Skill and Scale Up: Produktionsmanagement

Es existieren verschiedene Ansätze des Produktionsmanagements, die alle ein Ziel verfolgen: Produktionsprozesse, Arbeitsabläufe und den Einsatz von Ressourcen effizienter und effektiver zu gestalten. Im Laufe der Zeit haben sich vor allem das Total Quality Management, Six Sigma oder Verfahren und Werkzeuge der IATF bewährt. In der Automobil- und deren Zuliefererindustrie stellen die VDA-Richtlinien hohe Anforderungen an das Projektmanagement, die Qualitätsplanung und die Produktrealisierung. Die klaren Standards und Leitlinien dienen als Orientierung, um die Qualität und Produktion kontinuierlich zu verbessern. Das Produktionsmanagement unterscheidet Aufgaben in Hinblick auf ihren zeitlichen Horizont in strategische (5-10 Jahre), taktische (1-5 Jahre) und operative Aufgaben (<1 Jahr). Da das Thema insgesamt sehr umfassend ist und viele Blickwinkel zu lässt, werden in diesem Blogartikel zwei Themen vorgestellt: Einmal den DMAIC Zyklus als allgemeine Methode zur Produktions- und Prozessoptimierung in Projekten. Zusätzlich die Methode der FMEA als Risikoanalyse und –optimierungswerkzeug in der Batterieproduktion.

Prozessoptimierung mithilfe des DMAIC-Zyklus

Define, Measure, Analyze, Improve, Control – Ein gutes Beispiel für einen Ansatz zur Effizienzssteigerung im Bereich der Produktion ist nach der Six-Sigma Methodik der DMAIC-Zyklus. Er bildet die Grundlage für eine kontinuierliche Prozessoptimierung. Mithilfe gezielter methodischer Annäherung, werden in den fünf Phasen folgende Fragen adressiert, die nachhaltig zur Fehler- oder Problembehebung führen:

1.     Was ist das Problem?

Neben klassischem Brainstorming können Interviews, Qualitätsfunktionendarstellungen (QFD - Quality Function Deployment) oder auch Kraftfeldanalysen dazu eingesetzt werden, Probleme im Geschäfts- oder Produktionssystem sowie Produktfehler aufzudecken.

2.     Wie kann das Problem gemessen werden?

Die Messbarkeit lässt sich nicht nur über die Definition von geeigneten Kennzahlen umsetzen, sondern kann auch ein besseres Prozessverständnis, z.B. durch Makigami und Wertstromanalysen, Schwachstellen aufdecken. Hier kommt es auf das Sammeln von Daten an, die sich adäquat und standardisiert auswerten lassen.

3.      Was ist die Ursache des Problems?

In diesem Schritt wird der Sache auf den Grund gegangen: Ursache-Wirkungs-Analysen, FMEAs, Ishikawa und Fehlerbaumanalysen oder die 5 W-Methode (Warum) helfen die tatsächliche Ursache zu finden, sodass das Problem langfristig vermieden werden kann.

4.      Wie kann das Problem gelöst werden?

Nachdem die Ursache bekannt ist, kann eine nachhaltige Lösung entwickelt und etabliert werden – hierfür sind etwa Poka Yoke oder ein 5S-Workshop Methoden, die sich bewährt haben.

5.      Wie ist die Lösung im Geschäftssystem verankert?

RACI-Diagramme und das Change-Management können dabei helfen, die Lösung auf lange Sicht im Geschäftssystem zu verankern.

Unsere Mitarbeitenden sind in den entsprechenden Teams zu Six Sigma Black Belts bzw. Green Belts ausgebildet und kombinieren in Projekten mit unseren Projektpartnern ihr Methodenwissen mit der Expertise in der Batteriezellproduktion zur Lösung entpsrechender Fragestellungen. 

Die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) als Mittel zur Prozessoptimierung im Produktionsmanagement

Eine hohe Bedeutung kommt im Produkt- und Prozesslebenszyklus der präventiven Vermeidung von Fehlern und Ineffizienzen zu. Dies ist vor allem der Fall, da sich durch Fehlplanungen generierte Fehlerkosten gemäß der 10er-Regel der Qualität mit jeder Phase des Produktlebenszyklus verzehnfachen, wenn ihre Ursachen nicht vorher erkannt und abgestellt werden.

FMEA-Typen

Im letzten Blogartikel haben wir die FMEA – Failure Mode and Effects Analysis – als Methode des Qualitätsmanagements kennen gelernt. Aber nicht nur dort, sondern auch in anderen Bereichen helfen FMEA-Methoden, potentielle Risken aufzudecken und Produkt- und Prozessdesign zu verbessern. Diese Methoden definieren sieben Schritte, die in einem Entwicklungsprozess durchlaufen werden und unterscheiden sich je nach Bezug in produktbezogene FMEAs (System-FMEA und Design-FMEA) oder prozessbezogene FMEAs (P-FMEA). Während letztere den Produktionsprozess auf mögliche Fehler untersucht, die die Produktqualität und die Prozessverlässlichkeit beeinflussen, stehen bei den produktbezogenen FMEAs das System- und Produktdesign im Vordergrund.

Die P-FMEA als effektive Prozessanalyse in der Batteriezellproduktion

Für die Batteriezellfertigung spielt neben der produktseitigen Optimierung (D-FMEA) insbesondere die P-FMEA (Process Failure Mode and Effect Analysis) eine entscheidende Rolle. Sie konzentriert sich auf den Produktionsprozess selbst, wobei mögliche Fehler und ihre Folgen auf jeder Stufe des Prozesses identifiziert werden.

Aufgrund empfindlicher (Zwischen-)produkte und wegen des komplexen Netzwerks aus Ursache-Wirkzusammenhängen, stellt die Batterieproduktion besonders hohe Anforderungen mechanischer und chemischer Art. Beispielsweise kann Partikelkontamination sowohl in der Elektrodenfertigung als auch in der Assemblierung eine Gefahr für die Qualität und Sicherheit der Zelle darstellen. Des Weiteren besteht das Risiko, dass eine inhomogene Dickenverteilung in der Beschichtung („heavy edges“) durch das anschließende Kalandern zu unterschiedlichen Porösitäten auf der Anode führt, was die Lebensdauer der Zelle aufgrund von Lithium-Plating negativ beeinflussen kann. Rückverfolgbarkeit und Messmöglichkeiten sind hier von entscheidender Bedeutung, um Fehlerquellen schnell zu identifizieren und zu beheben – in diesem Fall sollten die Messmittel kritische Partikel erkennen und Beschichtungsdicke überwachen. Die FMEA bietet hierfür den idealen Ausgangspunkt, indem sie aller Risiken korrekt absichert.

Sie gliedert sich in verschiedene Phasen: das Scoping, die Struktur- und Funktionsanalyse, sowie insbesondere die Fehleranalyse und die anschließende Risikobewertung und -optimierung. Für den erfolgreichen Einsatz der Methodik empfiehlt es sich, in jeder einzelnen Phase gezielt bestehende Werkzeuge und Methoden aus dem technischen Management einzusetzen. Bewährte Tools, die unsere Forschenden dabei anwenden sind bspw. die 5W-Methode, das Ishikawa-Diagramm, Gemba-Walks, SIPOC, die Fehlerbaumanalyse und viele weitere. Zum Beispiel setzen sie die Fehlerbaumanalyse (Failure Tree Analysis = FTA) dazu ein, komplexe Fehlerbilder detaillierter hinsichtlich Ursache- und Wirkung des Fehlerbildes zu untersuchen.