Lean-methoden: het ontwerpen van een efficiënte waardeketen aan de hand van het voorbeeld van batterijproductie in de elektrische auto-industrie

Lean is een bedrijfsfilosofie die gericht is op het efficiënt inrichten van processen door verspilling te vermijden. De oorsprong van het Lean-concept ligt in de productie en werd ontwikkeld in het Toyota-productiesysteem in Japan in de jaren 1950.

Lean Production ontstond om kosten te verlagen en tegelijkertijd kwaliteit en klantwaarde te waarborgen. Lean Management breidt dit optimalisatieprincipe uit naar alle bedrijfsgebieden, waaronder administratie en productontwikkeling, met als doel een doorlopende optimalisatie van de gehele waardeketen.

Lean-methoden vormen een praktisch gereedschapskist die de principes van Lean Production en Lean Management verankert in zowel de operationele als strategische uitvoering.

Het overkoepelende doel van alle Lean-methoden is het creëren van een verspillingsvrije, klantgerichte waardeketen. Ze delen een focus op continue verbetering (Kaizen), efficiënt gebruik van middelen en de consequente afstemming op klantbehoeften.

De grote verscheidenheid aan Lean-methoden vloeit voort uit de noodzaak om specifieke uitdagingen, afhankelijk van sector of product, gericht aan te pakken. Lean-methoden zoals 5S zorgen voor gestructureerde en schone werkomgevingen, terwijl Kanban de sturing van productie- en logistieke processen verbetert en de flow waarborgt.

Een strikte indeling van methoden als zijnde alleen voor Lean Production of Lean Management heeft weinig zin. Alle methoden zijn universeel inzetbaar en ondersteunen zowel fysieke productieprocessen als strategisch-administratieve workflows.

Lean-methoden beschrijven de operationele aanpak voor het realiseren van Lean Production (slanke productie). De strategische planning van slanke productie wordt vormgegeven door Lean Management.

De afzonderlijke Lean-stappen voor de implementatie van Lean Production kunnen worden gezien als Lean-principes en omvatten:

• Uitdagingen
• Verspilling
• Stabilisatie
• Flow
• Takt
• Pull
• Waardestroom
• Perfectie
• Standaardisatie
• Continue verbetering

Het principe van uitdagingen verwijst naar het vermogen om bestaande problemen en inefficiënties in processen systematisch te herkennen en aan te pakken. Het doel is om bewustzijn te creëren voor verbeterpotentieel en gerichte maatregelen te nemen die het gehele waarderingsproces optimaliseren. Uitdagingen vormen het vertrekpunt voor alle verdere Lean-activiteiten en vereisen een nauwkeurige analyse van de huidige situatie.

Gerelateerde Lean-methoden:

• Procesanalyse
  De procesanalyse dient voor een gedetailleerd onderzoek van werkstromen om knelpunten, bottlenecks en inefficiënte stappen te identificeren. Dit vormt de basis voor gerichte procesoptimalisatie.
  
  
• Spaghetti-diagram
  Deze methode visualiseert de bewegingspatronen van mensen of materialen binnen een werkproces. Het doel is onnodige looproutes of overbodige handelingen te elimineren en zo de efficiëntie van het werkgebied te verbeteren.
  
  
• Momentopname
  Een momentopname beschrijft de toestand van een proces op een specifiek tijdstip. Het wordt gebruikt om afwijkingen van standaardprocessen of geplande workflows te documenteren en verbeterpotentieel te identificeren.
  
  
• Probleemoplossingsmethoden (bijv. 5W-methode)
  De 5W-methode helpt bij het achterhalen van de kernoorzaak van een probleem door vijf keer de vraag ‘Waarom?’ te stellen. Dit bevordert duurzame oplossingen.

