Wertstromanalyse für die Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und kleinen Stückzahlen

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Von Mirko Peters · 2026-11-11

Wertstromanalyse in der Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und kleinen Stückzahlen: Produkte nach Arbeitsfolge gruppieren, jeden Fluss dimensionieren und jeweils eine Produktfamilie abbilden. Mit einem durchgerechneten Beispiel.

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Wertstromanalyse funktioniert in der Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und kleinen Stückzahlen, wenn Sie Produktfamilien abbilden und nicht einzelne Produkte. Sie gruppieren Produkte nach der Folge der Arbeitsgänge, dimensionieren jeden Fluss und bilden jeweils einen Strom ab. Dieser Leitfaden richtet sich an Produktionsleiter in der Werkstatt- und Auftragsfertigung, wo Hunderte Produkte dieselben Maschinen nutzen und die klassische Karte für eine einzelne Familie zu klein wirkt. Er erklärt, warum die Methode schwierig wird, wie Sie sie anpassen, wie sich Arbeitspläne einordnen und wie ein durchgerechnetes Beispiel aussieht.

Das Wichtigste in Kürze

• In der Fertigung mit hoher Variantenvielfalt gruppieren Sie Produkte nach der Folge der Arbeitsgänge, nicht nach Produkttyp. Jeder unterschiedliche Fluss wird zu einem eigenen Wertstrom.
• Eine Produkt-Prozess-Matrix mit Arbeitsplätzen gegen Produkte zeigt, welche Produkte einen Arbeitsplan teilen und als eine Familie abgebildet werden können.
• Dimensionieren Sie jeden Fluss anhand von Volumen, Taktzeit und benötigter Kapazität, und beginnen Sie mit den Wertströmen, die den größten Umsatz tragen.
• Gemeinsam genutzte Maschinen verbinden Wertströme. Prüfen Sie die Auslastung einer gemeinsam genutzten Ressource, bevor Sie Verbesserungen für eine Familie planen.
• Reicht eine Karte je Familie nicht aus, zeigt eine Wertnetzwerk-Karte mehrere verknüpfte Ströme. Dabei handelt es sich jedoch um den Ansatz eines einzelnen Autors und nicht um einen Standard.

Warum ist es bei hoher Variantenvielfalt schwierig, eine Wertstromkarte zu erstellen?

Hohe Variantenvielfalt, kleine Stückzahlen (HMLV) bezeichnet eine Fertigung, die viele verschiedene Produkte in kleinen Mengen herstellt. Wertstromanalyse (VSM) ist eine Methode der Lean-Prozessabbildung. Eine Wertstromkarte visualisiert den Material- und Informationsfluss einer Produktfamilie vom Kunden bis zum Lieferanten. Sie hilft Teams, Verschwendung zu beseitigen und die Durchlaufzeit zu verkürzen. Die klassischen Beispiele setzen wenige Familien mit stabilen Flüssen und gleichmäßiger Nachfrage voraus. Ein HMLV-Werk verletzt alle drei Annahmen.

Aaron Hunt beschreibt das Ausmaß in seinem Artikel für das Lean Enterprise Institute, Apples & Oranges: Value-Stream Mapping in a Low-Volume/High-Mix Environment. Ein Werk, über das er schreibt, hatte bis zu 4.000 Produkte. Einige wurden nur einmal im Jahr in Losgrößen von lediglich fünf gefertigt, Sonderaufträge und Prototypen nicht mitgerechnet. Niemand kann 4.000 Wertstromkarten zeichnen, und niemand könnte sie nutzen.

Shahrukh Irani benennt ein zweites Problem in seinem Artikel in The Fabricator, Lean manufacturing in the job shop: 5 steps to building a value network map. Er argumentiert, dass eine Wertstromkarte nicht mit Dutzenden unterschiedlichen Arbeitsplätzen oder komplexen mehrstufigen Stücklisten umgehen kann. Außerdem zeige die Karte nur eine Momentaufnahme des Teileflusses eines einzelnen Tages, und sie stütze sich auf Taktzeit und einen Schrittmacherprozess für die Lastverteilung. Diese Ideen passen besser zu einem gleichmäßigen Fluss als zu einer Werkstatt mit sporadischen Aufträgen.

