Wie gestalte ich optimal eine neue Fabrik? Grundlagen ... · © Institut für Fabrikanlagen und...

Bild 0© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Wie gestalte ich optimal eine neue Fabrik? Grundlagen moderner FabrikgestaltungDipl.-Ing. oec. Michael Heins

8. Industriearbeitskreis„Produktionslogistik für die variantenreiche Serienfertigung“

13. September 2007 in Düsseldorf

Bild 1M. Müller-Seegers© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

• Ca. 230 Wissenschaftliche Mitarbeiter• Ca. 110 Technische Mitarbeiter/Verwaltungsangestellte• Ca. 400 Studentische Hilfskräfte• Ca. 800 Studierende der Produktionstechnik• Nutzfläche: 22.000 m²• 14 Firmen mit ca. 45 Mitarbeitern

Leitsätze PZH• Konzentration der Produktionstechnik und Abbildung der

Prozesskette durch die Zusammenführung von 6 Instituten• Förderung der Kommunikation durch anspruchsvolle

Architektur• Integration von Wissenschaft und Industrie

Das IFA als integraler Bestandteil des PZH

1 1

1

2

22

2

3

1 Versuchshallen und Labore 2 Bürobereich 3 Hörsaal und Bibliothek

[PZH GmbH]

Bild 2P. Nyhuis© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Fabrikplanung (FAP)

Modell der ganzheitlichen Produktionssystemgestaltung am IFA

Layout

Aufgaben

Anlagen

Szenarien Anlauf

Werks-struktur

GeschäftsprozesseVerknüpfung

Strategie

Prozessfähigkeit Prozesssicherheit Wertschöpfung

Produktionsmanagement (PM) Produktionsanlagen (PA)

Fertigung

Lager

Montage

Arbeitswissenschaft (AWI)

Arbeitsorganisation Arbeitswirtschaft Arbeitsgestaltung

Mensch


Agenda

1. Einleitung

2. Synergetische Fabrikplanung und Prozessmodell der Fabrikplanung

3. Vom Groblayout zum Feinlayout

4. Kommunikation in Fabriken

5. Zusammenfassung und Ausblick


Vergangenheit Gegenwart / Zukunft

Wirtschaft-lichkeit

Attrak-tivität

Wirtschaft-lichkeit

Attrak-tivität

Veränderungs-fähigkeitFlexibilität Flexibilität

Zielfelder der Fabrikplanung

• Wertschöpfung• Durchlaufzeit• Bestände

Wirtschaftlichkeit

• Mensch• Technik• Organisation

Veränderungsfähigkeit

• Erscheinungsbild• Umweltbelastung• Arbeitsgestaltung

Attraktivität

Wandel der Zielfelder und ihrer Bedeutung in der Fabrikplanung


Problemfelder derzeitiger Fabrikplanungen

Durch ihre sequentielle Vorgehensweise impliziert, führt die derzeitige Praxis der Planungsmethodik von Fabrikbauten zu voneinander unabhängig entwickelten Insellösungen für die einzelnen Teilprojekte. Diese sind nicht ausreichend miteinander verzahnt und führen so zu einem erhöhten Risiko in Fabrikplanungsprojekten.

Produktions-planung

Haustechnik

ArchitekturAnlagen-planung

redundanteSysteme

mangelndeTransparenz

unterschiedlicheDatenstruktur

unterschiedlicheDatenformate

dezentralePlanungsstruktur

keineNachverfolgbarkeit

Nichteinhaltunggesetzlicher Vorgaben

Nichteinhaltungbetrieblicher Vorgaben

dezentraleFinanzstruktur

KeineGesamtbetrachtung

des Systems

unterschiedlicheVerantwortlichkeiten

keinegesamtheitliche

Planung

Budgetüberschreitung

Qualitätsmängel

Teileverfügbarkeit

Funktionsmängel

mangelndePerformanceTerminüberschreitung

Mängel während der Planung Mängel der Planungsergebnisse Insellösungen einzelner Planungsdisziplinen

[nach Reichardt]

Bild 6A. Elscher© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

SynFaP – Synergetische Fabrikplanung Verzahnung der Planungsdisziplinen

Prozess/Anlagen Architektur/

Bauplanung

Technologie-planung

Produkt-planung

Der Begriff der „Synergetischen Fabrikplanung“ bezeichnet die inhaltliche und zeitliche Integration und Koordination der Teildisziplinen einer Fabrikplanung. Synergie bedeutet hierbei die positive Wirkung der Zusammenarbeit auf eine abgestimmte Gesamtleistung.

