Systematische Analyse bestehender Methoden zur Effizienzsteigerung von Fertigungs- und Montagesystemen

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einführung

2 Effektivität und Effizienz
2.1 Effektivität
2.2 Effizienz
2.3 Effizienz in der Fertigung

3 Zuverlässigkeit
3.1 Zuverlässigkeitsanforderungen
3.2 Verfügbarkeit
3.2.1 Arten der Verfügbarkeit
3.2.2 Kenngrößen der Verfügbarkeit
3.3 Instandhaltbarkeit
3.3.1 Instandhaltung
3.3.2 Kenngrößen der Instandhaltbarkeit
3.3.3 Kenngrößen der Funktionszuverlässigkeit

4 Bestehende Methoden zur Effizienzsteigerung
4.1 Flexibilität und schnelle Reaktionszeit
4.1.1 Marktorientierte Montagestrukturen
4.1.2 Mitarbeiterorientierte Montage
4.2 Zuverlässigkeit
4.2.1 Organisatorische Verfügbarkeit
4.2.2 Technische Verfügbarkeit
4.3 Instandhaltung
4.3.1 Ausfallbedingte Feuerwehrstrategie
4.3.2 Periodisch vorbeugende Präventivstrategie
4.3.3 Zustandsabhängige vorbeugende Inspektionsstrategie
4.3.4 Outsourcing von Instandhaltungstätigkeiten
4.3.5 Integration der Instandhaltung
4.4 Systemverfügbarkeit
4.4.1 Erhöhung der Zuverlässigkeit einzelner Komponenten
4.4.2 Aufhebung starrer Verbindungen
4.4.3 Puffer zwischen Teilsystemen
4.4.4 Redundanzen
4.4.5 Höherer Instandhaltungsaufwand
4.5 Präventives Qualitätsmanagement
4.5.1 FMEA
4.5.2 Fehlerbaumanalyse
4.5.3 Ergebnisablaufanalyse
4.5.4 Boolesche Methode
4.5.5 Markoff-Methode
4.6 Überwachungs- und Diagnosesysteme
4.6.1 Fertigungsleittechnik
4.6.2 Expertensysteme
4.7 Effizienzsteigerung technischer Ressourcen
4.7.1 Verwendung hochwertiger Materialien
4.7.2 Test der Bauteile
4.7.3 Modularer Aufbau
4.8 Anwendungsgerechtes Konstruieren
4.8.1 Ansätze für Verfügbarkeitssteigerung
4.8.2 Ansätze für Verbesserung der Instandhaltbarkeit

5 Bewertung bestehender Methoden zur Effizienzsteigerung
5.1 Herstellerseite
5.1.1 Effizienzsteigerung technischer Ressourcen
5.1.2 Anwendungsgerechtes Konstruieren
5.1.3 Präventives Qualitätsmanagement
5.1.4 Überwachungs- und Diagnosesysteme
5.2 Anwenderseite
5.2.1 Flexibilität und schnelle Reaktionszeit
5.2.2 Instandhaltung
5.2.3 Systemverfügbarkeit
5.2.4 Präventives Qualitätsmanagement
5.2.5 Überwachungs- und Diagnosesysteme

6 Einordnung und Bewertung der Vorgehensweise
6.1 Während der Konstruktionsphase
6.2 Während des Betriebes
6.2.1 Reduzierung der Ausfallrate
6.2.2 Verbesserung der Instandsetzungsrate

7 Erarbeitung von Strategien zur Effizienzsteigerung der Demontage.
7.1 Sonderforschungsbereich 281 der TU-Berlin
7.2 Effizienzsteigerung von Demontageprozessen
7.2.1 Flexibilität und schnelle Reaktionszeit
7.2.2 Instandhaltung
7.2.3 Systemverfügbarkeit
7.2.4 Präventives Qualitätsmanagement
7.2.5 Expertensysteme
7.2.6 Effizienzsteigerung technischer Ressourcen
7.2.7 Anwendungsgerechtes Konstruieren
7.3 Demontagegerechte Produktgestaltung
7.4 Planung der Demontage

8 Fazit

9 Literatur

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 3-1: Einteilung der Zuverlässigkeit [VDI 4004 Blatt 3]

Abbildung 3-2: Verfügbarkeitsbegriffe [VDI 4004 Blatt 4]

Abbildung 3-3: Unterteilung der Instandhaltung [DIN 31051]

Abbildung 3-4: Kenngrößen der Ausfallwahrscheinlichkeit [LAN92]

