POLCA versus Kanban (1)

Lean manufacturing legt sterk het accent op standaardisatie van productieprocessen. In bedrijven die kampen met een sterk wisselende vraag en die een groot aantal verschillende producten maken is dit concept echter niet altijd goed toepasbaar.

Een voorbeeld van een maatregel die verkeerd kan uitpakken is het materiaal-beheersingssysteem Kanban. Een Kanban-kaart geeft een werkstation toestemming om halffabrikaat in een aangegeven hoeveelheid te gaan maken. Méér is niet toegestaan, zodat ophoping van tussenvoorraad in een productieketen wordt voorkomen.

Het probleem van het Kanban-systeem bij een grote variëteit aan producten is dat elk kaartje een bepaalde hoeveelheid van één type product of halffabrikaat specificeert. Hierdoor krijg je toch weer te maken met veel tussenvoorraden. Een variant van Kanban voor sterk diverse en klantspecifieke productie, genaamd POLCA, lost dat probleem op.

Dit is deel 1 van dit artikel. Naar deel 2>

Bedrijven staan voor de uitdaging om aan de wensen van de steeds kritischer wordende klant tegemoet te komen. Klanten zijn niet meer tevreden met een beperkt aanbod producten, maar wensen anderzijds niet of slechts korte tijd te wachten totdat het gewenste product geleverd wordt. Daarmee staat het westerse bedrijfsleven, dat niet slechts op kosten wil concurreren, voor de vraag hoe een grote variëteit aan eindproducten te leveren binnen een zeer korte levertijd.

Om dat te realiseren kan er niet eenvoudig in een beperkt deel van de productieketen worden ingegrepen. Alle delen van de productieketen dienen fundamenteel opnieuw doordacht te worden en op elkaar aangepast. Vanuit het gedachtegoed van Lean Manufacturing is er veel aandacht gegeven aan het realiseren van een beperkte variëteit met behulp van aanpassingen in de wijze van:

Daarmee heeft Lean Manufacturing een standaard gezet voor het doorvoeren van wijzigingen in productiesystemen. Een standaard blijft echter niet overal en altijd toepasbaar. Het is dan ook gebleken dat de standaard maatregelen en systemen die vanuit dit gedachtegoed zijn ontstaan voornamelijk geschikt zijn voor bedrijven die van tamelijk starre massaproductie over moeten gaan naar flexibelere productie. Bedrijven die al gekenmerkt worden door een grote flexibiliteit (bijvoorbeeld doordat ze al op klantenorder produceren) kunnen soms niets met de voorgestelde maatregelen. Toepassing van deze maatregelen zou de situatie zelfs kunnen verslechteren.

Kanban
Een voorbeeld van een maatregel vanuit het Lean Manufacturing gedachtegoed die verkeerd kan uitpakken voor bedrijven die al flexibel (bijvoorbeeld op klantenorder) produceren is het materiaal-beheersingssysteem Kanban.
Kanban betekent kaart en geeft degene die over de kaart beschikt toestemming om het product of halffabrikaat dat op de kaart genoemd wordt in de daarop aangegeven hoeveelheid te gaan maken. Het kanban systeem koppelt opeenvolgende afdelingen doordat het kaartje pas van het gemaakte product wordt afgehaald als de volgende afdeling dat product gaat gebruiken in de volgende stap van het proces. Als het kaartje van het product is losgekoppeld wordt het weer teruggestuurd naar de beginsituatie, waar het opnieuw fungeert als toestemming om een volgende partij (batch) van het product of halffabrikaat te gaan maken. Daarmee stelt het kanban systeem bedrijven in staat om afdelingen die niet fysiek (bijvoorbeeld door een lopende band) aan elkaar gekoppeld zijn toch als zodanig met elkaar te laten samenwerken. Daardoor kunnen de doorlooptijden en voorraden onderhanden werk beperkt blijven. Het kanban systeem wordt in de uitvoering daarbij geheel door de medewerkers op de werkvloer gerund, via visuele signalen die toestemming verlenen om de productie te starten op een machine in een afdeling.

Het probleem van een kanban systeem als het wordt toegepast in situaties met een grotere variëteit is dat elk kaartje een bepaalde hoeveelheid van een bepaald product of halffabrikaat specificeert. Feitelijk geeft het de mensen op de vloer niet alleen toestemming om deze hoeveelheid beschikbaar te hebben als gereed product, maar verwacht het ook dat er een beperkte voorraad van dit item als gereed product beschikbaar is als de volgende schakel in het proces er behoefte aan heeft. En daar ontstaat nu juist het probleem wanneer de variëteit aan halffabrikaten en eindproducten toeneemt. Want van elk halffabrikaat en eindproduct zou je dan een kleine hoeveelheid op voorraad moeten leggen. En dat kan onbetaalbaar worden en is onzinnig als je flexibel (bijvoorbeeld op klantenorder) produceert.

Betekent dat nu dat een op kaarten gebaseerd materiaalbeheersingssysteem (Kanban, zie het kader hierboven) voor bedrijven die op klantenorder produceren onmogelijk is?

