Eén van de productie-afdelingen van Variass Electronics maakt printplaten die maar liefst 81 verschillende routes langs diverse werkcellen kunnen afleggen. Ondanks een leverbetrouwbaarheid van 97% - vooral te danken aan ervaren werknemers die veel problemen opvingen - verliep de productie met horten en stoten. Grote orders zorgden bovendien regelmatig voor een golf aan werk. Het gevolg: lange en onbetrouwbare doorlooptijden en veel onderhanden werk.

In februari 2011 veranderde de werkstroom echter in een rustig kabbelend beekje langs de werkstations, met veel minder tussenvoorraden! Het geheim: toepassing van de Kanban-variant POLCA. Circulerende POLCA-kaartjes voorkómen daarbij overbelasting van werkcellen en daarmee mogelijke verkeersopstoppingen. Variass hoeft nu veel minder offers te brengen om hetzelfde te doen, anders gezegd: de overhead is flink afgenomen!

Op één van de productie-afdelingen van Variass Electronics in Veendam worden printplaten handmatig geassembleerd. ‘Het belangrijkste probleem daar waren de onbetrouwbare doorlooptijden’, vertelt Hendri Kortman. ‘Het was een grote wens om de productie stabieler, flexibeler en voorspelbaarder te maken.’

Projectmanager, vermeldt zijn visitekaartje. ‘Dat is een nieuwe functie, die ze hier in oktober 2010 voor me hebben gecreëerd. Ik ben een soort interne consultant op het gebied van operations management.’

Afstudeeronderzoek
Kortman kreeg deze baan aangeboden, na afronding van zijn afstudeeronderzoek bij Variass. Tijdens dat afstudeeronderzoek werd Kortman begeleid door universitair hoofddocent Jan Riezebos van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG). Daarnaast kreeg hij ondersteuning van Jannes Slomp, hoogleraar aan dezelfde universiteit en directeur van het Center for Operational Excellence (COPE).

POLCA
Ook vóór de komst van Kortman hadden RUG-studenten al hun tanden gezet in de assemblageproblematiek. ‘Zij hebben onder meer onderzocht of de toepassing van POLCA, een variant van Kanban voor klantspecifieke productie, een goed idee is. Het COPE heeft daar een scan voor ontwikkeld.’

Bij toepassing van POLCA, zie ook het kader hieronder, voorkómen circulerende kaartjes overbelasting van werkcellen. Heel in het kort werkt het als volgt. Neem als voorbeeld een order, die de route “werkcel 1>2>4”  dient af te leggen. In dat geval mag werkcel 1 pas aan die order beginnen als er capaciteit vrij is op werkcel 2. Die werkcel mag vervolgens pas verder gaan als er capaciteit vrij is op werkcel 4. Is er geen capaciteit vrij, dan moet er eerst aan andere orders worden gewerkt. Het feit of er al dan niet capaciteit vrij is, geven de werkcellen aan elkaar door via circulerende POLCA-kaarten.

De eigen POLCA-variant van Variass
POLCA - Paired-cell Overlapping Loops of Cards with Autorization - is een aanpassing van het Kanban-systeem voor klant-specifieke productie.
Eerst wordt de werkvloer daarbij opgesplitst in productiecellen, waarin mensen en machines een bepaalde klasse van bewerkingen uitvoeren. De verschillende halffabricaten bewegen zich vervolgens kriskras over de werkvloer, waar ze – afhankelijk van het gewenste type eindproduct – achteréénvolgens productiecellen naar keuze aandoen.

Om de werklast te verdelen worden alle productiecellen die materialen met elkaar kunnen uitwisselen, paarsgewijs verbonden via circulerende POLCA-kaarten. Op zo’n POLCA-kaart staan aan de ene kant de gegevens van een toeleverende productiecel (zeg T), en aan de andere kant de gegevens van een ontvangende productiecel (O). De clou is nu, dat cel T alleen aan een product mag gaan werken dat dóór moet naar cel O, als cel T een POLCA-kaart T/O in zijn bezit heeft. Zo niet, dan krijgt het werken aan een product dat door moet naar een ándere productiecel voorrang.

