Trends, Methoden und Grundsätze moderner Fabrik- und Produktionsplanung

Abkürzungsverzeichnis

Abb. Abbildung

bspw. beispielsweise

etc. et cetera

evtl. eventuell

f. folgende

ff. fortfolgende

Hrsg. Herausgeber

i.d.R in der Regel

Kap. Kapitel

m.H.v. mit Hilfe von

u.a. unter anderem

v.a. vor allem

veröff. veröffentlicht

vgl. vergleiche

z.B. zum Beispiel

II

  Trends Methoden und Grundsätze  

  der modernen zeitgemäßen Fabrik- und Produktionsplanung  

Abbildungsverzeichnis

  Abbildung 1: Turbulentes Umfeld von Produktionsunternehmen  2

  Abbildung 2: Spannungsfeld der Fabrikplanung  4

  Abbildung 3: Veränderungstypen der Fabrik aus Systemsicht  5

  Abbildung 4: Arten und zeitliche Dimensionen fabrikplanerischer Wandlungsfähigkeit  5

  Abbildung 5: Ansatzpunkte zur Gestaltung der Wandlungsfähigkeit  6

  Abbildung 6: Vorgehensweise der Doppelhelix-Fabrikplanung  9

  Abbildung 7: Digitale Fabrik schließt die Lücke zwischen PD-M und ERP-Systemen  14

  Abbildung 8: Planungstisch zur Anordnungsplanung  17

  Abbildung 9: 3D-Laserscanner  17

  Abbildung 10: Modulare Baukastenstruktur  19

  Abbildung 11: Beispiel einer Produktionsstrukturmatrix  21

  Abbildung 12: Chancen der mobilen Fabrik  23

  Abbildung 13: Nutzen der mobilen Fabrik  23

  Abbildung 14: Der Ansatz der mobilen Fabrik  24

  Abbildung 15: Anforderungen an das Konzept der Minifabrik  27

  Abbildung 16: Vor- und Nachteile der Minifabrik gegenüber einem Serienfertiger  28

  Abbildung 17: Mobile Fügezelle  28

  Abbildung 18: Die Factory on Demand im Kollaborationsnetzwerk der Virtuellen Fabrik  30

  III NA  

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis ............................................................................................................. II Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................. III

1 Einführung........................................................................................................................... 1

2 Herausforderungen und Entwicklungstendenzen der Fabrik der Zukunft.................... 2 2.1 Schneller und fehlerarmer Produktionsanlauf ............................................................... 2 2.2 Rechnergestützte Planung............................................................................................ 3 2.3 Integrierte Fabrikplanung .............................................................................................. 3 2.4 Veränderungsfähige Fabriksysteme ............................................................................. 4

3 Grundsätze der modernen Fabrik- u. Produktionsplanung ............................................ 7 3.1 Begriff und Umfang der Fabrik- und Produktionsplanung ............................................. 7 3.2 Kooperation und Integration als Kernelemente von Planungsansätzen ....................... 8 3.3 Standardisierung als Planungsgrundsatz ................................................................... 10 3.4 Wertstromorientierung als Basis für die Auslegung von Fabriken ................................ 11 3.5 Wandlungsfähigkeit durch innere und äußere Mobilität .............................................. 12

4 Digitale Fabrik - Bindeglied zwischen Planung und Fabrikkonzepten ........................ 13 4.1 Digitale Fabrikplanung ................................................................................................ 13 4.2 Moderne Werkzeuge der digitalen Fabrikplanung ...................................................... 17

5 Modelle und Konzepte der zeitgemäßen Fabrik- und Produktionsplanung................ 18 5.1 Systemeigenschaft wandlungsfähiger Fabriksysteme ................................................ 18 5.1.1 Grundlagen ......................................................................................................... 18 5.1.2 Design for Changeablility .................................................................................... 20 5.1.3 Bewertungsverfahren zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit wandlungsfähiger Fabriksysteme..................................................................................................... 22 5.2 Anpassungsfähigkeit durch mobile Fabriken .............................................................. 22 5.2.1 Grundlagen ......................................................................................................... 22 5.2.2 Ausgestaltung modularer Strukturen................................................................... 25 5.2.3 Anwendung der mobilen Fabrik .......................................................................... 25 5.3 Die Minifabrik als Zukunft effizienter Produktion ......................................................... 26 5.3.1 Wesen und Einsatzfelder der Minifabrik.............................................................. 26 5.3.2 Anforderungen und Aufbau einer Minifabrik........................................................ 27 5.4 Die Virtuelle Fabrik als Beispiel für kollaborative Produktion ...................................... 29