Het antwoord op deze vraag luidt: nee, want bijvoorbeeld het Polca systeem biedt voor dit soort bedrijven mogelijk wél een geschikt alternatief. In het Polca systeem is getracht enkele sterke punten van het kanban systeem te behouden, maar belangrijke aanpassingen te verrichten op punten waarin kanban slecht presteert in situaties met een grote variëteit. Zie daarvoor onderstaande Tabel 1, waarin beide systemen zijn vergeleken met een traditioneel planningssysteem waarbij de planner zelf direct de materiaalstroom tracht te besturen op basis van gegevens in de computer. Later in dit artikel komen we daarop uitgebreid terug. Nu eerst even een korte introductie van wat Polca doet.

Polca
Polca oftewel Paired-cell Overlapping Loops of Cards with Authorization is een materiaalbeheersingssysteem dat de toestemming tot het starten van nieuwe productieorders in productiecellen regelt zodanig dat er niet op een bepaalde plek teveel werk tegelijk aanwezig is terwijl ergens anders te weinig werk onderhanden is. Daarbij maakt Polca gebruik van routegebonden kaarten; de zogenaamde Polca’s. Polca zorgt ervoor dat de doorlooptijd laag blijft terwijl de efficiency er niet onder lijdt.

Polca oefent invloed uit op het tijdstip en de keuze van orders voor vrijgave naar de productie. Het beïnvloeden van het tijdstip fungeert op eenzelfde manier als de toeritdosering bij de oprit naar de snelweg.

Door gedoseerd toe te laten (niet teveel tegelijk en alleen als starten van de order al echt nodig is) voorkom je lange doorlooptijden (files) in de productie.

Het beïnvloeden van de keuze van orders maakt dat het werk dat je vrijgeeft voor een gelijkmatige belasting van je productieapparaat (capaciteit) zorgt.

Om in de analogie van het voorkomen van files te blijven: zorg dat niet alle auto’s op de snelweg exact dezelfde route moeten volgen, want dan is het op dat traject heel druk, terwijl ergens anders nauwelijks verkeer zal zijn.

Polca maakt gebruik van diverse instrumenten om deze regeling mogelijk te maken:

Polca beoogt principes van Lean Manufacturing toe te passen op de materiaalbeheersing in een productieomgeving die gekenmerkt wordt door:

We beginnen daarbij in paragraaf 2 met het visuele systeem, dat wil zeggen de routegebonden kaartjes die de orders begeleiden. Het kaartje zelf wordt uitgelegd, waarna de wijze waarop de kaartjes circuleren wordt besproken.

Aan de hand van deze uitleg komen enkele karakteristieken van de productieomgeving waarbinnen een Polca systeem fungeert naar boven. Dan gaat het om de opsplitsing in cellen en de verbindingen of zogenaamde “loops” tussen deze cellen. Paragraaf 3 besteedt aandacht aan deze zaken.

Paragraaf 4 gaat in op de rol van de planner in het Polca systeem. Achtereenvolgens bespreken we het opstellen van een vrijgave- of autorisatielijst voor bepaalde schakelpunten in het proces, de noodzaak van berekeningsmethoden voor het vaststellen van de hoeveelheid werklast die een Polca kaart representeert en het aantal Polca kaarten dat moet circuleren in een loop.

Paragraaf 5 gaat in op de voorzieningen die ervoor zorgdragen dat het systeem ook onder lastige omstandigheden kan blijven functioneren.

Paragraaf 6 sluit af met een overzicht van overeenkomsten en verschillen van het Kanban systeem en Polca en geeft daarmee inzicht in de wijze waarop een Polca systeem zorg kan dragen voor een Lean materiaalbeheersingssysteem.

Tenslotte geeft paragraaf 7 de conclusies en geven we aan op welke wijze de Rijksuniversiteit Groningen behulpzaam kan zijn bij verder onderzoek naar de mogelijkheden van Polca in praktijksituaties.

Bij het ontwerp van de Polca kaarten is rekening gehouden met een uniforme basis lay-out, met links de gegevens van de leverende (c.q. producerende) cel en rechts de gegevens van de afnemende cel.

Iedere Polca kaart dient minimaal de volgende informatie te communiceren:

Daarnaast kan een kaart informatie bevatten over de maximale hoeveelheid werklast die het representeert. De getoonde A1/P1 Polca kaart laat deze informatie niet zien. De afgebeelde kaart geeft, zonder dat er een beperking is opgelegd aan de omvang van de order, toestemming tot het produceren van een order die eerst cel A1 aandoet en daarna cel P1. In paragraaf 4.2 komen we hier op terug.

De wijze waarop productieorders én Polca’s stromen tussen en in de cellen wordt toegelicht aan de hand van een voorbeeld waarin achtereenvolgens de cellen V3, M2, A1 en P1 worden aangedaan.

