Bufferkeuze en buffermanagement: met de juiste buffers loopt uw productieproces als een trein

Zijn meerdere bewerkingsstappen nodig om producten of diensten te leveren, dan is de logistieke uitdaging altijd hetzelfde: hoe maak je de doorstroom dan gemiddeld zo groot mogelijk?

Elke productieketen kent variatie, die moet worden opgevangen. Voorraad-, tijd- en/of capaciteitsbuffers bieden u de daartoe benodigde flexibiliteit, en zijn dus niet altijd ‘verspilling’! Sterker nog: geen enkele productieketen functioneert zonder buffers. Wel is het zaak om die buffers slim te kiezen, anders kiezen zij zichzelf.

Hoe kies je de buffers het beste? Dit blijft af te hangen van uw productiesituatie, die ik daartoe vergelijk met een spoorwegennet. Rijden uw producten-in-wording volgens het boekje als sneltreinen, als stoptreinen langs een aantal bewerkingsstations naar keuze, of is de dienstregeling van tevoren onbekend? Voor elk van deze situaties zijn er slimme buffers die uw productieproces als een trein laten lopen!

Is er in uw bedrijf sprake van serie-productie (low mix, high volume bestellingen), maakt u veel productvarianten (high mix, low volume bestellingen), of produceert u zelfs volledig op klantspecificatie?

In dit artikel gebruiken we een spoorwegmetafoor om deze situaties te beschrijven:

Buffers
Elke keten van processtappen kan niet functioneren zonder buffers. Er is namelijk altijd sprake van enige variabiliteit, die opgevangen moet worden! In een blog in de nieuwsbrief van maart 2017 besteedde ik hier al kort aandacht aan. In dit artikel werk ik dit onderwerp diepgaander uit.

Variabiliteit terugdringen
Hoe uw logistieke situatie ook is, op de eerste plaats moet de variabiliteit zoveel mogelijk worden teruggedrongen. In een Lean productieketen, arm aan tussenvoorraden, gebeurt dit onder meer via het ‘balanceren’ van de keten. Daarna vergt elke productiestap ongeveer evenveel tijd, wat productie in een vast ‘takt-ritme’ mogelijk maakt. Na elke takt wordt een halffabricaat daarbij doorgeschoven naar de volgende stap.

Een tweede mogelijkheid is het ‘levelen’ van de vraag. Hoewel er bij Lean zoveel mogelijk op bestelling wordt geproduceerd (market pull), worden pieken in de vraag dan in afgevlakte vorm doorgegeven aan de werkvloer.

Ten derde kan, per processtap, de variabiliteit in de uitkomst daarvan worden teruggedrongen. Constante kwaliteit dus. Het resultaat van elke productiestap is dan bijna altijd goed, herbewerkingen en productafkeur zijn een zeldzaamheid. Naast standaardisatie en Poka Yoke is Six Sigma een goede methode om daarnaar te streven.

Ten vierde kan de variabiliteit worden teruggedrongen via complexiteitsreductie. Dit kan onder meer via modularisatie, je krijgt dan producten die je als ‘lego’ kunt opbouwen uit standaard componenten. Ook kan de werkvloer worden opgesplitst in subsystemen, die vrijwel onafhankelijk van elkaar zijn. In de spoorwegmetafoor komt dit neer op spoornetten die onafhankelijk van elkaar functioneren. Hierbij kun je denken aan de inrichting van aparte productiestraten per groep van producten en/of klanten. Feitelijk is dit laatste een standaardonderdeel bij de toepassing van Lean. Een alternatief zijn zelfsturende productieteams. Daarop kom ik verderop in dit artikel nog terug.

Ontvang samenvattingen van al onze nieuwe praktijkverhalen!
De vijf voordelen van gratis registratie:

Elke twee maanden samenvattingen van al onze nieuwe artikelen
Geen andere e-mail (!)
Artikelen altijd volledig kunnen lezen
Toegang tot 350+ praktijkcases procesverbetering
Berichten kunnen plaatsen en opmerkingen toevoegen aan artikelen

Resterende variatie
Maar, wat je ook doet (en er is nog veel meer mogelijk dan hierboven staat!), er blijft altijd variabiliteit over. Er zijn daarom ook altijd buffers nodig om de resterende variatie op te vangen.

