit gaat men vervolgens verder met produceren. Het 2-bin systeem is naast het Kanban kaartensysteem een relatief eenvoudige en visuele manier om de interne voorraden optimaal te beheersen (terugdringen voorraadkosten en realiseren van betrouwbare levertijden).
Voor- en nadelen 2-bin systeem
Bij het 2-bin systeem gaat men uit van een eenmalig autorisatiesignaal voor materiaalaanvulling. Hierbij circuleert één voorraadunit tussen de afhankelijke werkstations (volgens het Kanban systeem
11
Nicholas John M., Competitive Manufacturing Management: Continuous improvement, lean production, customer-focused quantity, McGraw-Hill, 1998, p. 270-271.
*
veroorzaakt door bijvoorbeeld machine-uitval, kwaliteitsproblemen en variërende wachttijden van geproduceerde materialen, voorraadunits en kanbans.
12
komt dit neer op één kanban kaart). Naast interne voorraadaanvulling kan het 2-bin systeem ook worden gebruikt voor aanvulling van materialen of inkoopdelen, afkomstig van externe leveranciers. Het voordeel van 2-bin is dat materialen/onderdelen in de kleine unit gelijk kunnen worden benut, wanneer de grote voorraadunit leeg raakt. Een ander voordeel is de gehanteerde vaste bestelgrootte. Deze verkleint de kans op fouten (bijvoorbeeld door afspraken over verpakkingseenheden) en vergroot de voorspelbaarheid van de aanspraak die op het productieapparaat van de leverancier wordt gemaakt. Een nadeel van het 2-bin systeem is dat het moeilijk om kan gaan met grote bestellingen; in het bijzonder wanneer het verbruik zo hoog is dat een aanvulorder niet voldoende is om het voorraadniveau boven het bestelniveau te brengen, dit wordt “onder niveau duiken” genoemd. In zo’n situatie moet een veelvoud van Q besteld worden. Door dit “batch-effect” wordt de gemiddelde voorraad onderschat13.
2.4
Productie-seriegroottes bij push en pull
In deze paragraaf staat beschreven op welke wijze de seriegroottes bij push (MRP) en pull (Kanban) bepaald kunnen worden. Doel van deze paragraaf is om na te gaan in hoeverre de bepaalde seriegroottes effect hebben op de prestaties van MRP systemen en Kanban systemen.
De meest voorkomende bestel- of seriegrootte bepalingsmethoden binnen MRP (push) zijn:
Lot-for-lot (LFL)
Dit is de meest eenvoudige methode om de seriegrootte te bepalen, omdat er simpelweg geproduceerd of besteld wordt wat de netto behoefte is in een bepaalde periode. Omdat dit geen voorraad achterlaat aan het einde van elke periode, minimaliseert deze methode de voorraad. Echter, vanwege het feit dat elke keer dat een product gevraagd wordt er omstelkosten worden berekend, maximaliseert deze methode juist de omstelkosten. Wel dient te worden opgemerkt dat het principe achter lot-for-lot consistent is met de pull filosofie, door alleen datgene te maken dat benodigd is14.
Economic Order Quantity (EOQ)
Een tweede methode is het produceren of bestellen van een vooraf vastgestelde optimale (bestel)hoeveelheid (EOQ). Deze optimale seriegrootte minimaliseert de som van de bestel- of setupkosten en de voorraadkosten. Het EOQ model kan gebruikt worden door de constante vraag te vervangen door een schatting van de gemiddelde vraag: D :
Waarin:
Q - de optimale (bestel)hoeveelheid per order, in aantal; D - vraag naar het item in de beschouwde periode;
A - setup kosten of bestelkosten, onafhankelijk van de hoeveelheid Q, in euro per bestelling; H - de voorraadkosten per periode, in euro/stuk.
Aangezien de vraag naar hoeveelheid items constant is en productie continue voortduurt (productiesnelheid: p = ∞), fluctueert het voorraadniveau zoals afgebeeld in figuur 6a. Dit niveau bereikt zijn maximum, wanneer een order of geproduceerde batch ter grootte van Q direct wordt opgenomen in de voorraad. Wanneer vervolgens in de beschouwde periode (= ordercyclus) voldaan is aan de vraag naar items (geleidelijk afleveren van de producten aan de klant) daalt het voorraadniveau weer tot een minimum van 0. Dit is tevens het moment waarop een nieuwe (productie)order met optimale seriegrootte Q gereed dient te zijn en kan worden opgenomen in de voorraad.
