Skip to main content

Flexible Design of Lean Production Systems in Response to Fluctuations Due to Logistics and Traffic

  • Chapter
  • First Online:
Dynamic and Seamless Integration of Production, Logistics and Traffic

Abstract

A value creating supply chain of physical products involves several actors in the fields of production, logistics and traffic. The diversity of these stakeholders often leads to unplanned disruptions in the chain. Industrial production plants, especially those set up according to the principles of lean production, suffer severely from disturbances. One approach for at least partially absorbing the effects is raising the overall flexibility levels within production itself. The focus of this chapter is thus set to how flexibility can be leveraged in lean production systems to deal with disturbances resulting from fluctuations in logistics and traffic.

The chapter starts with the identification of flexibility requirements using the fault-tree analysis method. Following this, a closer look at the term “flexibility” itself in manufacturing contexts as well as at the different types of flexibility will be taken. Volume and mix flexibility are identified as the types most relevant for industrial companies. Thus, different models for measuring volume and mix flexibility in the literature will be reviewed. The chapter then turns to the actions for increasing flexibility in production systems and presents selected technical, organizational and human approaches. The focus is from then on set to lean production systems and their special conditions and prerequisites. First, selected approaches for addressing volume and mix flexibility in lean assembly systems will be discussed. Afterwards, the innovative concept of Cellular Manufacturing as an approach to transfer the ideas from lean assembly to lean machining will be introduced and volume and mix flexibility advantages due to the Cellular Manufacturing concept will be presented. The chapter concludes with a cost comparison of Cellular Manufacturing versus complete machining.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

eBook
USD 16.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info
Hardcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

References

  • Abele, E., Bechtloff, S., Cachay, J., & Eichhorn, N. (2010). Schlanke Zerspanung. Qualifizierung zur Optimierung von Zerspanprozessen. Werkstatt + Betrieb wb, 9, 94–98.

    Google Scholar 

  • Abele, E., Bechtloff, S., & Krause, F. (2011). Flexible Serienfertigung im Kundentakt. Werkstatt + Betrieb, 6, 24–27.

    Google Scholar 

  • Abele, E., Bechtloff, S., & Seifermann, S. (2012). Sequenzfertigung für flexible und schlanke Zerspanung. Productivity Management, 17(1), 45–48.

    Google Scholar 

  • Abele, E., Bechtloff, S., Seifermann, S., & Törnig, W. (2013a). Flexibilitätssteigerung durch Lean Production für die Zerspanung. VDI-Z, 155(4), 53–55.

    Google Scholar 

  • Abele, E., Metternich, J., Bechtloff, S., & Heller, J. (2013b). Sequenzfertigung im Performance-Check. Werkstatt + Betrieb, 4, 32–36.

    Google Scholar 

  • Abele, E., Kuhn, S., & Hueske, B. (2008a). Overall equipment flexibility. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb ZWF, 103(5), 322–327.

    Google Scholar 

  • Abele, E., Rumpel, G., & Kuhn, S. M. (2008b). Flexible Produktionskonzepte für die saisonale Produktion. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb ZWF, 103(9), 585–588.

    Google Scholar 

  • Aberle, G. (2003). Transportwirtschaft. Einzelwirtschaftliche und gesamtwirtschaftliche Grundlagen. München: Oldenbourg.

    Book  Google Scholar 

  • Askar, G. (2008). Optimierte Flexibilitätsnutzung in Automobilwerken. Dissertation. Shaker, Aachen.

    Google Scholar 

  • Bateman, N., Stockton, D., & Lawrence, P. (1999). Measuring the mix response flexibility of manufacturing systems. International Journal of Production Research, 37(4), 871–880.

    Article  Google Scholar 

  • Bellmann, K., Himpel, F., & Böhm, A. (2009). Messung von Flexibilität in der Produktion. In J. Strohhecker & A. Größler (Eds.), Strategisches und operatives Produktionsmanagement. Empirie und Simulation (pp. 221–240). Wiesbaden: Gabler.