Het principe van verspilling (Japans: Muda) binnen Lean Management verwijst naar alle activiteiten die middelen verbruiken maar geen waarde toevoegen voor de klant. Verspilling is een van de belangrijkste oorzaken van inefficiëntie in processen en moet systematisch worden opgespoord en geëlimineerd. Hierbij worden de zeven klassieke vormen van verspilling onderscheiden, aangevuld met een achtste:

1. Overproductie:
   Het produceren van meer producten dan nodig is, wat leidt tot opslagkosten en mogelijke verliezen.
   
   
2. Voorraad:
   Opslag van grondstoffen of halffabricaten die kapitaal binden en ruimte innemen.
   
   
3. Transport:
   Onnodige verplaatsing van materialen of producten zonder waarde toevoeging.
   
   
4. Wachttijd:
   Stilstand van machines of mensen door ontbrekende materialen, informatie of capaciteit.
   
   
5. Overbodige beweging:
   Niet-ergonomische of inefficiënte bewegingen van medewerkers.
   
   
6. Overprocessing:
   Uitvoeren van bewerkingen die niet nodig zijn of niet door de klant worden gevraagd.
   
   
7. Fouten en nabewerking:
   Correcties aan defecte producten of processen.
   
   
8. Onbenut medewerkerspotentieel:
   Het niet betrekken van medewerkers en hun ideeën bij verbeterprocessen.

Gerelateerde Lean-methoden:

• Waardestroomanalyse:
  Een visuele weergave van materiaal- en informatiestromen binnen een proces om verspilling te identificeren en doorlooptijden te verkorten.
  
  
• Muda-Safari:
  Gerichte observatie van processen op de werkvloer om verspilling systematisch te herkennen, met de nadruk op directe analyse op de plek waar waarde wordt toegevoegd (Gemba).
  
  
• Krijtcirkel:
  Leidinggevenden of procesanalisten plaatsen zich in een gebied om over langere periodes processen te observeren en verbeterkansen te signaleren.
  
  
• 5S:
  Een methode om werkplekken zo in te richten dat onnodige bewegingen en zoektijden worden geëlimineerd.
  
  
• Spaghetti-diagram:
  Visualiseert de looproutes van medewerkers of materialen om inefficiënte bewegingen te herkennen en te optimaliseren.

Het principe van stabilisatie heeft als doel de voorwaarden te creëren voor een foutloze en efficiënte productie door processen te standaardiseren en schommelingen te minimaliseren. In tegenstelling tot specifieke Lean-methoden is stabilisatie een continu proces dat de basis vormt voor alle andere Lean-principes zoals flow, takt en perfectie.

Kernaspecten van stabilisatie, zoals het verminderen van verliesfactoren, de 3 Mu’s (Muda, Mura, Muri), het beheersen van voorraden, het verkorten van doorlooptijden en het nivelleren en egaliseren van de productie, zijn geen op zichzelf staande methoden. Het zijn nauw met elkaar verweven taken die gezamenlijk bijdragen aan het creëren van stabiele procesomstandigheden. Deze taken richten zich op het vermijden van schommelingen en overbelasting, het efficiënt inzetten van middelen en het waarborgen van flexibiliteit om adequaat te kunnen reageren op veranderende eisen.

Het principe van flow binnen Lean Management beschrijft de continue beweging van producten, informatie en medewerkers door het productieproces, zonder onderbrekingen of vertragingen. De focus ligt op het voorkomen van knelpunten, overmatige voorraden en wachttijden om zo korte doorlooptijden en een efficiënte waardetoevoeging te waarborgen.

Een centraal onderdeel van het flow-principe is de one-piece flow, waarbij producten één voor één en direct van de ene bewerkingsstap naar de volgende worden doorgegeven. Dit staat tegenover de klassieke productie in batches, die vaak gekenmerkt wordt door hoge voorraden, kwaliteitsproblemen en lange doorlooptijden.

Gerelateerde Lean-methoden:

• Vermindering van batchgrootte:
  Het doel is productiehoeveelheden zo te organiseren dat materialen in een continue stroom verwerkt kunnen worden. Dit vermindert voorraden en doorlooptijden aanzienlijk.
  
  
• Proceskoppeling:
  Processen worden zo ingericht dat materialen zonder tussenopslag of transport direct naar de volgende werkstap gaan. Dit verhoogt de transparantie en verlaagt de productiekosten.
  
