Hoofdstuk 6

Hoofdstuk 6: Hoe ontwerp je een productieproces?

Wat is een productieproces?

Het productieproces

In dit hoofdstuk wordt er gekeken hoe processen gebruikt worden om tastbare goederen te maken. Productie processen worden gebruikt om alles te maken wat je maar kunt kopen, van een appartement tot de inkt waarmee we schrijven. Productieprocessen worden gebruikt om tastbare items te produceren.

Productieprocessen kunnen onderverdeeld worden in 3 stappen:

1. Het inkopen van de benodigde onderdelen
2. Het maken van de items
3. Het verzenden van de items naar de klant

Deze activiteiten worden op zo’n manier georganiseerd dat de kosten worden geminimaliseerd terwijl aan de competitieve prioriteiten (die nodig zijn om klanten aan te trekken) wordt voldaan. Hierbij moet wel rekening gehouden worden met de strategie van een bedrijf, diens mogelijkheden om te produceren en de behoeften van de klant.

De tijd die een bedrijf nodig heeft om te reageren op de vraag van een klant heet de lead time. Dit verschilt van bedrijf tot bedrijf. Zo heeft een vliegmaatschappij jaren nodig om op de vraag naar een nieuw vliegtuig te reageren, terwijl dit in een supermarkt minuten is. Een sleutel concept in het productieproces is daarbij het customer order decoupling point, dit bepaalt waar de voorraad geplaatst wordt om de verschillende processen in de supply chain onafhankelijk van elkaar te kunnen laten bewegen.

• Customer order decoupling point: Dit geeft aan waar in de supply chain de voorraad is gevestigd.
• Lead time: De tijd die nodig is om te kunnen reageren op een order van een klant.

De selectie van het customer decoupling point is een strategische beslissing dat de lead time voor klanten bepaald. Het positioneren van dit punt heeft onder andere impact op de snelheid waarmee een klant wordt bediend en de flexibiliteit waarmee een bedrijf kan reageren op een specifieke klant vraag. Hoe dichter dit punt is bij de klant, hoe sneller de klant wordt geholpen. Vaak is het zo dat hoe sneller de reactie naar de klant toe is, hoe groter de voorraad investeringen moeten zijn. Het positioneren van het customer order decoupling point is belangrijk om de productie omgeving te begrijpen.

Bedrijven die klanten bedienen vanuit een voorraad met eindproducten zijn make-to-stock bedrijven. Bedrijven die voor gemonteerde modules combineren om zo aan de specifieke vraag van de klant te voldoen zijn assemble-to-order bedrijven. Bedrijven die het gewenste product van de klant maken vanuit ruwe materialen, onderdelen en componenten worden getypeerd als make-to-order. Tot slot heb je nog bedrijven die samen met de klant een design opstellen, waarnaar het bedrijf de benodigde materialen, onderdelen en componenten gaat inkopen. Deze bedrijven heten engineer-to-order.

• Make-to-stock: Hierbij is er een productie omgeving waarbij  klanten direct geholpen kunnen worden doordat goederen uit het magazijn (voorraad) geleverd worden.
• Assemble-to-order: Hierbij worden een aantal voor gemonteerde modules gecombineerd om aan de specifieke vraag van klanten te voldoen.
• Make-to-order: Dit is een productie omgeving waar een product wordt gebouwd uit ruwe materialen en componenten als antwoord op de specifieke vraag van een klant. Het wordt dus gemaakt aan de hand van een specifieke vraag.
• Engineer-to-order: Hierbij werkt het bedrijf samen met de klant om het product weer te geven. Als dit is gedaan wordt het product gemaakt aan de hand van gekochte materialen, onderdelen en componenten.

Bij het tevreden stellen van de klant, in de make-to-stock ­productie omgeving, draait het om de balans tussen de gehanteerde hoeveelheid aan voorraad en de hoeveelheid service die je verschaft aan de klant. Het handhaven van meer voorraad verhoogt de kosten, dus er zal een compromis gesloten moeten worden tussen de kosten van voorraad en de hoeveelheid verleende service. Deze compromis (trade-off) kan verbeterd worden door betere schattingen, kennis van de vraag van klanten, door flexibelere productieprocessen, snellere transport alternatieven enzovoort. Hierdoor investeren veel make-to-stock bedrijven in lean manufacturing programma’s, zodat hogere level aan service bereikt kunnen worden bij elke hoeveelheid aan voorraad.