    Chapter  Google Scholar 

  • Beach, R., Muhlemann, A. P., Price, D. H. R., Paterson, A., & Sharp, J. A. (2000). A review of manufacturing flexibility. Theory and Methodology. European Journal of Operational Research, 122, 41–57.

    Article  Google Scholar 

  • Beamon, B. (1999). Measuring supply chain performance. International Journal of Operations and Production Management, 19(3), 275–292.

    Article  Google Scholar 

  • Bechtloff, S. (2013). Identifikation wirtschaftlicher Einsatzgebiete der Sequenzfertigung in der Bohr- und Fräsbearbeitung von Kleinserien. Aachen: Shaker.

    Google Scholar 

  • Beck, S. (2012). Entwicklung und Validierung einer Systematik zur Flexibilitätsanalyse und -bewertung von Produktionslinien bei einem Befestigungshersteller. Thesis. TU Darmstadt.

    Google Scholar 

  • Bertsche, B., & Lechner, G. (2004). Zuverlässigkeit im Fahrzeug- und Maschinenbau: Ermittlung von Bauteil- und Systemzuverlässigkeiten. Stuttgart: Springer.

    Google Scholar 

  • Boysen, N., Fliedner, M., & Scholl, A. (2007). A classification of assembly line balancing problems. European Journal of Operational Research, 183, 674–693.

    Article  Google Scholar 

  • Browne, J., Dubois, D., Rathmill, K., Sethi, S., & Stecke, K. (1984). Classification of flexible manufacturing systems. Flexible Manufacturing Systems Magazine, 2, 114–117.

    Google Scholar 

  • Burbidge, J. L. (1975). The introduction of group technology. New York: John Wiley & Sons.

    Google Scholar 

  • Chryssolouris, G. (2006). Manufacturing systems: Theory and practice. New York: Springer.

    Google Scholar 

  • Chryssolouris, G., & Lee, M. (1992). An assessment of flexibility in manufacturing systems. Manufacturing Review, 5, 105–116.

    Google Scholar 

  • Cummings, T., & Blumberg, M. (1987). Advanced manufacturing technology and work design. In T. D. Wall, W. Clegg, & N. J. Kemp (Eds.), The human side of advanced manufacturing technology (pp. 37–60). Chichester, NY: Wiley.

    Google Scholar 

  • Das, S. (1996). The measurement of flexibility in manufacturing systems. The International Journal of Flexible Manufacturing Systems, 8, 67–93.

    Article  Google Scholar 

  • De Toni, A., & Tonchia, S. (1998). Manufacturing flexibility: A literature review. International Journal of Production Research, 36(6), 1587–1617.

    Article  Google Scholar 

  • Drew, J., McCallum, B., & Roggenhofer, S. (2005). Unternehmen Lean. Schritte zu einer neuen Organisation. Frankfurt: Campus.

    Google Scholar 

  • Ehmer, H. (2009). Arbeitszeitgestaltung zwischen Arbeit auf Abruf und Vertrauensarbeitszeit. Industrie Management, 25(3), 10–12.

    Google Scholar 

  • ElMaraghy, H. A. (2005). Flexible and reconfigurable manufacturing systems paradigms. International Journal of Flexible Manufacturing Systems (IJFMS), 17(4), 261–276.

    Article  Google Scholar 

  • Erlach, K. (2010). Wertstromdesign. Der Weg zur schlanken Fabrik. 2., bearbeitete und erweiterte Auflage. Berlin: Springer.

    Google Scholar 

  • Faißt, J. (1992). Instrumente des Arbeitszeitmanagements. In C. Scheeweiß (Ed.), Kapazitätsorientiertes Arbeitszeitmanagement (pp. 41–60). Heidelberg: Physica.

    Chapter  Google Scholar 

  • Gerwin, D. (1989). Manufacturing flexibility in the CAM era. Business Horizons, 32(1), 78–84.