Die buffers moet u zó kiezen dat het werkplezier, de efficiency en de winst maximaal zijn. Doet u dat niet, dan kiezen de buffers zichzelf. Dat wil zeggen: ze ontstaan spontaan!

Drie typen buffers
Er bestaan drie typen buffers, die helaas allemaal ook bijwerkingen hebben:

Communicerende vaten
De drie soorten buffers zijn als communicerende vaten: reduceer je het ene type, dan worden de andere buffertypen groter. 100% verspillingsreductie qua wachttijden en voorraden is dus onmogelijk!

Hierdoor wordt de hamvraag: hoe kies je de buffers het slimste? Dit hangt af van uw logistieke situatie: is er sprake van low mix, high volume bestellingen, high mix, low volume bestellingen of klantspecifieke bestellingen?

Low mix, high volume
We beginnen met de situatie die logistiek gezien het meest eenvoudig is: een low mix, high volume omgeving. Een repeterende vraag dus, naar relatief grote aantallen artikelen. In dat geval kun je per productgroep een Lean productiestraat inrichten. Het productieproces lijkt daarna op sneltreinen die rijden volgens een stipte dienstregeling. Halffabrikaten (treinen) doen daarbij via een vaste route een aantal vaste (werk)stations aan.

Lean
Lean is een methode die de tijd- en materiaalbuffers in zo’n productiestraat zo ver mogelijk reduceert, zo ver als maar economisch verantwoord is.

Het voordeel: je krijgt dan een productieketen met lage (tussen)voorraden, een korte doorlooptijd en een betrouwbare (snelle) levertijd. Bovendien worden verstoringen (bronnen van variatie) in de keten goed zichtbaar als verbeterpotentieel. Ook is de logistieke besturing relatief eenvoudig.

Maar, in zo'n Lean-keten zijn wel capaciteitsbuffers nodig. Een voorraad-arme productieketen functioneert namelijk alleen goed, als de capaciteitsbenutting per stap maximaal circa 80% is. Anders zal de doorstroom vrijwel voortdurend verstoord worden.

TOC
Wel is er een uitzondering op deze 80%-regel. De Theory of Constraints (TOC) streeft ernaar de zwakste schakel in een keten, de bottleneck, maximaal te ‘exploiteren’. Voor die specifieke schakel wordt de capaciteitsbenutting dan dus vrijwel 100%.

Hiertoe wordt het zogenaamde drum-buffer-rope principe toegepast. Het werkrooster voor de bottleneck geeft daarbij als drum de maat aan voor het productietempo in de hele keten. De overige bewerkingstijden zijn daar als het ware via een touw, de rope, aan gekoppeld.
Om te voorkomen dat bij verstoringen de bottleneck stilvalt worden 'bovenstroomse' activiteiten altijd iets 'te vroeg' gestart. De rope is daartoe verlengd met een bepaalde buffertijd. Hierdoor wordt er een zekere materiaalbuffer voor de bottleneck in stand gehouden.

De TOC neemt aan dat er één bottleneck bestaat. Impliciet betekent dit dat alle ketenschakels daarvoor én daarna overcapaciteit moeten hebben, net zoals in een gewone Lean keten. Alleen dan is het immers mogelijk om halffabrikaten rondom de bottleneck tijdig aan en af te voeren!

High mix, low volume
In een toenemend aantal bedrijven is er sprake van een sterk variërende vraag naar een groot aantal verschillende producten. Een high mix, low volume omgeving dus. Veel vaker dan gedacht wordt kun je ook dan vaak nog ‘Lean’ produceren. Dit is mogelijk dankzij allerlei slimme vondsten zoals modularisatie in combinatie met Kanban-toelevering van materialen, haaks op de productielijn. (zie daarvoor de cases op deze website).

Soms blijkt het echter onmogelijk om in een high mix, low volume omgeving groepen producten via vaste routings te maken. De oplossing is dan een zogenaamde job-shop: hierbij is elke order te beschouwen als een stoptrein, die een aantal werkstations naar keuze aandoet. De routing (het spoortraject) is dan dus per order verschillend. Ook varieert de werkinhoud (welke mensen moeten in- en uitstappen) per station. Deze situatie lijkt op stoptreinen die wisselende routes afleggen. Daarbij is er nog steeds wel een soort dienstregeling, hoewel die een beetje lijkt op de NS-dienstregeling op een winterdag: de planning moet steeds worden bijgesteld.

