Und spart Millionen
Lonnie Wilson, Autor des Lean-Klassikers How to Implement Lean Manufacturing, stellt eine Fallstudie über eine reale Problemlösung vor, die Millionen von Dollar einsparte, und vertieft anschließend die Methoden zur Fehlerbehebung. Obwohl die Fallstudie spezifisch für eine Lean-Situation in einer Raffinerie ist, bieten sowohl die Fallstudie als auch der Überblick über die Ursachenanalyse Erkenntnisse, die über verschiedene Technologien, Prozesse und Branchen hinweg relevant sind.
Der Hintergrund
Vor Kurzem arbeitete ich mit einer Gruppe von Greenbelts zusammen, die Teil des Lean-Sigma (LS)-Programms ihrer Raffinerie waren; ich war ihr Programmberater und Mentor.
Bei einem Besuch wurde ich vom Raffinerieleiter angesprochen. Er teilte mir mit, dass sie vor einer ungeplanten Stilllegung des Cat-Crackers stünden, da der VGO-Entschwefeler vorzeitig die Katalysatorbedingungen für das Laufzeitende (End of Run, EOR) erreichte. Es schien, dass die Feed-Effluent (F/E)-Wärmetauscher in beispiellosem Maße verschmutzten und eine vorzeitige und sehr teure Stilllegung unmittelbar bevorstand. Da er wusste, dass ich mit den Problemlösungsmethoden von Kepner-Tregoe vertraut war, bat er uns, dieses Problem zu untersuchen und zu prüfen, ob wir die von ihm erwartete ungeplante Stilllegung vermeiden könnten.
Ich sprach mit dem LS-Programmmanager, und er organisierte ein Treffen mit der entsprechenden Gruppe für den nächsten Tag. Ihnen wurde geraten, sich den gesamten Tag freizuhalten. Am nächsten Morgen, pünktlich um 7:30 Uhr, begannen wir. Sie kamen mit einer Fülle von Diagrammen, Tabellen und Grafiken; die Menge an Daten, die sie gesammelt und zusammengestellt hatten, war wirklich beeindruckend. Der Programmmanager und ich brachten eine Vorlage für die Problemspezifikation mit. Nach einer kurzen Vorstellungsrunde sagte ich ein paar Worte zu der Methode, die wir anwenden würden, und wir begannen.
Das technische Problem
Man hat mir schon oft gesagt, dass ein gut definiertes Problem bereits zu 50 % gelöst sei. Ich finde vielmehr, dass ein gut definiertes Problem eher zu 90 % gelöst ist, und ich habe bisher keinen Prozess zur Problemdefinition gesehen, der auch nur annähernd an die KT-Methodik heranreicht.
Ich bat den leitenden Prozessingenieur um eine Zusammenfassung der Vorgeschichte, damit ich einigermaßen auf dem gleichen Stand wie der Rest der Gruppe wäre. Er sagte: „Seit vielen Jahren wurde die Verschmutzungsrate in den F/E-Wärmetauschern als Frühindikator für die EOR-Bedingungen des Katalysators in diesem Reaktor verwendet. Während des größten Teils des Laufs zeigte der Druckabfall (DP) am oberen Bett des Reaktors nur sehr geringe Änderungen. Normalerweise erreichten diese Wärmetauscher jedoch nach acht bis zehn Monaten Laufzeit ihre minimale Effizienz, und wir wussten, dass eine Stilllegung bevorstand. Kurz nach Erreichen der minimalen Effizienz stieg der Druckabfall am oberen Bett dramatisch an und erzwang die Stilllegung. Der maximale Druckabfall am oberen Bett wurde normalerweise innerhalb von drei bis vier Monaten erreicht. Bei der Stilllegung haben wir das obere Reaktorbett abgeschöpft und eine Teilreinigung des Wärmetauschers durchgeführt. Dies verlängerte den Lauf bis zur nächsten großen Stilllegung. Aufgrund einer Vielzahl von Problemen, einschließlich