Fabrikplanung (eBook)

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 7
1 Einführung in die Fabrikplanung 9
1.1Grundlagen der Fabrikplanung 10
1.1.1Fabrikplanung als komplexe Planungsaufgabe 10
1.1.1.1 Planung von Fabriken 11
1.1.1.2 Lebenszyklus einer Fabrik 17
1.1.1.3 Planungstiefe: Fabrikplanung vom Wertschöpfungsnetzwerk bis zum Arbeitsplatz 18
1.1.1.4 Planungsbreite: Vielfalt der Planungsaufgaben 19
1.1.2Systemischer Ansatz der Fabrik 21
1.1.2.1 Die Fabrik als Ort der Wertschöpfung 22
1.1.2.2 Die Fabrik als komplexes System 22
1.1.2.3 Objekte einer Fabrik und deren Wirkbeziehungen 26
1.1.3Wechselwirkungen, Einflüsse und Anforderungen an die Fabrikplanung 28
1.1.3.1 Äußere Einflüsse und marktseitige Herausforderungen 29
1.1.3.2 Ausblick Urban Factory 30
1.1.3.3 Wechselwirkungen zwischen Produkt und Fabrik 30
1.1.3.4 Wechselwirkungen zwischen Planungsobjekten und Planungsbeteiligten 31
1.1.3.5 Anforderungen an die Planung 32
1.2Vorgehen und Aachener Modell der Fabrikplanung 33
1.2.1Historische Entwicklung 33
1.2.1.1 Systematisierung der Planungsaufgabe 34
1.2.1.2 Modularisierung und Wandlungsfähigkeit 35
1.2.2Aachener Modell der Fabrikplanung 37
1.2.2.1 Planungsmodule 41
1.2.2.2 Abhängigkeiten und Wirkbeziehungen 42
1.2.2.3 Konfigurationslogik 43
1.2.2.4 Adaptive Projektorganisation und -struktur 44
1.2.2.4.1 Planungsbeteiligte und Stakeholder 44
1.2.2.4.2 Projektstruktur und Teamzusammensetzung 45
1.2.2.4.3 Fabrikplanung als lebensfähiges System 45
1.2.2.5 Ausblick Integrierte Fabrikplanung 46
1.2.2.5.1 Building Information Modeling 46
1.2.2.5.2 Integrated Factory Modeling 47
1.2.3Zwischenfazit 48
1.3Zielsystem der Fabrikplanung 48
1.3.1Strategische Ausrichtung für die Fabrikgestaltung 48
1.3.1.1 Marktorientierung 49
1.3.1.2 Ressourcenorientierung 51
1.3.1.3 Kompetenzorientierung 52
1.3.2Dichotomien der Fabrikplanung und Positionierung 53
1.3.2.1 Effizienz versus Flexibilität 54
1.3.2.2 Auslastung versus Verfügbarkeit 55
1.3.2.3 Scale versus Scope 56
1.3.2.4 Redundanz versus Komplementarität 57
1.3.3Ziele für das Planungsprojekt 58
1.3.3.1 Zielsystem der Planung 58
1.3.3.2 Zielsystem im Anlauf 60
1.3.3.3 Zielsystem Betrieb 61
1.3.4Berücksichtigung der Unternehmenskultur 63
1.3.4.1 Fabrik als Sozialraum 64
1.3.4.2 Fabrik als Kommunikationsraum 65
1.3.4.3 Fabrik als Ausdruck der Unternehmensidentität 65
Literatur 66
2 Standortplanung 71
2.1Prinzipien der Wertschöpfungsverteilung 72
2.1.1Interregionalisierung und Internationalisierung von Produktion als historischer Prozess 73
2.1.2Motive und Globalisierungsziele produzierender Unternehmen 75
2.1.3Produktionsnetzwerke als Antwort auf Globalisierung 76
2.1.4Anforderungskriterien an Wertschöpfungsnetzwerke 77
2.1.4.1 Vertikale und horizontale Direktinvestitionen 77
2.1.4.2 Die Theorien der Direktinvestitionen im Ausland 78
2.1.4.2.1 Die Theorie des monopolistischen Vorteils von Hymer und Kindleberger 78