In vergelijking met Lean productiestraten, zijn er nu twee problemen die moeten worden opgelost:

QRM
De verbetermethode Quick Response Manufacturing (QRM), een Lean-variant voor een high mix, low volume omgeving, biedt een oplossing voor beide uitdagingen.

POLCA-kaarten
Het eerste probleem, het besturen van de ‘wissels’, wordt opgelost via toeritdosering. Hierbij fungeren zogenaamde POLCA-kaarten als sein. Werkstations mogen alleen werken aan halffabricaten voor een opéénvolgend station, als dat station met een POLCA-kaart heeft aangegeven dat daar capaciteit vrij is: het sein staat dan op groen. Er is daar dan een perron (werkcapaciteit) vrij om de stoptrein (de betreffende order) te ontvangen. Zo niet, dan gaat het sein voor die route op rood, en wordt gewerkt aan een order die door moet naar een ánder werkstation. Een andere stoptrein krijgt dan dus voorrang.
Een aanvulling voor POLCA , en soms zelfs een alternatief, is visual management. Als je ziet dat een zichtbaar buffer(tje) voor een ontvangend station vol is, dan kun je beter eerst aan een order gaan werken die door moet naar een ander station.

Quick Response Cells
Het tweede probleem, de taakverdeling over de stations, lost QRM op door de stations om te vormen tot Quick Response Cells (QRC’s). In elk van deze QRC’s werkt dan een min of meer zelfsturend team van drie tot tien mensen. Dat team concentreert zich op de uitvoering van een groep soortgelijke taken, soms voor een specifieke groep klanten. Een QRC-team is vaak multidisciplinair van karakter, en teamleden kunnen indien nodig elkaars taak overnemen.

Zelfsturende teams
Quick Response Cells (QRC’s) of zelfsturende productieteams zijn in toenemende mate populair. Oók als de logistieke situatie niet specifiek om een job-shop oplossing vraagt!

Dit komt vermoedelijk doordat het prettiger werken is in zo’n QRC dan op een Lean-werkstation. Je ondervindt immers niet de druk van een (korte) takttijd die je moet halen. Bovendien kunnen grotere QRC’s complete producten maken, hetgeen de binding met de klant vergroot. Dergelijke grote QRC’s kun je beschouwen als mini-bedrijven. De Buurtzorg-teams zijn hiervan een voorbeeld: zij leveren autonoom en naar eigen inzicht zorg aan een dedicated groep van klanten.

Het team dat in een QRC werkt is ‘breed’ opgeleid. Traditioneel denkende managers zouden wellicht zeggen dat de mensen ‘overgekwalificeerd’ zijn. Juist dat verklaart echter het succes van de Buurtzorg-teams. Het team kan naar eigen inzicht alle zorg leveren die een bepaalde klant op een bepaald moment nodig heeft, en dat geeft heel veel voldoening.

Tijdwinst
Het netwerk van QRC’s, verbonden via POLCA-kaarten, zorgt ervoor dat tijdbuffers tot een minimum worden beperkt. Sterker nog: het boeken van tijdwinst op de route van grondstof tot eindproduct is binnen QRM verheven tot heilige graal.

In tegenstelling tot een Lean-productiestraat, waarin theoretisch een One Piece Flow zonder tussenvoorraden mogelijk is, functioneert een QRC-netwerk echter niet zonder voorraadbuffers. Die buffers zijn de halffabricaten (stoptreinen) waar niet aan wordt gewerkt omdat ze nog niet door kunnen naar hun volgende station. Deze stoptreinen lopen dus vertraging op. Vergelijk dit met stilstand van een trein, zonder dat dit nodig is om mensen in of uit te laten stappen. Het POLCA-systeem houdt echter wel de totale hoeveelheid stilstand zo gering mogelijk.

De belangrijkste smeerolie in het logistieke netwerk wordt daardoor, net zoals bij Lean, gevormd door de capaciteitsbuffers. Om pieken in de vraag aan te kunnen (veel stoptreinen die op een bepaald moment een bepaald QRC-station aandoen), mag de gemiddelde capaciteitsbelasting van machines én mensen per QRC niet meer dan 85% zijn.

Daarnaast is er nog een ándere capaciteitsbuffer, namelijk in de vorm van vaardigheden. Het team dat in een QRC werkt is ‘breed’ opgeleid, zodat de teamleden werk van elkaar kunnen overnemen, zie ook het kader zelfsturende teams.