sicherheitstechnischer, ökologischer und wirtschaftlicher Aspekte, ist die Option des Abschöpfens des oberen Betts nicht mehr verfügbar. Bei der letzten Stilllegung haben wir mehrere Prozessänderungen vorgenommen, darunter: verbesserte Wasserwaschanlagen, Änderungen an der Instrumentierung und Verrohrung; und da wir Rohöle mit geringerem Schwefelgehalt kauften, bestückten wir den Reaktor mit einem etwas weniger aktiven und günstigeren Katalysator. Diese Änderungen waren darauf ausgelegt, einen ununterbrochenen Lauf von 18 Monaten zu ermöglichen. Jetzt befinden wir uns jedoch im siebten Monat des Laufs und stehen angesichts sehr geringer Wärmetauschereffizienzen vor einer ungeplanten Stilllegung innerhalb der nächsten drei bis fünf Monate. Wir haben diesen Lauf im August begonnen, und obwohl wir es aufgrund unserer Überwachungspraktiken anfangs nicht sahen, sank die Effizienz der Wärmetauscher erheblich. Bis November waren wir besorgt und stellten dieses Team zusammen, um das Problem erneut zu untersuchen. Jetzt, fünf Monate später, ist die Effizienz der Wärmetauscher auf einem Minimum, aber wir haben die erwarteten Änderungen beim Reaktor-DP nicht gesehen. Wir haben über 100 Manntage an Engineering-Zeit investiert und beginnen zu glauben, dass wir dieses Problem möglicherweise nicht verstehen.“
Ich bat ihn, den Mechanismus zu erklären, der den Reaktor-DP ansteigen lässt und so die Stilllegung verursacht. Er fuhr fort:
„Der Reaktorzulauf befindet sich auf der Rohrseite; der Reaktorausfluss auf der Mantelseite der Wärmetauscher. Die Reaktion ist exotherm, daher wird der Reaktorausfluss zur Vorwärmung des Reaktorzulaufs verwendet. Wir haben rohrseitige Verschmutzungen, welche die Effizienz des Wärmetauschers verringern. Wenn der Wärmetauscher eine minimale Effizienz erreicht, glauben wir, dass die Rückstände in den Reaktor getragen werden, anstatt sich an den Wärmetauschern abzulagern. Der DP am oberen Bett steigt dann an und verursacht das Ende des Laufs. Dies haben wir bei den letzten vier Läufen seit den großen Modifikationen vor sieben Jahren beobachtet.“
Die Problemlösungssitzung
Alle verbrachten dann weitere 30 Minuten damit, die Daten zu sichten. Danach begannen wir mit dem Ausfüllen der Problemspezifikation. Zuerst ging es langsam voran, da jeder seinem Lieblingsthema nachgehen wollte. Sobald wir die Disziplin aufbrachten, Schritt für Schritt vorzugehen, kamen wir schnell voran. Lange vor dem Mittagessen hatten wir das Problem so gut spezifiziert, dass nun alle davon überzeugt waren, dass dieser Mechanismus, obwohl sie ihn nicht verstanden, sich sicher von dem unterschied, was sie zuvor gesehen hatten. Wir wollten gerade in die Mittagspause gehen, aber niemand wollte das Brainstorming unterbrechen; wir waren gerade so richtig in Fahrt. Etwa eine Stunde später gelang uns ein wichtiger Durchbruch. Wir beantworteten gerade eine der „Dimensionen“ in der Problemspezifikation, die sich mit dem „Ausmaß“ des Problems befasst und unter anderem spezifisch fragt: „Wie ist der Trend?“ Zu diesem Zeitpunkt bemerkte ich etwas in den Daten und bat den Prozessingenieur der Anlage, ein einfaches Diagramm der Änderung des Wärmeübertragungsverlusts über die Zeit zu erstellen und es in dasselbe Diagramm wie die Reaktoraustrittstemperatur über die Zeit einzutragen. Heureka!!!
