Fallbeispiel Fabrikplanung - statisches Planungsvorhaben einer Kleinteileproduktion in Mittelserienfertigung

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 G1 Vorplanung
2.1 Layoutplanungsziele
2.2 Bruttobedarfsermittlung

3 G2 Strukturplanung
3.1 Prinzipplanung
3.1.1 Grobauswahl
3.1.2 Feinauswahl
3.2 Bestimmung der Rüst- und Fertigungskosten
3.3 Bestimmung der Losgröße XL und der Losanzahl ZL
3.4 Ideales Funktionsschema
3.5 Alternative Prinzipfindung

4 G3 Dimensionierung
4.1 Bestimmung der Betriebsmittelanzahl
4.2 Kapazitätsnachweis
4.3 Berechnungen des Personalbedarfs
4.4 Flächenberechnung
4.5 Flächenmaßstäbliches Funktionsschema

5 G4 Logistikplanung
5.1 Transport
5.1.1 Ladehilfsmittel (LHM)
5.1.2 Fördermittel (FM)
5.2 Lager/Puffer

6 G5 Idealplanung
6.1 Anordnungsoptimierung
6.2 Blocklayout
6.3 Sankeydiagramm

7 G6 Realplanung
7.1 Groblayoutvarianten
7.2 Nutzwertanalyse
7.3 Zusammenfassung und Fazit

Literaturverzeichnis

Anlage
Aufgabenstellung
Produktionsprogramm
Arbeitspläne
Betriebsmittellayouts
Zeichungen der Kleinteile
Hallenlayout

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: ABC-Diagramm Layoutplanungsziele

Abbildung 2: Grobauswahl der Fertigungsprinzipien

Abbildung 3: Abstimmung der Losgröße XL

Abbildung 5: Legende der Losgrößenberechnung

Abbildung 4: Andler-Formel für wirtschaftlich optimale Lösgröße Xopt

Abbildung 6: Ideales Funktionsschema - Gruppenfertigung

Abbildung 7: Flächengliederung nach DIN 277

Abbildung 8: Flächenkennzahl für Werkzeughandling

Abbildung 9: Nachweis der Gebäudeeignung

Abbildung 10: Flächenmaßstäbliches Funktionsschema – Reihenfertigung

Abbildung 11: Rechentabelle VoluOPT

Abbildung 12: Boxpalette Typ A1

Abbildung 13: Auszug aus DIN 15142

Abbildung 14: Kippbehälter für Späneentsorgung

Abbildung 15: Transporte pro Jahr und Lastspielzahl

Abbildung 17: Hochhubwagen

Abbildung 16: Handgabelhubwagen

Abbildung 18: Schlepper beim Transport von Stangen

Abbildung 19: Heben mittels "Schlupfen"/Transportschlingen

Abbildung 20: Rundmaterialgreifer

Abbildung 21: Lasthebemagnet mit großem Prisma zum Heben des Sechskant- und Rundmaterials

Abbildung 22: Wandschwenkkran mit Elektro-Seilzug (Ausladung bis 10m) 180°

Abbildung 23: Schwenkarmkran (360°)

Abbildung 24:Zweiträgerkran

Abbildung 26: Kragarmregale, einseitig oder doppelseitig;

Abbildung 25: Ständerregal

Abbildung 27: Blocklayout

Abbildung 29: Maschinengenaues Sankeydiagramm

Abbildung 28: Legende Sankeydiagramm

Abbildung 30: Legende Groblayoutvarianten

Abbildung 31: Groblayoutvariante 1

Abbildung 32: Groblayoutvariante 2

Abbildung 33: Groblayoutvariante 3

Abbildung 34: Groblayoutvariante 4

Abbildung 35: Legende Nutzwertanalyse

Abbildung 36: Anlage 1 - Aufgabenstellung Blatt 1 X

Abbildung 37: Anlage 2 - Aufgabenstellung Blatt 2 XI

Abbildung 38: Anlage 3 - Produktionsprogramm XII

Abbildung 39: Anlage 4 -Detailliertes Produktionsprogramm XIII

Abbildung 40: Anlage 5 -Arbeitspläne XIV

Abbildung 41: Anlage 6- Betriebsmittellayouts XV

Abbildung 42: Anlage 7 –Zeichnungen Zahnstange (Teil 2) und Schneckenwelle (Teil 6) XVI

