Grundlagen der Ablaufplanung

01. Was ist das Ziel der Fertigungsablaufplanung?

Das Ziel der Fertigungsablaufplanung die Minimierung der Fertigungskosten durch:

• Bestmögliches Zusammenwirken von Mensch, Betriebsmitteln und Werkstoffen

• wirtschaftlichster Betriebsmittel-Einsatz

• Wahl bestgeeigneter Fertigungsverfahren

• Wahl geringster Fertigungs-Durchlaufzeiten

• Problemlosigkeit der Arbeitsdurchführung.

02. Wie unterscheiden sich strategische und operative Fertigungsablaufplanung?

• Gegenstand der strategischen Fertigungsablaufplanung

  ist die Wahl geeigneter Fertigungsverfahren und die Planung zur Bereitstellung der benötigten Produktionsmittel.

• Gegenstand der operativen Fertigungsablaufplanung

  ist die konkrete, kurzfristige und auf einen Werkauftrag bezogene Planung und Steuerung der Arbeitsabläufe, Arbeitsinhalte, der Transporte und des Belegwesens. Für die kurzfristige Fertigungsablaufplanung verwendet man in der Praxis den Begriff „Arbeitsplan“.

03. Welche Fragen müssen im Rahmen der Arbeitsplanung beantwortet werden?

Die Arbeitsplanung legt kurzfristig und konkret für jedes Teil, Halbfabrikat und Enderzeugnis fest,

gefertigt werden soll.

04. Welche Konzepte der verfahrensorientierten Rationalisierung sind einsetzbar?

05. Aus welchen Elementen setzt sich die Durchlaufzeit zusammen?

Die Durchlaufzeit ist die Zeitdauer, die sich bei der Produktion eines Gutes zwischen Beginn und Auslieferung eines Auftrages ergibt.

Für einen betrieblichen Fertigungsauftrag setzt sich also die Durchlaufzeit aus folgenden Einzelzeiten zusammen:

Der Durchlaufzeitfaktor ist das Verhältnis der Durchlaufzeit zur Durchführungszeit (= Belegungszeit):

$$Durchlaufzeitfaktor = \frac{Durchlaufzeit}{Durchführungszeit\; (= Belegungszeit)}$$

z. B.

$$= \frac{400\; min}{100\; min} = 4$$

d. h. also, die Belegungszeit beträgt hier ein Viertel der gesamten Durchlaufzeit. Die restliche Zeit (= 3/4) entfällt auf Übergangszeiten wie Transport- und Liegezeiten.

• Die Rüstzeit ist das Vor- und Nachbereiten einer Maschine oder eines Arbeitsplatzes; z. B. Einspannen des Bohrers in das Bohrfutter, Demontage des Bohrfutters, Ablage des Bohrers.

• Die Bearbeitungszeit ergibt sich aus der Multiplikation von Auftragsmenge mal Stückzeit mal Leistungsgrad.

   

  $$Bearbeitungszeit = Auftragsmenge \cdot Stückzeit \cdot Leistungsgrad$$

• Die Transportzeit ist der Zeitbedarf für die Ortsveränderung des Werkstücks. Es gilt:

   

  $$Transportzeit = Förderzeit + Transportwartezeit$$

• Die Liegezeit ergibt sich aus den Puffern, die daraus resultieren, dass ein Auftrag nicht sofort begonnen wird bzw. transportiert wird. Ursachen dafür sind:

  • nicht alle Einzelvorgänge können exakt geplant werden

  • es gibt kurzzeitige Störungen

  • es gibt notwendige (geplante) Puffer zwischen einzelnen Arbeitsvorgängen (so genannte Arbeitspuffer).

06. Wie ist die Auftragszeit nach REFA gegliedert?

Dabei gelten folgende Definitionen und Begriffe nach REFA (REFA: Verband für Arbeitsstudien und Betriebsorganisation e. V.):