Fig. 2: Ordervrijgave ten behoeve van voormontagecel V3

We nemen in dit voorbeeld aan dat de planner geen beperkingen heeft opgelegd aan de tijdstippen waarop de order in de cellen van start mag gaan.
Bovendien gaat het voorbeeld uit van Polca’s zonder restrictie op de hoeveelheid gerepresenteerde werklast.

Het hele proces zoals hierboven beschreven herhaalt zich op cel A1 en cel P1. Om te kunnen beginnen op cel A1 dient er eerst een A1/P1 kaart beschikbaar te zijn, et cetera.

In het voorbeeld zien we dat een Polca een loop maakt over twee cellen of processtappen. Deze processtappen worden als het ware met elkaar verbonden of aan elkaar gekoppeld door een loop. Naarmate er minder Polca’s met een hogere snelheid circuleren krijg je een strakkere koppeling tussen de opeenvolgende processtappen, waardoor het systeem als geheel zonder overbodige ballast (voorraad onderhanden werk) gaat fungeren. Het gevolg van een vertraging in de keten is immers zeer snel merkbaar in de andere processtappen. Als er ergens geen producten met Polca’s verschijnen waar ze wel verwacht worden is dit een signaal dat er in de voorgaande procestap(pen) iets mis is gegaan. Overeenkomstig de gedachtegang van Lean Manufacturing wordt de volgende processtap hier niet tegen beschermd, maar er juist snel van doordrongen dat er een probleem is waar ook zij misschien bij kunnen helpen om het op te lossen. Echter, als het aantal circulerende Polca’s te laag wordt gekozen ontstaat er het gevaar van leegloop van machines en mensen. Daarom zal een afweging gemaakt moeten worden tussen beperking van de voorraad onderhanden werk en de kans op leegloop in de cellen. In paragraaf 4 komen we hier op terug.

In het voorbeeld draagt een order in cel M2 twee Polca kaarten met zich mee, één van loop V3/M2 en één van loop M2/A1. Dit noemen we het principe van “overlapping loops”. Alle cellen, behalve de eerste en de laatste in de routing, hebben twee kaarten bevestigd aan de orders die in bewerking zijn. Daarmee kent elke order die drie of meer processtappen omvat overlappende Polca loops. Wat is nu het nut van dergelijke overlappende loops?

Overlappende loops dwingen de cel eerst een order af te ronden alvorens de aangehechte Polca kaart te retourneren. Zo stel je afgifte van een signaal dat er nieuw werk mag worden vrijgegeven uit totdat de order is afgerond. Mochten er storingen of stagnaties optreden, dan merkt de toeleverende cel dat veel eerder in een Polca systeem door de overlappende loop vergeleken met een Kanban systeem. Overlappende loops van Polca’s zorgen dus dat de boodschap van een verstoring in de keten sneller doorklinkt in voorgaande schakels van het productieproces. Deze voorliggende schakels kunnen op basis daarvan beslissen hun aandacht te richten op het helpen van de betreffende schakel of – als ze meer afnemende schakels hebben – op het produceren voor andere afnemende schakels.

Ook voorkomen we dat de cel bepaalde orders met problemen voor langere tijd opzij legt om de doorstroom van andere orders te versnellen. Polca geeft dan immers de aangehechte kaart niet vrij naar de toeleverende cel, zodat na verloop van tijd de stroom werk naar de eigen cel opdroogt of onregelmatig wordt. De Polca kaart kan dus worden gezien als een stimulans voor de afronding van reeds vrijgegeven orders en kan uiteindelijk leiden tot reductie in de gemiddelde doorlooptijd.

Bij de uitleg van het Polca systeem in de vorige paragraaf zijn enkele karakteristieken van de productieomgeving waarbinnen een dergelijk systeem fungeert naar boven gekomen. Er is bijvoorbeeld gesproken over processtappen en cellen, en over verbindingen of loops tussen deze cellen.
Deze paragraaf besteedt extra aandacht aan deze zaken.

Polca richt zich op de beheersing van de materiaalstromen tussen cellen. Maar wat zijn nu eigenlijk cellen? En is elk bedrijf dat zegt cellen te hebben daarmee automatisch geschikt voor Polca?

Uit onderzoek is gebleken dat in de praktijk veel verwarring bestaat over het begrip ‘cellen’. Toch is het voor het goed functioneren van een Polca systeem van groot belang dat nagedacht wordt over een verstandige inrichting en opsplitsing van het productiesysteem in segmenten. Dergelijke segmenten noemen we cellen. Vaak zullen we zien dat de segmenten die voor Polca geschikt zijn samenvallen met bestaande indelingen in productiegroepen of teams. Maar soms verdient het met het oog op de beheersing van de materiaalstromen de voorkeur om een bestaande productiegroep te beschouwen als twee cellen. En soms zal een bestaande functionele structuur in een bedrijf beter eerst over kunnen schakelen op een groepsgewijze productiestructuur alvorens een materiaalbeheersingssysteem als Polca te implementeren.