• Lean manufacturing: Dit draait om het bereiken van een hoge klanten service bij een minimum level aan voorraad investeringen.

Ongeacht de compromis die er gemaakt moet worden, is de focus van een make-to-stock bedrijf altijd het verschaffen van eindproducten waar en wanneer de klant deze wil. Om dit te kunnen bewerkstelligen is het van belang dat er sprake is van flexibiliteit en dat verschillende componenten bij elkaar gezet kunnen worden. Het is makkelijker de vraag naar componenten te schatten (die je vervolgens wel snel in elkaar kunt zetten) dan een schatting te maken van de vraag naar een geheel product. Als je dit doet dan krijg je al snel een aantal van verschillende combinaties aan componenten die mogelijk zijn om een hoge klanten service te bereiken bij minimale voorraad investeringen. De berekening hiervan is als volgt:

• Totaal aantal aan combinaties = N1 x N2 x … x Nn

Hoe kan je het productieproces in kaart brengen en wat houdt Little’s law in?

Het is handig als je als bedrijf snel een map kan maken van het supply chain proces waarin te zien is hoe de materialen door het proces vloeien en waar de voorraad gehouden wordt. Dit helpt je om het proces te kunnen begrijpen. Dit heet ‘proces mapping’; het opstellen van een diagram dat de doorstroom van materialen en de voorraad in het proces weergeeft.

Materialen in een proces komen voor op één of twee manieren. De eerste manier is als het materiaal in beweging of doorvoer is en in de tweede manier is het materiaal als buffer opgeslagen in de voorraad. Materiaal dat in het productieproces gebruikt wordt, is het materiaal dat in beweging is. Dit wordt ook wel gezien als werk in uitvoer. Een veel voorkomend meetinstrument in het proces is de total average value inventory. Dit is de som van de waarde (kosten) van de ruwe materialen, het werk in uitvoer en de eindproducten in voorraad. Het is een handig hulpmiddel voor accounting doeleinden, maar het is niet erg bruikbaar om de resultaten van het proces te evalueren. Een betere meting om de waarde van de voorraad te beoordelen is door middel van inventory turn, wat de kosten van de verkochte goederen is minus gedeeld door de gemiddelde waarde van de voorraad. Als je het aantal dagen aan voorraad per item wil bereken, dan is de days-of-supply  een handig meetinstrument.

• Total average value of inventory: De totale investering in voorraad door het bedrijf. Dit bevat ruwe materialen, het werk in uitvoering en de eindproducten in voorraad.
• Inventory turn: Dit is een efficiënte meting waar de kosten van de verkochte goederen gedeeld worden door de totale gemiddelde waarde van de voorraad. Zo is een inventory turn van 6 keer per jaar beter dan eentje van 2 keer per jaar. Hierdoor kan je bedrijven van verschillende omvangen gemakkelijker met elkaar vergelijken.
• Days-of-supply: een meetinstrument voor het aantal dagen aan voorraad per item. Stel dat je 6 keer per jaar een nieuwe voorraad hebt, dan is de rekensom als volgt: 1 jaar / 6 keer = 365/6=60.8 dagen.

Simpele systemen kunnen geanalyseerd worden aan de hand van Little’s Law. Deze zegt dat er een lange termijn relatie bestaat tussen voorraad, de doorvoersnelheid (throughput rate) en de doorloop tijd (flow time) van een productie systeem in een stabiele staat.

De relatie is als volgt:

• Voorraad = doorvoersnelheid (throughput rate) x doorloop tijd (flow time)

De doorvoersnelheid is het lange termijn gemiddelde dat items door het proces stromen: items/dagen De doorloop tijd is de tijd dat het duurt voor een item om van begin tot eind compleet door het proces te stromen.