Abbildung 3-5: Funktionsverlauf Ausfallrate λ(t) [BER90]

Abbildung 4-1: MAMOS - Montagemodell [FEL02]

Abbildung 4-2: Trends und Anforderungen an Montagesysteme [FEL02]

Abbildung 4-3: wandlungsfähiges Montagesystem [FEL02]

Abbildung 4-4: mittlere Ausfall- und Nebennutzungsanteile [MIL94]

Abbildung 4-5: ganzheitliches Produktionssystem [KOR04]

Abbildung 4-6: Funktionen der Instandhaltungsvorbereitung [SEU00]

Abbildung 4-7: Methoden des präventiven Qualitätsmanagements [EBN95]

Abbildung 4-8: Ausfallhäufigkeiten von Funktionsbereichen [EBN95]

Abbildung 5-1: Methoden der Effizienzsteigerung

Abbildung 7-1: Motivation und Rahmenbedingungen des Recyclings [MEE98]

Abbildung 7-2: Bereiche des sfb 281 [SEL03]

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 5

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einführung

Durch den immer stärker werdenden Wettbewerb der Unternehmen ist es wichtiger geworden, „Erfolg“ zu haben. Ein Unternehmen, welches keinen Erfolg hat, kann sich nicht auf dem Markt durchsetzen und erwirtschaftet Verluste. Eine Möglichkeit der Untersuchung von Prozessen auf ihren Erfolgsbeitrag ist die Effizienz, die im Laufe der Arbeit vorgestellt und untersucht werden soll. Prozesse, die effizient sind, leisten einen positiven Beitrag zum Unternehmensgewinn.

Nach einleitenden Definitionen zu den verwendeten Begriffen und Kenngrößen erfolgt eine Vorstellung der in der Literatur beschriebenen Methoden zur Effizienzsteigerung. Im Rahmen der Fertigung ist die Zuverlässigkeit von Produktionsanlagen ein wesentlicher Kernpunkt der Effizienzbetrachtung. Sie lässt sich in die organisatorische und technische Verfügbarkeit unterteilen, wobei der Schwerpunkt der Arbeit auf den Methoden zur Steigerung der technischen Verfügbarkeit liegt.

Im Anschluss an die Vorstellung erfolgt eine Einteilung und Bewertung der einzelnen Methoden. Im darauf folgenden Kapitel werden dann die Methoden untereinander verglichen und eine Empfehlung hinsichtlich der Kombination gegeben. Zum Schluss erfolgt ein Ausblick auf das Recycling von Produkten, das durch das stärker werdende Umweltbewusstsein der Menschen und die Verknappung von Rohstoffen immer mehr an Bedeutung gewinnt. Hier werden die Besonderheiten der Demontage aufgezeigt und die Übertragbarkeit der vorgestellten Methoden auf die Demontageprozesse analysiert. Zum Schluss erfolgt noch eine kurze Vorstellung des Sonderforschungsbereichs 281 der Technischen Universität Berlin, in dessen Rahmen diese Arbeit zu sehen ist.

2 Effektivität und Effizienz

Im Rahmen der Unternehmensanalyse wird die generelle Eignung der Unternehmensbereiche auf ihren Beitrag hin zum Unternehmenserfolg untersucht und der Zusammenhang zwischen Ressourceneinsatz und Erfolgsbeitrag betrachtet [HIN97]. Organisationseinheiten, die keinen positiven Beitrag zum Unternehmenserfolg leisten, werden auf ihre Notwendigkeit zur Produkterbringung hin analysiert und gegebenenfalls aus dem Unternehmen ausgegliedert. Ist ihr Verbleib im Unternehmen zwingend notwendig, so werden Maßnahmen zur Verringerung des negativen Beitrages ergriffen. In der Vergangenheit sind deshalb Ansätze zur Bewertung des Erfolgsbeitrages und dem damit verbundenen Ressourceneinsatz entwickelt worden [HIN97], in deren Zusammenhang vielfach die Begriffe ’Effektivität’ und ’Effizienz’ Verwendung finden. Beide Begriffe stammen aus dem Lateinischen, sind auf den gleichen Wortstamm (lat. efficere: bewirken, beeinflussen) zurückzuführen und stehen im Zusammenhang mit der Existenz von Zielen [HIN97]. Effektivität beschreibt, ob man etwas richtig macht und Effizienz drückt aus, wie man etwas richtig macht [SCH03].