Abbildung 43: Anlage 8 –Zeichnungen Zahnrad (Teil 8) und Welle (Teil 9) XVII

Abbildung 44: Anlage 9 – Zeichnungen Überwurfmutter (Teil 12) und Buchse (Teil 14) XVIII

Abbildung 45: Anlage 10 - Hallenlayout XIX

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Interdependenz-Matrix von Jens Dietel

Tabelle 2: Interdependenz-Matrix von Robert Lux

Tabelle 3: Interdependenz-Matrix von Artem Balitskiy

Tabelle 4: Interdependenz-Matrix von Paul Tschuschke

Tabelle 5: Legende Interdependenz-Matrizen

Tabelle 6: Ergebnistabelle Layoutplanungszielbewertung

Tabelle 7: Geordnete Ergebnistabelle der Layoutplanungszielbewertung

Tabelle 8: Legende zum ABC-Diagramm

Tabelle 9: Ausschussmatrix - Ausschusskoeffizienten der Betriebsmittel

Tabelle 10: Bruttobedarfsermittlung

Tabelle 11: Arbeitsgangfolgeschema

Tabelle 12: Produktionsfolgeschema der Werkstättenprinzip

Tabelle 13: Linienfertigung / Gruppenfertigung mit 6 Teilefamilien

Tabelle 14: Gruppenfertigung mit 3 Teilefamilien (Wellen, Zahnrad und gedrungene Teile)

Tabelle 15: Gruppenfertigung mit 2 Teilefamilien nach 1. Arbeitsgang

Tabelle 16: Gruppenfertigung mit 2 Teilefamilien (verzahnte und nichtverzahnte Teile)

Tabelle 17: Reihenfertigung/Gruppenfertigung mit 1 Teilefamilie

Tabelle 18: 2 Teilefamilien gleicher Arbeitsvorgänge

Tabelle 19: Bestimmung der Rüst- und Fertigungskosten

Tabelle 20: Legende Rüst-und Fertigungskostentabelle

Tabelle 21: Stundenkostensätze - Rüsten und Fertigen

Tabelle 22: Annahmen zur Losgrößenrechnung

Tabelle 23: Materialpreisberechnung

Tabelle 24: Bestimmung Losgröße XL und Losanzahl ZL

Tabelle 25: Von-Nach-Matrix

Tabelle 26: Berechnung der Betriebsmittelanzahl ABS

Tabelle 27: Berechnung der Betriebsmittelanzahl RISZ 10

Tabelle 28: Berechnung der Betriebsmittelanzahl TNC 65

Tabelle 29: Berechnung der Betriebsmittelanzahl PE 150C

Tabelle 30: Berechnung der Betriebsmittelanzahl ZX 1

Tabelle 31: Zusammenfassung der Betriebsmittelrechnung

Tabelle 32: Kapazitätsnachweis des Idealen Funktionsschemas - Gruppenfertigung mit 2 Teilefamilien

Tabelle 33: 2. Möglichkeit der Kapazitätsaufteilung

Tabelle 34: 3. Möglichkeit der Kapazitätsaufteilung - Entscheidung

Tabelle 36: Berechnung Personalbedarf Maschinenbediener

Tabelle 35: Legende Personalbedarf & Schichtverteilung

Tabelle 37: Aufteilung der Schichten je Betriebsmittel

Tabelle 38: Berechnung des Gesamtpersonalbedarfs

Tabelle 39: Berechnung des Flächenbedarfes für Fertigung und Produktion

Tabelle 40: Berechnung der Bruttogrundfläche

Tabelle 41: Variante 1 - Behältergröße 800x600x400

Tabelle 42: Variante 2 -Behältergröße 800x1000x525

Tabelle 43: Variante 3 - Behältergröße 800x1200x650

Tabelle 44: Variante 4 - Behältergröße 1000x1200x775

Tabelle 45: Transportintensitätenmatrix

Tabelle 46: Legende Transportintensitäten

Tabelle 47: Layoutplanungsziele

Tabelle 48: Nutzwertanalyse von Paul Tschuschke

Tabelle 49: Nutzwertanalyse von Artjom Balitskiy

Tabelle 50: Nutzwertanalyse von Jens Dietel

Tabelle 51: Nutzwertanalyse von Robert Lux

Tabelle 52: Arithmetisches Mittel der Gesamtnutzwerte

Tabelle 53: Mittelwerte der A-Ziele

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Ziel dieses Berichtes ist es eine statische Fabrikplanung durchzuführen.