Es gibt zwei große Fallstricke, die ich erlebt habe und die einer guten Problemlösung im Wege stehen. Interessanterweise ist einer dieser beiden Fallstricke nicht die Schwierigkeit, Lösungen zu finden. Vielmehr sind die beiden Fallstricke eine mangelhafte Problemdefinition und das Versäumnis, einen disziplinierten, strukturierten Ansatz zur Lösung des Problems zu verwenden. – How to Implement Lean Manufacturing
Wir haben etwas gefunden. Obwohl die Daten sehr unruhig waren, konnten wir Mitte Februar einen deutlichen Wendepunkt erkennen. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich etwas geändert. Dies lieferte uns ein klares Bild einer „Besonderheit“, und jeder wusste, dass wir einer Sache auf der Spur waren. Wir schlossen das Ausfüllen der Spezifikation ab, die alle vier Dimensionen „Was, Wo, Wann und Ausmaß“ abdeckte, und gingen zu den „möglichen Ursachen“ über. Nun floss die Logik schneller, als wir sie dokumentieren konnten, und wir konzentrierten uns rasch auf die „wahrscheinlichste Ursache“. Es war nun sehr klar, dass der Temperaturabfall im Reaktor der entscheidende Punkt war. Bald darauf konnten wir die niedrige Temperatur mit einem niedrigeren Schwefelgehalt im Zulauf als erwartet in Verbindung bringen. Da die Reaktion exotherm war, führten die schwefelärmeren Zuläufe zu sinkenden Austrittstemperaturen. Wir konnten bestätigen, dass dies zur Ablagerung von Ammoniumchlorid und anderen Salzen führte. Diese Salze waren ein bekanntes Problem, wurden aber noch nie in diesen hohen Konzentrationen oder so weit stromaufwärts im Reaktorauslass beobachtet. Die niedrigeren Austrittstemperaturen ermöglichten es den Salzen nun, in den F/E-Wärmetauschern auszufallen, anstatt weiter stromabwärts. Wir legten als vorübergehende Lösung fest, die Eintrittstemperatur zu erhöhen, bis die Austrittstemperatur über den Sublimationstemperaturen der Salze lag. Es war nun mitten am Nachmittag, und während einige von uns die Dokumentation fortsetzten, gingen zwei Ingenieure in die Anlage, um unsere Hypothese zu testen.
Die Ergebnisse
Zuerst erhöhten sie die Eintrittstemperaturen, und innerhalb einer Stunde konnten sie feststellen, dass die Effizienz der Wärmetauscher gestiegen war. Wir hatten die Lösung bestätigt. Zweitens senkten die Ingenieure in einem kontrollierten Experiment über die nächsten Tage die Temperatur und erhöhten sie wieder, um zu bestätigen, dass wir eine Korrekturmaßnahme entwickelt hatten. Drittens und letztens erhöhten wir die Reaktoraustrittstemperatur erheblich, um die Wärmetauscher „heiß einzuweichen“ und zu sehen, ob wir die Effizienz der Wärmetauscher verbessern konnten; es funktionierte, und wir konnten einige der Verluste zurückgewinnen, da einige Salze sublimierten. Nach weiterer Analyse berichteten wir, dass wir das Problem gefunden hatten und die Anlage mit geringen Energiekosten bis zur nächsten geplanten Stilllegung betreiben konnten. Die Problemlösung und Entscheidungsfindung war ein Erfolg. In der nächsten Woche überprüfte das Team das Projekt, begann mit der Bearbeitung der Folgemaßnahmen und führte eine formelle Analyse potenzieller Probleme (PPA) durch. Die Anwendung der systematischen Problemlösungstechnik auf dieses Problem war ein riesiger Erfolg, der eine millionenschwere Notabschaltung und unzählige Millionen an entgangenen Gewinnmöglichkeiten einsparte.
Wenn Sie eines meiner Bücher gelesen haben, How to Implement Lean Manufacturing oder Lean Refining – How to Improve Performance in the Oil Industry, werden Sie eine sehr wichtige Aussage bemerken, die ich treffe. Diese Aussage wird überraschenderweise NICHT von der Mehrheit geteilt, wird aber von Experten klar verstanden und wird für diejenigen, die sie ignorieren, zu einer schmerzhaften Realität.
Es gibt zwei große Fallstricke, die ich erlebt habe und die einer guten Problemlösung im Wege stehen. Interessanterweise ist einer dieser beiden Fallstricke nicht die Schwierigkeit, Lösungen zu finden. Vielmehr sind die beiden Fallstricke eine mangelhafte Problemdefinition und das Versäumnis, einen disziplinierten, strukturierten Ansatz zur Lösung des Problems zu verwenden.
Die Kepner-Tregoe (KT)-Methodik ist die beste, die ich je gesehen habe, um diese beiden Probleme anzugehen.