In der deutschsprachigen Literatur und dem allgemeinen Sprachgebrauch werden beide Begriffe jedoch häufig synonym verwendet [COR95] und allgemein als „ ...Wirksamkeit und Grad der Eignung (Beziehung zwischen Kosten und Nutzen) von Handlungen im Hinblick auf vorgegebene Ziele... “ [BER92] bezeichnet.

Eine weitere Definition für Effektivität als eine mit den Unternehmenszielen übereinstimmende Auswahl von Methoden und Maßnahmen (to do the right things) und Effizienz als eine möglichst günstige Gestaltung der Output-Input- Verhältnisse bei gegebener Methoden- bzw. Maßnahmenauswahl (to do the things right) ist in der Literatur zu finden [EVE96].

Eine andere Interpretation des Begriffes Effektivität definiert ihn als „ grundsätzliche Eignung einer organisatorischen Maßnahme, ein angestrebtes Ziel zu erfüllen “ und Effizienz als den „ Sachverhalt, das definierte Ziel mit möglichst geringem Einsatz von Ressourcen zu erreichen “ [THO67]. Eine weitere Definition beschreibt einen Prozess als effektiv, wenn die Kundenbedürfnisse erfüllt sind und effizient, wenn dies mit minimalem Aufwand erfolgt [JUR93].

Zusammengefasst werden im weiteren Verlauf der Arbeit die folgenden Definitionen verwendet:

2.1 Effektivität

Effektivität ist ein Bewertungsmaßstab für den Nutzen, den eine Methode, eine Maßnahme oder eine eingesetzte Kapazität zur Erfüllung des angestrebten Erfolgsziels beigetragen hat [HIN97]. Sie wird im Nachhinein anhand von quantifizierbaren Erfolgsgrößen bestimmt, für die vorher Ziel- und Erfüllungswerte ermittelt wurden. Eine Bewertung der Effektivität erfolgt vielfach über den Zielerfüllungsgrad als Kennzahl, mit dem der relative Erfolg bezüglich der gewählten Erfolgsgröße ermittelt wird.

Zielerfüllungsgrad =

2.2 Effizienz

Bei der Effizienz wird nicht nur der Beitrag zum Erfolg berücksichtigt, sondern auch noch der damit zusammenhängende Ressourceneinsatz in Form von Aufwand [HIN97]. Somit gibt die Effizienz die Relation von Effektivität zu Aufwand an.

Effizienz =

Beispiele für eine auf diese Weise definierte Effizienz sind die Produktivität oder die Wirtschaftlichkeit als Kennzahlen für den Erfolgsbeitrag.

Unter der „Produktivität“ versteht man die „ ...in Mengen -und/oder Zeiteinheiten ausgedrückte Wirtschaftlichkeit... “ [SCH03]. Sie gibt das Verhältnis von Produktionsfaktoren zu Ausbringungseinheiten in Stück oder als Menge je Zeiteinheit (z.B. 3 Fahrräder je Stunde) an. Die „Wirtschaftlichkeit“ beschreibt das wertmäßige Verhältnis von Produktionsfaktoren zur Ausbringungsmenge und gibt den Gewinn, Umsatz, etc. an [SCH03]. Eine so festgelegte Kenngröße gibt aber keinen Aufschluss, inwieweit die Effektivität gesteigert oder der Aufwand verringert werden muss, um eine Effizienzsteigerung zu erzielen. So ist es bei gleichem Effizienzwert möglich, mit einem hohen Aufwand das angestrebte Ziel zu erreichen oder mit einem im Verhältnis geringeren Aufwand das angestrebte Ziel nicht ganz zu erreichen. Deshalb müssen für eine eindeutige Effizienzbewertung die Effektivität und der Aufwand getrennt voneinander erfasst werden und deren Relation zueinander im Nachhinein bestimmt werden [HIN97].

Nach dem Vernunftsprinzip (auch Rationalprinzip genannt) ist ein gegebenes Ziel mit einem möglichst geringen Einsatz von Mitteln zu erreichen. Daraus folgt [WÖH00], dass entweder eine Optimierung der Effektivität und damit verbunden eine optimale Zielerfüllung bei gegebenem Ressourceneinsatz anzustreben ist (Maximalprinzip) oder bei vorgegebener Effektivität der Ressourceneinsatz und damit der Aufwand minimiert werden soll (Minimalprinzip). Auf welche der beiden Arten der Unternehmenserfolg und damit die Effizienz wirkungsvoll gesteigert werden kann, ist unternehmensspezifisch zu analysieren [HIN97].