12.365

Bild 7C.L. Heger© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Gestaltungsobjekte der Fabrik

Gestaltungsfelder OrganisationProzessmittelRaum

Detaillierungs-ebenen der Fabrik

II Fabrik(Gebäude)

III Bereich, System(Arbeitsbereich)

IV Arbeitsstation(Arbeitsplatz)

I Werk(lokaler Standort,Generalbebauung)

• Gesetze und Auflagen• Grundstück• Generalbebauung• Außenanlagen• Ver- und Entsorgung

Gebäude

• Transportmittel• Lagermittel

• Produktionsmittel• Sonstige Mittel

• Produktionskonzept• Logistikkonzept• Struktur

• Layout• Bauform• Tragwerk• Hülle • Ausbau• Anmutung• Netze• Zentralen

• Informationstechnik

• Kommunikation• Brandschutz• Auslässe• Ver- und Entsorgung

Prozess

• Arbeitsplatzgestaltung

• Aufbauorganisation

• Arbeitsorganisation

• Qualitätssicherungs-konzept

•Produktionsmittel

Gestaltungsobjekte 2. OrdnungProduktionsmittel• Gründung• Gestell• Antriebe• Kinematisches System• Systeme für Steuerung, Regelung,Messung und Diagnose

• Peripheriesysteme und Hilfsmittel• Werkzeuge

•Antriebe

ObjektparameterAntriebe:• Abmaße• Gewicht• Leistung• Abwärme• Lärm• Emissionen• …


Ein standardisierter Fabrikplanungsprozessfür alle Arten der Fabrikplanung

Erweiterung NeuplanungReorganisation

A B C D 1 2 3 4 I II III IV

KTL

Decklack

Gruppierungs-Lager

Pressen

Stanzen 3Stanzen 1

Laser 3

BüroLack

Handschweißen 1

QS (alt)

Automatenschweißerei 2

Automatenschweißerei 1

Mech. Fertigung(Bohren & CNC)

Autom

aten-schw

eißerei5Punktschweißen 1

Kasto Rohrbiegen

Schlafliege

SchlosserElektrik

Blechlager

Waschen

Betriebstechnik

Automaten-schweißerei 4

Werkzeuge

Blech-schneiden

KotflügelVersand

Abkanten

Stanzen 2

Laser 1

Laser 2

Stapler1 Stapler 2

Sanitäter WC

QS

KF

Automatenschweißerei 3Handschweißen (Puffer)

HT

WC

Verputzerei

Hs.2 Hands.3

KTL PufferDecklack /

Puffer

Wasser-aufbereitung

Warenannahme

Punktschweißen 2

Richterei

SchlafliegeSandstrahlen

Pressen Puffer

Querträger richten

Abkanten

Prozessmodell der

Fabrikplanung

12.837

Layout-Gestaltung

Struktur-Design

Vorbe-reitungV S L

P ProjektmanagementMitstandardisiertenProzessen …

… zukundenindividuellen

Fabriken

Bild 9M. Müller-Seegers© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Hauptprozessphasen desProzessmodells der Fabrikplanung (ProFaP)

11.278_Wu

S1 S2

S1 Strukturentwicklung

S2 Strukturausplanung

L1 L2

L1 Groblayoutplanung

L2 Feinlayoutplanung

P Projektmanagement

P1 P2 P3

P1 Projektdefinition

P2 Projektplanung

P3 Projektdurchführung

P4 Projektabschluss

P4

A Analyse S Strukturdesign L Layoutgestaltung

Bild 10C. L. Heger© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Mögliche Ausprägungen von Strukturvarianten

RML

FTL

Versand

Reine Funktionsorientierung

Rohmaterialvorbereitung

Spritzguss

Montage

Schweißen

RML: Rohmateriallager , FTL: Fertigteillager, Spg.: Spritzguss, Schw.: Schweißen, Mon.: Montage, Vers.: Versand

Prozessschritt Lager

RML


FTL

Versand

Kombination

Spg.

Mon.

Schw.

650t

Spg.

Mon.

Schw.

420t

Spg.

300t

Segment

RML

Vers.


RML RML

FTL FTL FTL

Vers. Vers.

Reine Prozessorientierung

Vorteile der Prozessorientierung

• Definierte Verantwortlichkeit für den gesamten Prozess (Nachvollziehbarkeit)

• Konzentration auf das Prozess-Know-how• Gerichteter Materialfluss• Hohe Transparenz• Einfach steuerbar

650t 420t 300t

Spg.