We zullen nu kort ingaan op de uitgangspunten bij het benoemen van cellen in een Polca systeem. We zijn ons er van bewust dat we daarbij geen recht kunnen doen aan de complexiteit van deze beslissing in een praktijksituatie. Maar hier ontbreekt de ruimte om daar verder op in te gaan. Aan de Rijksuniversiteit Groningen is een scan ontwikkeld (Pieffers, 2005) waarmee aan de hand van gegevens uit een bedrijf systematisch wordt onderzocht hoe cellen zouden moeten worden afgebakend om een Polca systeem effectief te kunnen laten functioneren. Hoe bedrijven gebruik kunnen maken van deze scan staat beschreven in de laatste paragraaf.

Polca-cellen

Een productiegroep is geschikt als ‘Polca-productiecel’ (kortweg ‘cel’) als deze:

Gerelateerd is aan één of meer toeleverende en/of afnemende ‘cellen’
Is samengesteld uit één of meer machines/werkstations en mensen die (in mogelijk wisselende samenstelling) nodig zijn om een productfamilie of onderdelenfamilie af te ronden.
In staat is om zelfstandig de coördinatie van de materiaalstromen binnen de ‘cel’ te verzorgen.

Elk van deze drie uitgangspunten of richtlijnen is er op gericht de inzet van het Polca systeem effectief te doen zijn.

De eerste richtlijn zegt dat een cel nooit op zichzelf mag staan, c.q. als een eiland in het productiesysteem zou functioneren. Het Polca systeem is er juist op gericht om de leveringen tussen cellen te stroomlijnen, waarmee wordt voorkomen dat er enerzijds te grote buffers tussen cellen in acht worden genomen en anderzijds geen werk beschikbaar is voor een cel terwijl er elders werk voor die cel ligt opgehoopt. Maar als er cellen zijn geïmplementeerd die zonder interactie met andere cellen orders volledig afwikkelen, dan heeft het Polca systeem geen enkele toegevoegde waarde.

De tweede richtlijn geeft een afbakening naar de andere kant van het spectrum. Als de gehele productie bestaat uit afdelingen die volledig gespecialiseerd zijn in één bewerking ontstaan er nodeloos veel afstemmingsproblemen en relaties tussen cellen. Het Polca systeem kan dan niet optimaal werken, omdat het te onoverzichtelijk wordt. Vandaar dat de tweede richtlijn zoekt naar cellen die een combinatie van werkstations omvatten gericht op het tot stand brengen van een bepaalde productstroom. Merk op dat de benodigde combinatie van werkstations, de gewenste volgorde langs die stations en de benodigde tijd per bewerkingsstap best mogen verschillen per order.

De derde richtlijn benadrukt dat een cel wel zelf in staat moet zijn om de interne variatie van orders en aanverwante materiaalstromen te beheersen. Polca biedt daarbij namelijk geen ondersteuning, maar het is wel een voorwaarde voor effectieve inzet van Polca dat de doorlooptijd binnen een cel beheerst wordt. Polca zorgt er wel voor dat de regelmaat waarin werk aan een cel wordt aangeboden toeneemt, waardoor het beheersen van de interne doorlooptijd in een cel ook eenvoudiger wordt. Maar de wijze waarop een cel dat vorm geeft legt Polca niet vast. Diverse oplossingen zijn daartoe echter voorhanden, zoals zelfsturende teams met eigen planningshulpmiddelen, een prioriteitenlijst van de planner of een kanbansysteem.

De benodigde afbakening van cellen zou de indruk kunnen geven dat er bij implementatie van Polca altijd sprake is van een complete herinrichting van het productiesysteem. Dat is gelukkig niet het geval. De afbakening in cellen geeft richting aan het ontwerp van de Polca loops, dat wil zeggen de delen van het productiesysteem waartussen Polca's gaan circuleren. Het afbakenen van cellen is dus sterk gericht op het inrichten van de coördinatie tussen delen van de productie. En bij die beslissing speelt een belangrijke rol de vraag welke problemen met betrekking tot de materiaalbeheersing Polca zou moeten aanpakken. Naarmate de aldus gedefinieerde cellen meer samenvallen met afgebakende eenheden binnen de productie (bijvoorbeeld productiegroepen) wordt het Polca systeem voor de betrokkenen wel transparanter. Daarom kan een herinrichting die zorgt voor een grotere overeenkomst met de gewenste cellen in het Polca systeem uiteindelijk leiden tot een beter resultaat.

Naast de afbakening van cellen speelt nog een ander aspect van de inrichting van het productiesysteem een rol, namelijk de mate waarin de medewerkers multi-inzetbaar zijn. Naarmate medewerkers meer in staat zijn om bewerkingen uit te voeren in verschillende productiecellen wordt het eenvoudiger om capaciteitsproblemen op te lossen. Hierdoor kan de capaciteit van de ene cel worden vergroot ten koste van de vrije (mens)capaciteit op één of meer andere cellen. Medewerkers dienen zo veel mogelijk te worden ingezet op plaatsen waar zij het hardste nodig zijn.