    Article  Google Scholar 

  • Gudehus, T. (2010). Logistik. Grundlagen – Strategien – Anwendungen. 4., aktualisierte Auflage. Heidelberg: Springer.

    Google Scholar 

  • Gupta, Y. P., & Goyal, S. (1989). Flexibility of manufacturing systems: Concepts and measurements. European Journal of Operational Research, 43, 119–135.

    Article  Google Scholar 

  • Hackstein, R. (1989). Produktionsplanung und -steuerung (PPS). Ein Handbuch für die Betriebspraxis. Zweite, überarbeitete Auflage. Düsseldorf: VDI-Verlag.

    Google Scholar 

  • Halubek, P. (2012). Simulationsbasierte Planungsunterstützung für Variantenfließfertigung. Dissertation. Vulkan, Essen.

    Google Scholar 

  • Hüttmeir, A., De Treville, S., Van Ackere, A., Monnier, L., & Prenninger, J. (2009). Trading off between heijunka and just-in-sequence. International Journal of Production Economics, 118, 501–507.

    Article  Google Scholar 

  • Imai, M. (2001). KAIZEN. Der Schlüssel zum Erfolg im Wettbewerb. Munich: Econ.

    Google Scholar 

  • Irani, S. A. (1999). Handbook of cellular manufacturing systems. New York: John Wiley & Sons.

    Book  Google Scholar 

  • Jack, E. P., & Raturi, A. (2002). Sources of volume flexibility and their impact on performance. Journal of Operations Management, 20, 519–548.

    Article  Google Scholar 

  • Jalizi, B., Korff, D., & Rost, R. (2009). Alleskönner oder Teamplayer: Mehrtechnologiemaschinen versus Mehrmaschinenkonzepte. Werkstatt + Betrieb, 10, 12–17.

    Google Scholar 

  • Jünemann, R., & Schmidt, T. (2000). Materialflußsysteme. Systemtechnische Grundlagen. Berlin: Springer.

    Google Scholar 

  • Kaluza, B., & Blecker, T. (2005). Flexibilität. State of the Art und Entwicklungstrends. In B. Kaluza & T. Blecker (Eds.), Erfolgsfaktor Flexibilität (pp. 1–28). Berlin: Erich Schmidt.

    Google Scholar 

  • Koste, L. L., Malhotra, M. K., & Sharma, S. (2004). Measuring dimensions of manufacturing flexibility. Journal of Operations Management, 22, 171–196.

    Article  Google Scholar 

  • Krafcyk, J. (1988). Triumph of the lean production system. Sloan Management Review, 30(1), 41–52.

    Google Scholar 

  • Krüger, A. (2004). Planung und Kapazitätsabstimmung stückzahlflexibler Montagesysteme. München: Utz.

    Google Scholar 

  • Lane, G. (2007). Made-to-order. Excelling in a high-mix, low-volume environment. New York: Productivity Press.

    Google Scholar 

  • Lanza, G., Rühl, J., & Peters, S. (2009). Bewertung von Stückzahl- und Variantenflexibilität in der Produktion. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb ZWF, 104(11), 1039–1044.

    Google Scholar 

  • Leavitt, H. J. (1965). Applied organizational change in industry: Structural, technological and humanistic approaches. In J. G. March (Ed.), Handbook of organizations (pp. 1144–1170). Chicago, IL: Rand McNally.

    Google Scholar 

  • Liker, J. K. (2013). Der Toyota-Weg. 14 Management-Prinzipien des weltweit erfolgreichsten Automobilkonzerns. Munich: Finanzbuchverlag.

    Google Scholar 

  • Lotter, B., Hartel, M., & Menges, R. (1995). Manuelle Montage – wirtschaftlich gestalten. Neuzeitliche Analysen und Planungsmethoden zur Montagerationalisierung. Renningen-Malmsheim: expert.