  
• Layoutoptimalisatie:
  De fysieke opstelling van machines en werkplekken wordt zo ontworpen dat korte afstanden en duidelijke materiaalstromen ontstaan. Voorbeelden zijn U-vormige of lineaire layouts die transportverspilling minimaliseren en overzicht verbeteren.
  
  
• Visualisatie van materiaalstromen:
  Flowvisualisaties zoals waardestroomkaarten of materiaalstroomdiagrammen helpen knelpunten te identificeren en processen aan te passen.
  
  
• SMED:
  Single Minute Exchange of Dies is een Lean-methode die gericht is op het minimaliseren van omsteltijden om processen stabieler en flexibeler te maken. Het doel is om omstelwerkzaamheden binnen tien minuten te voltooien door interne en externe omstelprocessen duidelijk te definiëren en te optimaliseren.

Het principe van takt binnen Lean Management beschrijft de synchronisatie van productieprocessen met de klantvraag. Het is de ‘hartslag’ van de productie, die bepaalt hoe snel een product gemaakt moet worden om aan de vraag van de klant te voldoen. De berekening van de klanttakt gebeurt door de beschikbare productietijd te delen door het aantal benodigde producten.

Gerelateerde Lean-methoden:

• Taktijdberekening:
  Bepaalt de vereiste snelheid van elke processtap op basis van de klantvraag. Bijvoorbeeld: een klanttakt van 80 seconden betekent dat er elke 80 seconden een product klaar moet zijn.
  
  
• Visualisatie:
  Instrumenten zoals Andon-borden of taktweergaven maken de voortgang van de productie zichtbaar en helpen afwijkingen direct te signaleren.
  
  
• Procesharmonisatie:
  Aanpassing van werkinhoud aan de klanttakt om een gelijkmatige bezetting van alle processtations te garanderen. Dit kan door standaardisatie of herverdeling van taken.

Het Pull-principe binnen Lean Management betekent dat producten of componenten alleen worden gemaakt of geleverd wanneer er daadwerkelijk vraag naar is. In tegenstelling tot het Push-principe, waarbij op basis van voorspellingen wordt geproduceerd, wordt in een Pull-systeem alleen geproduceerd wat daadwerkelijk is verbruikt. Het doel is om voorraden te minimaliseren en de productie nauwkeurig af te stemmen op de vraag.

Gerelateerde Lean-methoden:

• Kanban:
  Kanban is een visueel regelsysteem dat de informatiestroom binnen het Pull-systeem beheert. Het werkt met kaarten of containers die als signaal dienen voor nabestelling of materiaalbehoefte. Voorbeelden zijn visueel Kanban, container-Kanban en elektronisch Kanban.
  
  
• Just-in-Time (JIT):
  JIT zorgt ervoor dat materialen in de juiste hoeveelheid en kwaliteit precies op het moment beschikbaar zijn dat ze nodig zijn. Dit vermindert voorraden en verhoogt de reactietijd op klantwensen.
  
  
• FIFO (First-In-First-Out):
  Deze methode zorgt ervoor dat de eerst geproduceerde of geleverde onderdelen ook als eerste worden verwerkt. Dit minimaliseert het risico op verouderde materialen en zorgt voor een gelijkmatige benutting van middelen.

Het waardestroomprincipe binnen Lean Management richt zich op het optimaliseren van de volledige materiaal- en informatiestroom door middel van een systematische analyse en inrichting. Het doel is om de waardetoevoeging van grondstof tot aan levering aan de klant te maximaliseren, terwijl verspilling, variabiliteit en inflexibiliteit tot een minimum worden beperkt. De waardestroom maakt het mogelijk om de samenhang tussen alle processen visueel inzichtelijk te maken en verbeterpunten langs de hele waardeketen te identificeren.

Gerelateerde Lean-methoden:

• Waardestroomanalyse (VSM):
  Een visuele methode om de volledige procesketen te analyseren. Symbolen geven het materiaal- en informatiestroom weer, evenals knelpunten die geoptimaliseerd kunnen worden.
  
  
• Kaizen-bliksemschichten:
  Aanduidingen binnen de waardestroom die verbeterpotentieel markeren. Deze worden gebruikt om snel concrete probleemgebieden aan te pakken.
  