Betrachtungsgegenstand ist die Umplanung eines Fertigungsbereichs, in welchem 6 Kleinteile für den Maschinenbau hergestellt werden sollen.

Die Vorgehensweise dieser Arbeit orientiert sich am methodischen
Planungsvorgehen nach VDI-Richtlinie 5200, welche geeignet für die Planung von Fabriken zur Stückgutproduktion ist. Die Kapitel G1 bis G6 reichen von der Vorplanung bis zu Realplanung. Der Bericht beinhaltet 60 Seiten auf welchen der Leser mittels Visualisierungen, Anmerkungen zu diesen und Fußnoten nachvollziehen kann, wie die Gruppe vorgegangen ist.

Aufgabenstellung, Datenbasis und Restriktionen sind vom Dozenten
vorgegeben worden und in der Anlage zu finden. Der Großteil der
verwendeten Tabellen und Abbildungen wurden ebenfalls vom Dozenten zur Verfügung gestellt. Ausgewählte Werte ohne ausgewiesene,
detaillierte Berechnung beruhen auf dessen langjähriger Hochschul- und
Praxiserfahrung.^[1]

In diesem Bericht sind Visio-Schablonen aus der Gruppenarbeit Bohm/Kotteck/Roemer/Marburg (2010):Gruppe C3, WiSe 2009/10 in
Einverständnis der Teilnehmer genutzt worden. Beweggründe sind:

- Nutzung von bewährten und standardisierten Vorlagen
- Qualität dieses Berichts wurde vom Dozenten als hochwertig beurteilt
- Verwendung von alten Projekten ist ausdrücklich erlaubt worden

Ferner hat die Gruppe C2 mit den Gruppen B5 (Elster, Neppert, Triegel,
Wuttke), B3 (Aksu, Dymek, Gutschke, Hein) und A5 (Altvater, Jedamzik,
Lichtenberg, Massanz) Ideen und Ergebnisse ausgetauscht, als auch fachliche Diskussionen geführt.

Der vorliegende Bericht wurde von der Gruppe C2 eigenständig und ohne fremde Hilfe erstellt.

2 G1 Vorplanung

2.1 Layoutplanungsziele

In diesem Kapitel werden geeignete^[2] Layoutplanungsziele als Einflussfaktoren in einer Interdependenz-Matrix durch paarweisen Vergleich bewertet. Ist ein Einflussfaktor wichtiger als der Verglichene wird der Wert 1 (>) gesetzt, sind beide gleich wichtig 0,5 (=), ist der erste unwichtiger der Wert 0 (<). Die daraus resultierende Zeilensumme ergibt den Wichtungsfaktor WK. Der relative
Prozentsatz der Wichtungsfaktoren ergibt das Kriteriengewicht KG. Um die
Subjektivität zu verringern wird diese Bewertung von jedem Gruppenmitglied durchgeführt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Interdependenz-Matrix von Jens Dietel

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Interdependenz-Matrix von Robert Lux

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3: Interdependenz-Matrix von Artem Balitskiy

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 4: Interdependenz-Matrix von Paul Tschuschke

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 5: Legende Interdependenz-Matrizen

Alle Wichtungsfaktoren der Ergebnisse aus den Interdependenz-Matrizen
werden in Tabelle 6 zusammengefasst und daraus die Mittelwerte gebildet, was wiederum zu gemittelten Kriteriengewichten führt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 6: Ergebnistabelle Layoutplanungszielbewertung

Die Wichtungsfaktoren aus Tabelle 6 werden nun nach absteigendendem Wert sortiert. Die Rangfolge und Priorität der Ziele ist in Tabelle 7 dargestellt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 7: Geordnete Ergebnistabelle der Layoutplanungszielbewertung