Nichts davon macht die Methode unbrauchbar. Sie müssen stattdessen die Abbildungseinheit ändern: vom Produkt zum Materialfluss. Auch ein großer Mix verbirgt Verschwendung. Große Lose, die häufige Rüstvorgänge vermeiden, können zu Überproduktion und langen Warteschlangen führen, und Ausschuss und Nacharbeit verursachen zusätzliche Wartezeiten. Hier hilft VSM. Eine gute Karte zeigt, wo der Prozessfluss stockt, hilft, Verschwendung wie Warteschlangen, Nacharbeit und Rüstvorgänge zu erkennen, und zeigt die Gesamtdurchlaufzeit jeder Familie. Anschließend können Sie den Fluss im Rahmen der kontinuierlichen Verbesserung Schritt für Schritt straffen.

Wie führen Sie Value-Stream-Mapping für die Fertigung mit hohem Mix und geringem Volumen durch?

Jede Familie ist einer der Wertströme des Werks, und ein Werk mit großem Mix hat viele Wertströme. Hunts Rat lautet, Produkte nach Fluss zu gruppieren, nicht nach Produkttyp. Produkte, die unzusammenhängend wirken, können denselben Weg nutzen, etwa Drehbank, Vertikalfräsmaschine und erneut Vertikalfräsmaschine, und gehören dann in eine Familie. Die folgenden Schritte folgen seinem Ansatz. Für die Gruppierung dient die Produktfamilien-Matrix aus dem Arbeitsbuch Learning to See des Lean Enterprise Institute:

1. Alle Produkte auflisten. Erfassen Sie das Volumen je Produkt und wie oft es bestellt wird.
2. Nach Arbeitsplan gruppieren. Das Arbeitsbuch beschreibt eine Matrix aus Prozessschritten und Betriebsmitteln gegenüber Produkten. Markieren Sie die Schritte jedes Produkts. Produkte mit ähnlichen Schritten bilden eine Familie. Die Methode erläutert der erste Teil.
3. Jeden Fluss dimensionieren. Für jeden Fluss bestimmt Hunt Volumen, Takt-Zeit und die benötigte Kapazität. So sehen Sie, wie viele Maschinen, Nebenprozesse und Personen jeder Strom benötigt.
4. Die relevanten Ströme auswählen. Bilden Sie das gesamte Werk grob ab, mit dem Anteil jedes Flusses am Geschäft. Ergänzen Sie dann Margen- und Streuungsdaten, um zu entscheiden, welche Karten die größten Verbesserungen bringen.
5. Den Ist-Zustand einer Familie abbilden. Bilden Sie ein bereichsübergreifendes Team mit Beteiligten aus Planung, Vertrieb und Produktion. Gehen Sie den Materialfluss ab, erfassen Sie die Zykluszeit jedes Prozessschritts, die Rüstvorgänge und den Bestand, und markieren Sie die gemeinsam genutzten Maschinen.
6. Den Soll-Zustand entwerfen. Wenden Sie die unten beschriebenen Make-to-Order-Methoden an und überführen Sie die Lücken in kleine Kaizen-Schritte. Kaizen bedeutet kontinuierliche Verbesserung in kleinen Schritten, umgesetzt von den Menschen, die die Arbeit ausführen.
7. Für die nächste Familie wiederholen. Der Produktmix ändert sich. Überprüfen Sie die Gruppierung daher von Zeit zu Zeit.

Für Make-to-Order-Flüsse beschreibt Mike Rother drei Methoden im Artikel Value-stream mapping in a make-to-order environment des Lean Enterprise Institute. Finden Sie den Engpass auf dem kritischen Pfad, geben Sie Arbeit in gleichen Zeitabständen frei, abgestimmt auf dessen Kapazität, und halten Sie kurze First-in-First-out-Warteschlangen (FIFO) zwischen den Schritten. Diese Methoden eignen sich für Werkstattfertigung, weil sie für jedes Produkt keine gleichmäßige Tagesrate voraussetzen.