    Google Scholar 

  • Martin, H. (2014). Transport- und Lagerlogistik. Planung, Struktur, Steuerung und Kosten von Systemen der Intralogistik. 9., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage. Wiesbaden: Springer.

    Google Scholar 

  • Matzka, J., Di Mascolo, M., & Furmans, K. (2009). Buffer sizing of a Heijunka Kanban system. Journal of Intelligent Manufacturing. doi:10.1007/s10845-009-0317-3 (Published online Sept 2009).

  • Metternich, J., Bechtloff, S., & Seifermann, S. (2013). Efficiency and economic evaluation of cellular manufacturing to enable lean machining. In 46th CIRP Conference on Manufacturing Systems 2013. Procedia CIRP (Vol. 7, pp. 592–597).

    Google Scholar 

  • Metternich, J., Böllhoff, J., Seifermann, S., & Beck, S. (2013). Volume and mix flexibility evaluation of lean production systems. In Procedia CIRP 9 (2013), 2nd CIRP Global Web Conference (pp. 79–84).

    Google Scholar 

  • Milling, P., & Thun, J.-H. (2005). Steigerung der Flexibilität in Produktionsprozessen durch intergrative Fertigung. In B. Kaluza & T. Blecker (Eds.), Erfolgsfaktor Flexibilität – Strategien und Konzepte für wandlungsfähige Unternehmen (pp. 191–208). Berlin: Schmidt.

    Google Scholar 

  • Mitrofanov, S. P. (1966). The scientific principles of group technology (Vol. I, II & III). Yorkshire: National Lending Library for Science and Technology.

    Google Scholar 

  • Nyhuis, P., Reinhart, G., & Abele, E. (2008). Wandlungsfähige Produktionssysteme. Berlin: PZH Produktionstechnisches Zentrum.

    Google Scholar 

  • Ohno, T. (1993). Das Toyota-Produktionssystem. Frankfurt: Campus.

    Google Scholar 

  • Parker, R., & Wirth, A. (1999). Manufacturing flexibility: Measures and relationships. European Journal of Operations Research, 118, 435–438.

    Article  Google Scholar 

  • Pfeiffer, W., & Weiß, E. (1994). Lean Management. Grundlagen der Führung und Organisation lernender Unternehmen. 2., überarbeitete und erweiterte Auflage. Berlin: Erich Schmidt.

    Google Scholar 

  • Pfohl, H.-C. (2010). Logistiksysteme. Betriebswirtschaftliche Grundlagen. 8., neu bearbeitete und aktualisierte Auflage. Heidelberg: Springer.

    Google Scholar 

  • Richter, M. (2006). Gestaltung der Montageorganisation. In B. Lotter & H.-P. Wiendahl (Eds.), Montage in der industriellen Produktion. Ein Handbuch für die Praxis (pp. 95–126). Berlin: Springer.

    Chapter  Google Scholar 

  • Schlick, C., Bruder, R., & Luczak, H. (2010). Arbeitswissenschaft. 3., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Heidelberg: Springer.

    Google Scholar 

  • Schmeißer, T. R. (2012). Maßnahmen zur Erweiterung der Mengenflexibilität und ihre Auswirkungen in der industriellen Produktion. Thesis. TU Darmstadt.

    Google Scholar 

  • Schulze, T. (2012). Erstellen eines Modells der Produktion, inklusive zugehöriger Supply Chain und Untersuchung der flexiblen Reaktionsmöglichkeiten auf mögliche Störgrößen. Thesis. TU Darmstadt.

    Google Scholar 

  • Seifermann, S., Böllhoff, J., Metternich, J., & Bellaghnach, A. (2014). Evaluation of work measurement concepts for a cellular manufacturing reference line to enable low cost automation for lean machining. In Proceedings of the 47th CIRP Conference on Manufacturing Systems. Procedia CIRP (Vol. 17, pp. 588–593).

