Planung und Optimierung in der Fließfertigung

Inhaltsverzeichnis

Abstract

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Fließfertigung
2.1 Die Anfänge
2.2 Merkmale und Aufbau
2.3 Einordnung und Abgrenzung

3 Fließbandabstimmung
3.1 Aufbau
3.2 Aufgabe und Ziel
3.3 Lösungsverfahren
3.4 Klassifizierung
3.4.1 Einproduktfertigung
3.4.2 Variantenfertigung
3.4.3 Mehrproduktfertigung

4 Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Anhang A

Anhang B

Abstract

Die Massenproduktion existiert bereits seit über 100 Jahren, mathematisch formulierte Optimierungsansätze dagegen erst durch Salveson seit 1955. Auch heute noch klafft eine große Kluft zwischen Theorie und Praxis. Nur selten wurden tatsächlich wissenschaftliche Methoden bei der Implementierung von Fertigungsanlagen verwendet.^[1] Diese Arbeit soll hierbei nun eine kleine Einführung in die Fertigungsoptimierung, im Speziellen die Fließbandabstimmung oder das assembly line balancing bieten. Es wird deren Wichtigkeit anhand einer kleinen geschichtlichen Einführung über Henry Ford und seinem enormen Erfolg sowie seines Einflusses auf die Produktionsverhältnisse der Neuzeit geschildert. Daraufhin wird die Fließfertigung selbst, als auch deren Charakteristika näher erläutert. Ebenso werden die wichtigsten, aktuell in der Literatur auffindbaren Erscheinungsformen kurz angerissen und erläutert. Daraufhin wird speziell das assembly line balancing betrachtet, sowie dessen Aufbau und Bedeutung näher beleuchtet. Auch werden Algorithmen und weitere Verfahren zur Optimierung aufgezeigt und einige der vielen möglichen Problemstellungen des so genannten l ine balancing problems diskutiert. Hierfür wird eine Klassifizierung nach Boysen et al. zur Hilfe genommen, welche bei der genaueren Beleuchtung einiger spezieller Fließbandabstimmungsprobleme angewandt wird.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Stückliste eines Kugelschreibers

Abbildung 2: Netzplan der Arbeitsvorgänge aus Tabelle 1

Abbildung 3: Trial&Error-Lösungsvorschlag 1

Abbildung 4: Trial&Error-Lösungsvorschlag 2

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Zuordnung der einzelnen Arbeitsschritte

Tabelle 2: Das Klassifikationsschema nach Boysen et al.

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Aufgrund des global stetig wachsenden Konkurrenzkampfes innerhalb der produzierenden Industrie, der stetigen Neuentwicklung von Produkten, der nicht enden wollenden Nachfrage nach individualisierten Gütern in wiederum verschiedensten Ausführungen und des, die gerade genannten Vorgänge unaufhörlich antreibenden Werbeaufwandes, werden weltweit alle Unternehmen zur immer besseren Planung einer kosteneffizienteren Produktion ihrer Güter gezwungen. Während Anfang des 20. Jahrhunderts die Ford Motor Company die Wiege der Massenproduktion darstellte und ein einzelnes Produkt in nie gekannten Kapazitäten produzieren konnte, stellt dagegen heute die Nachfrage nach individualisierten Produkten die Industrie vor neue Probleme. So resultiert der Produktkatalog von BMW in theoretisch 1023 verschiedenen Modellen^[2], was ohne optimierte Fertigungsvorgänge auf dem Markt nicht konkurrenzfähig wäre. Daher ist Kreativität bei der Neugestaltung, Umstellung und / oder Erweiterung von Fertigungsplätzen nötig. Bloßes Cut&Copy führt nur noch selten zu akzeptablen Ergebnissen. So muss eine möglichst exakte Layoutplanung für die räumliche Aufteilung der Produktionsanlagen erzielt werden, da spätere Korrekturen bei dem hohen notwendigen Investitionsaufwand nahezu unmöglich sind. Daraufhin gilt es die Prozessabläufe genau auszubalancieren und damit die Fertigung in bestmöglicher Kosteneffizienz zu gewährleisten.^[3] Dies zeigt die enorme Wichtigkeit der genauen Planung und Optimierung des Fertigungsprozesses. Die Installation hat lang- und mittelfristigen Charakter, während die Prozessgestaltung bis auf die operative Ebene von hoher Bedeutung ist. Das trifft besonders auf vielfältige Produktreihen zu, welche dieselbe Fertigungsanlage durchlaufen. Je nach Produkt- bzw. Auftragsplan ergeben sich nahezu unendlich viele Möglichkeiten der Fertigungsoptimierung.