Bij Variass wisselt de ordermix sterk, waardoor je vaak het aantal POLCA-kaartjes per loop zou moeten aanpassen. Om dat te voorkomen gebruiken zij als intermediair tussen de werkcellen dit POLCA-bord!

Probleem
Stel nu dat een cel producten kan maken voor twee verschillende ontvangende productiecellen, O1 en O2. Dan zijn er dus twee loops van circulerende POLCA-kaarten, te weten T/O1 en T/O2. Een bekend probleem is dan het bepalen hoeveel kaarten er van elk type in het systeem moeten zijn, dit is afhankelijk van de beschikbare capaciteit per werkcel en de gemiddelde werklast per order. Bij Variass is dit probleem extra ingewikkeld: hun ordermix varieert sterk, waardoor je de hoeveelheid kaarten per loop steeds zou moeten bijstellen.

‘Wij hebben dat als volgt opgelost’, vertelt Kortman. ‘In ons geval zijn er in het bovengenoemde voorbeeld alleen generieke O1 en O2 kaarten, die geven aan of je mag toeleveren aan die stations, en ze hangen gereed op een bord.  De operator van station T begint nu volgens het FIFO-principe het eerst aan de order op het karretje dat het dichtst bij zijn station staat. Blijkt nu – dit staat op de productiegeleidekaart – dat die order later door moet naar station O1, dan zal de operator een O1-kaart van het bord pakken en aan de order beginnen. Is er zo’n kaart er echter niet meer, bijvoorbeeld doordat een ander toeleverend station deze al heeft weggenomen, dan zal de operator een andere order uit zijn buffer nemen, de bijpassende POLCA-kaart pakken, en daaraan gaan werken.’

> meer over POLCA

Veelbelovend
De toepassing van dat POLCA-systeem om het werkverkeer te regelen leek voor Variass veelbelovend. Er waren echter wel een paar problemen die eerst moesten worden opgelost. De belangrijkste hordes: een fysieke koppeling tussen enkele werkcellen, en een afwisseling tussen grote en kleine orders. ‘Hoe je dat moet oplossen was het onderwerp van mijn afstudeeronderzoek’, aldus Kortman.

81 routes
De assemblage van de printplaten, officieel Printed Circuits Boards geheten, omvat maximaal zes stappen:

1. Voorbewerking (V).
2. Montage en machinaal solderen (MS). Hierbij worden elektronische componenten op de printplaat geplaatst. Daarna wordt de plaat door een golfsoldeerbad gevoerd om de componenten vast te solderen, en volgt een visuele inspectie.
3. Handmatig solderen (H). Hierbij worden handmatig (bijzondere) elektronische componenten geplaatst en vastgesoldeerd.
4. Afbouw (AF). Hierbij wordt de printplaat in een kast(je) geplaatst. Soms wordt dit al afgebouwd tot een eindproduct, zoals een navigatie-apparaat voor defensievoertuigen (zie de afbeelding hieronder).
5. Functionele en ICCT test (TI).
6. Visuele eindcontrole.

Niet elk product passeert alle werkcellen, er zijn maar liefst 81 verschillende routes mogelijk die elkaar onderling beïnvloeden. Dit maakt het moeilijk om de doorlooptijden voorspelbaar te maken!

Eén van de eindproducten:  een navigatie en intercomsysteem voor defensievoertuigen

SAP
‘De productie werd vroeger volledig aangestuurd met SAP’, vertelt Kortman. ‘Afhankelijk van de gewenste aflevertijd, de gemiddelde bewerkingstijden en de route, werd dan per werkstation vastgesteld wanneer er moest worden gewerkt aan een bepaald product.’

Het resultaat van iedere planningscyclus was per werkcel een lijstje opdrachten, waarbij het de bedoeling was dat een operator steeds ging werken aan de order met de hoogste prioriteit. Tenminste als dat mogelijk was, want het vóórgaande werkstation moest dan natuurlijk wel met die order klaar zijn.