Projecten op klantspecificatie
Logistiek nog ingewikkelder dan high mix, low volume is de volgende variant: elk product is een uniek project, dat op klantspecificatie moet worden uitgevoerd. Het productieproces wordt dan onvoorspelbaar. Aangenomen dat er meerdere productiestappen nodig zijn, blijft de uitdaging echter hetzelfde: je wilt nog steeds gemiddeld een zo groot mogelijke doorstroom.

In de spoorwegmetafoor is elk project nu een stoptrein die een van te voren onbekend aantal stations naar keuze moet aandoen, en waarbij (ook dat is nieuw ten opzichte van de situatie hiervoor!) het óók nog eens van te voren onbekend is wat de werkinhoud is per station (welke mensen moeten daar in- en uitstappen). Feitelijk moeten er stoptreinen over wisselende trajecten rijden zónder dienstregeling, althans geen dienstregeling met stipte aankomst- en vertrektijden.

Toch is er wel een soort ruwe planning nodig. Onzekerheden in de projectplanning worden daarbij vaak afgedekt door elke projectstap ‘ruim’ in te plannen, met een flinke tijdbuffer dus. Dat pakt echter slecht uit. In de praktijk wordt elke tijdbuffer dan volledig gebruikt, als een soort van self-fulfilling prophecy. Uiteindelijk loopt elk project als geheel daardoor enorm uit.

Het is veel slimmer om voor elke stap niet meer tijd in te plannen dan strikt noodzakelijk. Critical Chain Project Management (CCPM) conform de TOC doet dat. Per project wordt er dan maar één tijdbuffer ingepland, aan het eind van het traject. Door vervolgens continu te meten hoeveel procent van die buffer er al is verbruikt, is op elk moment te zien in hoeverre een project nog op schema ligt. Iedereen kan daardoor prioriteit geven aan het project met de kleinst resterende tijdbuffer.

Vereenvoudigde toepassing van Critical Chain Project Management in ziekenhuis Nij Smellinghe

Vereenvoudigde toepassing van Critical Chain Project Management (CCPM) in ziekenhuis Nij Smellinghe. Zij monitoren de voortgang van 'ontslagbepalende taken', te verrichten aan hun patiënten. Ook machinefabrikant Packo Inox past CCPM toe

Andere manieren van projectplanning focussen zich eveneens op het continu zichtbaar maken van de actuele situatie, zodat voortdurend kan worden bijgestuurd. Dit kan bijvoorbeeld via wekelijkse of dagelijkse teambijeenkomsten, waarbij de benodigde activiteiten voor de nabije toekomst worden (her)gepland. Lees: de stoptrein rijdt een stukje, en dan komen de planners weer bijeen voor evaluatie. Voorbeelden van deze benadering zijn de last planner methode bij bouwprojecten, de inrichting van een Oobeya-ruimte voor productontwikkeling, of de toepassing van Scrum.

Moraal
De moraal van dit verhaal: kies uw buffers, rekening houdend met uw logistieke situatie, doelbewust en met zorg. De toepassing van capaciteitsbuffers pakt daarbij in de meeste gevallen beter uit dan voorraad- of tijdbuffers.

Verbeterbuffer
Tot slot aandacht voor een bijzondere capaciteitsbuffer: uw mensen moeten tijd hebben om het productieproces continu te verbeteren. Je zou dit een ‘verbeterbuffer’ kunnen noemen.

Soms kan een deel van een gewone capaciteitsbuffer daartoe worden gebruikt. Is er even geen werk, dan kunnen mensen immers gaan nadenken over verbeteringen.

Vaak zal er echter méér nodig zijn, zoals de inzet van (Lean) Six Sigma Black Belts. In dat geval gaat het om mensen die zich specifiek bezig houden met procesverbetering. Het is echter ook mogelijk om ‘menselijke verbetercapaciteit’ aan de productielijnen zélf toe te voegen. Scania gaf de verbeteractiviteiten bijvoorbeeld structuur door de invoering van een 5+1 organisatie. Aan ieder productieteam van vijf personen werd daartoe één ‘Andon’ toegevoegd. Dat is iemand in de rol van libero en teamleider, die bij een probleem bijspringt en de situatie bovendien vastlegt voor latere analyse.