Einleitung

Lean in der Produktentwicklung

In der heutigen Wettbewerbslandschaft ist es für Unternehmen im Maschinenbau entscheidend, innovative Produkte effizient und kostengünstig zu entwickeln. Lean-Prinzipien bieten eine bewährte Methodik, um diesen Herausforderungen zu begegnen. In diesem Artikel werden wir uns auf zwei wichtige Lean-Methoden konzentrieren, nämlich die Wertanalyse und das Design for Manufacturing and Assembly (DFMA), und deren Anwendung in der Produktentwicklung untersuchen. Vorher soll noch kurz das Ziel abgeklärt werden.

I. Ziel von Lean Innovation – Effizienz und Nutzerorientierung

Unsere Zeit verlangt, schon aus Gründen der Nachhaltigkeit, schonend mit Ressourcen umzugehen. Dem gegenüber steht ein erhöhter Wettbewerbsdruck. Im Produktentstehungsprozess bedeutet das, die Entwicklungszeit auf ein Nötigstes zur reduzieren und so schlank wie möglich zu machen, ohne dabei notwendige Innovationen vermissen zu lassen. Bezogen auf effiziente Produktentwicklung ist dieses Ziel der Kern des Lean Konzepts. Durch einen interdisziplinären Ansatz und eine transparente, strukturierte und zielorientierte Vorgehensweise in der Entwicklung, wird Entwicklungskapazität gespart und Innovation ermöglicht. Lean Thinking führt bei der Entwicklung von Produkten dazu, immer die Kundenwünsche zu berücksichtigen, anstatt die eigenen Ansichten zu profilieren. Ein Nebeneffekt ist eine Besinnung auf eine Unternehmenskultur und ein Geschäftsmodell, bei der der Benutzer von Anfang an im Zentrum steht!

Die Standardisierung der Innovation ist nicht zuerst ein Ziel um Produktkosten zu reduzieren. Es gibt der eigenen Arbeit auch mehr Wert, da „nicht zielführende Abzweigungen“ in der Entwicklung reduziert werden. Langwierige Entwicklungen, die dann in der Schublade verschwinden sind damit Vergangenheit. Alle im Entwicklungsteam wollen das Produkt auf den Markt bringen. Davon abgeleitet ergeben sich die eigenen Aufgaben und auch definierte Grenzen um ein Zusammenspiel zu inspirieren!

II. Wertanalyse – Funktionen strukturieren, Innovation durch Verschlankung beschleunigen

Die Wertanalyse ist eine Methode, die im Lean Management und der Produktentwicklung verwendet wird, um den Wert von Produkten und Prozessen zu maximieren. Sie konzentriert sich darauf, unnötige Kosten zu eliminieren, die Qualität zu verbessern und die Kundenzufriedenheit zu steigern.

Das Prinzip der Wertanalyse basiert auf der Annahme, dass nicht alle Merkmale eines Produkts oder Prozesses gleich wichtig oder wertvoll sind. Einige Merkmale tragen wesentlich zur Wertschöpfung bei, während andere weniger relevant oder sogar überflüssig sind. Das Ziel der Wertanalyse besteht darin, die Wert treibenden Merkmale zu identifizieren und diejenigen zu eliminieren oder zu optimieren, die keinen Mehrwert bieten.

Der Prozess der Wertanalyse besteht aus mehreren Schritten:

1. Funktionsanalyse: In diesem Schritt werden die verschiedenen Funktionen des Produkts oder Prozesses identifiziert. Eine Funktion beschreibt, was das Produkt oder der Prozess tun soll, nicht wie es gemacht wird. Zum Beispiel könnte eine Funktion eines Automobils „Transport von Personen von A nach B“ sein.
2. Wertbestimmung: In diesem Schritt werden die Funktionen nach ihrem Wert für den Kunden oder das Unternehmen bewertet. Dies kann anhand von Kriterien wie Kosten, Qualität, Kundenanforderungen oder Wettbewerbsfähigkeit erfolgen. Ziel ist es, diejenigen Funktionen zu identifizieren, die den größten Wertbeitrag liefern.
3. Wertverbesserung: Nach der Wertbestimmung werden die Funktionen, die als nicht wertvoll erachtet werden, genauer betrachtet. Es wird nach Möglichkeiten gesucht, sie zu eliminieren, zu vereinfachen oder zu optimieren, um Kosten zu senken, Qualität zu verbessern oder Kundenzufriedenheit zu steigern. Dabei werden verschiedene Techniken wie das Redesign von Produkten, die Nutzung alternativer Materialien oder die Umgestaltung von Prozessen eingesetzt.
4. Umsetzung: Der letzte Schritt der Wertanalyse beinhaltet die Implementierung der identifizierten Verbesserungen. Dies kann Änderungen am Produktentwurf, an den Produktionsprozessen oder an den Geschäftsabläufen umfassen.

Durch die Anwendung der Wertanalyse können Unternehmen im Maschinenbau und Design unnötige Kosten reduzieren, die Effizienz steigern und die Qualität ihrer Produkte verbessern. Sie ermöglicht es, den Fokus auf die Funktionen zu legen, die den größten Wert für den Kunden und das Unternehmen bieten, und gleichzeitig Verschwendung zu reduzieren. Indem unnötige Schritte, Materialien oder Prozesse eliminiert werden, können Unternehmen wettbewerbsfähigere Produkte entwickeln und ihre Gewinne steigern.

Ein praktisches Beispiel für die Anwendung der Wertanalyse bei der Entwicklung eines HMI (Human-Machine Interface) in der Maschinenbauindustrie ist die Identifizierung und Betonung der wertvollsten Funktionen wie die Anzeige von Informationen und die Interaktion mit dem Benutzer. Weniger relevante Funktionen wie die Alarmmeldung werden optimiert oder vereinfacht, um den Wertbeitrag zu erhöhen. Das Ergebnis ist ein optimiertes HMI-Design, das die Benutzeranforderungen erfüllt, die Benutzererfahrung verbessert und die Effizienz der Maschinenbedienung steigert.

III. Integration der Wertanalyse in die agile Entwicklung eines Produkts

1. Funktionsanalyse: Der erste Schritt besteht darin, die Funktionen des neuen Bauteils zu identifizieren. Überlege, welche Aufgaben das Bauteil erfüllen soll und welchen Wert es für den Kunden und das Unternehmen hat. Welche Funktionen sind unverzichtbar und welche könnten überflüssig sein? Dieser Schritt hilft dabei, den Fokus auf die wesentlichen Funktionen zu legen.
2. Wertbestimmung: Bewerte die identifizierten Funktionen nach ihrem Wert für den Kunden und das Unternehmen. Nutze dafür Kriterien wie Kosten, Qualität, Kundenanforderungen, Wettbewerbsfähigkeit usw. Welche Funktionen tragen maßgeblich zum Kundennutzen bei? Welche Funktionen haben einen hohen Einfluss auf die Kosten oder die Qualität des Bauteils? Diese Bewertung hilft bei der Priorisierung der Funktionen und ermöglicht es, den Wertbeitrag jedes einzelnen zu verstehen.
3. Wertverbesserung: Untersuche die Funktionen, die als nicht wertvoll erachtet werden, genauer. Überlege, wie diese Funktionen optimiert, vereinfacht oder sogar eliminiert werden können, um Kosten zu senken oder die Qualität zu verbessern. Hierbei können verschiedene Methoden wie Redesign, Materialsubstitution, Prozessoptimierung oder die Nutzung neuer Technologien eingesetzt werden. Der Fokus liegt darauf, die Wert treibenden Funktionen zu maximieren und Verschwendung zu minimieren.