Golven
Door allerlei onvoorziene omstandigheden ontstonden er grote tussenvoorraden en – mede als gevolg daarvan – lange doorlooptijden. Ook was niet helder waar op een bepaald moment de grootste problemen waren. ‘De voormannen konden daardoor zelf niet meewerken, want die was voortdurend bezig om de planning bij te sturen.’

Extra verstoringen werden veroorzaakt door grote bestellingen. ‘Ik bedoel daarmee orders die een grote werklast met zich meebrengen, omdat ze complex zijn of omdat het gaat om grote aantallen. Die trokken in golven over de afdeling. Dat begint dan bij de Voorbewerking, en vervolgens verschuift de piek dan steeds naar een volgend werkstation.’

Lean
In het verleden was een poging gewaagd om voor een deel van de assemblage Lean productie in te voeren. ‘Het creëren van een One Piece Flow was daarbij het uitgangspunt. Enkelstuks productie dus, op volgorde van de vraag. Hiertoe waren drie bewerkingsstappen – de montage, automatisch solderen en handmatig solderen – aan elkaar gekoppeld via een lopende band.’
Zo’n koppeling maakt toepassing van POLCA echter onmogelijk. Bij dat systeem is het namelijk de bedoeling dat orders, afhankelijk van de actueel beschikbare capaciteit op werkcellen, wisselende routes kunnen afleggen!

‘Uit mijn afstudeeronderzoek bleek dat niets het verbreken van de koppeling in de weg stond. Die werkte namelijk toch al steeds moeizamer, als gevolg van veranderingen in de marktvraag. De werkverhouding automatisch solderen ten opzichte van handmatig solderen varieert maar liefst van 1:7 tot 4:1. Dit veroorzaakte verstoringen in de doorstroom. Om dat te voorkomen moest veel tijd worden gestoken in de detailplanning, en dan nog was het resultaat vaak niet optimaal.’

Het POLCA-systeem. Kaartjes geven aan op welke werkcellen benedenstrooms capaciteit vrij is. Aan orders die daarheen moeten wordt het eerste begonnen.

Orders opsplitsen
Toen eenmaal was besloten om de koppeling tussen de werkcellen te verbreken, stond alleen het probleem van de grote orders de toepassing van POLCA nog in de weg. ‘Om dat systeem toe te kunnen passen moet je dergelijke orders zo veel mogelijk opsplitsen. Dit betekent echter meer omstellen, en ons accounting systeem geeft aan dat dit ongunstig is. Het kijkt namelijk simplistisch gezegd alleen naar de bewerkings- en omsteltijden.’

Waar het accounting systeem geen rekening mee houdt, is dat er ook gunstige effecten zijn van kleinere batches. ‘Als je die combineert met logistieke aansturing via POLCA, veranderen golven van werk in een gestaag kabbelend beekje. Hierdoor worden de doorlooptijden veel betrouwbaarder en kan er flexibeler worden gereageerd op de marktvraag.’

Bovendien is het niet écht zo dat de kostprijs omhoog gaat. Als je kleine series maakt kun je namelijk met minder tussenvoorraden werken. ‘Het onderhanden werk daalt daardoor, en daardoor ook de overheadkosten die je maakt, onder meer voor zoeken, opslag en dergelijke. Die effecten zijn vooraf echter moeilijk te kwantificeren, waardoor het een hele uitdaging was om iedereen binnen de organisatie te overtuigen.’

Implementeren
Gelukkig lukte dat wel. Nadat Kortman bij Variass in dienst trad was daarom zijn eerste opdracht: POLCA daadwerkelijk implementeren! Sinds februari 2011 werkt het bedrijf nu met dit logistieke besturingssysteem. Orders worden daarbij nog steeds ingepland in SAP, en via dat ERP-systeem vrijgegeven voor productie. De eerste werkcel, de werkvoorbereiding, werkt vervolgens steeds aan de order die de hoogste prioriteit heeft, en waarvoor benedenstrooms capaciteit vrij is zoals aangegeven door POLCA.