• Little’s law: Deze beoordeeld voorraad op een wiskundige manier door middel van de doorvoersnelheid en doorloop tijd.
• Throughput: Dit is het lange termijn gemiddelde waarmee items stromen door het proces (units/days)
• Flow time: De tijd dat het duurt voordat een unit compleet door het proces is.

Ruwe materialen worden naar een bedrijf gebracht, daar worden ze getransformeerd naar eindproducten en vervolgens opgeslagen in de voorraad. Deze analyse neemt aan dat dit proces gebeurt in een stabiele staat. Dit houdt in dat, in de lange termijn, de geproduceerde hoeveelheid goederen gelijk is aan de hoeveelheid verzonden goederen naar klanten toe. De throughput rate is dan gelijk aan de gemiddelde vraag en het productieproces produceert geen tekort of overschot.

Voorbeeld van Little’s Law: Als de gemiddelde vraag 1000 units per dag zijn en het 20 dagen duurt voor een unit om door het bedrijf te stromen, dan is de verwachte werk in uitvoering 20.000 units. Je kunt dus aan de Little’s Law denken door middel van de relatie tussen units en tijd. Voorraad wordt hierbij gemeten in aantallen, flow time in dagen en de throughput rate in aantallen per dag. Hierdoor is het zo dat als je de voorraad deelt door de throughput je de flow time krijgt: 20.000/1.000 per dag = 20 dagen. Je kan ook de voorraad pakken en deze delen door de flow time om de throughput rate te krijgen: 20.000/20 dagen = 1000 units per dag.

Hoe worden productieprocessen georganiseerd?

Het selecteren van een productie proces is een strategische beslissing waarbij besloten wordt welk type productie proces gebruikt wordt om een product te produceren of een dienst te verschaffen. De manier waarop een faciliteit wordt geregeld wordt gedefinieerd oor een algemeen doorstroom patroon aan werk. Hiervoor zijn 5 basis structuren: project, workcenter, manufacturing cell, assembly line en continuous process.

Deze 5 structuren zien er als volgt uit:

1. Project Layout: Dit is voor grote of massieve producten die geproduceerd worden op een specifieke locatie. Arbied, materialen of uitrusting worden eerder gebracht naar het product dan andersom.
2. Workcenter: Een proces met grote flexibiliteit om een grote variëteit aan producten te produceren. Vaak zijn er meerdere werkcenters; bijv. een met drilling machines en de ander met stamping machines en per werkcenter zijn de juiste machines voor dat product geplaatst.
3. Manufacturing cell: Dit is een gebied waar een groep aan soortgelijke producten wordt geproduceerd. Deze cellen zijn zo ontwikkeld dat ze een specifieke set aan processen hebben en ze een gelimiteerd bereik aan producten kunnen produceren. Een bedrijf kan meerdere cellen hebben in hun productie gebied, elke cel om een specifiek product te produceren of een groep aan soortgelijke producten. Vaak geldt dit wel voor een gelimiteerde hoeveelheid producten.
4. Assembly line: Dit is een gebied waar een item wordt geproduceerd door een vaststaande volgorde aan werk stations, ontwikkeld om een specifieke productie percentage te behalen. Producten worden gemaakt doordat ze zich verplaatsen van werkstation naar werkstation.
5. Continuous process: Een proces dat ruwe materialen omzet in kant en klare producten in een doorlopend proces. Deze volgt ook een volgorde aan stappen, maar de stroom is continu. Deze structuren zijn vaak erg geautomatiseerd.

De relatie tussen structuren wordt vaak weergegeven in een product-process matrix. Hierbij zijn er twee dimensies; een horizontale dimensie die gerelateerd is aan het volume van een bepaald product of groep aan gestandaardiseerde producten en een verticale dimensie die de mate van variatie in het geproduceerde product laat zien. Het is een model dat de verschillende proces typen afbeeld, de 5 bovengenoemde basisstructuren, afhankelijk van product volume en de mate van product standaardisatie.

