One-piece flow – auch bekannt als kontinuierlicher Fluss – ist ein Lean-Prinzip in der Fertigung, das darauf abzielt, ein Werkstück nach dem anderen durch jeden Schritt des Produktionsprozesses zu bewegen, anstatt große Chargen zu verarbeiten. Ziel ist es, den Arbeitsfluss zu optimieren, Verschwendung zu reduzieren und Qualität sowie Effizienz zu verbessern.
One-piece flow basiert auf mehreren zentralen Konzepten, die auf eine maximale Produktionseffizienz abzielen. Im Kern bedeutet dies, dass ein einzelnes Produkt oder Bauteil ohne Verzögerung durch jeden Prozessschritt bewegt wird, wodurch ein gleichmäßiger und kontinuierlicher Arbeitsfluss entsteht. Dieser Ansatz verkürzt die Durchlaufzeiten erheblich, da die Wartezeiten, wie sie bei der Chargenfertigung auftreten, entfallen. Da die Teile einzeln verarbeitet werden, wird das Umlaufbestand-Inventar auf ein Minimum reduziert – das verringert Unordnung und vereinfacht die Abläufe. Zudem werden Fehler sofort erkannt, da jedes Teil beim Durchlauf durch das System geprüft wird, was schnelle Korrekturmaßnahmen ermöglicht. Die Methode erhöht außerdem die Flexibilität und erleichtert Anpassungen bei Produktänderungen oder variierender Kundennachfrage. Schließlich trägt sie auch zur besseren Raumnutzung auf der Fertigungsfläche bei, da weniger Platz für halbfertige Waren benötigt wird.
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Manche Maschinen verarbeiten ein einzelnes Teil, andere eine Ladung identischer Teile, wieder andere Sets passender Komponenten. Im sogenannten Rohrmodell ist das kumulierte Volumen, das über eine bestimmte Zeit durch einen Prozess für ein Produkt läuft, eine gerade Linie – allerdings nur, wenn es sich bei dem Produkt um eine Flüssigkeit oder ein Pulver handelt, das in einen Behälter fließt. Bei One-piece flow ähnelt die Linie eher einer Treppe mit so kleinen Stufen, dass sie wie eine gerade Linie erscheint.
Wenn der Prozess jedoch in Chargen durchgeführt wird, verändert sich dieses Bild – je nachdem, ob man es im Maßstab einer längeren Zeitachse (bezogen auf die Bearbeitungszeit einer Charge) oder im Rahmen der Arbeitsplanung der Produktionsmitarbeiter betrachtet. Dann werden die Stufen hoch, und die Funktion des kumulierten Volumens lässt sich im Verlauf einer Schicht oder eines Arbeitstags nicht mehr mit einer geraden Linie verwechseln.
Für das zentrale Unternehmenscontrolling – also mit ausreichend Abstand – wirkt die Treppe wiederum wie eine Linie. Aus der Nähe betrachtet, für die Produktionsmitarbeiter, sieht sie das nicht. Und diese „Unförmigkeit“ des Prozesses beeinflusst ihre Arbeit, die Durchlaufzeit sowie die Qualität der Ergebnisse.
Jedes einzelne Teil muss zunächst warten, bis eine vollständige Charge gebildet ist, bevor es bearbeitet werden kann – und erneut warten, bis es aus einer verarbeiteten Charge entnommen wird. Zwischen den Pufferbeständen vor und nach dem Prozess sowie der Charge in Bearbeitung ergibt sich im stabilen Zustand ein durchschnittlicher Bestand von zwei Chargen, die verwaltet werden müssen – und eine Durchlaufzeit, die proportional zur Losgröße ist.
Zudem verzögert das Warten die Entdeckung von Qualitätsproblemen – ein entscheidender Grund, One-piece flow anzustreben. Eine Maschine zu finden oder zu entwickeln, die ein einzelnes Teil in 1/50 der Zeit bearbeiten kann, die die bisherige Maschine für eine 50er-Charge benötigt, ist mitunter eine technische Herausforderung. Der Übergang zu One-piece flow hängt dann möglicherweise vom Stand der Technik ab. Oft ist es jedoch realisierbar – insbesondere dann, wenn die bestehende Maschine nicht ausgelastet ist und die Alternative nicht deren volle Kapazität erreichen muss. Aus Sicht der Zentrale ist all dies kaum wahrnehmbar.