Hunt berichtet ein Ergebnis aus seiner Arbeit. In einem kritischen Wertstrom mit mehreren hundert Produkten sank die durchschnittliche Rüstzeit von 10 Stunden auf 30 Minuten. Das ist ein berichteter Einzelfall und kein Benchmark. Er zeigt, wo der Gewinn liegen kann: bei den Rüstvorgängen, die große Mixe erzwingen.

Wie prägen Arbeitspläne und Produktfamilien jeden Wertstrom?

Ein Arbeitsplan legt die Abfolge der Arbeitsgänge fest, die ein Produkt durchläuft, sowie die Arbeitsplätze oder Ressourcen, die jeden Arbeitsgang ausführen können, einschließlich zugelassener Alternativwege und deren Regeln. Er ist das beste Ausgangsmaterial für die Familiengruppierung, da er bereits in Ihren Daten zum Produktionsarbeitsplan erfasst ist. Exportieren Sie die Arbeitspläne aller aktiven Produkte und lassen Sie die Matrix das Muster zeigen.

Drei Regeln helfen in der Praxis:

• Nach dem Hauptarbeitsplan gruppieren. Hat ein Produkt einen Alternativweg, verwenden Sie den Weg, der den größten Teil seines Volumens trägt.
• Deutlich unterschiedliche Arbeitspläne als eigene Ströme behandeln. Hunts Antwort auf Produkte mit unterschiedlichen Arbeitsplänen lautet, jeden eigenständigen Fluss als eigenen Wertstrom zu behandeln. Die Ströme in seinem Beispiel reichten von rund 300 Produkten bis zu nur ein oder zwei.
• Gemeinsam genutzte Ressourcen kennzeichnen. Eine Maschine, die zwei Familien bedient, verbindet deren Wertströme. Eine Abkantpresse, die zwei Zellen nutzen, ist zum Beispiel ein Punkt, an dem eine Umstellung der einen Familie die andere beeinflusst.

Irani schlägt für Werke mit vielen gemeinsam genutzten Maschinen einen weiteren Schritt vor. Seine Wertstromnetzwerk-Karte zeigt viele miteinander verbundene Wertströme auf einer Karte, nutzt ERP-Daten sowie Gantt-Diagramme und Terminplanungen mit endlicher Kapazität oder Drum-Buffer-Rope-Methoden. Es handelt sich um den Ansatz eines einzelnen Autors für Job Shops, und er ist nicht Teil der standardmäßigen Wertstromanalyse-Arbeitsmappe. Ziehen Sie ihn heran, wenn eine Wertstromkarte pro Familie die Wechselwirkungen zu stark verbirgt.

Beispiel: drei Familien, die sich eine Maschine teilen

Dies ist ein anschauliches Beispiel mit erfundenen Zahlen, kein gemessener Fall. Eine Werkstattfertigung stellt 12 Produkte auf fünf Arbeitsplätzen her: Säge, Fräse, Drehbank, Schweißen und Lackierung. Der Produktionsleiter erstellt aus den Arbeitsplänen eine Produkt-Prozess-Matrix und findet drei Familien:

• Familie 1 (Säge, Fräse, Lackierung): Produkte A bis D mit 20, 15, 10 und 5 Einheiten pro Tag, insgesamt 50.
• Familie 2 (Säge, Drehbank, Schweißen, Lackierung): Produkte E bis G mit 12, 8 und 4 Einheiten pro Tag, insgesamt 24.
• Familie 3 (Drehbank, Fräse): Produkte H bis L mit 6, 5, 4, 3 und 2 Einheiten pro Tag, insgesamt 20.

Ein Arbeitstag hat 420 Nettominuten bzw. 25.200 Sekunden.