13
Silver, E.A. en Peterson, R., Decision Systems for Inventory Management and Production Planning, John Wily & Sons, 1985, p. 214-218.
14
Hopp, Wallace J. & Spearman, Mark L., Factory Physics, McGraw-Hill, 2001, p. 118-119.
H
AD
Hoofdstuk 2 Inleiding traditionele Material Control Systemen | 12 Gemiddeld voorraadniveau -D P - D Maximaal voorraadniveau Voorraadafname a.g.v. vraag naar producten. Er wordt niet geproduceerd Voorraadvorming
a.g.v. productie
Figuur 6 Voorraadfluctuatie gedurende beschouwde order- of productiecyclus Economic Manufacturing Quantity bij pull (Kanban)
Het beschreven EOQ model neemt aan dat een bestelde order of geproduceerd batch (ter grootte van de optimale hoeveelheid Q) direct en in zijn geheel wordt opgenomen in de voorraad. Dit verklaart dan ook de plotselinge stijging van het voorraadniveau (figuur 6a). Indien geproduceerd wordt met een eindige vaste productiesnelheid en waarbij geproduceerde items één voor één worden opgenomen in de voorraad, ontstaat er de situatie zoals weergegeven in figuur 6b. In deze situatie is nog steeds sprake van een geleidelijke afname van de voorraad, als gevolg van continue voortdurende vraag naar items (-D). Maar het verschil met figuur 6a is dat na gereedmelding van de geproduceerde items (en zolang de productie nog voortduurt) de voorraad geleidelijk groeit tot het vaste voorraadniveau Q. De snelheid waarmee de voorraad gedurende een productiecyclus stijgt wordt bepaald door het verschil in de gemiddelde vraag naar producten (D) en de het maximaal mogelijke aantal te produceren items in een periode (p): (p – D).
EMQ bij kanban
Om bij Kanban (en in een productiesituatie waarin de productiesnelheid eindig is en items één voor één worden opgenomen in de voorraad) de optimale productie-seriegrootte Q* te bepalen, kan gebruik worden gemaakt van het EMQ model. Dit model berekent het optimale voorraadniveau tussen twee werkstations, waarbij de setup kosten en de voorraadkosten zo laag mogelijk zijn. Dit maximale voorraadniveau dient telkens te worden aangevuld op een werkstation stroomopwaarts indien het afnemende werkstation hiervoor een order heeft uitgegeven (in de vorm terugkerende kanban kaarten/ voorraadunits). De EMQ formule voor optimale productie-seriegroottes15 luidt:
Waarin:
Q* - optimale aantal productitems per order (= optimale productie-seriegroottes); D - vraag naar hoeveelheid productitems per periode;
A - setup costs (omstelkosten van een werkstation voor productie van een nieuwe order); H - holding costs (jaarlijkse voorraadkosten tussen twee opeenvolgende werkstations); p - productiesnelheid in de beschouwde periode (aantal items/ periode); p ≠ 0
In de formule geeft H(1–D/p) aan dat de kosten niet over alle gemaakte, maar slechts over alle op voorraad liggende items berekend wordt.
Verschil seriegroottes (productieseries) push en pull
Bij MRP systemen (push) wordt de data die benodigd is voor het vaststellen van de optimale seriegroottes Q ontleend aan de vraagvoorspelling voor de middellange termijn. Deze voorspelling heeft dus betrekking op de verwachte vraag naar eindproducten op MPS niveau. Om deze vraag te vertalen naar de verwachte vraag voor diverse onderdelen en halffabrikaten wordt vaak gebruik gemaakt van de voorhanden productroutings en bills of material (BOM). De prestaties van het MRP
15
Heizer, J., Render, B., Operations Management, Pearson Education International, 2004, p. 464-466. 0 V o o rr a a d Q Tijd Ordercyclus Productiecyclus 0 V o o rr a a d Q Tijd Productiecyclus Figuur 6a Figuur 6b
)
/
1
(
2
*)
(
p
D
H
AD
Q
EMQ
−
=
systeem zijn dus in grote mate afhankelijk van de voorspellingen en de accuraatheid van de data die ontleend wordt aan de BOM.