2.3 Effizienz in der Fertigung

Während der letzten Jahre sind die Anforderungen an Fertigungs- und Montagesysteme enorm gestiegen [TÖN97]. Durch immer kürzere Innovationszeiten, größere Variantenvielfalt, kleinere Losgrößen und sinkende Lagerbestände kommt es zum vermehrten Einsatz vom hochautomatisierten, verketteten Fertigungs- und Montageanlagen. Ergebnisse dieser Entwicklung sind wachsende Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Systemkomponenten. Eine Effektivitätssteigerung bedeutet hier die Erhöhung der Flexibilität der Maschine im Hinblick auf die Bearbeitung einer gestiegenen Variantenvielfalt. Die Effizienzsteigerung betrachtet die wirtschaftliche Fertigung auch kleinerer Losgrößen in kürzeren Zeiten [TÖN97].

3 Zuverlässigkeit

Die Zuverlässigkeit ist definiert als „ ...Beschaffenheit einer Einheit bezüglich ihrer Eignung, während oder nach vorgegebenen Zeitspannen bei vorgegebenen Anwendungsbedingungen die Zuverlässigkeitsanforderungen zu erfüllen... “ [DIN 40041].

Sie beschreibt die Eigenschaft, funktionstüchtig zu bleiben und ist definiert als „ ...die Wahrscheinlichkeit, dass ein Werkstoff, Bauteil oder System seine bestimmungsgem äß e Funktion für eine bestimmte Gebrauchsdauer unter den gegebenen Funktions- und Beanspruchungsbedingungen ausfallfrei, d.h. ohne Versagen erfüllt “ [CZI96]. Die Zuverlässigkeit von Systemen lässt sich in organisatorische Verfügbarkeit und technische Verfügbarkeit einteilen ( Abbildung 3-1), die technische Verfügbarkeit wiederum in die Überlebensfähigkeit und die Instandhaltbarkeit [VDI 4004 Blatt 3].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-1: Einteilung der Zuverlässigkeit [VDI 4004 Blatt 3]

3.1 Zuverlässigkeitsanforderungen

Unter Zuverlässigkeitsanforderungen versteht man die „ Gesamtheit der betrachteten Einzelanforderungen an die Beschaffenheit einer Einheit, die das Verhalten der Einheit während oder nach vorgegebenen Zeitspannen bei vorgegebenen Anwendungsbedingungen betreffen und zwar in der betrachteten Konkretisierungsstufe der Einzelanforderungen “ [DIN 40041].

3.2 Verfügbarkeit

Die Verfügbarkeit besagt, ob ein Werkstoff, Bauteil oder System unter vorher festgelegten Bedingungen für eine vorgesehene Aufgabe bei Bedarf tatsächlich eingesetzt werden kann [VDI 4004 Blatt 4]. Dies ist eine quantitative Definition als Wahrscheinlichkeit, dass zum Zeitpunkt der Betrachtung keine wesentlichen Störungen vorliegen, die eine funktionsgemäße Erfüllung der gestellten Aufgabe verhindern.

Die Verfügbarkeit lässt sich analog VDI 4004 Blatt 4 in verschiedene Begriffe ( Abbildung 3-2) einteilen [LAN92]:

- innere (theoretische) Verfügbarkeit Berücksichtigt ausschließlich technische Ausfall- und Instandsetzungsvorgänge.
- eingeprägte (technische) Verfügbarkeis Betrachtet zusätzlich Verschleißvorgänge und zugeordnete präventive Instandhaltungsmaßnahmen.
- operationelle (systembedingte) Verfügbarkeit Betrachtet zusätzlich systeminterne, eigenbedingte Störungen,administrative, organisatorische und logistische Verzögerungen und Wartezeiten.
- praktische (gesamte) Verfügbarkeit Betrachtet zusätzlich alle anderen, insbesondere fremdbedingte Nichtverfügbarkeitsgründe wie Streiks oder höhere Gewalt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-2: Verfügbarkeitsbegriffe [VDI 4004 Blatt 4]

Nach DIN 40041 versteht man unter Verfügbarkeit das Verhältnis der mittleren Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen zur Summe aus mittlerer Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen und mittlerer Störungsdauer. Eine Störung des Systems ist die Folge eines aufgetretenen Fehlers.

Ein Fehler ist „… eine Nichterfüllung vorgegebener Forderungen durch einen Merkmalswert …“ [DIN 55350 Teil 31], bzw. eine „… unzulässige Abweichung eines Merkmals …“ [DIN 40041].