Mon.

Schw.

Spg.

Mon.

Schw.

Spg.

[Industrieprojekt]

Vorteile der Funktionsorientierung

• Hohe Maschinenauslastung• Konzentration auf Technologie-Know-how


Agenda

1. Einleitung






Einordnung der Layoutgestaltung in den Prozess der Fabrikplanung

L2 FeinlayoutplanungL1 Groblayoutplanung

L1.1 Idealplanung L1.2 Realplanung

FlussbeziehungenA B

CD

Flächenbedarf

A B

CD

Ideale Anordnung

A BC D

Reale räumlicheAnordnung

A BC

D

Ideales Funktionsschema

Flächenmaßstäbliches Funktionsschema

Ideallayout Reallayoutvarianten

Konkrete Gestaltung

C

Feinlayout

P Projektmanagement

S Strukturdesign L LayoutgestaltungV Vorbereitung

S1 Struktur-entwicklung

S2 Struktur-ausplanung


Zielkriterien der Layoutplanung

Fabrik-layout

klare Materialflussstruktur

kurze Wege (Lose Ware, Paletten,

Verpackungen)

kein gegenläufigerMaterialfluss

KommunikationFace-to-Face

Modularität

Zukunftsrobustheit(skalierbare

Kapazitätserweiterung)

Strategische Erweite-rungsrichtungen

Infrastruktur / Werks-anbindung


Gebäude und Erweiterung

Durch ein modulares Gebäudekonzept lässt sich die Produktion in Stufen erweitern. Die Erweiterungsachse steht senkrecht auf dem Hauptmaterialfluss.

© Reichardt Architekten BDA

Erweiterungsachse

Hauptmaterialfluss


Die Produktion im Überblick

© Reichardt Architekten BDA

Große Spannweiten des Tragwerks ermöglichen große Flächenmodule ohne einschränkende Stützpfeiler.

18 m x 24 m


Kein Platz für weitereLogistikflächen

Ausstieg aus dem Teufelskreiswandlungsträger Fabriken

Betrieb derFabrik

Einwirkung vonantizipierten oderstochastischenVeränderungen

Entstehung eines geringen

Anpassungsbedarfs

Verzicht auf die notwendigeAnpassung der

Leistung

Planung einer Fabrik

geringfügigeVerschlechterung der

Leistung

Gesamtkosten [%]

Anpassungs-prozessePlanung und

Einrichtung Betriebsphase

WandlungsfähigeFabrik

Wandlungsträge Fabrik

Rück-bau

Break-even-point

9.701 Ms

Wandel derbetroffenen

Wandlungsobjekte

Anpassung der Leistung an die

neuen Anforderungen

Bild 17H.-P. Wiendahl© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Veränderungstypen der Fabrik

Agilität

Wandlungsfähigkeit

Flexibilität

Rekonfigurierbarkeit

Umrüstbar-keit

Operation

Teil

Komponente

Produkt

Portfolio

Produktebene

ProduktionsebeneStation System Bereich Fabrik Netzwerk

R. Hernàndez© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Arten und Dimensionen fabrikplanerischer Wandlungsfähigkeit

10.182

kurzfristig/operativ

mittelfristig/taktisch

langfristig/strategisch

Grundstück

Hülle

Ergonomie

Werkslogistik QS-Konzept

Struktur

Transportmittel Fertigungsmittel

IT

Wandlungs-fähigkeit

der Organisation


der Mittel


desRaums

Zeit

QS - Qualitätssicherung

Bild 19R . Hernàndez, F. Löllmann, C. L. Heger© Institut für Fabrikanlagen und Logistik

Mobilität

Skalierbarkeit

Kompatibilität

Modularität

Wandlungsbefähiger

/ IPH

CA B

Örtlich uneingeschränkteBewegbarkeit von Objekten,z.B. Maschinen auf Rollen

Standardisierte, funktionsfähigeEinheiten oder Elemente,z.B. Plug&Produce-Module

Vernetzungsfähigkeit bzgl.Material, Information, Medien und Energie, z.B. einheit-liche Softwareschnittstellen

Technische, räumliche undpersonelle Atmungsfähigkeit(Erweiter- und Reduzierbarkeit),z.B. flexibles Arbeitszeitmodell

Dimensionierung und Gestaltungfür verschiedene Anforderungenhinsichtlich Produkt oder Tech-nologie, z.B. Variantenflexibilität