Problemdefinition
Erstens ist die Problembeschreibung nicht nur eine Aussage, sondern sie wird durch das, was KT die vier Dimensionen nennt, die „das Problem eingrenzen“, weiter spezifiziert. Diese vier Dimensionen sind:
- Was ist das Problem?
- Wo tritt das Problem auf?
- Wann tritt das Problem auf? Und
- Welches Ausmaß hat das Problem?
So wirkungsvoll dies auch ist, um ein Verständnis der Situation zu erlangen, gibt es noch einen weiteren Aspekt der Spezifikation. Wenn Sie beginnen, jedes Problem zu spezifizieren, indem Sie nach dem „Was, Wo, Wann und dem Ausmaß“ des Problems fragen, beinhaltet die KT-Methodik den „Ist-Nicht“-Teil, und das ist schlichtweg genial. Wenn Sie beispielsweise ein Problem mit Defekten einer bestimmten Art haben, verfügen Sie wahrscheinlich über eine kleine Anzahl von Defekten, die Sie zur Definition dieser vier Dimensionen heranziehen können. Sobald Sie jedoch die „Ist-Nicht“-Analyse einbeziehen, vergrößert sich Ihre Datenbasis dramatisch. Nehmen wir an, Sie haben Probleme in einem Fräsbetrieb und es laufen fünf Fräsen parallel. Sie fragen: Wo entsteht der Defekt? Dann führt jemand eine Analyse durch und Sie stellen fest, dass er nur auf Fräse D entsteht. Dann stellen Sie die „Ist-Nicht“-Frage: Wo könnten wir fehlerhafte Teile produzieren, tun es aber nicht? Und die Antwort lautet nun Fräse A, Fräse B, Fräse C und Fräse E. Dies führt zur nächsten KT-Frage, die Sie auffordert, die Unterschiede und Besonderheiten zu beschreiben. Nun werden alle fünf Fräsen zu einer Quelle für Problemlösungsdaten … und voilà, Sie haben Ihre Chancen, die Ursache zu finden, erheblich verbessert. Obwohl KT sagt, dass sie die Problemspezifikation mit den vier Dimensionen verbessern, sage ich, sobald man die „Ist-Nicht“-Option für jede Dimension berücksichtigt, dass sie 8 Dimensionen haben, die zur Problemspezifikation führen.
Man hat mir schon oft gesagt, dass ein gut definiertes Problem bereits zu 50 % gelöst sei. Ich finde vielmehr, dass ein gut definiertes Problem eher zu 90 % gelöst ist, und ich habe bisher keinen Prozess zur Problemdefinition gesehen, der auch nur annähernd an die KT-Methodik heranreicht.
Strukturierter Ansatz
Typische Problemlösung ist allzu oft „bereit, schießen und dann zielen“. Oder anders ausgedrückt: Ein CEO fragte mich, nachdem er gesehen hatte, wie wir ein kniffliges Problem gelöst hatten, das eine seiner Raffinerien jahrelang geplagt hatte: „Warum scheint es so zu sein, dass wir die Zeit und die Ressourcen haben, es immer und immer wieder zu tun, aber nicht die Zeit, es beim ersten Mal richtig zu machen?“ Ich habe keine einfachen Antworten auf diese Fragen, aber ich stelle fest, dass die Antwort irgendwo in den Themen Fokus, Disziplin und Reife verwoben ist.
Eines weiß ich sicher: Ihre Chancen, gute Entscheidungen zu treffen, wahre Ursachen zu finden und zukünftige Probleme zu vermeiden, liegen eindeutig im Bereich von Menschen mit fundiertem Prozesswissen, die einen strukturierten Ansatz verwenden. Auch hier ist die KT-Methodik jeder anderen Methode, die ich angewendet habe, überlegen. Mit einer klaren Problemspezifikation zu beginnen und eine logische Analyse zur Findung der Ursache zu nutzen, ist erst der Anfang. Fast immer gibt es, selbst wenn nur ein Problem gefunden wird, oft viele Wege, es zu lösen. Dies erfordert die Entscheidungsanalyse (DA), ein weiteres KT-Kernelement. Schließlich bergen alle Entscheidungen Risiken und es gibt mögliche zukünftige Probleme, welche die KT-Methodik mit der Analyse potenzieller Probleme (PPA) adressiert. Hätte man im gerade untersuchten Fall vor diesem Lauf die KT PPA angewendet, wäre die Situation, mit der sie konfrontiert waren, sehr wahrscheinlich nie eingetreten. Als wir das Team im Rahmen der Lösung zur PPA überleiteten, besprachen wir dies.