Hierbei werden Fehlerarten anhand ihrer Auswirkungen wie folgt unterschieden [DIN 55350 Teil 31]:

- kritischer Fehler

Ein Fehler, von dem anzunehmen oder bekannt ist, dass er voraussichtlich die Erfüllung der Funktion einer größeren Anlage verhindert. Dies führt zu einem Totalausfall des Systems.

- Hauptfehler

Nicht kritischer Fehler, der voraussichtlich zu einem Ausfall führt oder die Brauchbarkeit für den vorgesehenen Verwendungszweck wesentlich herabsetzt. Dies führt zu Einschränkungen aber nicht zu einem Totalausfall.

- Nebenfehler

Ein Fehler, der die Brauchbarkeit für den vorgesehenen Verwendungszweck nicht wesentlich herabsetzt, oder ein Abweichen von der geltenden Festlegung, was den Gebrauch oder Betrieb der Einheit nur geringfügig beeinflusst. Dies führt zu Qualitätsverlusten, aber zu keiner Einschränkung.

3.2.1 Arten der Verfügbarkeit

Die Verfügbarkeit lässt sich in zwei große Bereiche einteilen; die organisatorische Verfügbarkeit und die technische Verfügbarkeit [LAN92]. Die organisatorische Verfügbarkeit fasst sämtliche organisatorische, administrative und logistische Vorgänge zusammen. Unter der technischen Verfügbarkeit versteht man die eingeprägte Verfügbarkeit [VDI 4004 Blatt 4], die sämtliche technischen Ausfall- und Instandsetzungsvorgänge sowie Verschleißvorgänge und damit verbundenen präventiven Instandhaltungsmaßnahmen beinhaltet.

3.2.2 Kenngrößen der Verfügbarkeit

Für die Kenngrößen der Verfügbarkeit gelten unter Berücksichtigung der Kenngrößen für Instandhaltbarkeit (siehe Kapitel 3.3.2) und Funktionszuverlässigkeit (siehe Kapitel 3.3.3) die folgenden abgeleiteten Größen unter den Voraussetzungen einer konstanten Instandsetzungsrate µ(t)=µ, einer konstanten Ausfallrate λ(t)= λ und der Unabhängigkeit vom Ausfallund Instandsetzungsprozess.

- Innere Verfügbarkeit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Eingeprägte Verfügbarkeit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei der eingeprägten Verfügbarkeit wird zusätzlich zur inneren Verfügbarkeit noch der Anteil der mittleren Unklarzeit für präventive Instandhaltungsmaßnahmen (MRDP) an der MTBF berücksichtigt.

- Operative Verfügbarkeit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei der operativen Verfügbarkeit wird zusätzlich zur eingeprägten Verfügbarkeit noch der Anteil mittleren Unklarzeit durch innere bzw. administrative Vorgänge (MRDA) an der MTBF berücksichtigt.

- Praktische Verfügbarkeit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei der praktischen Verfügbarkeit wird zusätzlich zur operativen Verfügbarkeit noch der Anteil der mittleren Unklarzeit durch externe bzw. logistische Vorgänge (MRDL) an der MTBF berücksichtigt.

3.3 Instandhaltbarkeit

Unter der Instandhaltbarkeit wird die Eignung einer Anlage, eines Systems oder einer Komponente verstanden, unter spezifischen Bedingungen instand gehalten zu werden [VDI 4004 Blatt 3]. Zu den spezifischen Bedingungen zählen die administrativen und logistischen Bedingungen des Instandhaltungskonzeptes sowie die Umwelt- und Einsatzbedingungen.

3.3.1 Instandhaltung

Zur Instandhaltung werden sämtliche Maßnahmen administrativer oder technischer Art gezählt, die während des gesamten Lebenszyklus der betrachteten Anlage, des Systems oder der Komponente zur Sicherung und zum Erhalt der Funktionsfähigkeit sowie zur Rückführung zu diesem dienen [DIN 31051]. Hierzu gehört ebenfalls eine Abstimmung der Unternehmensziele mit den Instandhaltungszielen und die Festlegung entsprechender Strategien. So macht es beispielsweise keinen Sinn, eine Anlage aufwändig instand zu setzen, wenn die Unternehmensstrategie sowieso einen Wechsel zu einer neuen Technologie und damit einhergehenden Ersetzung der alten durch eine neue Anlage vorgibt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-3: Unterteilung der Instandhaltung [DIN 31051]

Die Instandhaltung lässt sich in folgende Bereiche einteilen ( Abbildung 3-3):