2.1.4.2.2 Die Theorien des oligopolistischen Parallelverhaltens von Knickerbocker und Graham 80
2.1.4.2.3 Die Theorien des Offshoring 81
2.2Standortstrukturplanung – Gestaltung von Wertschöpfungsnetzwerken 82
2.2.1Bestimmung des Wertschöpfungsumfangs 83
2.2.1.1 Dimensionen der Wertschöpfung 83
2.2.1.2 Möglichkeiten der Wertschöpfungsverteilung 84
2.2.2Vorgehensweise zur Bewertung der Wertschöpfungsverteilung 85
2.2.2.1 Vorgehensweise zur Bestimmung der Eigenfertigungstiefe 86
2.2.2.2 Kriterien zur Bestimmung der optimalen Betriebsgröße 87
2.3Standortwahl 89
2.3.1Standortkriterien 89
2.3.1.1 Anforderungen an den Standort – Standortanforderungsprofil 90
2.3.1.2 Beschreibung von Standorten – Standortprofil 92
2.3.2Bewertung und Auswahl 97
2.3.2.1 Identifikation potenzieller globaler und regionaler Standorte – Vorauswahl 98
2.3.2.2 Reduktion von Standortalternativen – Grobauswahl 99
2.3.2.3 Bewertung der Standortalternativen – Feinauswahl 99
2.3.3Verlagerung von Werkschöpfungsumfängen 101
2.3.3.1 Verlagerung an einen neuen Standort nach SOP (Start-of-Production) 102
2.3.3.2 Verlagerung an einen neuen Standort vor SOP 103
2.3.3.3 Standortübergreifende Abwicklung der Verlagerung 103
2.4Bewertung von Wertschöpfungsnetzwerken 104
2.4.1Qualitative Methoden der Standortplanung 105
2.4.1.1 Strategiebewertung 105
2.4.1.2 Portfoliomethoden 106
2.4.1.3 Standort-Portfolio-Matrix 106
2.4.1.4 Strategieportfolio nach Picot 106
2.4.1.5 Standortstrukturportfolio-Matrix nach Kontny 108
2.4.1.6 Kernkompetenzanalyse 108
2.4.1.7 SWOT Analyse 111
2.4.1.8 Argumentenbilanz 111
2.4.1.9 Nutzwertanalyse 112
2.4.1.10 Analytischer Hierarchieprozess 112
2.4.1.11 Checklistenverfahren 113
2.4.1.12 Scoring-Verfahren 113
2.4.1.13 Profilmethode 114
2.4.2Quantitative Methoden der Standortplanung 115
2.4.2.1 Quantitative Bestimmung relevanter Standort-Erfolgsfaktoren 116
2.4.2.2 Standortbewertung mit multivariaten Analysemethoden 117
2.4.2.3 Verfahren der Investitionsrechnung 117
2.4.2.4 Nutzschwellenanalyse 118
2.4.2.5 Simultanplanungsverfahren 118
2.4.2.6 Entscheidungsbaumverfahren 118
2.4.2.7 Methoden des Operations Research 120
2.4.2.8 Spieltheoretische Ansätze 123
2.4.3Kombinierte Verfahren 123
2.4.3.1 Kosten-Nutzen Portfolien 123
2.4.3.2 Szenariobasierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 124
Literatur 126
3 Dimensionierung und Strukturierung der Produktion 130
3.1Ziele der Dimensionierung und Strukturierung 131
3.1.1Positionierung innerhalb der Zieldichotomien der Fabrikplanung 131
3.1.2Vorgehen zur Dimensionierung und Strukturierung der Produktion 132
3.2Dimensionierung – 1. Produktionsprogrammplanung 134
3.2.1Produktionsprogrammplanung unter Unsicherheit 135
3.2.2Ebenen der Produktionsprogrammplanung 137
3.2.3Verfahren der Bedarfsermittlung zur Produktionsprogrammplanung 138
3.2.3.1 Deterministische Bedarfsermittlung 138