Vroeger hadden ook de andere werkcellen hun eigen prioriteitenlijst, maar dat hoeft nu niet meer. Het POLCA-systeem zorgt er namelijk vanzelf voor dat de orders hun weg vervolgen, zonder dat er te veel tussenvoorraad ophoopt!

Visueel Management
‘Je kunt die voortgang bovendien in één oogopslag overzien, omdat wij POLCA ondersteunen met visueel management. Karretjes met halffabricaat worden bijvoorbeeld op vaste posities geplaatst.’
Het aantal daartoe beschikbare bufferposities voor een bepaalde werkcel komt ruwweg overeen met het aantal POLCA-kaarten. Het visueel managementsysteem lijkt daardoor een beetje dubbel. ‘Dat klopt, maar het voegt ook wat toe: onze werkvloer is veel netter en overzichtelijker. Bovendien is nu meteen duidelijk aan welke order een werkcel het eerste moet beginnen. Het is first in, first out, tenzij het POLCA-systeem aangeeft dat dit niet kan vanwege capaciteitsproblemen stroomafwaarts.’
Het allerbelangrijkste voordeel is dat een voorman kan anticiperen op mogelijke problemen. ‘Je ziet bijvoorbeeld vroegtijdig bij welke werkcellen de buffers vol dreigen te raken’.

POLCA-kaarten en een productiegeleidekaart. Deze geeft onder meer aan welk type werkcel een order achteréénvolgens moet aandoen.

Voorrang
Ingrijpen door een voorman is sowieso veel minder nodig dan voorheen. ‘In normale situaties lost het POLCA-systeem capaciteitsproblemen vanzelf op, door orders voorrang te geven die langs minder zwaar belaste werkcellen moeten. Het systeem geeft de operators bovendien inzicht in de relatie tussen hun werk en dat van anderen, waardoor ze problemen vaker zélf oplossen. De voormannen houden daardoor weer tijd over om mee te werken.’

Minder offers
Dankzij het POLCA-systeem daalde de hoeveelheid onderhanden werk met meer dan 25%, de flexibiliteit werd groter, en de doorlooptijden zijn voorspelbaarder. ‘Spectaculair korter is de doorlooptijd niet, in 2010 was dit gemiddeld 10,3 dagen en in 2011 9,4 dagen. We hoeven nu echter veel minder offers te brengen om hetzelfde, of zelfs iets beter te presteren. Dat komt goed tot uiting door het feit dat we nu nog maar twee in plaats van drie voormannen hebben. De door Rajan Suri voorspelde reductie van de overhead is dus uitgekomen. Dankzij het POLCA-systeem hoef je zaken niet meer te doen en dat levert besparingen op. Een ander voorbeeld daarvan is dat we vroeger alles gedetailleerd met ons ERP-systeem planden. Iedere maandag zaten daardoor 10 mensen minstens een half uur rond de tafel om die planning te controleren. Nu is die hele overlegronde overbodig. Het ERP-pakket gebruiken we immers alleen om orders vrij te geven, de planning wordt daarna vanzelf wordt gestuurd met POLCA.’

Aanvoer materialen
Een cruciale randvoorwaarde voor POLCA blijkt het tijdig aanwezig zijn van materialen die buiten het systeem om worden aangevoerd. ‘We hebben een zogenaamde SMT-afdeling die machinaal componenten op een printplaat plaatst. De planning van die afdeling wordt niet aangestuurd met POLCA. Op een gegeven moment bleek de aanvoer vanuit SMT onvoldoende om de POLCA-cellen van materialen te voorzien. Daar moet je dus alert op zijn.’

Ook ontijdige aanvoer van materialen door toeleveranciers kan roet in het eten gooien. ‘Het ERP-systeem zorgt normaliter voor het tijdig plaatsen van bestellingen. Aan het eind van vorig jaar hadden we echter relatief weinig orders. Om de werkcellen draaiend te houden, werden toen orders naar voren gehaald in de planning. Dat zorgde echter voor toenemende wanorde op de werkvloer, omdat alle materialen daarvoor nog niet waren gearriveerd. Het merkwaardige feit deed zich toen voor dat de doorlooptijd toenam, bij minder orders.’