  
• Definiëren van KPI’s in de waardestroom:
  Klanttakt, procestijd en doorlooptijd zijn centrale meetwaarden. Ze kwantificeren de prestaties van de waardestroom en geven inzicht in optimalisatiemogelijkheden. Zo kan een flowpercentage van minder dan 1% in conventionele processen door waardestroomoptimalisatie tot wel 50% verhoogd worden.

Het principe van perfectie binnen Lean Management streeft naar een foutloze productie waarbij kwaliteit niet pas door controles wordt gegarandeerd, maar direct in het proces wordt ingebouwd. Perfectie is een langdurige ambitie gericht op continue verbetering, waarbij processen stabiel, robuust en efficiënt worden ingericht om het nul-fouten-doel te bereiken. Dit is vooral cruciaal in sectoren zoals de elektronica-industrie, waar minimale foutpercentages noodzakelijk zijn om aan hoge kwaliteitsstandaarden te voldoen.

Gerelateerde Lean-methoden:

• Poka Yoke:
  Poka Yoke (Japans voor ‘fouten voorkomen’) voorkomt onbedoelde fouten in het proces. Het concept omvat drie principes:
  
  
  • Contactprincipe: Fouten worden gedetecteerd via fysieke eigenschappen van onderdelen (bijv. USB-stekkers die maar één kant op passen).
  • Vaste waarde principe: Afwijkingen in parameters zoals gewicht of hoeveelheid worden opgemerkt (bijv. bij orderpicking).
  • Processtapprincipe: De processtroom wordt bewaakt, zodat afwijkingen in volgorde of ontbrekende stappen fouten veroorzaken en voorkomen dat het proces doorgaat.
    
    
• Jidoka:
  Deze methode, ook bekend als ‘automatisering met menselijk inzicht’, zorgt ervoor dat de productie direct stopt zodra een fout wordt ontdekt. Andon-borden of geluidssignalen informeren het team over de fout, waarna onmiddellijke correctie volgt. Dit verhoogt de productiviteit en garandeert kwaliteit.
  
  
• Vaststelling van kwaliteitskengetallen:
  Kenngetallen zoals First Time Through (FTT), First Time Right (FTR) en First Pass Yield (FPY) kwantificeren de foutloosheid van de productie. Het doel is een foutloze productie zonder nabehandeling.

Het principe van standaardisatie binnen Lean Management vormt de basis voor stabiele en voorspelbare processen. Standaarden beschrijven op elk moment de veiligste en meest efficiënte manier om een taak uit te voeren. Ze zorgen voor uniformiteit en herhaalbaarheid en bieden een fundament voor systematische verbeteringen. In tegenstelling tot rigide normen zijn standaarden dynamisch en worden ze continu aangepast om optimalisaties te borgen.

Gerelateerde Lean-methoden:

• Standaardwerkblad (Standard Work Sheet, SAB):
  Het SAB beschrijft elke werkstap en de benodigde middelen gedetailleerd. Het dient als referentiedocument voor trainingen en audits en ondersteunt de naleving van de standaarden.
  
  
• Visualisatie:
  Instrumenten zoals shadowboards of ergonomische werkplekinrichting vergemakkelijken het volgen van de standaarden. Visuele signalen verminderen de noodzaak van mondelinge communicatie en stimuleren de zelfstandigheid van medewerkers.
  
  
• 5S-methode:
  Deze methode ondersteunt de invoering en handhaving van standaarden door orde en netheid te waarborgen. 5S omvat de stappen sorteren, opruimen, schoonhouden, standaardiseren en continu verbeteren.

Het principe van continue verbetering (Kaizen) is een kerncomponent van Lean Management en beschrijft de systematische, stapsgewijze optimalisatie van processen. Het doel is om door regelmatige aanpassingen verspilling te verminderen en de efficiëntie te verhogen. In tegenstelling tot ingrijpende herstructureringen (Kaikaku) baseert Kaizen zich op kleine, incrementele stappen die geïntegreerd zijn in het dagelijkse werk​​.

Gerelateerde Lean-methoden:

• PDCA-cyclus (Plan, Do, Check, Act):
  De PDCA-cyclus is de standaardmethode voor het doorvoeren van verbeteringen.
  