Ich fragte das Team: „Warum haben wir dies nicht bei den Änderungen bewertet, die sieben Monate zuvor vorgenommen wurden?“ Die Antworten waren nicht sehr beeindruckend und lagen meist irgendwo zwischen der Begeisterung darüber, dass wir dieses Problem gelöst hatten, und der Peinlichkeit darüber, dass es sieben Monate dauerte, bis sie merkten, dass sie versuchten, das falsche Problem zu beheben – zumal wir dies mit demselben Team und denselben Daten in weniger als einem Tag erledigt hatten. Jetzt war jedoch eine neue Energie spürbar, da sie gesehen hatten, wie die KT-Methodik sie bei ihren täglichen Aktivitäten unterstützen konnte.
Einige Wochen später leitete der LS-Programmmanager sie durch eine weitere KT-Problemlösungssitzung. Wieder lösten sie es in einer Sitzung; ein scheinbar unlösbares Problem, das sie monatelang geplagt hatte.
Was ist mit Lean Manufacturing?
Lean Manufacturing ist die Schaffung einer Kultur der kontinuierlichen Verbesserung und des Respekts vor den Menschen. Und der „Weg zu Lean“ ist —
- Lösen Sie Probleme auf Ihrem Weg zum Idealzustand;
- Durch die vollständige Eliminierung von Verschwendung;
- Unter Einbeziehung einer voll engagierten Belegschaft.
Sie werden feststellen, dass alles mit der Problemlösung beginnt. Buchstäblich die Vitalität und der Erfolg jeder Lean-Transformation hängen von der Fähigkeit ab, Probleme zu definieren und zu lösen. Während die KT-Technik einer meiner Favoriten ist, verwende ich auch andere Problemlösungstechniken, einschließlich der sechs Fragen der kontinuierlichen Verbesserung (siehe www.qc-ep.com), der statistischen Werkzeuge von Six Sigma, der Five Whys, der Shainin-Werkzeuge und anderer. Wenn ich jedoch ein wirklich schwieriges, ein wirklich großes oder ein wirklich folgenschweres Problem habe, wie sie in einer Ölraffinerie so üblich sind, verlasse ich mich auf die KT-Methodik, um Ergebnisse zu erzielen … und das tut sie; genau wie in diesem Fall.
Lean Refining und die Kepner-Tregoe-Methodik
Ich wende den KT-Prozess seit den frühen 70er Jahren an, als ich zunächst als Ingenieur für Chevron tätig war. Später als Manager brachte ich meinen Vorgesetzten bei, wie man diese Methoden anwendet, und wir schickten Manager zum KT-Training, damit wir jemanden im Team hatten, der den Prozess frisch hielt und eine konsistente Anwendung sicherstellte. Als ich „Lean Refining – How to Improve Performance in the Oil Industry“ (Industrial Press, 2017) schrieb, das sich mit der Anwendung von Lean-Manufacturing-Strategien, -Taktiken und -Fähigkeiten in der Ölindustrie befasste, stellte ich fest, dass Raffinerien sofort sechs kritische Kompetenzbereiche schaffen oder ausbauen mussten.