Onderhanden werk dat niet kan worden afgemaakt, bijvoorbeeld bij gebrek aan materialen, wordt on-hold gezet en uit de werkstroom gehaald. Dagelijks vindt hierover kort voor de lunchpauze een zogenaamd “10 minuten overleg” plaats. ‘Er wordt dan altijd iemand aangewezen die eigenaar wordt van zo’n on hold. Je weet dan zeker dat het probleem niet blijft liggen.’'
 
QRM
POLCA is één van de tools voor het realiseren van Quick Response Manufacturing (QRM), ontwikkeld door de Amerikaanse professor Rajan Suri. Hij pleit voor een verbeteraanpak, waarbij het reduceren van de doorlooptijd van grondstoffen tot afgeleverd eindproduct centraal staat. De rationale daarachter is dat een “snellere keten” zich terugverdient vanwege het concurrentievoordeel en lagere overheadkosten.

Hoewel Variass QRM-tools inzet waar dat handig blijkt, is het niet zo dat dit nu ineens als enig zaligmakende aanpak wordt gezien. Integendeel, historisch gezien heeft Variass altijd meerdere verbetertechnieken gebruikt, en deze samengesmeed tot een Variass Productie Systeem. Dit is een op maat gesneden variant van het Toyota Productie Systeem, waarbij Lean Manufacturing en Total Productive Maintenance (TPM) hand in hand gaan. ‘Ons huis - zie de afbeelding - laat zien waarop we de focus leggen’, verklaart Kortman. ‘We gebruiken tools uit alle procesverbetermethoden, en hebben nu dus POLCA uit de QRM-toolbox toegevoegd.’

Variass onderzoekt nog of QRM wellicht meer voor hen kan betekenen. ‘We produceren alles make-to-order. Bij producten die we nog nooit eerder hebben gemaakt is er daarbij altijd een engineer die de eerste procesgang begeleidt. We bekijken nu of die begeleiding niet beter zou kunnen met een multidisciplinair team, waarin bijvoorbeeld ook een inkoper en een verkoper zit. Je zou zo’n team dan een Quick Response Office Cell of Q-ROC kunnen noemen, een QRM-term. Als er dan bijvoorbeeld wijzigingen nodig zijn om het product te kunnen maken, kan direct kan worden overlegd met de klant.’

Variass optimaliseert het POLCA-systeem in samenwerking met de Rijksuniversiteit Groningen. Daarnaast is het bedrijf betrokken bij een onderzoek van Jan Riezebos en Daryl Powell van de Norwegian University of Science and Technology. Dit betreft het aansturen van vraaggestuurde productie met een ERP-systeem.

> Zie ook: Smart Industry & Quick Response Manufacturing bij Variass (2023)

Variass Groep
Variass is een leverancier van geïntegreerde elektronische en mechatronische systemen met een sterke marktpositie in Nederland en groeiende activiteiten in Europa. De Variass Groep heeft vestigingen in Veendam en Leeuwarden. De organisatie heeft zich ontwikkeld tot een systeempartner, waarbij Variass intensief samenwerkt met de opdrachtgevers. Daarbij gaat het om oplossingen op het gebied van ontwikkeling, engineering, productie, assemblage en service. Er is een sterke focus op de marktgebieden defensie, medisch, water en industrie.

Videoconferencing systeem voor het maken van oogcontact

De productie kenmerkt zich door hoge variatie en complexe logistieke stromen van kleine en middelgrote series met een sterk wisselende markvraag. Deze onvoorspelbaarheid vraagt een steeds grotere flexibiliteit van mensen, processen en systemen. Daarnaast is er een hoge mate van variatie in zowel de werkinhoud per order, de belasting per werkcel als de te produceren aantallen.