3.2.3.2 Heuristische Bedarfsermittlung 138
3.2.3.3 Stochastische Bedarfsermittlung 139
3.2.4Klassifizierung des Produktionsprogramms 141
3.3Dimensionierung – 2. Kapazitätsbedarfsplanung 145
3.3.1Arten von Kapazitätsbedarfen 145
3.3.2Vorgehen der Kapazitätsbedarfsplanung 147
3.3.2.1 Schritt 1: Ermittlung des Kapazitätsbedarfs 147
3.3.2.2 Schritt 2: Ermittlung des Kapazitätsdefizits 149
3.3.2.3 Schritt 3: Handlungsbedarf – technische Investitionsplanung 150
3.4Strukturierung – 1. Produktionssegmentierung 151
3.4.1Ansätze zur Produktionssegmentierung 152
3.4.1.1 Vertikale Segmentierung 152
3.4.1.2 Horizontale Segmentierung 152
3.4.2Bildung von Produktionssegmenten 153
3.4.2.1 Merkmale von Produktionssegmenten 153
3.4.2.2 Gestaltungsprinzipien von Produktionssegmenten 155
3.5Strukturierung – 2. Festlegen der Organisationsform 157
3.5.1Darstellung unterschiedlicher Fertigungs- und Montageformen 158
3.5.1.1 Fertigungsformen 158
3.5.1.2 Montageformen 161
3.5.2Auswahl der Fertigungs- und Montageform 163
3.5.2.1 Grobe Auswahl anhand der Produktionsart 163
3.5.2.2 Detaillierte Auswahl mithilfe des Kooperationsgrades 166
3.6Bewertung der Dimensionierung und Strukturierung 167
Literatur 168
4 Produktionsprozessplanung 171
4.1Ziele der Produktionsprozessplanung 172
4.1.1Zukunftsfähigkeit 172
4.1.2Kostenminimierung 172
4.1.3Prozess-Kommunalität 173
4.1.4Nivellierung der Prozesskette 173
4.2Analyse der Produktionsaufgabe 174
4.2.1Beschreibung der Bearbeitungsaufgabe 177
4.2.2Bildung von Teilefamilien 178
4.3Prozessplanung in der Fertigung 179
4.3.1Gestaltung von Fertigungssystemen 179
4.3.2Fertigungstechnologien 183
4.3.2.1 Urformen 184
4.3.2.2 Umformen 186
4.3.2.3 Trennen 186
4.3.2.4 Fügen 188
4.3.2.5 Beschichten 189
4.3.2.6 Stoffeigenschaft ändern 190
4.3.3Grundlagen der Zeitwirtschaft 192
4.3.4Arbeitsplanbildung 194
4.3.5Losgrößenplanung 198
4.3.5.1 Verfahren zur Losgrößenermittlung 200
4.3.5.2 Harmonisierung durch Losgrößenanpassung 201
4.4Prozessplanung in der Montage 203
4.4.1Planung von Montagefolgen 204
4.4.2Montagegestaltung 207
4.4.3Die Organisationform in der Montage 208
4.4.4Zeitwirtschaft in der Montage 213
4.4.5Leistungsabstimmung in der Montage 215
4.4.5.1 Optimierungsziele einer Austaktung 216
4.4.5.2 Verfahren für die Leistungsabstimmung in der Montage 217
4.4.5.3 Kapazitive Ausgleichsmechanismen 221
4.5Bewertung der Produktionsprozessplanung 222
4.5.1Bewertung der Zukunftsfähigkeit 223
4.5.2Kostenbewertung 224
4.5.3Bewertung der Prozesskommunalität 225
4.5.4Bewertung der Prozessnivellierung 226
Literatur 227
5 Produktionslogistikplanung 230
5.1Innerbetriebliche Materialbereitstellung 231
5.1.1Grundlagen 231
5.1.1.1 Grundlagen: Ziele der Materialbereitstellung 231
5.1.1.2 Problemstellung der Materialbereitstellung 231
5.1.1.3 Aufgaben der Materialbereitstellung 233
5.1.2Verfahren der Materialbereitstellung 234