6 Zusammenfassung und Ausblick.................................................................................... 31 Literaturverzeichnis.................................................................................................................. 33

IV

1 Einführung

Unternehmen sind in der heutigen Zeit einem turbulenten Umfeld ausgesetzt (vgl. Abb. 1). Der Wandel vom Verkäufer- zum Käufermarkt hat zur Folge, dass die Zahl der Produktvari- anten relativ zur Anzahl der insgesamt abgesetzten Einheiten stark zunimmt. Gleichzeitig unterliegen die Preise den Folgen eines Überangebots. Der hohe Wettbewerbsdruck führt dazu, dass die Marktreife („Time-to-Market“) der Produkte immer schneller erreicht werden muss. Weitere sich dynamisch ändernde Rahmenbedingungen, wie beispielsweise die Glo- balisierung der Waren- und Informationsflüsse, die rasanten Entwicklungen in der Logistik- und der Kommunikationstechnik und der Einfluss von Standorten mit unterschiedlichen Markt- und Kostenstrukturen führen zu einer Intensivierung des Wettbewerbs in einer zuvor nie erlebten Geschwindigkeit. Dies verstärkt die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Anpas- sungsfähigkeit der Fabrik- und Produktionsstruktur an das gegebene Unternehmensumfeld und die Beherrschung der zunehmenden Variantenkomplexität bei gleichzeitiger Optimierung von Kosten und Qualität.

Je nach Veränderungshäufigkeit sind die Organisations- und Produktionsstrukturen des Un- ternehmens auf deren Wettbewerbsfähigkeit zu prüfen und gegebenenfalls anzupassen. Da- bei stellt sich die Frage wie die zukünftige Fabrik gestaltet werden kann, um den gegenwärti- gen und künftigen Anforderungen zu entsprechen. Parolen wie kontinuierliche Verbesserung, Konzentration auf die Kernkompetenzen und Reduzierung der Fertigungstiefe durch kollabo- rative Zusammenarbeit mit den Wertschöpfungspartnern sind gegenwärtig in aller Munde. Diese Anstöße reichen jedoch allein nicht aus, um langfristig eine wirtschaftliche Produkti- onsstruktur aufzubauen. Vielmehr müssen diese Ansätze durch weitere fabrik- und produkti- onsspezifische Inhalte erweitert werden. Die neuste Delphi-Studie und die aktuellsten Er- gebnissen deutscher Forschungsinstitute haben aufgezeigt, wie die zukunftsfähige Fabrik auszusehen hat: kleine, flexible und schnell wandlungsfähige Produktionseinheiten auf mo- dularer Basis, die über „temporäre Netzwerke“ verbunden sind und teilweise nur für eine be- grenzte Zeit mit einem bestimmten Produkt einen bestimmten Markt bedienen. 1

1

Abbildung 1: Turbulentes Umfeld von Produktionsunternehmen.

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Baumeister (2003), S.2.

2 Herausforderungen und Entwicklungstendenzen der Fab-

rik der Zukunft

2.1 Schneller und fehlerarmer Produktionsanlauf

Der stetig zunehmende Grad der Produktdiversifikation sowie die immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen haben zur Folge, dass immer mehr Serienanläufe in kürzeren Zeitperi- oden realisiert werden müssen. Entsprechend erhöhen sich die Planungsfrequenz und die -geschwindigkeit. Durch die zunehmende Vergabe von Entwicklungs- und Wertschöpfungs- anteilen an externe Partner, als auch durch eine Mixproduktion mehrerer Baureihen auf einer Fertigungslinie, steigt die Komplexität der Anlaufphase. Einem wichtigen Erfolgsfaktor stellt daher ein schneller und fehlerarmer Produktionsanlauf (Ramp-up) dar, da vor allem die frühe Phase des Produktlebenszyklus entscheidend für eine positive Gesamtrendite des Erzeug- nisses ist. Das Anlaufmanagement muss daher als Kernkompetenz des Herstellers verstan- den werden und von seinem projekthaften Charakter in einen systematisierten Prozess transformiert werden. 2