Doch besteht derzeit eine enorme Kluft zwischen Theorie und Praxis. Denn nur wenige Unternehmen nutzen veröffentlichte Techniken der Fertigungsoptimierung aufgrund ihres substantiellen Informationsdefizites.^[4] Doch bestimmt hier gerade wieder die Automobilbranche eine Vorreiterolle. Daimler erzielte mit besser abgestimmten Arbeitsschritten und einer optimalen Bestimmung von Taktzeiten nach Vorbild des Brachenprimus Toyota in den vergangen beiden Jahren bereits eine Effizienzsteigerung von 20% bei der Produktion seiner S-Klasse - weitere 10% sind geplant.^[5] Es lässt sich also vermuten, dass die Zukunft der individuellen Massenproduktion (Mass Customization) genau in der Branche zu finden ist, wo auch die Massenproduktion von Einzelprodukten vor 100 Jahren eine Produktionsrevolution auslöste.

2 Fließfertigung

2.1 Die Anfänge

Henry Ford war versucht, sein erstmals 1908 eingeführtes Model T so simpel wie nur möglich zu halten.^[6] Es bestand aus lediglich vier Konstruktionseinheiten: Die Motoreneinheit, das Chassis, die Frontachse und die Hinterachse.^[7] Für Ford waren folgende Attribute ausschlaggebend: Absolute Zuverlässigkeit, geringes Gewicht, hohe Materialqualität, gute Steuereigenschaften, eine gerade ausreichende Leistung und eine extrem einfache Bedienung^[8]. Dies stellte ein absolutes Novum für damalige Verhältnisse dar, da das Automobil bis dato als purer Luxusgegenstand galt und die eigentlich damit verbundenen Eigenschaften, wie edles Design, hohen Komfort und verschwenderische Leistung inne haben sollte. Doch Fords Hauptaugenmerk lag nicht auf den von den Händlern so um umschwärmten 5% der Käuferschicht, welche sich lediglich durch spezielle Designwünsche hervorhoben. Sondern sein Ziel waren die restlichen 95%, welche sich ein Auto zulegten und das ohne besondere Extrawünsche.^[9] Ford bedachte die zuverlässige Funktionstüchtigkeit seiner Autos mit der höchsten Priorität und ignorierte jegliche persönlichen Designwünsche. Daher verkündete er 1909, dass die Ford Motor Company nur noch lediglich ein Modell produzieren würde und das auch nur noch in einer einzigen Ausführung – das Model T:

„Any customer can have a car painted any colour that he wants so long as it is black.“^[10]

Damit begann für die Autoindustrie, wenn nicht gar für die Industrie als Ganzes, eine neue Ära. Denn nicht das Model T selbst war der große Durchbruch, sondern die von Ford nun eingeführte Produktionsform war die eigentliche Revolution. Fords Aktionäre reagierten sehr misstrauisch, als die Autoproduktion um 1905 100 Einheiten pro Tag erreichte, Ford dagegen reagierte mit der damals visionären Aussage, sogar eintausend Einheiten pro Tag produzieren zu wollen.^[11] Bis 1911 vervielfachten sich dagegen die Verkaufszahlen und es wurden immer mehr Produktionsflächen hinzugekauft. Mit den gestiegenen Absatzzahlen sank der Verkaufspreis rapide, was wiederum eine immer breitere Käuferschicht ansprach – die Massenproduktion war bei einer bis dato ungeahnten Qualität angekommen. Jene ermöglichte mit Hilfe der spezialisierten Arbeitsschritte, den eingesetzten Maschinen und der Fließbänder eine identische Qualität aller produzierten Güter bei gleichzeitig geringen Anforderungen an das Personal. 1913 wurde in einer Fabrik der Ford Motor Company die erste Fließbandanlage getestet und damit der Grundstein für die Massenproduktion gelegt. Diese Entwicklung basierte auf drei von Ford formulierten Aussagen:^[12]