  
  • Plan: Probleemanalyse, doelstellingen en hypothesevorming.
  • Do: Implementatie van maatregelen en het verzamelen van resultaten.
  • Check: Vergelijking van de geplande en werkelijke situatie en evaluatie van de resultaten.
  • Act: Implementatie van succesvolle oplossingen als nieuwe standaard en het starten van een nieuwe iteratie​​.
    
    
• Kata-verbeteringsroutine:
  Een methode die medewerkers stimuleert om zelfstandig problemen op te lossen en te experimenteren via gerichte vragen. Dit bevordert een lerende organisatie en versterkt de eigen verantwoordelijkheid​​.
  
  
• Kaizen-workshops:
  Deze vorm van samenwerken brengt teams samen om specifieke problemen te analyseren en verbeteringen in korte tijd door te voeren​​.
  
  
• Suggestiesysteem:
  Een gestructureerd systeem dat medewerkers in staat stelt om verbetervoorstellen in te dienen en de implementatie ervan te stimuleren. Dit verhoogt de innovatiekracht en motivatie​​.
  
  
• Probleemoplossingstechnieken:
  Technieken zoals de 5W-methode of Ishikawa-diagrammen helpen bij het systematisch identificeren van oorzaken van problemen en het ontwikkelen van effectieve oplossingen​​.

De industriële productie staat wereldwijd voor toenemende uitdagingen, zoals het optimaliseren van het gebruik van grondstoffen, kostenreductie en duurzaamheid. In de batterijproductie, die een sleutelrol speelt in de elektromobiliteit, zijn deze uitdagingen bijzonder urgent. Volgens de “Faktencheck-Batterien für E-Autos” van het Öko-Institut uit 2020 zal de wereldwijde vraag naar lithium-ionbatterijen tegen 2030 oplopen tot maximaal 4.000 GWh – een verdrievoudiging van de huidige behoefte​​.

Tegelijkertijd verscherpen de wettelijke en regelgevende eisen zich. Zo verplicht de herziene EU-batterijrichtlijn (EU Directive 2006/66/EC) batterijproducenten om maatregelen te nemen voor efficiëntieverbetering en recycling om de ecologische voetafdruk te verkleinen​. Daarbovenop komen nationale klimaatwetten, zoals de Duitse Bundes-Klimaschutzgesetz, die tegen 2030 een reductie van 65 procent CO₂-uitstoot ten opzichte van 1990 voorschrijven​.

Klanteneisen vullen deze regelgeving aan: ze vragen batterijen met een energiedichtheid van minimaal 350 Wh/kg voor grotere actieradius en een verlaging van de celkosten tot onder de 100 USD/kWh om elektrische voertuigen concurrerender te maken​​. Lean-methoden zoals SMED voor het verkorten van omsteltijden, Poka Yoke voor foutpreventie en Kanban voor productiebeheer bieden effectieve oplossingen om aan deze complexe eisen te voldoen.

In het volgende gedeelte laten we zien hoe GREIF-VELOX met de ontwikkeling van de Velovac-installatie en het toepassen van Lean-principes en Lean-methoden efficiëntie en duurzaamheid verbetert over de gehele waardeketen in de batterijproductie voor elektromobiliteit.

GREIF-VELOX ging de uitdaging aan om de complexe verwerking van Carbon Black – een essentieel grondstof voor de productie van lithium-ionbatterijen – te optimaliseren met innovatieve vul- en afzaktechnieken. Het toepassen van Lean-methoden speelde hierbij een cruciale rol om efficiëntie, duurzaamheid en arbeidsveiligheid in dit proces te waarborgen.

Carbon Black is een ultrafijn poeder met een korreldiameter van 60 tot 110 nm, dat door zijn materiaaleigenschappen lastig te verpakken en te vervoeren is.

Conventionele afzakmethoden leidden regelmatig tot stofvorming, hoge reinigingskosten en gezondheidsrisico's voor medewerkers. Daarnaast veroorzaakten onregelmatige zakken met ingesloten lucht inefficiënte logistiek en kwaliteitsverlies door productverontreiniging.