Voor elke order wordt – voordat deze in productie wordt genomen – de productrouting over de cellen vastgesteld. Binnen een cel kan het bewerkingsplan mogelijk nog bijgesteld worden, maar de routing over de cellen zal doorgaans vastliggen. Elke order kan een andere routing langs de cellen volgen.

Loops tussen cellen

In Figuur 4 (hierboven) is voor een tweetal orders de productroutings vastgesteld. Order 1 volgt de opeenvolgende cellen V1-M1-A1-P1, order 2 volgt de route V3-M2-A1-P1. Gegeven alle productroutings identificeert Polca het benodigde aantal loops van Polca kaarten. Order 1 maakt loops nodig tussen V1 en M1, M1 en A1, en tenslotte A1 en P1. Lettend op de routing van order 2, dan zijn er nog twee extra Polca loops te onderscheiden: V3/M2 en M2/A1. De loop A1/P1 wordt namelijk door beide orders gevolgd.

Naarmate het aantal orders toeneemt zal het steeds vaker voorkomen dat de benodigde loops al bestaan, zelfs al verschillen de orders sterk van elkaar. Het Polca systeem kan deze variatie tussen orders goed aan, want het is er op gericht dat er met enige regelmaat gebruik wordt gemaakt van eenzelfde loop. Wat er precies moet gebeuren maakt Polca niet zoveel uit, van belang is dát er in deze loop wat moet gebeuren. Andere systemen (zoals Kanban) komen juist in de problemen naarmate het aantal verschillende producten toeneemt.

De planner heeft in het Polca systeem een belangrijke voorwaardenscheppende rol. De beslissingen aangaande de inrichting van het Polca systeem (welke loops, het aantal Polca' s per loop en de hoeveelheid werklast die één Polca representeert) behoren tot het domein van de planner. Daarnaast heeft de planner beperkte mogelijkheden tot sturing nadat de orders op de productievloer zijn beland. Deze paragraaf gaat in op de rol van de planner in het Polca systeem. Eerst bespreken we die beperkte mogelijkheden tot sturing door middel van een vrijgave- of autorisatielijst voor bepaalde schakelpunten in het proces, daarna komen de inrichtingsbeslissingen aan de orde. We geven daarbij aandacht aan de noodzaak van berekeningsmethoden voor het vaststellen van de hoeveelheid werklast die een Polca kaart representeert en het aantal Polca kaarten dat moet circuleren in een loop.

De belangrijkste mogelijkheid voor de planner om te sturen in de voortgang van de werkzaamheden in de productie is door middel van de vrijgave- of autorisatielijst. Een vrijgavelijst van een cel geeft het vroegste startmoment weer van de orders in de betreffende cel. Als dit startmoment in het verleden ligt mag de order wat de planner betreft direct in de betreffende cel van start. Maar als het startmoment nog in de toekomst ligt wordt de betreffende order niet gestart in deze cel, zelfs al is er een Polca beschikbaar en is het materiaal reeds gearriveerd.

Cellen die als eerste in een routing voorkomen kennen in ieder geval een dergelijke vrijgavelijst. Maar ook voor bepaalde andere cellen die als schakelpunten in het productieproces worden beschouwd kan de planner een vrijgavelijst vaststellen. Standaard kan het vroegste startmoment van een order in elke lijst overeenkomen met het vroegste startmoment van de order bij de eerste cel. Dat is de situatie waarbij de planner alleen bij aanvang van het proces stuurt en verder alles overlaat aan de cellen en het Polca systeem tussen de cellen. Maar voor bepaalde cellen/ schakelpunten kan de planner ook bijsturen door te beslissen over de vroegst mogelijke startmomenten voor specifieke orders in die cel. Het bijsturen gaat echter ten koste van doorlooptijdverlenging van deze orders! In die zin moet het instrument met voorzichtigheid worden gehanteerd.

Het genereren van de vrijgavelijst kan plaatsvinden vanuit een ERP systeem. De meeste bedrijven hebben een dergelijk systeem operationeel voor de materiaalbeheersing richting leveranciers en de globale planning. Het bestaande ERP systeem wordt binnen Polca benut om vrijgavelijsten te genereren voor de geselecteerde cellen. Op deze lijst verschijnen de vrijgegeven orders, gesorteerd op hun vroegst mogelijke startdatum. Zie voor een voorbeeld Figuur 5.

Het gebruik van vrijgavelijsten is nodig om een ordergerichte productiewijze te creëren (make-to-order, engineer-to-order). Polca kaarten zijn namelijk anoniem, dat wil zeggen niet productspecifiek. Beschikbaarheid van een Polca kaart in een cel geeft aan dat er qua capaciteit in het betreffende vervolgtraject geproduceerd mag gaan worden, maar op de kaart wordt niet gespecificeerd welke order in bewerking genomen moet gaan worden. Daarmee is Polca dus anders dan het Kanban systeem, dat wel aangeeft welk type product aangevuld moet worden.