- Wartung: Maßnahmen zur Verzögerung des Abbaus des vorhandenen Abnutzungsvorrates
- Inspektion: Maßnahmen zur Ermittlung des Ist-Zustandes einschließlich der Ursachenbestimmung für Abnutzungen und der Ableitung notwendiger Konsequenzen
- Instandsetzung: Maßnahmen zur Rückführung in den funktionsfähigen Zustand ohne Verbesserungen
- Verbesserung: Maßnahmen zur Steigerung der Funktionseigenschaften ohne Änderung der Funktion

3.3.2 Kenngrößen der Instandhaltbarkeit

Mit den Kenngrößen der Instandhaltbarkeit wird der Erhaltungs- und Wiederherstellungsprozess beschrieben, dem alle vorsorglichen und behebenden Instandhaltungsmaßnahmen zugeordnet werden können. Sie beschreiben den Erneuerungsprozess, der dem Verschlechterungsprozess entgegenwirkt [LAN92].

- Instandsetzbarkeitswahrscheinlichkeit

Hiermit ist die Wahrscheinlichkeit gemeint, mit der innerhalb einer festgelegten Zeit unter definierten Bedingungen eine bestimmte Instandsetzungsarbeit erfolgreich erledigt wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Instandsetzungsrate

Hierunter versteht man die Wahrscheinlichkeit, dass innerhalb eines

Zeitraumes die Instandsetzung der betrachteten Systemeinheit beendet ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Mittlere Instandsetzungsdauer

Die mittlere Instandsetzungsdauer, auch Mean Time To Repair (MTTR) genannt, gibt die Zeit an, die im Mittel vergeht, bis der betrachtete Instandsetzungsvorgang beendet ist. Mit der Annahme einer konstanten Instandsetzungsrate gilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.3.3 Kenngrößen der Funktionszuverlässigkeit

Unter der Funktionszuverlässigkeit werden das Ausfall-/Versagensverhalten und das Instandsetzungs-/Korrekturverhalten zusammengefasst [LAN92].

- Ausfallwahrscheinlichkeit

Sie gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit die zu betrachtende Funktionseinheit innerhalb eines festgelegten Zeitraumes ausfällt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Ü berlebenswahrscheinlichkeit

Sie ist das Komplement (Gegenstück) zur Ausfallwahrscheinlichkeit und gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit die betrachtete Funktionseinheit nicht ausfällt bzw. ihre vorgeschriebene Lebensdauer erreicht. R(t) = 1 − F(t)

- Ausfalldichte

Sie beschreibt die Anzahl der Ausfälle als Funktion der Zeit und ergibt sich als Ableitung der Ausfallwahrscheinlichkeit nach der Zeit. Die Fläche unter der Kurve entspricht der Wahrscheinlichkeit, mit der die betrachtete Einheit innerhalb des Zeitraumes ausfällt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Ausfallrate

Sie gibt an, wie viele der noch intakten Funktionseinheiten innerhalb der nächsten Zeiteinheit ausfallen werden und lässt sich als Maß für die Ausfallwahrscheinlichkeit interpretieren unter der Bedingung, dass die betrachtete Einheit bis zu diesem Zeitpunkt überlebt hat. Die Ausfallrate wird aufgrund von Erfahrungswerten bestimmt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-4: Kenngrößen der Ausfallwahrscheinlichkeit [LAN92]

Die Ausfallrate lässt sich in drei Arten von Ausfällen einteilen [LAN92]/[BER90]. Den Frühausfällen, bedingt durch anfängliche Schwachstellen, folgen die Zufallsausfälle und zum Ende des Lebenszyklus kommen die Verschleißausfälle hinzu (

Abbildung 3-5).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-5: Funktionsverlauf Ausfallrate λ(t) [BER90]

Zu den Frühausfällen zählen beispielsweise Montagefehler, Fertigungsfehler, Werkstofffehler oder eklatante Konstruktionsfehler. Zufallsausfälle treten durch Bedienungsfehler, Schmutzpartikel oder Wartungsfehler auf. Die Verschleißbzw. Ermüdungsausfälle sind auf Dauerbruch, Alterung, Grübchen etc. zurückzuführen [BER90].

Ein für die Verfügbarkeitsbetrachtungen angewendeter Sonderfall betrachtet eine konstante Ausfallrate, d.h. man befindet sich im mittleren Abschnitt.