Bij Kanban systemen (pull) worden seriegroottes Q* juist bepaald op het niveau van de werkvloer in overeenstemming met de vraag en aanvullende eisen van voorraadbuffers stroomafwaarts in de keten. De grootte van de circulerende voorraadunits die de voorraad dragen zijn daarbij gebaseerd op het schema van de laatste productiestap, welke wordt bepaald door de informatie over de globale vraagvoorspelling (zoals bij MRP).
Voordelen pull ten opzichte van push
1. Het voordeel van pull productie ten opzichte van push is dat de seriegroottes volledig zijn afgestemd op de vraag die voortkomt uit het afnemende traject; er kan pas worden gestart met productie indien er vraag ontstaat bij de stroomafwaartse trajecten. (Push reageert niet op deze interne vraag, maar produceert enkel op basis van de vraag naar eindproducten. Het gevolg hiervan is dat de gehanteerde seriegroottes vaak groter zijn dan de werkelijke gevraagde hoeveelheid.)
2. Dankzij de eindige productiesnelheid wordt bij pull voorkomen dat “dode voorraad” ontstaat ofwel: extra voorraad die blijft liggen (in de keten of op eindniveau) en waarnaar geen directe vraag is. (Het continue productiekarakter van push leidt vaak wel tot dergelijke problemen: vrijgegeven seriegroottes conform EOQ, dienen volledig te zijn afgerond voordat ze pas worden opgenomen in de (eind)voorraad.
2.5
Voorwaarden, gebruiksregels en principes bij pull
In paragraaf 2.3 is ingegaan op de meest gangbare pull-aanvulsystemen en de belangrijkste principes die achter deze systemen schuil gaan. Pull systemen zijn echter wel veeleisend in termen van vereiste voorwaarden. De belangrijkste voorwaarden worden besproken in subparagraaf 2.5.1. Indien productieorganisaties voldoen aan deze voorwaarden zou het in principe mogelijk zijn om pull te implementeren. Het succesvol functioneren van een (op kaarten gebaseerd) pull systeem vereist echter wel begrip van een aantal regels bij betrokken teamleiders, operators en materiaalplanners. Deze regels worden besproken in subparagraaf 2.5.2.
Een reden voor implementatie van Kanban is vaak het onder controle willen houden van het onderhanden werkniveau in de keten, door middel van een vast aantal kanban kaarten. De formule voor het berekenen van het optimale aantal kaarten wordt gegeven in subparagraaf 2.5.3. Vervolgens staan in subparagraaf 2.5.4 prioriteitsregels centraal. Deze kunnen worden gebruikt voor het bepalen van de juiste werkprioriteit.
Het doel van deze paragraaf is het verkrijgen van inzicht in de maatregelen die moeten worden ondernomen om pull systemen succesvol te laten functioneren. Deze kennis kan ook relevant zijn om de werking van het pull-element binnen Polca te begrijpen.
2.5.1 Noodzakelijke voorwaarden voor het realiseren van pull productie
Om pull te realiseren dient de productieomgeving te voldoen aan een vijftal basisvoorwaarden (Nicholas, 1998):
1. Stabiele en continue vraag
Een belangrijk kenmerk van pull systemen is het aanhouden van een buffervoorraad voor elk type materiaal. Om de hoeveelheid aangehouden materiaal te rechtvaardigen en om de mogelijkheid open te houden deze voorraad geleidelijk terug te dringen is men afhankelijk van een stabiele en continue vraag naar eindproducten.
2. Standaardproducten
Om het totale voorraadniveau en het aantal noodzakelijke voorraadunits te reduceren beperkt pull productie zich tot relatief lage aantallen gestandaardiseerde producten of productmodules (platte stuklijsten). Door uiteenlopende modulecombinaties en assemblagemogelijkheden kan er uiteindelijk toch een relatief hoge variatie aan verschillende eindproducten worden gerealiseerd.