5.1.2.1 Verbrauchsorientierte Bereitstellung 234
5.1.2.2 Bedarfsorientierte Bereitstellung 240
5.1.3Kommissionierung 243
5.1.3.1 Kommissionierungsverfahren 244
5.1.3.2 Gestaltungsprinzipien der Kommissionierung 245
5.2Ablauf der Bereitstellungsplanung 246
5.2.1Bedarfsplanung 247
5.2.2Bestandsplanung 248
5.2.2.1 Lagersortenplanung 249
5.2.2.2 Lagermengenplanung 249
5.2.3Bestellmengenplanung 261
5.2.3.1 Bestimmung der wirtschaftlichen Bestellmenge 262
5.2.3.2 Dynamische Losgrößenbestimmung 266
5.2.4Planung der Materialtransportstrategie 268
5.2.4.1 Das Milkrun-Prinzip 268
5.2.4.2 Transport nach Bedarf 269
5.3Bewertung der Bereitstellungsprozesse 270
5.3.1Verbrauchsorientierte versus bedarfsorientierte Bereitstellung 270
5.3.2Bewertung verbrauchsorientierter Bereitstellungsverfahren 272
5.3.2.1 Bestellpunkt- und Bestellrhythmus-Verfahren 272
5.3.2.2 Kanban-Verfahren 273
5.3.3Bewertung bedarfsorientierter Bereitstellungsverfahren 274
5.3.3.1 Einsatzsynchrone Materialbereitstellung 274
5.3.3.2 Einzelbeschaffung im Bedarfsfall 275
5.3.4Bewertung der Kommissionierung 275
Literatur 276
6 Fertigungsmittel- und Personaleinsatzplanung 278
6.1Produktionsressourcen 280
6.1.1Personal und Mitarbeitende 280
6.1.2Fertigungsmaschinen 283
6.1.2.1 Werkzeugmaschinen 283
6.1.2.2 Werkzeuge 285
6.1.2.3 Vorrichtungen 287
6.1.2.4 Zusatzeinrichtungen für Werkzeugmaschinen 289
6.1.2.5 Schnittstellen zur Fabrik 292
6.1.3Montagetechnik 295
6.1.3.1 Montagemittel für das Handhaben 295
6.1.3.2 Montagemittel für das Fügen 298
6.1.3.3 Montagemittel für die Inbetriebnahme 299
6.1.3.4 Montagesysteme 300
6.1.3.5 Schnittstellen der Montage zur Fabrik 302
6.1.4Logistiksysteme 304
6.1.4.1 Ladungsträger/Werkstückträger 305
6.1.4.2 Lagersysteme 307
6.1.4.3 Förder- und Transportsysteme 309
6.1.4.4 Kommissioniermittel 311
6.2Vorgehen bei der Ressourcenplanung 312
6.2.1Voruntersuchung zur Ressourcenplanung 313
6.2.1.1 Anforderungsbeschreibung 313
6.2.1.2 Kapazitätsplanung 314
6.2.2Aufgabengestaltung und Personalplanung 317
6.2.2.1 Personalbedarfsermittlung 318
6.2.2.2 Quantitativer Personalbedarf 320
6.2.2.3 Qualitativer Personalbedarf 324
6.2.2.4 Personalbeschaffung und -auswahl 326
6.2.2.5 Personalentwicklung 330
6.2.3Planung von Fertigungssystemen 331
6.2.4Planung von Montagesystemen 334
6.2.5Auslegung von Logistiksystemen 336
6.3Bewertung der Ressourcenplanung 341
6.3.1Definition und Begriffsabgrenzung 341
6.3.2Ablauf der technischen Investitionsrechnung 342
6.3.3Lasten- und Pflichtenheft 343
6.3.3.1 Inhalt des Lastenheftes 344
6.3.3.2 Inhalt des Pflichtenheftes 345
6.3.4Bewertung der technischen Investitionen 345
6.3.5Verfahren mit sicherer Erwartung 346
6.3.5.1 Statische Verfahren 346
6.3.5.2 Dynamische Verfahren 352
6.3.6Methoden der unsicheren Erwartung 360
6.3.6.1 Sensitivitätsanalyse 361
6.3.6.2 Szenariotechnik 362
6.3.7Berücksichtigung des Nutzwertes von Investitionen 363