Für instand zu setzende Systemeinheiten gibt es weitere zu betrachtende Zuverlässigkeitswerte [LAN92]:

- Mittlere Betriebsdauer zwischen zwei Ausfällen (MTBF) Die MTBF gibt den Erwartungswert der Verteilung der Betriebsdauern zwischen zwei aufeinander folgenden Ausfällen an. Sie beschreibt den Zeitraum von der letzten Instandhaltung bis zum nächsten Ausfall.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

- Mittlere Klardauer (Mean Up Time)

Die MUT gibt die Anwendungsdauer an, in der sich das betrachtete System in der Anwendung befindet und von keinem Versagen unterbrochen ist.

- Mittlere Unklardauer

Die mittlere Unklardauer beschreibt den Zeitraum vom Ausfall eines betrachteten Systems bis hin zur Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit.

- Mittlere Störungsdauer (Mean Down Time)

Die MDT gibt den Zeitraum von einer Störung bis hin zum Wiedereinsatz nach der Instandsetzung an.

4 Bestehende Methoden zur Effizienzsteigerung

In der Vergangenheit wurden Maßnahmen zur Effizienzsteigerung weitestgehend in der Aufbauorganisation durch Gemeinkosten-Wertanalysen durchgeführt [ADA96]. Effizienzsteigerungen wurden vorwiegend durch die Reduzierung von Mitarbeiterzahlen und Outsourcing erreicht. Heutzutage sind die Potentiale im Re-Engineering, dem Re-Design und der Revitalisierung zu finden. Daraus abgeleitet bedeutet dies, dass die Abläufe gut und effizient gestaltet sein müssen. Dazu ist es jedoch erforderlich, sie erst einmal transparent als Abläufe oder Geschäftsprozesse aufzuzeigen. Erst wenn dies geschehen ist, können die Prozesse optimiert werden [ADA96].

Dies führt zu schlanken Abläufen und effizienten Prozessen durch eine Ausrichtung des Unternehmens auf Ablauforganisationen, die auf die Implementierung von Qualitätsmanagementsystemen zurückzuführen sind und eine wichtige Vorraussetzung für effizientes Wirtschaften sind. In den Normen DIN EN ISO 9000-9004 sind Ansätze vorhanden, die die Unternehmen zu einer fehlerfreien Produktion durch qualitätsfähige Abläufe befähigen und somit zu einer Vermeidung von Fehlerkosten führen, die als Blindleistungen in die Gewinn- und Verlustrechnung eingehen und unnötig den Gewinn schmälern würden [ADA96]. Weitere Möglichkeiten zur Erhöhung der Effizienz sind die Verbesserung der Instandhaltung, der Verfügbarkeit und der Zuverlässigkeit von Systemkomponenten [TÖN97]. Ebenso können Effizienzsteigerungen durch ein präventives Qualitätsmanagement, eine flexible und schnelle Reaktionszeit, den Einsatz von Überwachungs- und Diagnosesystemen oder die Verwendung von Expertensystemen erzielt werden.

Mit der Weitergabe von Kostendegressionseffekten seitens der Hersteller von Produktionssystemen durch anwendungsgerechtes Konstruieren oder durch eine Effizienzsteigerung der technischen Ressourcen kann der Aufwand gemindert und damit die Effizienz ebenfalls gesteigert werden. Die eben genannten Methoden sollen im Folgenden näher erläutert werden.

4.1 Flexibilität und schnelle Reaktionszeit

Die Montage hat innerhalb der Produktion einen besonderen Stellenwert. Sie hat starken Einfluss auf die Produktivität und den Markterfolg eines Unternehmens, da hier die Gesamtfunktion des Produktes realisiert wird, und ist aus logistischer Sicht der terminbestimmende Schritt hin zum Kunden. Im letzen Jahrhundert überwog der klassische Anbietermarkt. Die Unternehmen fertigten ihre Produkte anhand der optimalen Losgröße und das Angebot bestimmte die Nachfrage. In diesem Jahrhundert hat sich das geändert; der Kunde fordert jetzt Produkte, die seinen individuellen Bedürfnissen und Wünschen entsprechen [SEI92]. Dies führt dazu, dass ständig neue Anbieter mit immer mehr Innovationen auf den Markt drängen und so die Konkurrenz ebenfalls zur Entwicklung neuer Produkte zwingen [FEL02], wollen diese nicht vom Markt gedrängt werden. Um sich langfristig die Treue der Stammkundschaft zu sichern, die entscheidend für das Überleben eines Unternehmens ist, ist eine Ausrichtung auf den Kunden zwingend notwendig. Eine Folge dieser Entwicklung ist ein turbulenter dynamischer Markt, der von immer kürzer werdenden Innovations- und Produktlebenszyklen und Produkten, die ein breites, an Kundenwünsche angepasstes Variantenspektrum abdecken, geprägt ist. Durch die vom Kunden geforderten immer kürzer werdenden Lieferzeiten sowie die große Variantenvielfalt und nicht vorhersagbaren Nachfragemengen werden an die Produktionssysteme hohe Anforderungen an die Flexibilität, die Variantenvielfalt und die Rentabilität bei stark schwankenden Losgrößen gestellt [HIN87].