07. Nach welchen Merkmalen werden Fertigungsverfahren unterschieden?

08. Welche charakteristischen Merkmale haben die einzelnen Formen der Fertigungsorganisation (Detaildarstellung)?

1. Bei der Werkstattfertigung (auch: Werkstättenfertigung) wird der Weg der Werkstücke vom Standort der Arbeitsplätze und der Maschinen bestimmt. Als Werkstattfertigung werden daher die Verfahren bezeichnet, bei denen die zur Herstellung oder zur Be- bzw. Verarbeitung erforderlichen Maschinen an einem Ort, der Werkstatt, zusammengefasst sind. Die Werkstücke werden von Maschine zu Maschine transportiert. Dabei kann die gesamte Fertigung in einer einzigen Werkstatt erfolgen oder auf verschiedene Spezialwerkstätten verteilt werden. Die Werkstattfertigung ist dort zweckmäßig, wo eine Anordnung der Maschinen nicht nach dem Arbeitsablauf erfolgen kann und eine genaue zeitliche Abstimmung der einzelnen Arbeitsgänge nicht möglich ist, weil die Zahl der Erzeugnisse mit unterschiedlichen Fertigungsgängen sehr groß ist. Bei der Werkstattfertigung sind längere Transportwege meist unvermeidlich. Gelegentlich müssen einzelne Werkstücke auch mehrmals zwischen den gleichen Werkstätten hin- und her transportiert werden. Werkstattfertigungen haben oftmals auch eine längere Produktionsdauer, sodass meist Zwischenlagerungen für Halberzeugnisse notwendig werden.

   Werkstattfertigung – Fertigung nach dem Verrichtungsprinzip

   

   Voraussetzungen:

   • Einsatz von Universalmaschinen

   • hohe Qualifikation der Mitarbeiter, flexibler Einsatz

   • optimale Maschinenbelegung.

   Werkstattfertigung
   Vorteile	Nachteile
   geeignet für Einzelfertigung und Kleinserien flexible Anpassung an Kundenwünsche Anpassung an Marktveränderungen geringere Investitionskosten hohe Qualifikation der Mitarbeiter	relativ hohe Fertigungskosten lange Transportwege Zwischenläger erforderlich hoher Facharbeiterlohn aufwendige Arbeitsvorbereitung aufwendige Kalkulation (Preisgestaltung)

2. Die Fließfertigung ist eine örtlich fortschreitende, zeitlich bestimmte, lückenlose Folge von Arbeitsgängen. Bei der Fließfertigung ist der Standort der Maschinen vom Gang der Werkstücke abhängig und die Anordnung der Maschinen und Arbeitsplätze wird nach dem Fertigungsablauf vorgenommen, wobei sich der Durchfluss des Materials vom Rohstoff bis zum Fertigprodukt von Fertigungsstufe zu Fertigungsstufe ohne Unterbrechung vollzieht. Die Arbeitsgänge erfolgen pausenlos und sind zeitlich genau aufeinander abgestimmt, sodass eine Verkürzung der Durchlaufzeiten erfolgen kann.

   Sonderformen der Fließfertigung:

   2.1

   Bei der Reihenfertigung werden die Maschinen und Arbeitsplätze dem gemeinsamen Arbeitsablauf aller Produkte entsprechend angeordnet. Eine zeitliche Abstimmung der einzelnen Arbeitsvorgänge ist wegen der unterschiedlichen Bearbeitungsdauer nur begrenzt erreichbar. Deshalb sind Pufferlager zwischen den Arbeitsplätzen notwendig, um Zeitschwankungen während der Bearbeitung auszugleichen.

   Reihenfertigung: Anordnung der Maschinen und Arbeitsplätze in der durch den Fertigungsprozess bestimmten Reihenfolge

   

   Reihenfertigung
   Vorteile	Nachteile
   geeignet für größere Serien Verkürzung der Durchlaufzeit Spezialisierung der Tätigkeiten verbesserte Maschinenauslastung verbesserter Materialfluss	Flexibilität der Fertigung nimmt ab höhere Investitionskosten für Maschinen Anfälligkeit bei Störungen höhere Lagerkosten (Zwischenläger) repetitive Teilarbeit

   2.2

   Die Fließbandfertigung ist eine Sonderform der Fließfertigung – mit vorgegebener Taktzeit. Die Voraussetzungen sind:

   • große Stückzahlen

   • weitgehende Zerlegung der Arbeitsgänge

   • Fertigungsschritte müssen abstimmbar sein.

   Fließbandfertigung: Taktgebundene Fließbandarbeit mit genauer Taktabstimmung ohne Zwischenlager

   

   Fließbandfertigung
   Vorteile	Nachteile
   verbesserte Produktivität weniger Einarbeitungskosten geringere Durchlaufzeit vereinfachte Planung und Kontrolle	feste Taktzeiten und Monotonie der Arbeit: Ermüdung der Arbeiter Störanfälligkeit der Arbeitssysteme erhöhte Investitionskosten abnehmende Flexibilität des Fertigungssystems

   Nach REFA ist die Taktzeit die Zeitspanne, in der jeweils eine Mengeneinheit fertiggestellt wird:

    

   $$Solltaktzeit = \frac{Arbeitszeit\; je\; Schicht * Bandwirkungsfaktor}{Soll-Menge\; je\; Schicht}$$

   Der Bandwirkungsfaktor berücksichtigt Störungen der Anlage, die das gesamte Fließsystem beeinträchtigen. Er ist deshalb immer kleiner als 1,0. Die ideale Taktabstimmung wird in der Praxis nur selten erreicht. Entscheidend ist eine optimale Abstimmung der einzelnen Bearbeitungs- und Wartezeiten.