• Product-proces matrix: Een model dat laat zien wanneer de verschillende productie processen meestal gebruikt worden, afhankelijk van het product volume en mate van product standaardisatie.

Het ontwerpen van een productie systeem

Er zijn meerdere technieken beschikbaar om de daadwerkelijke productie indelingen van het productie proces te bepalen. Productie indelingen worden gebaseerd op de natuur van het product, het benodigde volume om aan de vraag te kunnen voldoen en de kosten van het werktuig/gereedschap.

Continue proces indelingen (layouts)

Een assembly line is een ontwerp indeling met als doel om een product te bouwen aan de hand van een progressief stappenplan. De lopende band stappen worden gedaan in gebieden die stations genoemd worden. Deze stations zijn aan elkaar gelinkt door middel van een materieel bedingsapperaat.

• Assembly line: Dit is een gebied waar een item wordt geproduceerd door middel van een vaststaande volgorde aan werkstations. Ze worden zo ontwikkeld dat een specifiek productiepercentage bereikt kan worden.

Hoe kan je de lopende band ontwerpen en analyseren?

De bekendste lopende band is een bewegende transportband dat langs een serie aan werkstations gaat in een bepaalde tijd, ook wel workstation cycle time genoemd. Op elk werkstation wordt er werk verricht aan het product; de kleine activiteiten omtrent het product per werkstation kunnen als taken worden gezien. Het totale aantal werk dat uitgevoerd wordt per werkstation is gelijk aan de som van de taken per werkstation. Het assembly-line balancing probleem is het toewijzen van taken aan werkstations op zo’n manier dat er niet meer gedaan zou kunnen worden in de cycle time en dat nutteloze tijd per werkstation wordt geminimaliseerd. Dit probleem is gecompliceerd door de relatie van taken tussen het product ontwerp en de proces technologieën. Dit heet de precedence relationship, dit specificeert in welke volgorde welke taken uitgevoerd moeten worden in het lopende band proces.

• Workstation cycle time: Dit is de tijd tussen opeenvolgende units, durende tot aan het einde van de lopende band. Bij elke werkstation wordt er werk verzet om het product af te kunnen ronden, hierin heeft elk werkstation zijn eigen taak. Het totale aantal werk bij een station is de som van alle taken van dat werkstation.
• Assemby-line balancing: Dit is het problem van het toewijzen van taken aan de series aan taken bij een werkstation. Dit is lastig omdat je in de gehele duur van de cyclisch zo min mogelijk nutteloze tijd wilt; dit wil je minimaliseren.
• Precedence relationship: Dit is de vereiste volgorde waarin taken uitgevoerd moeten worden in het proces van de lopende band.

De stappen die ondernomen moeten worden om te zorgen voor een balans in het lopende band proces zijn als volgt:

1. Maak een diagram waarin te zien is hoelang elke stap duurt en hoe ze elkaar opvolgen (de volgorde van de stappen)
2. Bepaal elke tijd per workstation (cylce time, C). C = productie tijd per dag/benodigde output per dag in units
3. Bereken het minimum aantal werkstations (N). N = som van de tijd van de taken/cycle time
4. Selecteer een regel waarmee taken worden toegewezen aan werkstations. Selecteer ook een tweede regel, voor als de eerste regel niet van toepassing is.
5.  Ken taken een voor een toe aan werkstations. Doe dit totdat de som van de tijd aan taken gelijk is aan de cycle time.
6. Evalueer de efficiëntie van de balans aan de hand van een formule
   
   1. Efficienty=Som van taak tijden T((Daadwerkelijke aantal werkstations Na x Werkstaion cycle time C)
   2. Nt=Som van taak tijden TCycle time C
   3. C=Productie tijd per dagVereiste output per dag in units
7. Als de efficiëntie niet goed is dan gebruik je een andere beslissingsregel

Het splitsen van taken

Als je een product sneller wil produceren, zijn er 6 dingen die je kan doen:

1. Het splitten van taken: meer werkstations inzetten
2. Het verdelen van taken: het verdelen van taken over werkstations
3. Gebruik maken van parallelle werkstations
4. Het in dienst nemen van werknemers met meer skills
5. Overwerken: het meer produceren door middel van overuren
6. Het maken van een nieuw schema

Flexibele en U-vormige indelingen

Lopende band balansen resulteren vaak in oneven tijd bij de verschillende werkstations. Flexibele lopende band indelingen zijn een gebruikelijke manier om, om te kunnen gaan met dit probleem. Dit geldt eveneens voor de U-vormige lopende band lijn waarin werk wordt gedeeld. Zo kunnen de tijden bij verschillende werkstations gelijk(er) worden getrokken.