- Die Werkzeuge, Maschinen und das Personal sollen so entlang der Fertigungssequenz positioniert sein, dass jede Fertigungskomponente die geringstmögliche Distanz zurücklegen
- Es soll eine Fortbewegungsmöglichkeit für die Fertigungskomponenten direkt neben dem Bearbeiter vorhanden sein, damit die Komponente nach erfolgter Bearbeitung auf gleichem

Wege zum nächsten Bearbeiter gelangen kann.

- Man solle die Fertigungskomponenten in angemessener Form auf dem Fließband gestaffelt verteilen, um eine optimale Distanz [in Abhängigkeit der benötigten Bearbeitungszeit] zwischen ihnen zu gewährleisten.

Diese drei Prinzipien sollten die notwendigen Überlegungen seitens des Personals auf ein Minimum reduzieren und zugleich die nötigen Bewegungsabläufe dessen maximal reduzieren. Als Optimum gab Ford an, dass ein Arbeiter nur eine einzige Tätigkeit ausführt und für diese nur mit eine einzigen Bewegung benötigt.^[13]

2.2 Merkmale und Aufbau

Der gerade beschriebene historische Werdegang des Fertigungsprozesses, ist in der heutigen Produktion eine wichtige Produktionsform und wird allgemein als Fließfertigung bezeichnet. Fließstraßen, Transferstraßen oder Taktstraßen sind Alternativbezeichnung in der praktischen Umsetzung. Vorteile der Fließfertigung sind:^{[14] [15]}

- Geringe Durchlaufzeiten und Transportwege,
- optimale Arbeitsteilung und Kapazitätsauslastung
- geringe Personalanforderungen und damit verbundene Lohnkosten.

Dagegen lauten die Nachteile wie folgt:

- Aufgrund der teuren Fertigungsanlagen und Betriebsmittel ein hoher Investitionsaufwand und hohe Kapitalbindung,

- hohes Risiko bei Marktveränderungen aufgrund der Inflexibilität,
- hohe Personalspezialisierung und damit verbundene eintönige und demotivierende Arbeitszyklen und
- hoher Aufwand bei der Planung für Takten und Störungssicherheit.

Der Aufbau einer Fließfertigung besteht im klassischen Sinne aus einer Möglichkeit des automatisierten Transportes von Fertigungsteilen zwischen Produktiveinheiten (Betriebsmittel und / oder Arbeitskräfte), welchen spezielle Fertigungsprozesse zugeordnet sind.

2.3 Einordnung und Abgrenzung

Produktionsformen werden je nach Problemstellung in der Produktionsplanung nach folgenden Kriterien klassifiziert:^[16]

(1) Mechanisierungsgrad:

Es wird zwischen manueller, mechanisierter und automatisierter Produktion unterschieden.

(2) Stufigkeit der Produktion:

Verläuft die Produktion ununterbrochen, so spricht man von einer einstufigen Produktion. Bei dieser wird ein Produktionsdurchgang oder werden unmittelbar aufeinander folgende Arbeitsvorgänge durch eine Produktiveinheit hergestellt. Weiterhin gibt es die mehrstufige Variation, bei welcher mit eventuellen Unterbrechungen oder sogar Zwischenlagerungen mehrere Produktiveinheiten durchlaufen werden.

(3) Marktbezug:

Hierbei wird die Auftragssituation der Produktion herangezogen. So existiert hierbei die Kundenauftragsfertigung, wenn für einen Kunden eine spezifische Sache gefertigt wird. Wenn für eine Produktion kein spezifischer Auftraggeber vorhanden ist, also für den anonymen Markt produziert wird, so spricht man von Marktfertigung oder Lagerfertigung. Eine Erstellung von Eigenleistungen dagegen beschreibt die Fertigung für den Eigengebrauch.

