THE ROLE OF LEAN AND AGILE LOGISTICS DURING PRODUCTION RAMP-UP Von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau und Verfahrenstechnik der Universität Duisburg-Essen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Wirtschaftswissenschaften Dr. rer. pol. Genehmigte Dissertation von Abdelrahim Alsoussi aus Amman, Jordanien Gutachter: Prof. Dr. Rainer Leisten Prof. Dr.-Ing. Bernd Noche Tag der mündlichen Prüfung: 04. November 2015 This dissertation is dedicated to my mother Najah Rida; my father Fathi Alsoussi; the memory of my father-in-law Ziyad Abdelrazeq; my wife Fatima Abdelrazeq; my daughter Leen; my son Hamzah; and my brothers Issam, Amjad, Ahmad, and Abdelhadi I ACKNOWLEDGMENTS Firstly, I would like to express my sincere gratitude to my advisor for his continuous support, patience, motivation, and immense knowledge. Besides my advisor, I would like to thank the rest of my thesis committee for their insightful comments and encouragement. My sincere thanks also goes to my colleagues in the department of mechanical and process engineering in the University of Duisburg-Essen. My study in Germany was financed by a scholarship from the German Jordanian University in Jordan; I would like to express my special gratitude for their financial support. Special thanks are due to my wife for her unwavering and unconditional support and encouragement. Special thanks also to my parents, brothers, and children for supporting me spiritually throughout writing this dissertation and throughout my life in general. Abdelrahim Alsoussi Duisburg, Germany November, 2015 II ABSTRACT In addition to the rareness of theoretical and empirical research, which extends to every aspect of the production ramp-up literature, the increasing importance of the ramp-up phase – due to the continuously decreasing product lifecycle in almost all industrial sectors –magnifies the need for more research efforts in this field. Based on a comprehensive literature review, no attempts to investigate the role of lean and/or agile logistics during the ramp-up stage were found. Utilizing the survey method, this research empirically explores the effects of lean and agile logistics on production performance during the ramp-up phase in terms of quantity, quality, and cost. A special purpose questionnaire was developed to collect primary data based on a literature review in the fields of production ramp-up, lean logistics, lean production, agile logistics, agile production, performance measurement, and product success. The measurement model was evaluated for validity and reliability and tested for temporal consistency and the existence of common method variance; the collected data were tested for measurement and non-response biases; and the results were evaluated for their statistical power and statistical conclusion error. Out of 63 questionnaires collected from industrial organizations operating in 7 countries and in different sectors, 56 responses were used in the statistical analyses. A two-step methodological approach was utilized in the data analysis. In the first step, the data collected on the research variables were analysed following a theory confirmation procedure to examine the validity of a hypothesized positive effect of lean and agile logistics on ramp-up performance. In addition, the effect of ramp-up performance on new products’ success, the moderating effect of some respondent, organizational, and product-related variables, and the mediating effect of outbound logistics were investigated. The partial least squares method of structural equation modelling (PLS-SEM) was employed during the confirmatory analysis. Different scenarios were evaluated to test the main and subsidiary hypotheses proposed, based on the use of formative and reflective measures and first- or higher-order variable formats. The results of the confirmatory data analysis supported the hypothesized positive effect of lean and agile logistics on production performance during the ramp-up phase. In the second methodological step, exploratory analyses were conducted to explore further patterns in the data collected. Correlation matrices indicated a greater effect of agility III on quantity performance and a greater effect of leanness on cost performance. Such trends are generally accepted and supported by the theoretical literature and by practitioners. However, the agreed-upon priorities of time reduction during the ramp-up phase and cost reduction during the steady-state and ramp-down phases motivated the proposition of a mixed model that uses higher levels of agility throughout the ramp-up phase and higher leanness levels thereafter. The proposed mixed system was supposed to outperform the pure lean, pure agile, and leagile strategies. Among the methods proposed