Door gebruik te maken van vrijgavelijsten reageert het Polca systeem niet alleen op de vraag die intern optreedt (afkomstig vanuit de productieketen stroomafwaarts, zoals dat gebruikelijk is bij pull/Kanban systemen), maar ook op tussentijds beschikbaar gekomen informatie bij de planner, tenminste als deze informatie is omgezet in een wijziging van het vroegste startmoment in een cel.

Hoe bepaalt de planner nu het vroegste startmoment voor een order in een cel? Eenvoudig door terug te rekenen vanaf het gewenste levertijdstip. Elke cel die in de route van deze order is opgenomen en elk voorraadpunt tussen cellen kent een bepaalde verwachte doorlooptijd. Door deze eerst te bepalen en daarna bij elkaar op te tellen kan het vroegste startmoment worden bepaald.

Een dergelijke berekening klinkt eenvoudig, maar dat is het niet. Eén van de oorzaken voor lange doorlooptijden en hoge voorraden onderhanden werk is juist dat traditionele methoden die gebruikt worden binnen ERP systemen om deze vroegste startmomenten te bepalen te onnauwkeurig zijn. Daardoor wordt er onnodig veel buffertijd ingepland. Polca probeert de bepaling van deze vroegste startmomenten te verbeteren.
Twee belangrijke insteken voor deze verbetering zijn:

Om de eerste verbeterslag te kunnen maken heeft Polca informatie nodig over de routes die de orders over de cellen zullen volgen. Een betrouwbare schatting van het tijdvenster waarbinnen de order in een cel zal arriveren is dus de reden dat deze route van te voren moet worden vastgelegd. Want zonder deze schatting kan de verwachte celdoorlooptijd niet goed worden bepaald.

In het onderstaande voorbeeld wordt een toelichting gegeven op de wijze waarop celdoorlooptijden kunnen worden bepaald. In deze situatie vinden de bewerkingen plaats in de cellen Voormontage, Montage en Assemblage (zie Figuur 4). Na Assemblage wordt de productieorder gereed gemeld (Expeditie) en is deze klaar voor transport richting de klant. Doorlooptijden van Voormontage, Montage en Assemblage dienen in deze situatie zodanig te worden gepland dat de order op tijd kan worden afgeleverd aan de klant.

De orderspecifieke tijdsvensters worden gecreëerd door gebruik te maken van de techniek MRP leadtime offsetting. De offset-time geeft een schatting van de periode (in dit geval de celdoorlooptijd in dagen) waarbinnen de betreffende capaciteitsinzet ten behoeve van de geplande order zal worden gerealiseerd, vóór deze order beschikbaar moet komen voor bewerking op een volgende cel.

De offset-time van een order in een bepaalde cel wordt berekend aan de hand van de bewerkingstijd (B) van deze order en de benodigde setup-tijd (S), zoals veelal is vastgelegd in het ERP systeem. Daarnaast dient gebruik te worden gemaakt van de gemiddelde wachttijd (W). Deze wachttijd wordt echter niet uit het ERP systeem gehaald, maar wordt bepaald door eerst een schatting te doen van de wachttijden die zullen gaan ontstaan op de verschillende locaties (machines) binnen de route van deze order, in aanmerking nemende alle andere orders die in hetzelfde tijdvenster ook gebruik zullen maken van deze machines. Vervolgens wordt de gemiddelde wachttijd op celniveau berekend door de geschatte wachttijden op machine-niveau bij elkaar op te tellen.

Op basis van de berekende celdoorlooptijden (offset-time voor Voormontage, Montage en Assemblage) worden de tijdstippen (vroegste startmomenten) waarna de productieorder mag worden vrijgegeven op de verschillende cellen in de route berekend. Deze vroegste startmomenten zijn in dit voorbeeld (Figuur 6) achtereenvolgens 9-02 (Voormontage), 11-02 (Montage) en 15-02 (Assemblage).

Tot slot kan rekening gehouden worden met een veiligheidstijd (V = (W+B+S) * α), waarbij α doorgaans niet meer dan 10% is. Vaak wordt deze veiligheidstijd als een soort afronding gezien op hele dagen. Met de veiligheidstijd wordt een cel in staat gesteld om variabiliteit (als gevolg van machine-uitval, vertraagde materiaallevering) in de verwachte doorlooptijd op te vangen.

We hebben tot nu toe aangenomen dat voor het in bewerking nemen van een order één Polca beschikbaar moest zijn die correspondeert met de af te leggen route. Deze ene Polca is op te vatten als een signaal van een volgende cel dat er recent een order is afgerond en dat binnen afzienbare tijd capaciteit beschikbaar zal komen voor een nieuwe order. Maar hoeveel capaciteit komt er dan beschikbaar? En wanneer?