Die sechs anfänglichen Kompetenzschwerpunkte sind:
- Unternehmensführung
- HK-Planung
- Leader Standard Work
- Problemlösung
- Statistische Techniken
- Sitzungsmanagement und Sitzungsmoderation
Später im Text sage ich zur Problemlösung:
„…die KT-Methodik sollte einem breiten Spektrum von Mitarbeitern vermittelt werden. Alle Ingenieure, Manager und diejenigen, die speziell mit der Problemlösung beauftragt sind, sollten ein KT-Training erhalten. Mit der Zeit wird ein Lean-Support-Team zusammengestellt, und alle diese Mitglieder müssen KT-kompetent sein. Zusätzlich sollten Sie mindestens einen KT-zertifizierten Trainer für die Einrichtung haben.“
Ein abschließendes Wort zur KT-Methodik
Der KT-Prozess fördert noch einen weiteren Gewinn, den ich oft gesehen habe, der aber selten besprochen wird. Nachdem jemand den Prozess durchlaufen hat, ist er fast ausnahmslos sowohl vom Prozess als auch von den Ergebnissen beeindruckt. Leider war ich bei vielen Gelegenheiten im Kontrollraum, als wir nicht den Luxus hatten, uns mit einem Team talentierter Leute zusammenzusetzen, um die Spezifikation auszufüllen, mögliche Ursachen zu entwickeln und ein Problem durchzuarbeiten. Das Problem stand uns direkt vor Augen und wir mussten in den nächsten Minuten handeln, da es sonst ernsthafte Probleme gegeben hätte. Bei denjenigen, die den KT-Prozess regelmäßig praktizierten, stellte ich fest, dass sie in dieser Art von Krise sowohl schnellere als auch klarere Denker waren. Der Methodik zu folgen liefert Ihnen nicht nur bessere Antworten, sondern trainiert Sie auch darin, in einem klaren, logischen und integrierten Prozess zu denken, der Ihnen bei jedem Problem hilft, dem Sie begegnen könnten.
Bei jeder Lean-Transformation, insbesondere in einer Ölraffinerie, ist ein Schlüssel zum Erfolg die Fähigkeit, Probleme zu lösen. Wenn es darum geht, große Probleme der Problemlösung anzugehen, damit Sie überlegene Lösungen finden, bessere Entscheidungen treffen und zukünftige Probleme vermeiden können, kenne ich kein System, das der KT-Methodik überlegen ist. In einer Raffinerie mit einem unerschöpflichen Vorrat an großen, komplexen und folgenschweren Problemen sollten die KT-Fähigkeiten weit verbreitet sein und unterstützt werden. Das wird einen signifikanten Unterschied machen, wenn Sie versuchen, die Lean-Strategien, -Taktiken und -Fähigkeiten anzuwenden und daran arbeiten, Ihre Anlage zu einem Weltklasse-Performer zu machen.
Lonnie Wilson ist der Autor von „How to Implement Lean Manufacturing“ (McGraw Hill 2009, 2015), das kürzlich von der Universität Peking und McGraw Hill ins Chinesische übersetzt wurde. Er ist außerdem der Autor von „Lean Refining: How to Improve Performance in the Oil Industry“ (Industrial Press, Inc. 2017). Als Gründer von Quality Consultants in El Paso, TX, war Lonnie 20 Jahre lang im Raffineriemanagement bei Chevron tätig. Zusätzlich zu seiner Expertise in der Bewertung, Gestaltung von Veränderungen und Schulung in Lean Manufacturing ist Lonnie ein erfahrener Problemlöser, Six Sigma Master Blackbelt und Trainer. In seiner (nicht ganz so reichlichen) Freizeit ist Lonnie ein begeisterter Leser und Fußballfan. Wenn Sie auf der Suche nach guten Büchern über Lean oder verwandte Gebiete sind, schauen Sie in „Lonnies Bibliothek“ auf seiner Website www.qc-ep.com vorbei. Er verfügt nicht nur über eine umfangreiche Bibliothek, sondern jedes Buch wird auch rezensiert. Alternativ, wenn Sie diese Themen … oder Fußball … diskutieren möchten, rufen Sie ihn einfach an.
Über KT
Kepner-Tregoe hat Tausende von Unternehmen befähigt, Millionen von Problemen zu lösen. KT bietet Kunden in den Bereichen Operations, Fertigung, IT-Service-Management, technischer Support sowie Aus- und Weiterbildung einen datengesteuerten, konsistenten und skalierbaren Ansatz. Wir befähigen Sie, Probleme zu lösen. KT bietet eine einzigartige Kombination aus Kompetenzentwicklung und Beratungsdienstleistungen, die speziell darauf ausgerichtet sind, die Ursache von Problemen aufzudecken und organisatorische Herausforderungen dauerhaft anzugehen. Unser Ansatz zur Problemlösung liefert messbare Ergebnisse für jedes Unternehmen, das Qualität und Effektivität verbessern und gleichzeitig die Gesamtkosten senken möchte.