to apply such a mixed production system, the development of a specialized agile ramp-up facility was introduced. It was suggested that all products undergoing a ramp-up phase should be produced with an agile system, in a specialized ramp-up facility, and then moved to a lean facility during the steady-state and ramp-down production phases. To examine the feasibility of the proposed system and the magnitude of investment that might be accepted to gain the expected enhancement, the total lifecycle profitability of each system – lean, agile, leagile, and mixed – was calculated and compared to provide insights into the advantages of the mixed system and the conditions that increase or decrease the appeal of investing in such a strategy. It was concluded that the adoption of the proposed system and the asset investment magnitude should be evaluated considering different possible combinations of the product’s type, price, cost, contribution, and lifecycle length, among other variables. The proposed system has been proven to be more attractive to adopt as the proportion of the ramp-up time to the total lifecycle increases, as the product’s price drops faster, as the peak sales are reached earlier, or as the number of ramp-ups increases. IV Zusammenfassung Trotz der steigenden Bedeutung des Produktionsanlaufs in der Produktion existieren nur relativ wenige theoretische und empirische Studien zu diesem Thema in der Literatur. Die sich stetig verkürzenden Produktlebenszyklen in praktisch allen industriellen Bereichen erzeugen einen wachsenden Forschungsbedarf in diesem Bereich. Da der Bereich der „Lean/Agile Logistics“-Methoden während des Produktionsanlaufs in der Forschungsliteratur kaum eine Rolle spielt, werden im Rahmen dieser Arbeit die Auswirkungen dieser Methoden auf die Produktionsgüte untersucht, wobei insbesondere die Aspekte der Quantität, Qualität und Kosten betrachtet werden. In diesem Zusammenhang wurde ein Fragebogen zur Gewinnung von Informationen aus den Bereichen Produktionsanlauf, lean logistics, lean production, agile logistics, agile production, Performance-Messsung und Produkterfolg entwickelt. Das zugrundeliegende Messmodell wurde unter Validität- und Zuverlässigkeitsaspekten sowie zeitlicher Konsistenz und allgemeiner Methodenvarianz geprüft. Darüber hinaus wurden die extrahierten Daten bezüglich ihrer Verwendbarkeit als Messgröße sowie zur Vermeidung von Abweichungen aufgrund nicht gegebener Antworten geprüft. Die entsprechenden Ergebnisse wurden anschließend hinsichtlich ihrer statistischen Aussagekraft sowie unter Berücksichtung möglicher Schlussfolgerungsfehler ausgewertet. Hierdurch konnten 56 der 63 Fragebögen von Industrieanlagen aus 7 Ländern in die statistische Analyse eingebunden werden. Für die Datenanalyse wurde ein zweistufiger methodischer Ansatz gewählt, bei dem im ersten Schritt der Einfluss einzelner Variablen auf einen hypothetischen positiven Effekt der lean- und agile logistics auf die Performance des Anlaufverhaltens analysiert wurde und im Anschluss daran der Einfluss des Produktionsanlaufs auf den Produkterfolg. In diesem Zusammenhang wurde auch der moderierende Einfluss einiger Variablen bezüglich Personen, Organisation und Produkten sowie der Einfluss auslaufender logistischer Prozesse berücksichtigt. Für die entsprechende Analyse wurde die „Partial Least Square method of Structural Equation Modeling (PLS-SEM)“-Methode verwendet. Zur Überprüfung von Haupt- und Nebenhypothesen wurden verschiedene Szenarien eingebunden, wobei formative und reflexive Prozessgrößen sowie Variablen erster und höherer Ordnung eingebunden wurden. Die Ergebnisse bestätigten die Hypothese eines positiven Effekts der lean and agile logistics auf die Produktionsgüte während der Produktionsanlaufphase. V Im zweiten methodischen Schritt wurden weitere Analysen durchgeführt, um weitere Muster zu identifizieren. Mit Hilfe von Korrelationsmatrizen konnte ein starker Zusammenhang zwischen Agilität und Quantität und zwischen Leanness und Kosten gefunden werden, was tendentiell auch den Beschreibungen aus der Literatur und den Erfahrungen der Produktion entspricht. Für die beabsichtigte Zeitreduktion während des Anlaufs sowie eine Kostensenkung während des stationären Betriebs wurde ein kombiniertes Modell mit einer höheren Agilität während der Anlaufphase sowie einer höheren Leanness im stationären Betrieb verwendet. Für dieses System wurde eine klare Verbesserung im Verglich zu den reinen lean, agile und leagile Strategien erwartet. Für die Anwendung eines derartigen kombinierten Produktionssystems wurde ein spezielles agiles Produktionsanlaufsystem entwickelt, wobei für alle Produkte ein Produktionsanlauf mit einem agilen System sowie einem spezialisierten System, empfohlen wurde, um anschließend