   Beispiel

   Hier klicken zum Ausklappen

   Die Arbeitszeit einer Schicht beträgt 480 Minuten, die Soll-Ausbringung 80 Stück und der Bandwirkungsfaktor 0,9.

    

   $$Solltaktzeit = \frac{Arbeitszeit\; je\; Schicht \cdot Bandwirkungsfaktor}{Soll-Menge\; je\; Schicht}$$

    

   $$= \frac{480\; min \cdot 0,9}{80\; Stk.} = 5,4\; min/Stk.$$

3. Die Gruppenfertigung ist eine Zwischenform zwischen Fließfertigung und Werkstattfertigung, die die Nachteile der Werkstattfertigung zu vermeiden sucht. Bei diesem Verfahren werden verschiedene Arbeitsgänge zu Gruppen zusammengefasst und innerhalb jeder Gruppe nach dem Fließprinzip angeordnet.

   Schematische Darstellung einer Gruppenfertigung als Inselfertigung

   

   Gruppenfertigung
   Vorteile	Nachteile
   Eigenverantwortung der Gruppe Motivation der Mitarbeiter Abwechslung durch Rotation Einsatz des Gruppenakkords	Verantwortungsdiffusion: Zuordnung der Leistung zu einer Einzelperson ist nicht mehr möglich setzt intensive Vorbereitung voraus: Ausbildung, Teamentwicklung, Gruppendynamik

   Sonderformen der Gruppenfertigung:

   3.1

   Fertigungsinseln: Bestimmte Arbeitspakete (z. B. Motorblock) werden – ähnlich der ursprünglichen Werkstattfertigung – gebündelt. Dazu werden die notwendigen Maschinen und Werkzeuge zu sogenannten Inseln zusammengefügt. Erst nach Abschluss mehrerer Arbeitsgänge verlässt das (Zwischen-)Erzeugnis die Fertigungsinsel.

   3.2

   Bei der Boxen-Fertigung werden bestimmte Fertigungs- oder Montageschritte von einer oder mehreren Personen – ähnlich der Fertigungsinsel – räumlich zusammengefasst. Typischerweise wird die Boxen-Fertigung bzw. -Montage bei der Erzeugung von Modulen/Baugruppen eingesetzt (z. B. in der Automobilproduktion).

   3.3

   Die Stern-Fertigung ist eine räumliche Besonderheit der Fertigungsinsel bzw. der Boxen-Fertigung, bei der die verschiedenen Werkzeuge und Anlagen nicht insel- oder boxförmig, sondern im Layout eines Sterns angeordnet werden.

   3.4

   Bearbeitungszentren: Nicht nur die Bearbeitungsmaschine arbeitet computergesteuert, sondern auch der Wechsel der Arbeitsstücke sowie der Werkzeuge erfolgt automatisch. Es lassen sich damit komplexe Teile in Kleinserien bei relativ hoher Fertigungselastizität herstellen. Die Überwachung mehrerer Bearbeitungszentren kann von einem Mitarbeiter oder einer Gruppe durchgeführt werden.

   3.5

   Flexible Fertigungszellen haben zusätzlich zum Automatisierungsgrad der Bearbeitungszentren eine automatische Zu- und Abführung der Werkstücke in Verbindung mit einem Pufferlager. Diese Systeme können auch in Pausenzeiten der Belegschaft weiterlaufen.

   3.6

   Teilautonome Arbeitsgruppen sind ein mehrstufiges Modell, das den Mitgliedern Entscheidungsfreiräume ganz oder teilweise zugesteht; u. a.:

   • selbstständige Verrichtung, Einteilung und Verteilung von Aufgaben (inklusive Anwesenheitsplanung: Qualifizierung, Urlaub, Zeitausgleich usw.)

   • selbstständige Einrichtung, Wartung, teilweise Reparatur der Maschinen und Werkzeuge

   • selbstständige (Qualitäts-)Kontrolle der Arbeitsergebnisse.

4. Bei der Baustellenfertigung ist der Arbeitsgegenstand entweder völlig ortsgebunden oder kann zumindest während der Bauzeit nicht bewegt werden. Die Materialien, Maschinen und Arbeitskräfte werden an der jeweiligen Baustelle eingesetzt. Die Baustellenfertigung ist in der Regel bei Großprojekten im Hoch- und Tiefbau, bei Brücken, Schiffen, Flugzeugen sowie dem Bau von Fabrikanlagen anzutreffen.