Hoofdstuk 2 Inleiding traditionele Material Control Systemen | 14
3. Repeterend productievermogen
Repeterende productie (of herhalende productie) is het vermogen om standaard producten of standaard productitems op continue wijze te kunnen bewerken. Hiervoor dient de vraag niet te groot te zijn, maar wel stabiel genoeg zodat het productieplan een relatief vlakke dagelijkse productie kan genereren. Bij een instabiele vraag kan alleen een vlakke productie worden gerealiseerd door het eindproduct op voorraad te houden. Voorziene variaties in de vraag naar eindproducten en seizoenspatronen worden van tevoren gelijkmatig verdeeld zodat de impact daarvan op de vorige processen worden geminimaliseerd. Extra output uit periodes waarin de vraag afneemt zullen op voorraad moeten worden gehouden om tekorten in piekperiodes op te kunnen vangen (make-to-stock).
4. Realiseren van flow
Het routinematige productiekarakter zoals hierboven beschreven leidt uiteindelijk tot een situatie waarbij verschuivingen in bottlenecks zoveel mogelijk worden voorkomen en waarbij een continue
flow van materialen kan worden gerealiseerd. Voor het realiseren van flow tussen twee werkstations
dient ieder werkstation ruwweg dezelfde capaciteit te hebben en in staat te zijn om het productieritme van het andere werkstation te kunnen volgen. Voorwaarden om flowproductie toe te kunnen passen zijn: producten met dezelfde bewerkingsvolgorde (1), bewerkingstijden die gelijk zijn voor iedere bewerking (2) en werkstations die zonder verstoring kunnen werken (3). In hoofdstuk 3 komt het realiseren van flow nog aan de orde.
5. Kleine set-uptijden en optimale seriegroottes
Een belangrijke vorm van verspilling in de productieketen betreft het ontstaan van onnodige wachttijden voorafgaand aan een werkstation. Vaak zijn deze wachttijden het gevolg van lange omsteltijden, die noodzakelijk zijn om verschillende bewerkingen te realiseren. Om snel te kunnen reageren op verschillende orders van een werkstation stroomafwaarts in de keten en om de materiaalstroom tussen twee werkstations te bevorderen, dienen de machine-omsteltijden zo klein mogelijk te zijn.
2.5.2 Regels voor het gebruik van pull productie
Voor het effectief functioneren van een op kaarten gebaseerd pull systeem dienen de gebruikers op de hoogte te zijn van een aantal regels (Nicholas, 1998):
1. Werkstations stroomafwaarts in het productieproces dienen slechts die hoeveelheid materialen te pakken die zij nodig hebben van het werkstation stroomopwaarts in de keten.
2. De hoeveelheid te produceren materiaal en het soort materiaal wordt gespecificeerd door het type kanban kaart en het aantal roulerende kanbans tussen twee werkstations in. (Teneinde de doorstroom van materialen te bevorderen en de werkbelasting tussen de werkstations te balanceren kan men overwegen gebruik te maken van speciale prioriteitsregels; zie hiervoor par. 2.5.4.)
3. Er mag enkel worden geproduceerd als er een (productie)kanban kaart bevestigd is aan een terugkerende voorraadunit.
4. Alleen de correct uitgevoerde materialen en orders worden toegelaten op het afnemende werkstation; defecte orders worden teruggebracht naar het producerende werkstation en vastgehouden totdat de bron van het defect is verholpen. (Operators worden als het ware gestimuleerd om problemen in de keten zo snel mogelijk op te lossen, zonder stagnatie van het productieproces en ophoping van defecte materialen.)
5. Om balans in de keten vast te houden moeten plotselinge variaties in de vraag (op het planningsniveau van het laatste werkstation) worden opgevangen via aanpassing van het aantal roulerende kanbans stroomopwaarts.
6. Deze laatste voorwaarde heeft betrekking op het kunnen identificeren en elimineren van
bottlenecks* in de keten. Zo leidt reductie van het aantal kanbans tot verlaging van de
hoeveelheid onderhanden werk en meer mogelijkheden voor het ontdekken van allerlei
*
Een bottleneck is een capaciteitsconstraint van een werkstation. Wanneer de vraag (naar benodigde capaciteit) het aanbod (van beschikbare capaciteit op een werkstation) overschrijdt ontstaan bottlenecks. (Deze
omschrijving is afgleid uit: Suri, R., Quick Response Manufacturing: A Companywide Approach to Reducing Lead Times, Productivity Press Inc, 1998, p. 242-243.)