Taktzeit je Familie. Familie 1: 25.200 ÷ 50 = 504 Sekunden. Familie 2: 25.200 ÷ 24 = 1.050 Sekunden. Familie 3: 25.200 ÷ 20 = 1.260 Sekunden. Dies sind Durchschnittswerte je Familie. Einzelne Produkte unterscheiden sich im Arbeitsinhalt, deshalb vergleichen Sie die Gesamtbelastung jeder Familie mit der Kapazität und nicht die Zykluszeit jedes Produkts mit einer einzigen Zahl.

Gemeinsam genutzte Maschine. Die Fräse bedient die Familien 1 und 3. Familie 1 benötigt 4 Minuten Fräszeit pro Einheit: 50 × 4 = 200 Minuten pro Tag. Familie 3 benötigt 6 Minuten pro Einheit: 20 × 6 = 120 Minuten pro Tag. Die Belastung liegt bei 320 von 420 Minuten, also etwa 76 Prozent.

Eine Änderung testen. Die Vertriebsabteilung erwartet, dass sich Familie 3 verdoppelt. Dann werden 40 × 6 = 240 Minuten benötigt, und die Belastung der Fräse beträgt 200 + 240 = 440 Minuten. Das sind mehr als die verfügbaren 420 Minuten, also etwa 105 Prozent. Die Fräse wird zum Engpass für beide Familien. Ein Verbesserungsplan allein für Familie 1, etwa kürzere Rüstzeiten an anderen Maschinen, würde nicht helfen.

Das Bild entsteht nur, weil der Produktionsleiter die Familien gemeinsam an der gemeinsam genutzten Maschine abgebildet hat. Genau diese Anpassung braucht HMLV vor allem: eine Wertstromkarte pro Familie plus eine Sicht auf die Maschinen, die sie sich teilen, damit Sie das gesamte Werk optimieren können und nicht nur eine Familie.

Häufige Fehler

• Jedes Produkt abbilden. Gruppieren Sie nach Materialfluss und bilden Sie die Familien ab, die den größten Teil des Volumens oder Umsatzes tragen.
• Gruppierung nach Produkttyp. Ähnlich aussehende Produkte können unterschiedliche Wege nehmen, und unterschiedliche Produkte können denselben Weg teilen. Gruppieren Sie nach Arbeitsplan.
• Gemeinsam genutzte Ressourcen ignorieren. Eine Maschine, die zwei Familien nutzen, kann beide ausbremsen. Prüfen Sie zuerst ihre Auslastung.
• Einen gleichmäßigen Takt bei unregelmäßigen Aufträgen erzwingen. Verwenden Sie Familiendurchschnitte mit Bedacht und setzen Sie dort, wo Aufträge unregelmäßig eingehen, gleich lange Zeitintervalle und FIFO-Warteschlangen ein.
• Auf perfekte Daten warten. Zykluszeiten fehlen in Werken mit geringem Volumen häufig. Verwenden Sie Schätzwerte, kennzeichnen Sie sie als Schätzungen und verfeinern Sie sie später.
• Die Gruppierung als endgültig betrachten. Der Produktmix ändert sich. Überprüfen Sie die Matrix, wenn sich das Produktportfolio ändert.

Wie Software helfen kann

In einem Werk mit hoher Variantenvielfalt ändern sich Arbeitspläne, Aufträge und Bestände jede Woche, daher veraltet eine einmal erstellte Karte schnell. iFAKT Polaris VSM ist ein Modul von iFAKT Polaris für datenbasierte Wertstromanalyse. Es bildet Material- und Informationsflüsse gemeinsam ab und macht Verschwendung und Engpässe sichtbar. Gruppierung und Dimensionierung erfordern weiterhin einen Menschen, der die Produkte versteht und die Fertigung kennt.

Nächster Schritt

Exportieren Sie die Arbeitspläne Ihrer aktiven Produkte und erstellen Sie eine Produkt-Prozess-Matrix für einen Bereich des Werks. Wählen Sie dann die größte Familie aus und bilden Sie sie als ersten Schritt ab, um Wertstromanalyse für die Fertigung mit hoher Variantenvielfalt und geringen Stückzahlen einzuführen.