Durch die Integration dieser drei Schritte in den Entwicklungsprozess eines neuen Bauteils kann die Wertanalyse effektiv angewendet werden. Dabei ist es wichtig, dass das Team aus verschiedenen Fachbereichen zusammenarbeitet, um die Funktionen umfassend zu analysieren, den Wert zu bestimmen und Verbesserungsmöglichkeiten zu identifizieren. Regelmäßige Überprüfungen und Anpassungen während des Entwicklungsprozesses sind ebenfalls entscheidend, um sicherzustellen, dass die Wertanalyse kontinuierlich angewendet wird und den gewünschten Nutzen bringt.

IV. Design for Manufacturing and Assembly (DFMA) – Verschwendung reduzieren

Design for Manufacturing and Assembly (DFMA) ist eine Lean-Methode, die in der Produktentwicklung angewendet wird, um die Effizienz bei der Herstellung und Montage von Produkten im Maschinenbau und Design zu maximieren. Das Ziel von DFMA ist es, Produkte so zu gestalten, dass sie kostengünstig, qualitativ hochwertig und einfach herzustellen und zu montieren sind.

Das Prinzip von DFMA besteht darin, dass bereits während des Designprozesses die Herstellbarkeit und Montagefreundlichkeit eines Produkts berücksichtigt werden. Durch die Integration von DFMA-Prinzipien wird vermieden, dass später im Produktionsprozess teure Änderungen oder Anpassungen vorgenommen werden müssen.

DFMA umfasst zwei Hauptaspekte: das Design for Manufacturing (DFM) und das Design for Assembly (DFA).

Design for Manufacturing (DFM) bezieht sich auf die Gestaltung eines Produkts unter Berücksichtigung der spezifischen Fertigungsmöglichkeiten und -prozesse. Hierbei werden potenzielle Herstellungsherausforderungen identifiziert und vermieden. DFM umfasst beispielsweise die Auswahl geeigneter Materialien, die Reduzierung von Komplexität, die Optimierung von Fertigungsabläufen und die Berücksichtigung von Toleranzen und Fertigungsgrenzen.

Design for Assembly (DFA) konzentriert sich auf die Gestaltung eines Produkts, um die Montageeffizienz zu maximieren. Es geht darum, die Anzahl der Bauteile zu reduzieren, die Montageschritte zu minimieren, standardisierte Verbindungselemente zu verwenden und eine gute Zugänglichkeit für Montagearbeiter zu gewährleisten. Durch DFA wird die Montagezeit verkürzt, die Fehleranfälligkeit minimiert und die Qualität des Endprodukts verbessert.

DFMA wird oft in Kombination mit anderen Lean-Methoden wie Wertstromanalyse, 5S und Kaizen eingesetzt, um die Gesamteffizienz des Produktentwicklungsprozesses zu steigern. Es ermöglicht eine frühzeitige Identifizierung von Verbesserungspotenzialen und trägt dazu bei, Kosten zu senken, die Time-to-Market zu verkürzen und die Kundenzufriedenheit zu steigern.

Insgesamt unterstützt DFMA den Lean-Ansatz, indem es Verschwendung in Form von übermäßiger Komplexität, unnötigen Kosten und Zeitverlusten reduziert. Durch die Integration von DFMA-Prinzipien in den Designprozess können Unternehmen wettbewerbsfähigere und qualitativ hochwertigere Produkte entwickeln, die effizient hergestellt und montiert werden können.

V. Schritte zur Integration von des Prinzips „DFMA“ in den Entwicklungsprozess und Projektmanagement

Um Design for Manufacturing and Assembly (DFMA) in den Entwicklungsprozess zu integrieren, können die folgenden vier Schritte befolgt werden:

1. Frühe Zusammenarbeit und Analyse: Es ist wichtig, dass die verschiedenen Teams, einschließlich Design, Fertigung, Montage und Lieferanten, frühzeitig zusammenarbeiten und ihr Fachwissen einbringen. In diesem Schritt werden potenzielle Designprobleme und Herausforderungen identifiziert, die sich auf die Herstellbarkeit und Montagefreundlichkeit auswirken könnten. Durch eine frühzeitige Analyse können Verbesserungen vorgenommen werden, bevor das Design zu weit fortgeschritten ist.
2. Design for Manufacturing (DFM): In diesem Schritt werden die Gestaltungsrichtlinien angewendet, um sicherzustellen, dass das Produkt einfach und kosteneffizient hergestellt werden kann. Hierbei können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
   • Auswahl geeigneter Materialien: Die Auswahl von Materialien, die leicht verfügbar und kostengünstig sind und den Anforderungen des Produkts entsprechen, ist wichtig.
   • Reduzierung von Komplexität: Durch die Vereinfachung des Designs können Teileanzahl und Montageschritte reduziert werden. Komplexe Formen oder unnötige Merkmale sollten vermieden werden.
   • Toleranz und Fertigungsgrenzen: Es ist wichtig, die Toleranzen der Teile so zu gestalten, dass sie mit den Fertigungsmöglichkeiten übereinstimmen. Engere Toleranzen können zu höheren Kosten und längeren Fertigungszeiten führen.
   • Optimierung von Fertigungsabläufen: Die Gestaltung des Produkts sollte darauf abzielen, dass Fertigungsprozesse effizient durchgeführt werden können. Dies kann beispielsweise die Minimierung von Bearbeitungsschritten oder die Nutzung automatisierter Fertigungstechnologien umfassen.
3. Design for Assembly (DFA): Im DFA-Schritt wird das Produkt so gestaltet, dass die Montageeffizienz maximiert wird. Hierbei können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
   • Bauteilereduzierung: Durch die Reduzierung der Anzahl von Bauteilen wird die Montagezeit verkürzt und die Fehleranfälligkeit verringert. Standardisierte Bauteile oder modulare Designs können hierbei hilfreich sein.
   • Standardisierte Verbindungselemente: Die Verwendung standardisierter Verbindungselemente wie Schrauben oder Steckverbindungen erleichtert die Montage und ermöglicht eine schnellere und präzisere Verbindung der Teile.
   • Zugänglichkeit: Das Design sollte so gestaltet sein, dass Montagearbeiter einfachen Zugang zu den Montagestellen haben. Dies erleichtert die Montage und verringert das Risiko von Fehlern.
4. Kontinuierliche Verbesserung: DFMA ist ein iterativer Prozess, der kontinuierliche Verbesserungen ermöglicht. Feedback aus der Produktion und Montage sollte gesammelt und genutzt werden, um zukünftige Designs zu optimieren. Durch den Einsatz von Lean-Methoden wie Wertstromanalyse oder Kaizen können weitere Effizienzgewinne erzielt werden.

In dem diese vier Schritte im Entwicklungsprozess implementiert werden, kann DFMA dazu beitragen, die Herstellbarkeit und Montagefreundlichkeit von Produkten im Maschinenbau und Design zu verbessern, Kosten zu senken und die Qualität zu steigern.

Zusammenfassung

Die Wertanalyse und DFMA sind leistungsstarke Lean-Methoden, die Unternehmen im Maschinenbau dabei unterstützen, ihre Produktentwicklung zu optimieren. Durch die systematische Identifizierung und Beseitigung nicht wertschöpfender Aktivitäten sowie die Gestaltung von Produkten und Prozessen mit Blick auf Herstellbarkeit und Montage können Kosten reduziert, die Produktqualität verbessert und die Wettbewerbsfähigkeit gesteigert werden. Die Anwendung dieser Lean-Prinzipien stellt sicher, dass Unternehmen innovative Produkte effizient und kostengünstig entwickeln können, um den Kundenbedürfnissen gerecht zu werden.

Wie können wir zusammen die Prinzipien des Lean Management in Ihrem Betrieb weiterentwickeln? Sprechen Sie uns gern dazu an!

Beitragsbild: Austin Distel/ unsplash.com