| Aspekt | One-Piece Flow | Chargen-Produktion |
| Gesamtdauer | Kurz | Lang |
| Inventory | Niedrig | Hoch |
| Flexibility | Hoch | NIedriger |
| Qualitätsbedarf | Sofortiges Feedback | Verzögerte Entdeckung |
| Raumbedarf | Weniger | Mehr |
| Verbesserung der Umrüstzeit | Signifikant |
Weniger signifikant |
Zellen sollten mit One-piece flow konzipiert werden. In der Anfangsphase der Zellimplementierung wird der Materialtransport zwischen den Maschinen innerhalb der Zelle in der Regel noch nicht automatisiert. Das häufigste Vorgehen ist, dass Teile per Hand von einer Maschine zur nächsten getragen werden. Der wesentliche Unterschied zur Werkstattfertigung besteht darin, dass ein Teil nicht von einem Bediener aus einem Eingangspuffer entnommen und in einen Ausgangspuffer gelegt wird, sondern direkt von einer Maschine zur nächsten wandert – ohne Zwischenpuffer. Mitunter werden Teile sogar in derselben Maschine von zwei verschiedenen Bedienern be- und entladen.
Obwohl One-piece flow eindeutig die Menge an Umlaufbestand innerhalb der Zelle minimiert, ist die damit verbundene Bestandsreduzierung nicht das Hauptziel. Die wesentlichen Vorteile von One-piece flow ergeben sich aus den Qualitätsverbesserungen, insbesondere aus folgenden Gründen:
One-piece flow minimiert die Durchlaufzeit jedes Werkstücks durch die Abfolge der Arbeitsschritte in der Zelle. Dadurch gilt: Sobald eine Maschine beginnt, fehlerhafte Teile zu produzieren, erkennen die Bediener dies, bevor größerer Schaden entsteht.
Durch die Einhaltung der Prozessreihenfolge erleichtert One-piece flow die Rückverfolgung von Problemen. Fehlerhafte Teile lassen sich nicht nur leichter isolieren – man kann auch die zuvor gefertigten Teile beobachten, um z. B. zu erkennen, ob sich der Fehler allmählich oder plötzlich eingeschlichen hat.
One-piece flow ist nicht anwendbar bei Maschinen, die mehrere identische Teile gleichzeitig verarbeiten und dabei ihre volle Kapazität benötigen. Solche Maschinen sind zwar unerwünscht, aber manchmal unvermeidlich – zumindest solange, bis Ingenieure eine Alternative finden, die Einzelstücke verarbeiten kann. Häufig handelt es sich dabei um sogenannte „Monumente“, die weder umgangen noch ersetzt werden können. Manchmal sind sie jedoch klein genug, um in Zellen integriert zu werden. Im kleineren Maßstab verhalten sich diese Maschinen zu Zellen so wie Monumente zur gesamten Produktionsanlage: Sie sind Sondermaschinen, deren Betriebsweise nicht den Rest der Zelle dominieren darf. Während alle anderen Maschinen im One-piece flow arbeiten, sammelt sich vor der Sondermaschine ein vollständiger Auftrag, und der nachgelagerte Prozess arbeitet diesen ab.
Bild: Chaku-chaku Fertigungsstraße (unten) verglichen mit einer Fließband-basierten Fertigung (siehe auch: die Montagelinie)
Chaku-chaku-Linien sind eine weiterentwickelte Form von Fertigungszellen. Um den Wert dieses Konzepts wirklich zu verstehen und es erfolgreich umzusetzen, ist es notwendig, zuvor Erfahrung mit der Implementierung von Zellen gesammelt zu haben. Chaku-chaku-Linien sind nicht vollautomatisiert. Es handelt sich um halbautomatische Bediener-Maschine-Systeme, die auf einer Philosophie basieren, welche Aufgaben am besten vom Menschen und welche von der Maschine übernommen werden. Der Begriff „chaku-chaku“ bedeutet wörtlich „laden-laden“. Diese Betriebsweise steht im Gegensatz zu „datsu/chaku-datsu/chaku“, was „entladen/laden – entladen/laden“ bedeutet.