Het idee achter een vast aantal circulerende Polca’s in een loop is dat de hoeveelheid onderhanden werk in deze loop ongeveer gelijk blijft. Dat heeft grote voordelen voor het beheersen van de doorlooptijd. Nu kun je de hoeveelheid onderhanden werk weergeven als het aantal uren werk dat je nog moet verzetten in de cel om de reeds vrijgegeven orders die naar de cel onderweg zijn af te ronden. Als een order die wordt afgerond in de cel direct resulteert in de vrijgave van een soortgelijke order qua capaciteitsbeslag, aan het begin van de loop, dan blijft de hoeveelheid onderhanden werk ongeveer gelijk. Naarmate de orders echter sterk verschillen in hun capaciteitsbehoefte binnen de cel wordt het moeilijker om de hoeveelheid onderhanden werk constant te houden. Dat veroorzaakt weer variaties in doorlooptijden die we liever niet zien. Daarom kunnen in het laatste geval aanpassingen verricht worden in het (maximale) capaciteitsbeslag dat één Polca representeert. Grote orders vereisen dan enkele Polca’s alvorens ze van start mogen gaan, terwijl kleine orders (zoals bijvoorbeeld de orders in figuur 5) elk met één Polca toe kunnen. Indien sprake is van ‘grote orders’ zal de planner het aantal Polca’s dat nodig is om de grote order te kunnen starten op de vrijgavelijst aan moeten passen.

We lichten dit toe aan de hand van een voorbeeld (Figuur 7). De vermelde capaciteit op een Polca A/B komt daar overeen met een maximale werkinhoud in cel B van 10 min. Indien de capaciteitsindicatie van één of meerdere Polca’s overeenkomt met de benodigde capaciteit van een of meerder productieorders, dan kan/kunnen deze order(s) worden vrijgegeven.

Het productieplan van 9-02 (Figuur 7a) beschrijft de selectie van orders uit de vrijgavelijst van Figuur 5 die nog moeten worden bewerkt in cel A en die daarna naar cel B moeten. De vermelde orders dienen enkel te worden vrijgegeven voor productie in cel A indien aan de reguliere voorwaarde is voldaan (zie Figuur 5) én indien er voldoende Polca’s A/B (c.q. capaciteit in de vorm van werkuren/periode op montagecel B) vrij zijn gekomen. Dit aantal was in Figuur 5 gelijk aan 1, maar varieert nu in Figuur 7 per order al naar gelang de verwachte werkinhoud van die order in cel B. Elke Polca representeert een werkinhoud van maximaal 10 minuten, zodat het aantal Polca’s moet corresponderen met de benodigde capaciteit voor de productieorders in de volgende cel B, zoals gespecificeerd in de kolom “werkinhoud” (= noodzakelijke bewerkingstijd + setup-tijd in cel B).

De planner vermeldt nu het berekende aantal benodigde kaarten in de vrijgavelijst van cel A (c.q. in de laatste kolom). De productiemedewerkers in cel A krijgen alleen de vrijgavelijst van hun cel te zien met het benodigde aantal Polca’s, niet dit productieplan met de uitgevoerde berekeningen.

Hoe werkt het Polca systeem nu als er meer kaarten voor één order nodig zijn? Dat leggen we uit aan de hand van Figuur 7b. In deze grafiek wordt er van uitgegaan dat de capaciteit binnen iedere periode gelijk is. De dagelijks in te plannen capaciteit voor cel B is zes werkuren (bezettingsgraad * 8 uur) en aangezien elke Polca een periode van 10 minuten werk representeert vormt dit op de gehele dag een capaciteit van 6*6 blokjes van 10 minuten. Bij het vrijkomen van capaciteit op cel B dient de voorgaande cel hiervan op de hoogte te worden gesteld. Dit gebeurt door middel van de terugstromende Polca’s die zijn losgekoppeld van de afgeronde order. Als we even aannemen dat deze zich bevinden in de loop A/B, dan geeft elke van deze Polca’s bij cel A een indicatie van de hoeveelheid vrijgekomen capaciteit in cel B. Maar ze worden pas weer in omloop gebracht als er een order is die over het totaal voor deze order benodigde aantal Polca’s beschikt. Zo liggen er op 9-02 nog 2 Polca’s A/B te wachten op een order. De werkinhoud van CL002 maakt 4 Polca’s noodzakelijk. Pas nadat de eerste 2 Polca’s op 9-02 zijn teruggekeerd zijn er door de 2 resterende Polca’s van 8-02 genoeg Polca’s om deze order vrij te geven. De tweede reeks terugkerende Polca’s (6x) is voldoende om order CL003 vrij te geven. Hiervoor zijn namelijk 4 Polca’s benodigd. De 2 Polca’s die uit deze tweede reeks over blijven zijn niet voldoende om order ST253 vrij te geven. De 2 overgebleven Polca’s sluiten dus aan bij de derde reeks terugkerende Polca’s. Dit totaal van 6 stuks is wél voldoende om ST253 vrij te geven. Ten slotte, CL015 kan worden vrijgegeven op basis van het overeenkomende vroegste startmoment, maar het aantal Polca’s wat nog resteert (2 stuks) is niet voldoende om de order in één keer te voltooien. Productie is dus afhankelijk van nog 2 extra Polca’s. Deze verschijnen pas in de vierde reeks op 10 februari.