Universalität


CA B

Universalität

Modularität

SkalierbarkeitS1

S2

S3

S4

K2

K1

K3

K4

Beispiele für Wandlungsfähigkeit


Bereich

Strukturierung auf unterschiedlichen Detaillierungsebenen

Kundengruppe A

Kundengruppe B

Kundengruppe C

Produkt-gruppe A

Produkt-gruppe B

Produkt-gruppe C

Läufer

Exoten

Renner-

linie

Detaillierungsebenen Strukturform

Fabrik

System

I-Linie U-Linie

Bild 22© Institut für Fabrikanlagen und Logistik H.-P. Wiendahl

Beispiele für Flussprinzipien in der manuellen Montage

12.807SW

Hauptfluss

Nebenfluss

U-Linie

Vorteile

• klarer Materialfluss• kurze Durchlaufzeit• kurze Einarbeitungszeit undhoher Einübungsgrad (starke Artteilung)

• geringer Flächenbedarf• hohe Ausbringung möglich

• Arbeitsbereicherung durchÜbernahme von Umfeldarbeiten(z.B. Materialbereitsstellung)

• individuelle Leistungsentfaltungmöglich

• Einarbeitung gut möglich• Taktentkopplung gut geeignet fürBaugruppen

• hohe Mitarbeiterproduktivität• flexibler Mitarbeitereinsatzmöglich

• niedrige Materialfluss-Investitionen

• geringer Flächenbedarf• einfach zu rekonfigurieren

Nachteile

• geringer Arbeitsinhalt bei reinerArtteilung, monotone Arbeit

• geringe Kommunikations-Möglichkeiten

• Springer notwendig• störanfällig durch Verkettung

• hohe Investitionskosten fürVerkettung

• erhöhter Platzbedarf• erhöhte Durchlaufzeit

• automatisierter Materialfluss nurschwer zu realisieren

• in der Regel nur Steharbeitsplätze

[Richter, IAO]


Mögliche Formen verketteter Montagesysteme

G9705

[Bauer]

Starre Verkettung

Elastische Verkettung

Lose Verkettung


Synergetische FabrikplanungTM

Layout mit geradlinigen Materialflüssen der Ansprüche an das Produkt 3D-Visualisierung des neuen Werkes

Ziel: Höchste Veränderungsfähigkeit fürProzesse, Systeme und GebäudeDauer: 2 Monate (5 Workshops)

Ausgangssituation: Anstieg des Produktionsvolumens und der Varianten um über 110% in den nächsten 5 Jahren

Kunde

ReichardtArchitekten

BDA

Institut fürFabrikanlagenund Logistik Neues

Montage-werk

Architektur als Abbild

WirtschaftlichkeitAnforderungen:• 5% Produktivitätssteigerung p.a.• 16 Monate Armortisationszeit• Just-in-Sequence-Lieferung zum Kunden• 100% Liefertreue bei 0 Fehlern• einfaches, durchgängiges Steuerungssystem• keine Lager• Umschlagshäufigkeit > 68• Störungsfreie Erweiterbarkeit in kleinen Schritten• hohe Nachnutzbarkeit des Gebäudes

Logistik

Gebäude

Projektbeispiel: Neuplanung eines Montagewerks in der Automobilzulieferindustrie


Goods issue

Packagingfor spare parts

and exportBuffer area

Main-tenance

Workshop

Samplebuilding

Sparepartsarea

Fork liftarea

Tradinggoods

Goods receipts

Commisioning

Assembly Assembly

CommunicationcentreQuality Quality

AGVcharging

AGVcharging

MeetingPoint

Goods receipt

Oasis

Durchgängige Medien-zuführung von oben

Plug-and-produceArbeitsplätze

Wandlungsbausteine im neuen Werk

Das modulare Gebäudeund der gesamte

Produktionsprozesskönnen einfach erweitert

und reduziert werden

Kompatibilität

Skalierbarkeit

Mobilität


Agenda

1. Einleitung






Elemente eines Kommunikationskonzeptes

Kommunikationskonzeptzur Reduzierung von

Kommunikationsdistanzen im Informationsfluss

HilfsmittelOrte

TeilnehmerRichtungund Art

Gestaltungsfeld

Organisation

Mittel / Technik

Men

sch

Rau

m


Kommunikationsdistanzen in der Fabrik

Mensch(Kommunikations-Beteiligte)

Gestaltungsfelder

personell-kulturelle

Kommunikationsdistanz-bereich

Kommunikationsdistanzen verursachen Verschwendungen im Informationsfluss und erschweren oder blockieren die Übertragung von Kommunikationsinhalten.