Dem gegenüber stehen die Rationalisierungserfolge der letzten Jahre durch hohe Automatisierungsgrade der Produktionssysteme, die eine gleich bleibende hohe Auslastung bei geringer Variantenvielfalt zu einer wirtschaftlichen Produktion benötigen. Unternehmen, die früher viel in hochautomatisierte Anlagen investiert haben, gehen mittlerweile wieder dazu über, in Konzepte mit einem reduzierten Automatisierungsniveau zu investieren.

So hat beispielsweise Volkswagen in Wolfsburg erkannt [LAY01], dass ihr System durch die hohe Komplexität extrem unflexibel geworden ist und dem anfangs erhofften wirtschaftlichen Vorteil jetzt hohe Kosten durch Verkettungsverluste, Stillstandszeiten, hohen technischen Wartungsaufwand und hohe Umrüstkosten gegenüberstehen. Somit ist trotz aller erreichten Einsparungen durch die Automatisierung der motivierte Mitarbeiter aufgrund der hohen Flexibilität und schnellen Reaktionsfähigkeit eine echte Alternative [FEL02]. Mit flexiblen Arbeitszeitmodellen, der konsequenten Umsetzung arbeitswissenschaftlicher Erkenntnisse und der Auslegung von gemischten Systemen der Teilautomatisierung (so genannte hybride Systeme) sind auch in Hochlohnländern leistungsfähige Konzepte möglich. Die personenbasierten Montagesysteme bieten eine hohe Mengen- und Variantenvielfalt und gleichzeitig können betroffene Arbeitsplätze gesichert werden. Zur Umsetzung von flexiblen, an der Nachfrage auf dem Markt orientierten Montagestrukturen eignen sich hybride Montagesysteme.

4.1.1 Marktorientierte Montagestrukturen

Führende Forschungsinstitute und Industriebetriebe haben in einer vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in Auftrag gegebenen Studie „MAMOS - Marktorientierte Montagestrukturen“ [MAM04] innovative Ansätze und effektive Vorgehensweisen zur beschäftigungsförderlichen Rationalisierung entwickelt [FEL02].

Mit Hilfe des MAMOS Montagemodells(Abbildung 4-1) können Kleine und Mittelständische Unternehmen (KMU) die spezifischen Beiträge der Montage zur Unternehmensstrategie herausarbeiten und durch eine geeignete Montagestrategie, die auf Mitarbeiterkompetenzen basiert, Zeitersparnisse, Kostenvorteile und Qualitätsvorsprünge erzielen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4-1: MAMOS - Montagemodell [FEL02]

Im Rahmen der Risikominimierung sind die KMU bestrebt, nur noch bereits bestellte Produkte zu fertigen. Eine wichtige Voraussetzung dafür sind Montageanlagen, die es erlauben, innerhalb kurzer Zeit eine große Anzahl Produktvarianten wirtschaftlich in geringen Mengen zu fertigen. Dafür müssen niedrige Rüstzeiten realisiert und durch den verstärkten Einsatz von Mitarbeitern ein hohes Maß an Flexibilität erzielt werden.

Den höheren Kosten durch den vermehrten Einsatz von Mitarbeitern stehen die hohen Anschaffungskosten für automatisierte Fertigungsanlagen gegenüber, die mit dem Risiko von Fehlinvestitionen behaftet sind. Wiederholt sich innerhalb der variantenreichen Produktion ein Teil der Vorgänge mit gleich bleibenden Arbeitsinhalten (Abbildung 4-2), so werden die hybriden Montagesysteme interessant [SPA02].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4-2: Trends und Anforderungen an Montagesysteme [FEL02]

Die Auslegung von Montagesystemen anhand von fixen Stückzahlobergrenzen innerhalb der klassischen Planung führt zu großen Problemen. So erlaubt der Mangel an Flexibilität bezüglich der Ausbringungsmenge kaum Anpassungen der Produktion an die wechselnde Nachfrage. Unabhängig von der aktuellen Absatzlage ist beispielsweise nach der Break-Even-Rechnung immer eine fixe Mindestmenge notwendig, ab der die Produktion erst rentabel wird.

[...]