    Google Scholar 

  • Sekine, K. (1995). Produzieren ohne Verschwendung. Der japanische Weg zur Schlanken Produktion. Landsberg: Moderne Industrie.

    Google Scholar 

  • Sende, C., Galais, N., Moser, K., & Hasenau, K. (2011). Flexibler Mitarbeitereinsatz. Ergebnisse einer deutschlandweiten Unternehmensbefragung. Industrie Management, 27(4), 52–56.

    Google Scholar 

  • Sethi, A., & Sethi, S. (1990). Flexibility in manufacturing: A survey. The International Journal of Flexible Manufacturing Systems, 2, 289–328.

    Article  Google Scholar 

  • Shazly, S. (2011). Development and process optimization of existing SAP-tools for inventory control and inventory reduction with particular consideration of traffic-related aspects. Thesis. TU Darmstadt.

    Google Scholar 

  • Shingo, S. (1989). A study of the Toyota production system from an industrial engineering viewpoint (Revised Edition). Cambridge, Norwalk: Productivity Press.

    Google Scholar 

  • Spengler, T., Volling, T., & Rehkopf, S. (2005). Chaku Chaku Systeme in der Montage konsumtennaher Erzeugnisse. Eine Fallstudie bei Rahmenauftragsfertigung. In H.-O. Günther, D. C. Mattfeld, & L. Suhl (Eds.), Supply Chain Management und Logistik. Optimierung, Simulation, Decision Support (pp. 249–276). Heidelberg: Physica.

    Chapter  Google Scholar 

  • Stölzle, W., Heuser, K. F., & Karrer, M. (2004). Erfolgsfaktor Bestandsmanagement. Konzept – Anwendung – Perspektiven. Zürich: Versus.

    Google Scholar 

  • Suarez, F., & Cusumano, M. (1996). An empirical study of manufacturing flexibility in printed circuit board assembly. Operations Research, 44, 223–240.

    Google Scholar 

  • Takeda, H. (1996). Das System der mixed production. Flexibel – rationell – kundenorientiert. Landsberg: Moderne Industrie.

    Google Scholar 

  • Takeda, H. (2009). Das synchrone Produktionssystem. Just-in-time für das ganze Unternehmen. 6., aktualisierte Auflage. Munich: Finanzbuch Verlag.

    Google Scholar 

  • Thums, A. (2004). Formale Fehlerbaumanalyse. Dissertation. Augsburg.

    Google Scholar 

  • Trist, E. L., & Bamforth, K. W. (1951). Some social and psychological consequences of the longwall method of coal-getting. Human Relations, 4, 3–38.

    Article  Google Scholar 

  • Ulich, E. (2011). Arbeitspsychologie. 7., neu überarb. und erw. Aufl. Zürich: vdf-Hochschulverlag.

    Google Scholar 

  • Van Hop, N. (2004). Approach to measure the mix response flexibility of manufacturing systems. International Journal of Production Research, 42(7), 1407–1418.

    Article  Google Scholar 

  • Wahab, M. (2005). Measuring machine and product mix flexibilities of a manufacturing system. International Journal of Production Research, 43(18), 3773–3786.

    Article  Google Scholar 

  • Zelenovic, D. (1982). Flexibility—A condition for effective production systems. International Journal of Production Research, 20(3), 319–337.

    Article  Google Scholar 

  • Zelinski, P. (2006). Why Boeing is big on right-size machine tools. Modern Machine Shop, 78(10), 72–79.

    Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Stefan Seifermann .

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2017 Springer International Publishing Switzerland

About this chapter

Cite this chapter

Seifermann, S., Böllhoff, J., Adolph, S., Abele, E., Metternich, J. (2017). Flexible Design of Lean Production Systems in Response to Fluctuations Due to Logistics and Traffic. In: Abele, E., Boltze, M., Pfohl, HC. (eds) Dynamic and Seamless Integration of Production, Logistics and Traffic. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-41097-5_4

Download citation

Publish with us

Policies and ethics