6.3.7.1 Nutzwertanalyse 363
6.3.7.2 Paarweiser Vergleich 365
6.3.7.3 Portfoliodarstellung 367
Literatur 367
7 Gestaltung der Produktionssteuerung 370
7.1Prinzipien zur Auslegung der Produktionssteuerung 371
7.1.1Stabilität und Synchronisation als Ziele der Produktionssteuerung 372
7.1.1.1 Stabile Produktionsprozesse 372
7.1.1.2 Synchronisation 373
7.1.2Interdependenzen von Layoutgestaltung und Produktionssteuerung 375
7.1.3Segmentierung der Produktionssteuerung 376
7.1.4Push vs. Pull in der Produktionssteuerung 378
7.2Konfiguration der Produktionssteuerung 379
7.2.1Wertstromanalyse 380
7.2.2Bildung von Steuerungsabschnitten 382
7.2.2.1 Kundenkopplungspunkt 383
7.2.2.2 Kriterien für Entkopplungspunkte 385
7.2.2.3 Entkopplungsmechanismen 387
7.2.3Gestaltung der Steuerungsaufgaben 389
7.2.3.1 Auftragserzeugung 390
7.2.3.2 Auftragsfreigabe 394
7.2.3.3 Reihenfolgebildung 397
7.2.3.4 Kapazitätssteuerung 398
7.3Bewertung von Konfigurationen der Produktionssteuerung 399
7.3.1Logistische Kenngrößen der Produktionssteuerung 399
7.3.1.1 Bestand 401
7.3.1.2 Betriebskosten 402
7.3.1.3 Durchsatz 403
7.3.1.4 Durchlaufzeit 403
7.3.1.5 Termintreue 405
7.3.2Positionierung der logistischen Ziele 406
7.3.3Simulation der Produktionssteuerungskonfiguration 407
Literatur 409
8 Layoutplanung 413
8.1Prinzipien der Layoutplanung 414
8.2Materialflussplanung und Betriebsmittelanordnung 416
8.2.1Zielsetzung 416
8.2.2Verfahren der Materialflussplanung und der Anordnung der Betriebseinheiten 417
8.3Flächenbedarfsplanung 424
8.3.1Grundlagen 424
8.3.2Planungsvorgehen zur Bestimmung der Flächeninhalte auf der Mikro-, Meso- und Makroebene 426
8.4Groblayoutplanung 431
8.4.1Werksstrukturplanung und -strukturlayout 432
8.4.2Grundrissformen 435
8.4.3Vorgehensweise bei der Gestaltung des idealen und realen Blocklayouts 436
8.5Feinlayoutplanung 440
8.5.1Gestaltung der Arbeitsumgebung 440
8.5.1.1 Klima am Arbeitsplatz 440
8.5.1.2 Licht am Arbeitsplatz 442
8.5.1.3 Lärm am Arbeitsplatz 443
8.5.2Arbeitsplatzgestaltung 446
8.5.2.1 Golden Zone 446
8.5.2.2 Ergonomische Arbeitsplatzgestaltung 448
8.5.2.3 Arbeitsplatzgestaltung und Arbeitsformen 449
8.5.2.4 Hilfsmittel zur Arbeitsplatzgestaltung 451
8.6Risikobetrachtung und Bewertungskriterien für das Layout 453
8.6.1Bewertungskriterien für das Werkslayout 453
8.6.2Bewertungskriterien in der Layoutplanung 454
8.6.3Bewertungskriterien für die Planung des Arbeitsbereichs 455
Literatur 456
9 Gebäudeplanung und Technische Gebäudeausrüstung 459
9.1Gebäudeplanung 460
9.1.1Beteiligte an der Gebäudeplanung 460
9.1.2Einflussfaktoren auf das Gebäude 463
9.1.2.1 Äußere Einflussfaktoren 463
9.1.2.2 Innere Einflussfaktoren 464
9.1.3Entwicklung von Gebäudekonzepten 466
9.1.3.1 Gebäudetypologie und Grundformen 466
9.1.3.2 Gebäudekonstruktion 468
9.1.3.3 Gebäudetechnik und Medien 474
9.1.3.4 Brandschutz 476
9.1.4Bewertung und Ausblick 479