Uit dit voorbeeld zien we dat het invoeren van een maximale werklast per Polca een fijnmazigere regeling van de productie mogelijk maakt. Het leidt tot een beter onderbouwde beslissing over het moment van vrijgave. Anderzijds kan het grote gevolgen hebben voor de doorlooptijd van met name grote orders met een hoge werklast. Kleine orders dringen namelijk makkelijk voor als zij ook van start mogen, maar er nog niet voldoende Polca’s binnen zijn voor de grotere order.

Vanuit de theorie over Polca is er weinig ondersteuning voor het bepalen van een geschikte hoeveelheid capaciteit die door één Polca moet worden gerepresenteerd. De hoeveelheid wordt daarom vaak gevoelsmatig vastgesteld op basis van de volgende twee overwegingen:

Deze overwegingen geven naar onze mening weinig houvast. Op aanverwante vakgebieden is er echter wel relevant onderzoek verricht. Binnen de Rijksuniversiteit Groningen is er bijvoorbeeld veel onderzoek gedaan naar werklastbeheersing. Inzichten vanuit dit gebied kunnen worden gebruikt om te helpen dit vraagstuk in de praktijk op te lossen.

Het aantal Polca’s binnen een loop verschilt in principe per loop en wordt bepaald door de planner. Daarmee kan de planner sturing uitoefenen op de doorlooptijd en de hoeveelheid onderhanden werk in de loop tussen deze cellen.

Het aantal Polca’s dat circuleert kan te klein worden gekozen. De cellen kunnen in dat geval onmogelijk de hoeveelheid orders verwerken die ze geacht worden te completeren, omdat er te weinig werk in de pijplijn aanwezig is. Om een bepaalde bezettingsgraad te realiseren zal er een zodanige hoeveelheid werk in de pijplijn moeten zitten dat de cellen ook bij kleine variaties in werkaanbod en bewerkingstijd niet te vaak zonder werk komen te zitten.

Naarmate er meer Polca’s gaan circuleren in een loop duurt het langer voordat eenzelfde Polca aan een nieuwe order wordt gekoppeld. De cyclustijd van de Polca neemt daarmee toe en aangezien de doorlooptijd van een order in de loop altijd iets kleiner is dan deze cyclustijd kan ook de doorlooptijd van een order gaan stijgen. Teveel Polca’s zorgt er dus voor dat de planner een gebrekkige controle uitoefent op de doorlooptijd van de orders. De situatie waarin geen Polca systeem wordt gehanteerd is op te vatten als de situatie met een oneindig groot aantal circulerende Polca’s tussen elke combinatie van cellen. Beschikbaarheid van een Polca is in een dergelijke situatie nooit restrictief bij de vrijgavebeslissing. De praktijk is dan ook dat de planner dan geen controle heeft over de doorlooptijden die resulteren.

Implementatie van Polca betekent dus het terugbrengen van het aantal Polca’s in een loop tot een eindig en realistisch getal. Bij het bepalen van het aantal benodigde Polca’s in een loop kan gebruik worden gemaakt van de wet van Little. Deze wet legt een relatie tussen het aantal circulerende Polca’s, de cyclustijd van een Polca, en het gemiddeld aantal orders (of preciezer: werklasteenheden) dat per tijdseenheid wordt geproduceerd.

De cyclustijd geeft de tijd aan tussen twee opeenvolgende rondes van dezelfde Polca door het proces.
Een werklasteenheid is de gemiddelde hoeveelheid werklast die door een Polca wordt gerepresenteerd.

Daarnaast kunnen we gebruik maken van inzichten uit de wachtrijtheorie, die – gegeven een bepaald aankomstpatroon van orders en bedieningstijden – aangeeft welke gemiddelde wachttijden en doorlooptijden nodig zijn in een cel om een gewenste bezettingsgraad te realiseren. Door deze tijden te combineren kan de gemiddelde doorlooptijd van een order of werklasteenheid worden bepaald. Omdat de cyclustijd van een Polca grotendeels bestaat uit het samen met een order (of werklasteenheid) doorlopen van de loop kan daarmee het benodigd aantal Polca’s worden vastgesteld.

Als tijdseenheid kan gekozen worden voor uren, dagen, etc. De beschouwde periode waarover het gemiddelde wordt berekend zal een veelvoud van deze tijdseenheid moeten zijn.

Merk op dat deze factor α in ieder geval dient te compenseren voor de onderdelen van de cyclustijd die buiten de echte doorlooptijden van de order in de cellen vallen. Daarbij moet gedacht worden aan de transporttijd van de order tussen de cellen en de tijd die de Polca zelf nodig heeft om zonder aan een order gehecht te zijn terug te keren naar de toeleverende cel. Vaak zal de factor echter zodanig hoog worden gekozen dat de minimaal benodigde tijd ruimschoots wordt gecompenseerd en er dus feitelijk ook wachttijd wordt toegestaan rondom deze activiteiten binnen de cyclustijd van een Polca. Een te grote factor doet daarbij het beoogde effect van een Polca systeem te niet.

> Lees verder ! (hoofdstuk 5, 6 & 7)