Samenvatting in bulletpoints:

• De tijd die een bedrijf nodig heeft om te reageren op de vraag van een klant heet de lead time. Dit verschilt van bedrijf tot bedrijf. Zo heeft een vliegmaatschappij jaren nodig om op de vraag naar een nieuw vliegtuig te reageren, terwijl dit in een supermarkt minuten is. Een sleutel concept in het productieproces is daarbij het customer order decoupling point, dit bepaalt waar de voorraad geplaatst wordt om de verschillende processen in de supply chain onafhankelijk van elkaar te kunnen laten bewegen.
• Bedrijven die klanten bedienen vanuit een voorraad met eindproducten zijn make-to-stock bedrijven. Bedrijven die voor gemonteerde modules combineren om zo aan de specifieke vraag van de klant te voldoen zijn assemble-to-order bedrijven. Bedrijven die het gewenste product van de klant maken vanuit ruwe materialen, onderdelen en componenten worden getypeerd als make-to-order. Tot slot heb je nog bedrijven die samen met de klant een design opstellen, waarnaar het bedrijf de benodigde materialen, onderdelen en componenten gaat inkopen. Deze bedrijven heten engineer-to-order.
• Materialen in een proces komen voor op één of twee manieren. De eerste manier is als het materiaal in beweging of doorvoer is en in de tweede manier is het materiaal als buffer opgeslagen in de voorraad. Materiaal dat in het productieproces gebruikt wordt, is het materiaal dat in beweging is. Dit wordt ook wel gezien als werk in uitvoer. Een veel voorkomend meetinstrument in het proces is de total average value inventory. Dit is de som van de waarde (kosten) van de ruwe materialen, het werk in uitvoer en de eindproducten in voorraad. Het is een handig hulpmiddel voor accounting doeleinden, maar het is niet erg bruikbaar om de resultaten van het proces te evalueren. Een betere meting om de waarde van de voorraad te beoordelen is door middel van inventory turn, wat de kosten van de verkochte goederen is minus gedeeld door de gemiddelde waarde van de voorraad. Als je het aantal dagen aan voorraad per item wil bereken, dan is de days-of-supply  een handig meetinstrument.
• Simpele systemen kunnen geanalyseerd worden aan de hand van Little’s Law. Deze zegt dat er een lange termijn relatie bestaat tussen voorraad, de doorvoersnelheid (throughput rate) en de doorloop tijd (flow time) van een productie systeem in een stabiele staat.
• Het selecteren van een productie proces is een strategische beslissing waarbij besloten wordt welk type productie proces gebruikt wordt om een product te produceren of een dienst te verschaffen. De manier waarop een faciliteit wordt geregeld wordt gedefinieerd oor een algemeen doorstroom patroon aan werk. Hiervoor zijn 5 basis structuren: project, workcenter, manufacturing cell, assembly line en continuous process.
• Een assembly line is een ontwerp indeling met als doel om een product te bouwen aan de hand van een progressief stappenplan. De lopende band stappen worden gedaan in gebieden die stations genoemd worden. Deze stations zijn aan elkaar gelinkt door middel van een materieel bedingsapperaat.
• Als je een product sneller wil produceren, zijn er 6 dingen die je kan doen:

1. Het splitten van taken: meer werkstations inzetten
2. Het verdelen van taken: het verdelen van taken over werkstations
3. Gebruik maken van parallelle werkstations
4. Het in dienst nemen van werknemers met meer skills
5. Overwerken: het meer produceren door middel van overuren
6. Het maken van een nieuw schema