Trends, Methoden und Grundsätze der modernen
zeitgemäßen Fabrik- und Produktionsplanung

von: Boris Bickel

Inhaltsverzeichnis

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

Wenn man sich nicht um die Zukunft kümmert,
wird man die Gegenwart stets bedauern.
(Chinesisches Sprichwort)

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 Produktvarianten 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 Globalisierung 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 Anpassungsfähigkeit 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 Unternehmens auf deren Wettbewerbsfähigkeit zu prüfen und gegebenenfalls anzupassen. Dabei stellt sich die Frage wie die zukünftige Fabrik gestaltet werden kann, um den gegenwärtigen und künftigen Anforderungen zu entsprechen. Parolen wie kontinuierliche Verbesserung, Konzentration auf die Kernkompetenzen und Reduzierung der Fertigungstiefe durch kollaborative Zusammenarbeit mit den Wertschöpfungspartnern sind gegenwärtig in aller Munde. Diese Anstöße reichen jedoch allein nicht aus, um langfristig eine wirtschaftliche Produktionsstruktur aufzubauen. Vielmehr müssen diese Ansätze durch weitere fabrik- und produktionsspezifische Inhalte erweitert werden. Die neuste Delphi-Studie und die aktuellsten Ergebnissen deutscher Forschungsinstitute haben aufgezeigt, wie die zukunftsfähige Fabrik auszusehen hat: kleine, flexible und schnell wandlungsfähige Produktionseinheiten auf modularer Basis, die über „temporäre Netzwerke“ verbunden sind und teilweise nur für eine begrenzte Zeit mit einem bestimmten Produkt einen bestimmten Markt bedienen.1

Abbildung 1: Turbulentes Umfeld von Produktionsunternehmen. [Abbildung in der Downloaddatei vorhanden]

2 Herausforderungen und Entwicklungstendenzen der Fabrik 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 Zeitperioden realisiert werden müssen. Entsprechend erhöhen sich die Planungsfrequenz und die -geschwindigkeit. Durch die zunehmende Vergabe von Entwicklungs- und Wertschöpfungsanteilen 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 Erzeugnisses ist. Das Anlaufmanagement muss daher als Kernkompetenz des Herstellers verstanden werden und von seinem projekthaften Charakter in einen systematisierten Prozess transformiert werden.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 Verbesserung der Reaktionsfähigkeit vor und während des Anlaufs notwendig. Mit Hilfe computergestützter 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 handeln zu können. Ziel ist es, ein anlaufrobustes Produktionssystem zu entwickeln.3 Um die Potenziale, die sich aus einer Optimierung des magischen Vierecks4 im Planungsablauf 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 Integration 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 stehenden Planungszeitraum der Fabrik- und Produktionsplanung hat, sind neue Planungskonzepte 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 Simultaneous Engineering in der Produktentwicklung, durch weitere kooperative und integrative Ansätze zu ergänzen. Diese werden durch eine effektive fach- oder funktionsübergreifende Zusammenarbeit aller am Planungsprozess beteiligten Disziplinen realisiert.6 Entsprechend gilt es die externen Partner in den Planungsprozess zu integrieren, um durch eine kontinuierliche Synchronisation der Abläufe zwischen den extern beauftragten Unternehmen und dem auftraggebenden Unternehmen schnell auf sich ergebende Veränderungen im Planungsprozess reagieren zu können.7

Abbildung 2: Spannungsfeld der Fabrikplanung. [Abbildung in der Downloaddatei vorhanden]

Um nachhaltige und damit zukunftsrobuste Planungsergebnisse realisieren zu können, müssen 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

[...]

1 Vgl. Wiendahl (2003), S. 226.

2 Vgl. Schneider/Lücke (2002), S. 514ff.

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.

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

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