Eine Chaku-chaku-Linie ist nach wie vor eine Zelle, zeigt jedoch im Vergleich zu einer klassischen Bearbeitungszelle eine höhere Dichte: Zwei Puffer werden durch die Umstellung von Chargenmaschinen auf One-piece flow eliminiert, automatisches Entladen wird in die Maschinen nachgerüstet, Schaltmechanismen („as-you-go switches“) ermöglichen es dem Bediener, eine Maschine zu starten, während er zur nächsten geht, Rutschen transportieren die Teile zwischen den Maschinen, und Produktwechsel erfolgen durch sogenannte „One-touch“-Rüstvorgänge.
Bei einer Montagelinie bedeutet die Umstellung auf eine Chaku-chaku-Linie typischerweise die Transformation von einer geraden Linie in eine U-Form, den Verzicht auf ein Förderband, das Zusammenrücken der Montageplätze, die Einführung einfacher Automatisierungsschritte (wie z. B. das Eindrehen von Schrauben), automatisches Entladen an jedem Arbeitsplatz, Rutschen zwischen den Stationen, as-you-go-Schalter, One-piece flow und One-touch-Rüstungen.
Was ist der Hauptvorteil von One-piece flow in der Fertigung?
One-piece flow reduziert die Durchlaufzeit erheblich, da Verzögerungen zwischen den Produktionsschritten entfallen. Der Ansatz steigert die Effizienz, deckt Probleme frühzeitig auf und ermöglicht eine schnellere Auslieferung an den Kunden. Gleichzeitig werden Verschwendung und überflüssige Bestände reduziert – im Sinne der Lean-Prinzipien.
Ist One-piece flow für alle Fertigungsarten geeignet?
Nicht unbedingt. One-piece flow eignet sich am besten für Umgebungen mit stabiler, vorhersehbarer Nachfrage und standardisierten Prozessen. Ideal ist es bei geringer bis mittlerer Produktvielfalt. In stark kundenspezifischen oder unregelmäßigen Produktionsumgebungen kann ein hybrider Ansatz aus Chargen- und Flussfertigung sinnvoller sein.
Wie wirkt sich One-piece flow auf die Qualitätskontrolle aus?
One-piece flow verbessert die Qualitätskontrolle, da Fehler sofort erkannt werden. Da jeweils nur ein Teil bearbeitet wird, fallen Probleme frühzeitig auf, was verhindert, dass fehlerhafte Produkte unbemerkt in die nächste Prozessstufe gelangen oder sich in Chargen ansammeln.
One-piece flow ist ein wirkungsvolles Prinzip der Lean-Fertigung, das die Effizienz steigert, Verschwendung reduziert und die Produktqualität verbessert – durch den Wegfall von Verzögerungen und überflüssigen Beständen, wie sie bei der Chargenfertigung auftreten. Eine erfolgreiche Umsetzung erfordert eine durchdachte Zellgestaltung, die Einbindung der Mitarbeitenden und häufig auch technische Anpassungen an den Maschinen.
Obwohl nicht in jeder Situation anwendbar, bietet One-piece flow bei passender Anwendung erhebliche operative Vorteile. Es ermöglicht schnelleres Feedback, erleichtert die Rückverfolgung von Problemen und erhöht die Reaktionsfähigkeit gegenüber Kundenanforderungen. Um sein volles Potenzial auf dem Shopfloor auszuschöpfen, ist es entscheidend, die Auswirkungen sowohl aus Produktions- als auch aus Planungssicht zu verstehen.
Delve deeper into one of our core topics: RTLS System
Work-in-Progress (WIP) bezeichnet Bestände, die sich im Produktionsprozess befinden, aber noch nicht fertiggestellt und verkaufsbereit sind. Dazu zählen Materialien, Bauteile und bereits geleistete Arbeit, die in Produkte investiert wurden, die sich zwischen dem Produktionsstart und dem Endpunkt befinden. Ein hoher WIP-Bestand kann auf Ineffizienzen hinweisen – etwa Engpässe oder Überproduktion – und bindet sowohl Kapital als auch Fläche. Ziel der Lean-Fertigung ist es, den WIP zu reduzieren, um den Materialfluss, die Reaktionsfähigkeit und die Qualität zu verbessern.
Quellen:
(1) Baudin, M. & Netland, T. (2023). Introduction to Manufacturing. Routledge.
(2) Womack, J. P., & Jones, D. T. (2003). Lean Thinking. Free Press.