V1.1               (800) 581‐4071  Page 1 

 

The Mass Balance Approach Tim Daisy 

 

 

 

 

 

 

 

 

Squeezing Profit by Managing the Complete Job Life Cycle 

 

 

  V1.1               (800) 581‐4071  Page 2 

Introduction The slim margins of printing profitability can be quickly lost during the execution of a print job without any indication from a traditional job cost detail report. Analysis of work in process (WIP) is essential as WIP value will increase as the job progresses through manufacturing and production waste becomes even more critical. An overview of the plant’s mass balance of material in versus product out can pinpoint where previously unknown losses of WIP will occur and provide the management data to prevent these losses from occurring. 

Situation Material costs represent approximately 40% of general commercial print jobs and purchasing prowess only plays a small part in the effective management of these costs – the largest non‐value‐added component of a print job. Job estimates predict gross material use including make‐ready waste, run waste, and material handling waste. But as price pressure continues to increase, these estimating standards are frequently lowered to reflect near‐perfectly run jobs. In other words, material estimates leave little margin for error. 

A key performance indicator (KPI) for production managers is estimated costs vs. actual costs. Some companies compare planned costs as well since production changes late in the day define the realistic measures for the shop floor team. This KPI is only as good as the standards used to produce the estimate and plan as well as the ability to accurately capture actual costs.  

The KPI of most significance for executives is job profitability – job revenue minus job costs. Reconciling this KPI into overall company profitability is a daunting or impossible task.  

Where exactly have these dollars gone?  

Focusing on the compounded waste for materials during production, and the movement of materials through the plant can go a long way toward reconciling these KPIs and bringing actual costs in line with estimated and planned targets. 

Approach The essence of managing material costs for maximum profitability is the mass balance. Mass balance is used across many industries and disciplines to account for material usage into and out of a process. The mass balance approach can also be used to assess paper yield for a printing plant and has been proven to reduce material waste by as much as 50%. 

 

Ideally, tthe printcosts alo

• W

• Wd

• W

• W

• W

Figure 1 

Value Add60%

he paper inting plant. Hong the way i

Waste from p

Waste due toelivered qua

Waste of re‐r

Waste from m

Waste from d

Was6%

Typical

V1.1              

to the printinowever, theincluding 

printing and 

o over produantity 

runs due to u

material han

discrepant in

ste%

l Job Cos

(

ng plant woure are plenty

finishing pro

uction of wor

under produ

ndling 

nventory val

Material34%

st

(800) 581‐4071

uld be near y of opportu

ocesses 

rk in process

uction 

ues versus a

Value Add60%

PlaPr

equal the prunities to wa

s copies nev

actual mater

ant Masrofit Con

roduct beingaste materia

ver needed t

rial values. 

Pr3

ss Balancntributio

g shipped ouls and labor

o make 

 

Material34%

Waste3%

rofit3%

ce on

 

Page 3 

ut of  

 

  V1.1               (800) 581‐4071  Page 4 

Figure 1 illustrates many of the touch points through the print manufacturing process from receiving through shipping. The mass balance says that 

Material Receipts = Outgoing Shipments + Waste 

or 

 

Having accurate data to solve this equation will provide a roadmap for process improvement and will, inherently, reduce waste just through employee awareness. 

The mass balance approach to process improvement and waste reduction is not an all or nothing approach. Measurements and workflow management at distinct points throughout the process can make significant inroads toward waste reduction ‐ a fundamental step in any lean manufacturing initiative. Figure 2 below provides a typical example of mass balance of a job from press though bindery. In this case, the unused column gives an exact indication of overs and unders from press to bindery. 

 

Figure 2 

Waste from Printing and Finishing Processes The conversion of white paper to printed copies can be broken down into three material categories 

1. Make ready waste 2. Run waste 

 

  V1.1               (800) 581‐4071  Page 5 

3. Good copies. 

The printing process will always be an area of significant waste. A rough estimate of material usage can be collected by employees via press copy counter counts recorded on a time sheet or traditional shop floor data collection. However, there are specific areas where material waste occurs and these will be highlighted in your mass balance discrepancies. These areas include slab waste from roll stock, sheet waste taken off the stack pre‐feeder, tabbed sheetfed waste at the delivery, and signature waste post‐folder on a web press. These waste areas are lost in the good count. Signature waste post‐folder or post delivery on a sheetfed press is a cause of under production. In this case the copies were counted as good but in fact never made it to the next phase of production resulting in shortages and potential re‐runs. Or worse, result in higher planned waste quantities in the estimating and production standards to avoid shortages – a larger safety net than needed! 

Eliminating waste from finishing processes equally relies on accurate counts into and out of the process. The additional costs absorbed in WIP production demand for even more exacting control of incoming materials ‐ the accurate control of incoming signatures and inserts is critical to preventing spoiled product. 

Actions for Waste Reduction Due to Printing and Finishing Processes 

1. Implement count control for slab waste and pre‐feeder sheet waste. 2. Monitor paper yield 3. Collect gross counts into and net counts out from the process steps, MR counts, and run 

waste counts either through a job cost sheet, or through a data collection terminal. Manual collection of these figures is generally highly subjective and inaccurate. Automated counters that collect dead‐on counts will help uncover most, if not all waste. 

4. Implement count control for post stacker waste on sheetfed and post folder waste on web presses. There are methods for weighing this waste available from many manufacturers. 

5. Create poke‐yokei methods to prevent feeding signatures, inserts, and tip‐ons into the incorrect binder hoppers. 

6. Be clear on signature counts in finishing and handle the lowest quantity signatures with the most care at make‐ready. 

7. Assess WIP at signature level when lifting jobs for planned or urgent schedule changes. It might have been possible to run  press one for one more pallet of sig 2 to balance WIP on the job being run, to allow for finishing to complete the run and avoid WIP standing idle and being wasted from Material Handling. 