Sprachprobleme zwischen Mitarbeitern

Beispiele fürKommunikationsdistanzen

Organisation(Kommunikationsart und -richtung)

organisatorisch-strukturelleHierarchiedenken

Mittel(Kommunikations-Hilfsmittel)

technisch-konzeptionelleZugang zu mediengestützten Kommunikationshilfsmitteln

Raum(Kommunikations-Orte)

räumlich-strukturelleTrennung von direkten und indirekten Bereichen


Messung des Kommunikationsflusses mit Hilfe einer Kommunikationsmatrix

B5B2W

Legende B : BereichHauptdiagonale keine AngabenhochmittelIntensität: gering W : Werksleiter

B4B1 B3

Intensität zwischen Mitarbeiter B1.6 und B1.3

B2

W

B1

B4

B3

B5

Intensität zwischen

den Bereichen B2 und B4

Intensität zwischen Mitarbeiter B1.3 und B1.6

Bereichs-interne Intensitätim Bereich B3


Agenda

1. Einleitung






Unternehmensstrategie

Fabrikstruktur

Reallayout

Vorbereitung

Konzeption

Gestaltung

Analyse

Ziel- und Strategiedefinition

Analyse• Produkte und Varianten

erzeitige Struktur und Fläche• Produktionsabläufe• D• Aufbau- und Arbeitsorganisation

• Vision, Ziele und Strategien• Stärken und Schwächen• Handlungsfelder

• Produktionsprogramm

• Produktionsprozess• Produktionslogistik

• Arbeitspläne

• Entwicklung von Strukturvarianten• Definition von Strukturbeziehungen• Gebäudestruktur

•

•• Anbindung von Lieferanten

Auftragsabwicklungstyp(Kundenentkopplungspunkt)Push-, Pull- oder Hybrid-Steuerung

Strukturdesign Prinzipplanung

Dimensionierung Steuerungskonzept• Produktionsmittel /-Flächen• Personal, Bebauungsflächen• Gebäuderaster

• Auswahl des Steuerungsverfahrens• Festlegung der Verfahrensregeln• Entwicklung des Produktions-controllingsLayout

Parametrierung• Anordnungskriterien• Idealanordnung• Restriktionen• Gebäudekonzept

• Plan-Durchlaufzeiten• Losgrößen• Planbestände / Pufferbestände

Projektplan

Schwächen/ Potentiale

KonzentrationsphaseFabrikstrukturierung

KonzentrationsphaseLogistikkonzeption

Ergebnis derKommunikationsphase

Zielplanung

Vorgehensweise der Synergetischen Fabrikplanung™


Aktueller Forschungsschwerpunkt:Voruntersuchung Wandlungsfähige Produktionssysteme

Branc

hen

Objekte Subjekte

Met

hode

n

Branche ABranche B

Branche n

…

Men

sch

Mas

chin

en,

Mas

chin

en-

elem

ente

Perip

herie

Sch

nitts

telle

n

Planung

…

Gestaltung

Steuerung

Bewertung

Wan

dlun

gstr

eibe

r

Umfeld Produktionssysteme

…

Branc

hen

Objekte Subjekte

Met

hode

n

Branche ABranche B

Branche n

…

Men

sch

Mas

chin

en,

Mas

chin

en-

elem

ente

Perip

herie

Sch

nitts

telle

n

Planung

…

Gestaltung

Steuerung

Bewertung

Wan

dlun

gstr

eibe

rW

andl

ungs

trei

ber

Umfeld Produktionssysteme

…

Han

dlun

gsfe

ld

Identifikation Handlungsbedarf und darauf aufbauend Forschungsbedarf für Industrie und Wissenschaft hinsichtlich der Steigerung der Wandlungsfähigkeit von Produktionssystemen

Vorgehen: Synthesephase

Analysephase

Ergebnisphase

Definitionsphase Leitbild


Kontakt

Für weitere Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung

Dipl.-Ing. oec. Michael Heins Durchwahl: -19816Produktionsanlagen [email protected]

Ihr Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Peter NyhuisInstitut für Fabrikanlagen und LogistikAn der Universität 230823 Garbsen / Hannover

Tel.: 0511 – 762 2440Fax.: 0511 – 762 3814www.ifa.uni-hannover.de

Wie gestalte ich optimal eine neue Fabrik? Grundlagen ... · © Institut für Fabrikanlagen und...

Documents

Transcript of Wie gestalte ich optimal eine neue Fabrik? Grundlagen ... · © Institut für Fabrikanlagen und...