Um wesentliche Schwerpunkte zu setzen, welche die Wirtschaftlichkeit der
Planung sichern und wirkungsschwache Anstrengungen vermeiden werden die Ziele in A, B und C-Kategorien klassifiziert^[3]. Aufgrund der geringen Zielanzahl und Varianz der Wichtungsfaktoren ist die 80/20-Regel nach Pareto hier nicht gültig (!). Nach Grundig ist die Klasseneinteilung jedoch frei wählbar^[4] und wird wie folgt festgelegt: A-Ziele: 0-38%, B-Ziele: 39-67% und C-Ziele: 68-100%
kumulierte Kriteriengewichte.

Im folgenden ABC-Diagramm sind diese kumulierten Kriteriengewichte visualisiert. Durch Verbinden der Balken bildet sich die Lorenzkurve als Funktion.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: ABC-Diagramm Layoutplanungsziele

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 8: Legende zum ABC-Diagramm

Interpretation der Ergebnisse:

Im Fabrikplanungprozess entstehen oft konkurriende Zielkonflikte. Durch
Variantenplanung können Kompromisse gefunden werden. Zur Entscheidung wird die festgesetzte Rangfolge der Layoutplanungsziele herangezogen, in
welcher wesentliche von unwesentlichen Layoutplanungszielen getrennt
wurden. Den Zielen der A-Kategorie sollte besondere Aufmerksamkeit
geschenkt werden, da sie wenige an der Zahl sind und den größten Einfluss auf den Planungserfolg haben. Durch Sensitivitätsprüfung der Nutzwertanalyse in Kapitel G6 wird mithilfe der ABC-Klassifizierung ein Planungsergebnis
herbeigeführt, welches den Unternehmenserfolg sichert.

2.2 Bruttobedarfsermittlung

In der folgenden Tabelle 9 ist der Ausschusskoeffizienten KA der vorhandenen Betriebsmittel dargestellt. Der Ausschusskoeffizient ist das Verhältnis von
fehlerhafter Produktion zu gesamter Produktion^[5] Aus der Summe der
Einzelausschusskoeffizienten aller geplanten Betriebsmittel für jedes Teil, wird der Ausschusskoeffizient KA ermittelt.

Tabelle 9: Ausschussmatrix - Ausschusskoeffizienten der Betriebsmittel

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mit dem berechneten Ausschusskoeffizienten wird in Tabelle 10 der
Bruttobedarf bestimmt. Zusätzlich kommen ein Ersatzteilbedarf von 2% und eine Nacharbeitsquote von 0,04 % bei allen Teilen hinzu. Diese und die Werte in Tabelle 9 beruhen auf durchschnittlichen Erfahrungswerten aus der
betrieblichen Praxis^[6] und erhöhen die erforderliche Ausbringungsmenge soweit, dass die Kundenanforderungen erfüllt werden können.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 10: Bruttobedarfsermittlung

3 G2 Strukturplanung

3.1 Prinzipplanung

3.1.1 Grobauswahl

Bei der Grobauswahl wird das Produktionsprogramm nach Art, Menge und
Frequenz des Sortiments betrachtet. Die daraus ermittelte Fertigungsart engt die Auswahl der Fertigungsprinzipien ein. Die Bruttoproduktionsmenge liegt zwischen 23.200 und 30.300 Stück/Jahr was einer Mittelserienfertigung
entspricht. Als Fertigungsprinzipien kommen demnach die im Parallelogramm rot eingerahmten Felder in Frage.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Grobauswahl der Fertigungsprinzipien^[7]

Folgende in Frage kommenden Fertigungsprinzipien nach Abbildung 2 wurden wie folgt diskutiert und durch kritische Betrachtung ausgeschlossen:

- BAZ, flexible Fertigungszelle: Die Betriebsmittel sind in den
Arbeitsplänen vorgegeben, eine Fertigungszelle ist darin nicht enthalten und somit auszuschließen
- Flexibles Fertigungssystem: Liegt an der oberen Grenze nach
Stückzahl/Jahr -> Wirtschaftlich nicht sinnvoll -> Planungsgrundsatz!