(4) Repetitionstyp:

Bei diesem Kriterium steht zu produzierende Gesamtmenge im Vordergrund. Es wird zwischen Massen- (Produktion in großer Stückzahl), Sorten- (Variantenfertigung, Produktion verschiedener Sorten), Serien- (Produktion in begrenzter Menge) o. Einzelfertigung (Produktion eines Einzelstückes) unterschieden.

(5) Anordnungstyp oder Organisationsform:

Dies entspricht der Organisationsform oder dem Organisationtyp der Fertigung. Sie ist abhängig von räumlichen Anordnung der Produktiveinheiten und den dadurch erforderlichen Transportprozessen. Die Fließfertigung stellt mit dem Fokus auf die räumliche Anordnung der Produktiveinheiten, sowie der zeitlichen Abfolge der Arbeitsvorgänge eine ablauforientierte und objektzentralisierte Produktionsform dar. Weiterhin gibt es die prozessorientierte Werkstattfertigung. Bei dieser werden die Arbeitskräfte und Betriebsmittel mit gleichartigen Verrichtungen zu Werkstätten zusammengefasst, also nach dem Verrichtungsprinzip angeordnet. Jeder Fertigungsauftrag muss je nach Bearbeitungsreihenfolge eine bestimmte Folge von Werkstätten passieren. Dabei kann es zu langen Transportzeiten zwischen den Werkstätten und möglichen wiederholten Durchläufen gleicher Werkstätten kommen.^[17] Ein Beispiel hierfür ist beispielsweise die Raumaufteilung in einem Krankenhaus.^[18] Die meist universell einsetzbaren Arbeitskräften und / oder Betriebsmitteln sind der Vorteil der Werkstattfertigung gegenüber der Fließfertigung. Allerdings hat dies erheblich größere Durchlauf- bzw. Taktzeiten zur Folge.^[19] Außerdem existieren zahlreiche Hybridformen von Fließ- und Werkstattfertigung, wie das Bearbeitungszentrum (oder Zentrenfertigung), flexible Fertigungszellen, flexibles Fertigungssystem, flexible Transferstraßen oder Fließinselfertigung.^{[20] [21]} Auf diese soll hier allerdings nicht weiter eingegangen werden, da im weiteren Verlauf dieser Arbeit lediglich die Fließfertigung exemplarisch als Produktionsform herangezogen werden wird.

[...]

^[1] Vgl. (Boysen 2006, S. 1)

^[2] Vgl. (Boysen 2006, S. 1)

^[3] Vgl. (Günther 2003, S. 81)

^[4] Vgl. (Rekiek 2006, S. 8)

^[5] Vgl. (Hawranek 2008, 76)

^[6] Es wurden damals 8 weitere Modelle produziert: A, B, C, F, N, R, S und K. Das Modell T sollte die besten Eigenschaften seiner Vorgänger vereinen. Anfänglich wurde das Model T in den verschiedenen Chassis-Ausführungen Town Car, Roadster, Coupé und Landaulet gefertigt.

^[7] Vgl. (Ford 2003, S. 95)

^[8] Vgl. (Ford 2003, S. 94)

^[9] Vgl. (Ford 2003, S. 96-97)

^[10] (Ford 2003, S. 97)

^[11] Vgl. (Ford 2003, S. 92)

^[12] Vgl. (Ford 2003, S. 102)

^[13] Vgl. (Ford 2003, S. 102)

^[14] Vgl. (Dürr 2002, S. 20)

^[15] Vgl. (Domschke 1997, S. 7)

^[16] Vgl. (Domschke 1997, S. 5f)

^[17] Vgl. (Pfohl, Logistiksysteme 2004, S. 197)

^[18] Vgl. (Buffa 1987, S. 650ff)

^[19] Vgl. (Pfohl, Logistikmanagement. Konzeption und Funktionen 2004, S. 152)

^[20] Vgl. (Pfohl, Logistiksysteme 2004, S. 198f)

^[21] Vgl. (Pfohl, Logistikmanagement. Konzeption und Funktionen 2004, S. 152f)