2

2.2 Rechnergestützte Planung

Die Berücksichtigung aller Einfluss- und Störgrößen im Rahmen eines Produktanlaufs, wäre ineffizient und zugleich unmöglich. Um sich den teilweise sehr dynamisch verändernden Rahmenbedingungen bzw. Planungsgrundlagen aktiv zu begegnen, ist vielmehr eine Ver- besserung der Reaktionsfähigkeit vor und während des Anlaufs notwendig. Mit Hilfe compu- tergestützter Methoden und Modelle, wie beispielsweise der Digitalisierung der Fabrik bzw. Produktion und der Simulation, können anlaufkritische Einflussgrößen im Vorfeld identifiziert und entsprechende Reaktionsstrategien entwickelt werden, um im Bedarfsfall reagibel han- deln zu können. Ziel ist es, ein anlaufrobustes Produktionssystem zu entwickeln. 3

Um die Potenziale, die sich aus einer Optimierung des magischen Vierecks 4 im Planungs- ablauf ergeben, zu realisieren ist es notwendig eine durchgängige und integrierte Plattform für alle Planungsbereiche zu schaffen, die sowohl über eine gemeinsame Datenbasis als auch über integrierte Werkzeuge, Methoden und Standards verfügt. Dies schließt eine Integ- ration der CAD- und ERP-Systeme, der Produktentwicklung und der Produktionssteuerung sowie des Wissensmanagements mit ein. 5

2.3 Integrierte Fabrikplanung

Da die Halbierung der „Time-To-Market“ unmittelbaren Einfluss auf den zur Verfügung ste- henden Planungszeitraum der Fabrik- und Produktionsplanung hat, sind neue Planungskon- zepte erforderlich um diesem Zeitdruck entgegenzutreten - ohne dabei die Qualität bzw. den Kostenrahmen der Planungen zu beeinträchtigen (vgl. Abb. 2). In diesem Zusammenhang sind die Ansätze der Parallelisierung der Planungsaufgaben, vergleichbar mit dem Simulta- neous Engineering in der Produktentwicklung, durch weitere kooperative und integrative An- sätze zu ergänzen. Diese werden durch eine effektive fach- oder funktionsübergreifende Zu- sammenarbeit aller am Planungsprozess beteiligten Disziplinen realisiert. 6 Entsprechend gilt es die externen Partner in den Planungsprozess zu integrieren, um durch eine kontinuierli- che Synchronisation der Abläufe zwischen den extern beauftragten Unternehmen und dem

3 Vgl. Wiesiger/Housein (2002), S. 505ff.

4 Qualitätserhöhung, Flexibilitätserhöhung, Zeiteinsparung, Kostensenkung.

5 Vgl. Wiendahl/Hernández (2002), S. 134f.

6 Vgl. Wiendahl/Hernández (2002), S. 134f.

3

auftraggebenden Unternehmen schnell auf sich ergebende Veränderungen im Planungspro- zess reagieren zu können. 7

Abbildung 2: Spannungsfeld der Fabrikplanung.

Quelle: Jung (2003), S. 7-6.

Um nachhaltige und damit zukunftsrobuste Planungsergebnisse realisieren zu können, müs- sen die einzelnen Teilaufgaben der Fabrikplanung prozessorientiert und ebenfalls integriert betrachtet werden und Material-, Informations-, Personal-, Arbeits-, Energie-, Medien- und Kapitalflüsse simultan geplant werden. 8

2.4 Veränderungsfähige Fabriksysteme

Um in einem turbulenten Unternehmensumfeld die betrieblichen Strukturen schnell und flexi- bel an die dynamischen Rahmenbedingungen anpassen zu können, ist eine entsprechende Veränderungsfähigkeit des Fabriksystems notwendig.

Strukturkoppelung und Transformation sind die zwei Arten der Veränderung mit denen eine langfristig erfolgreiche Fabrik- und Produktionsstruktur reagieren kann. Bei einer Modifikation des Material- oder Informationsflusses der Fabrik in einem vorgegebenen Regelmechanis- mus und Freiheitsgrad liegt eine flexible Reaktion vor. Bei einer Transformation wird die Sys- temstruktur der Fabrik und des Produktionsprozesses grundlegend verändert (Transformati- onsprozess). Er bedingt eine völlige Neubildung der Systeme, Subsysteme und Strukturen des Fabrikkonzeptes (vgl. Abb. 3). Die Basis für eine Transformation ist die Wandlungsfä- higkeit der Fabrik, die aus den Systemeigenschaften Dynamik, Komplexität und Vernetztheit bestimmt wird. 9

7 Vgl. Zäh/Cisek/Sudhoff (2003), S. 9-3f.

8 Vgl. Wiendahl/Reichhardt/Hernández (2001), S. 186f.

9 Vgl. Hernández (2003), S. 8-3ff.

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