Werkstättenprinzip, Gruppenfertigung(-insel) und Reihenfertigung bleiben somit als geeignete Fertigungsprinzipien übrig, welche in der Feinauswahl näher
betrachtet werden.

3.1.2 Feinauswahl

Innerhalb der Feinauswahl werden zunächst die geometrischen, anschließend die technologischen Merkmale ausgewertet, um als Ergebnis Teilefamilien zu bilden.

Durch die Betrachtung der technischen Zeichnungen^[8] und der konstruktiven Merkmale der Werkstücke lassen sich drei Teilefamilien bilden:

1. Teilefamilie: Wellen / Zahnstange

- Teil 2 Zahnstange
- Teil 6 Schneckenwelle
- Teil 9 Welle

2. Teilefamilie: Zahnrad

- Teil 8 Zahnrad

3. Teilefamilie: Kleinteile

- Teil 12 Überwurfmutter
- Teil 14 Buchse

Nach dem Planungsgrundsatz „Variantenprinzip“ sind auch folgende
Teilefamilien möglich und als Option zu betrachten:

1. Teilefamilie: Wellen / Zahnstange (schlanke Teile)

- Teil 2 Zahnstange
- Teil 6 Schneckenwelle
- Teil 9 Welle

2. Teilefamilie: Kleinteile (gedrungene Teile)

- Teil 8 Zahnrad
- Teil 12 Überwurfmutter
- Teil 14 Buchse

Eine weitere Variante nach Geometrieaspekten ist:

1. Teilefamilie: Verzahnte Teile

- Teil 2 Zahnstange
- Teil 6 Schneckenwelle
- Teil 8 Zahnrad

2. Teilefamilie: Nichtverzahnte Teile

- Teil 12 Überwurfmutter
- Teil 14 Buchse
- Teil 9 Welle

Im nächsten Schritt werden mit Hilfe von Arbeitsplänen^[9]
Arbeitsgangfolgeschemata erstellt und zur technologischen Analyse herangezogen. Zudem werden so die Materialflüsse aggregiert und übersichtlich
dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 11: Arbeitsgangfolgeschema

Eine mögliche Variante ist die verrichtungsorientierte Werkstattfertigung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 12 : Produktionsfolgeschema der Werkstättenprinzip

Als nächstes werden Teilefamilien nach technologischen Gesichtspunkten
gebildet. Bei dieser Betrachtung ist ausschließlich die Ähnlichkeit der
Arbeitsgangfolgen zu berücksichtigen.

Eine Möglichkeit zur Einteilung, ist es jedem Teil eine eigene Familie zu
zuordnen, was einer Linienfertigung entspricht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 13: Linienfertigung / Gruppenfertigung mit 6 Teilefamilien

[...]

---

^[1] Unterlagen über die folgende URL abrufbar: http://www.uwe-pret.de/fabrikplanung.htm, - am: 22.02.2011

^[2] Übernommen aus: Pret, Uwe: Fabrikplanung (Übung) - komplexes Fallbeispiel. http://www.uwe-pret.de/fabrikplanung/skripte/stapel3/getriebe.pdf, am: 20.02.2011

^[3] Olfert, Rahn (2008): Lexikon der Betriebswirtschaftslehre. 6.Auflage. Kiehl Verlag. Ludwigshafen.

^[4] Grundig, C.G. (2009) : Fabrikplanung. 3. Neu bearbeitete Auflage, HANSER_VERLAG, München. S. 62

^[5] Pepels (2008): Expert Praxislexikon, Betriebswirtschaftliche Kennzahlen. Expert Verlag

^[6] Pret, Uwe: Übungsbegleitendes Skript M1 , http://www.uwe-pret.de/modul1, - am: 20.02.2011

^[7] Wiendahl, H.-P. (2008): Betriebsorganisation für Ingenieure. 6.,aktualisierte Auflage HANSER_VERLAG, München.

^[8] Siehe Anhang: Abbildung 42, Abbildung 43 und Abbildung 44

^[9] Siehe Abbildung 40: Anlage 5 -Arbeitspläne