   Baustellenfertigung
   Vorteile	Nachteile
   Einsatz von Normteilen Einsatz vorgefertigter Teile rationelle Fertigung durch Standards internationale Arbeitsteilung (z. B. Airbus)	Kosten: Errichtung/Abbau der Baustelle Transportkosten für Stoffe, Mitarbeiter und Betriebsmittel (Logistikaufwand)

09. Was bezeichnet man als Fertigungssegmentierung?

Segmentierung ist die Zerlegung eines Ganzen in Teilen. Die Fertigungssegmentierung ist die Zerlegung (Gliederung) des Fertigungsprozesses in Teilprozesse nach dem Verrichtungs- oder dem Objektprinzip. Zur Optimierung des gesamten Prozesses ist es von Bedeutung, die Teilprozesse zu optimieren und sie nach dem Fließprinzip zu verknüpfen. Die Fertigungssegmentierung kann auch dazu führen, dass ganze Teile der Herstellung ausgelagert werden: Verlagerung eigener Betriebsteile in das Ausland, Vergabe an Zulieferer (Prinzip der verlängerten Werkbank; Entscheidungen über Make-or-Buy).

10. Welche zusätzlichen Gesichtspunkte müssen bei der Gestaltung von Ablaufstrukturen der Fertigung berücksichtigt werden?

Bei der Ablaufstrukturierung des Fertigungsprozesses sind laufend Überlegungen der Optimierung zu beachten:

• Zentralisierungen/Dezentralisierungen in der Aufbaustruktur führen zu Vor-/Nachteilen in der Ablauforganisation, z. B.: Die Verlagerung eines Profitcenters in das Ausland stellt erhöhte Anforderungen an die Logistik der Komponenten an den Ort der zentralen Montage.

• Entscheidungen über die Segmentierung der Fertigung verlangen einen erhöhten Aufwand bei der Synchronisation externer und interner Stellen, z. B.: Materialbereitstellung just in time, einheitliche Qualitätsstandards der beteiligten Stellen, erhöhter Informations- und Datenfluss.

11. Welche Maschinenkonzepte bilden die Bausteine der automatisierten Fertigung?

In Abhängigkeit von der Komplexität der Prozesse und dem Grad der Automatisierung werden grundsätzlich folgende Maschinenkonzepte unterschieden:

1. Einstufige Maschinenkonzepte:

   Das Werkstück wird an einer Station bearbeitet; Beispiele:

   • NC-/CNC-Einzelmaschinen

   • Bearbeitungszentren

   • flexible Fertigungszellen.

2. Mehrstufige Maschinenkonzepte:

   Das Werkstück wird an mehreren Stationen bearbeitet; Beispiele:

   • flexible Fertigungssysteme

   • flexible Transferstraßen.

In Bezug auf Losgröße und Produktivität sowie Flexibilität und Varianz der Teile lassen sich die genannten Maschinenkonzepte in einem Stufenmodell darstellen:

12. Welche Faktoren sind bei der Planung des Materialflusses zu berücksichtigen?

• Räumliche Einflussfaktoren, z. B.:

  • der Standort des Betriebes und die Infrastruktur der Betriebsumgebung

  • (Straße, Schiene, Kanäle usw.)

  • die Lage und Bauweise der Betriebsgebäude (Anordnung, Zahl der Geschosse usw.)

  • die Art der Betriebseinrichtungen und der Beförderungsmittel (innerbetriebliche Logistik).

• Fertigungstechnische Einflussfaktoren, z. B.:

  • Art der Fertigungsverfahren (vgl. oben, Frage 07.)

  • Fertigungsprinzipien (Flussprinzip, Verrichtungsprinzip).

• Fördertechnische Einflussfaktoren, z. B.:

  • Art der Fördersysteme:

    • ortsgebundene/mobile

    • flurgebundene/flurfrei.

13. Welche Transportmittel des innerbetrieblichen Transportes sind zu unterscheiden?

• Hubwagen:

  • Handhubwagen

  • Elektrohubwagen

  • Elektrogabelhubwagen

  • Hochhubwagen (bis ca. 3 m).

• Stetigförderer/Förderanlagen:

  • Förderband

  • Rollenförderer

  • Rollenbahn.

• Kisten- und Sackkarre

• Flurförderfahrzeuge:

  • Hochregalstapler (ca. 7,5 bis 12 m)

  • Hubstapler

  • Schlepper

  • fahrerlose Kommissioniersysteme.

• Hebezeuge:

  • Kräne

  • Aufzüge

  • Hebebühnen.

14. Welche Arten von Arbeitssystemen lassen sich unterscheiden?