9.2Technische Gebäudeausrüstung (TGA) 480
9.2.1Planung der gebäudetechnischen Gewerke 480
9.2.2Raumlufttechnische Anlage (RLT-Anlage) 481
9.2.2.1 Behaglichkeits- und Erträglichkeitsanforderungen 482
9.2.2.2 Schadstoffe 482
9.2.2.3 Wärmelasten 484
9.2.2.4 Lüftungskonzept/Luftführung 486
9.2.2.5 Auslegung der Anlage/Dimensionierung und Platzbedarf 490
9.2.3Beheizung eines Fabrikgebäudes 493
9.2.4Sonstige gebäudetechnische Maßnahmen 494
9.2.4.1 Arbeitsplatzversorgung 494
9.2.4.2 Brandschutz 495
9.2.5Energiebedarfsreduzierung 495
9.2.5.1 Möglichkeiten zur Energieerzeugung 497
9.2.6Fazit: Planung gebäudetechnischer Gewerke im Fabrikbau 497
Literatur 498
10 Integriertes Anlaufmanagement 500
10.1Grundlagen des Anlaufmanagements 500
10.1.1Einordnung des Anlaufmanagements in die Fabrikplanung 501
10.1.2Spannungsfelder im Anlaufmanagement 503
10.1.2.1 Trade-off zwischen Produktion und Erprobung 503
10.1.2.2 Instabilität im Anlauf 504
10.1.2.3 Abgleich von Zielsystemen im Anlauf 505
10.1.3Einflussgrößen auf den Anlauf von Produktionssystemen 507
10.1.3.1 Vielfalt 507
10.1.3.2 Varianz 508
10.1.3.3 Neuheitsgrad 509
10.1.3.4 Dimensionierung 510
10.1.3.5 Automatisierungsgrad 510
10.1.3.6 Mitarbeiterqualifikation 510
10.1.3.7 Produktionsform 511
10.1.3.8 Verkettung 512
10.1.3.9 Losgröße 512
10.1.3.10 Wertschöpfungstiefe 513
10.1.3.11 Sprachliche und kulturelle Einflussfaktoren 513
10.1.4Anlaufkurve 513
10.1.4.1 Mathematische Herleitung der Anlaufkurve 514
10.1.4.2 Praktische Anwendung der Anlaufkurve 515
10.1.5Stufen des Produktionsanlaufs 516
10.1.5.1 Prototypenserie 516
10.1.5.2 Vorserie 517
10.1.5.3 Nullserie 518
10.1.5.4 Produktionshochlauf 518
10.1.6Zielsystem im Anlauf 519
10.1.6.1 Ergebnisebene 519
10.1.6.2 Betriebsebene 520
10.1.6.3 Basisebene 521
10.1.7Anlaufmanagement als Querschnittsaufgabe 521
10.2Aufgaben des Anlaufmanagements 521
10.2.1Produkteinführung 522
10.2.2Änderungsmanagement 524
10.2.2.1 Eskalationsstrategien 528
10.2.3Störungsmanagement 531
10.2.3.1 Interne und externe Störungen 531
10.2.3.2 Störungsmanagement 533
10.2.3.2.1 Prävention 533
10.2.3.2.2 Umgang mit Störungen 534
10.2.4Mitarbeiterqualifizierung und Wissensmanagement 535
10.2.4.1 Multiplikatoren 535
10.2.4.2 Mentoring 536
10.2.4.3 Qualifizierung in einer anlaufgerechten Produktionsumgebung 536
10.2.4.4 Sicherung von Erfahrungswissen 537
10.2.5Logistik im Produktionsanlauf 539
10.2.5.1 Aufgaben der Vorserienlogistik 540
10.2.5.2 Organisation der Vorserienlogistik 540
10.2.5.3 Anlauflager 542
10.2.5.4 Lieferantenintegration 543
10.2.5.5 Risikoklassifizierung von Neuteilen 545
10.2.6Anlagenbeschaffung und Produktionstests 546
10.2.6.1 Grundsätzliche Problematik der Kapazitätsplanung 547
10.2.6.2 Personalbedarfsplanung 547
10.2.6.3 Terminplanung 549
10.2.6.4 Produktionstests 551
10.2.6.5 Production Parts Approval Process (PPAP) 555
Literatur 556
Stichwortverzeichnis 560