 

  V1.1               (800) 581‐4071  Page 6 

Waste from Material Handling The greatest opportunity for waste reduction in the area of material handling is to prevent lost product. In operations with multiple pallets of materials and incoming materials from customers and outside vendors, it is not unusual for materials to be temporarily lost causing missed schedules and at worst re‐running signatures that were already produced. The mass balance approach to process improvement will identify if the materials exist somewhere in WIP, but only diligent inventory tracking and control will help locate it to prevent these problems. 

There are often significant savings to be made in this area since products lost have large added values from the printing process on top of the original material costs and the losses relate to entire pallets of products that get misplaced. The need to re‐run the missing signatures to meet delivery deadlines incur all the additional losses described in the under production section below. 

Waste Due to Over Production Production of work in process copies never needed to make delivered quantity can be the largest discrepancy in a plant mass balance. Over production is one of the seven forms of waste as defined in lean manufacturingii. Over production of good copy can be the greatest opportunity for elimination through the mass balance approach to process improvement. Prevention of over production, however, can only be accomplished through dead‐on good count accuracy, controlled material handling and overall production workflow control. 

Actions for Waste Reduction Due to Over Production 

1. Implement a good copy count program across all material consuming equipment that accurately collects all gross counts less waste streams as described in the sections above. 

2. Implement workflow control with kanbansiii between operations or with manual or electronic tracking of materials locations and quantities. 

3. Provide clear visual signals to employees at each step in the workflow that clearly states a. How much was produced at the previous step  b. How much needs to be produced at the next step c. What waste is planned for the current operation. 

Tight controls and accurate measurement of waste during the final finishing processes often have a cascading effect on printing. All subsequent jobs can be produced with a smaller bindery over allowance, resulting in significant savings.  

 

  V1.1               (800) 581‐4071  Page 7 

Waste of Re­runs Due to Under Production Just as costly to the bottom line is under production of copies to make delivered quantity, which also causes significant schedule disruption. Under production will not only require re‐runs – causing additional make ready and material handling waste – but disrupt the job(s) that is lifted, also causing additional make ready and material handling waste. A plant mass balance can and will help avoid under production.  

Actions for waste reduction due to under production are identical to over production actions – dead‐on tracking and collection of material counts. 

Waste from Discrepant Inventory Values versus Actual Material Values. If the rule from above is to track and control inventory, the corollary is to know how much you have. Discrepant inventory can come from two areas: 

1. Improper receiving of materials into inventory and  2. Inaccurate counts supplied on shipping manifests. 

Unless the receiving department counts and weighs all incoming materials from paper suppliers, outside vendors, and customers, a printing company will have discrepant inventory values. The key to waste reduction, however, is to prevent these discrepant values from causing short runs in later stages of the production process.  It is imperative that discrepant material values are caught during the earliest stages of the printing process. In most cases this is during printing.  

Many press operators assume that the production yield of good count is directly related to what they believe is the incoming material quantity – rolls or sheets. For example, a web operator may assume a 38”, 700 lb. roll of paper with a known basis weight will yield a specific number of signatures. However, if the mill delivers a slightly heavier basis weight, the yield will be lower causing a potential re‐run from under production which in turn can cause the waste described above. The same can be said for a sheetfed process if the incoming sheets are unknowingly short sheeted. 

Actions for Waste Reduction from Discrepant Inventory Values 

1. Implement a good copy count program at the first step of the printing process.  2. For web presses, the calculation of basis weight can be achieved through mechanical or 

electronic measuring of the web entering the press. This can be compared to the actual cut‐off count for on‐the‐fly reporting of basis weight. Some web press consoles provide this information and all web presses can be retrofitted for this functionality after market. 

 

  V1.1               (800) 581‐4071  Page 8 

Benefits Managing material use, both raw materials and WIP during production, can yield material waste reductions of 50%. Any program to reduce waste can have dramatic effects on a printing operation. Any waste reduction will go directly to the bottom line and towards increased profitability. Shigeo Shingo, one of the founders of the Toyota Production System, today called Lean Manufacturing, was quoted, “the greatest waste is the waste we do not see.” The benefit of the mass balance approach to process improvement is to expose this waste. Material in less product out equals waste and waste equals lost profits – can you afford not to investigate this in your operation? 

Why does the mass balance approach work? It exposes the waste reduction opportunity across a plant in a way that is intuitive, quantitative, and precise. The mass balance provides exposure to opportunities for process improvement and, when shared real‐time with production operators and managers, will prevent waste from being produced. 

Find Out More The methods outlined above can be accomplished through diligent management and attention to the details of production counts and material movement. This method also lends itself to automated data collection and material tracking. QTMS iQ is a dedicated shop floor data collection, machine interface, and production workflow solution that is proven to measure a printing plant mass balance and to provide timely, accurate and detailed information, by job, on the opportunities to implement process improvement. iQ provides a real‐time snapshot of plant workflow and can alert operators and management to the indicators of waste described in this approach. 

For more information contact the author directly: 

Tim Daisy Prism USA +1 (603) 924‐9194 tim.daisy@prism‐usa.com 

                                                       i Poke‐Yoke is Japanese for mistake‐proof. It is one of the many tools of lean manufacturing. ii The six other forms of waste (muda) are transportation waste, inventory waste, waste of motion, the waste of waiting, the waste of over processing, and the waste of defects and rework.  iii Kanban is a signaling system. As its name suggests, Kanban historically uses cards to signal the need for an item. However, other devices such as plastic markers (Kanban squares) or balls (often golf balls) or an empty part‐transport trolley can also be used to trigger the movement, production, or supply of a unit in a factory. (Wikipedia, 2007)