Wandlungsfähigkeit im Wertstromdesign als Einflussfaktor bei der Fabrikplanung

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1 Leibniz Universität Hannover Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis Wandlungsfähigkeit im Wertstromdesign als Einflussfaktor bei der Fabrikplanung Dipl.-Ing. Tobias Mersmann Esslingen am Neckar, 28. März 2012

2 Leibniz Universität Hannover Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis Institut für Fabrikanlagen und Logistik Vorstellung

3 Das IFA als integraler Bestandteil des PZH [PZH GmbH] Leitsätze Ca. 230 PZH Wissenschaftliche Mitarbeiter Ca. Konzentration 110 Technische der Produktionstechnik Mitarbeiter/Verwaltungsangestellte und Abbildung der Ca. Prozesskette 400 Studentische durch die Hilfskräfte Zusammenführung von 6 Instituten Ca. Förderung 1000 Studierende der Kommunikation der Produktionstechnik durch anspruchsvolle Nutzfläche: Architektur m² 18 Integration Firmen mit von ca. Wissenschaft 70 Mitarbeitern und Industrie 1 Versuchshallen und Labore 2 Bürobereich 3 Hörsaal und Bibliothek Institut für Fabrikanlagen und Logistik M. Müller-Seegers Bild 3

4 Das IFA als integraler Bestandteil des PZH [PZH GmbH] Ca. 230 Wissenschaftliche Mitarbeiter Ca. 110 Technische Mitarbeiter/Verwaltungsangestellte Ca. 400 Studentische Hilfskräfte Ca Studierende der Produktionstechnik Nutzfläche: m² 18 Firmen mit ca. 70 Mitarbeitern Institut für Fabrikanlagen und Logistik M. Müller-Seegers Bild 4

5 Modell der ganzheitlichen Produktionssystemgestaltung am IFA Strategische Querschnittsthemen Wandlungsfähigkeit Globale Produktion Logistische Produktionstheorie Prozessfähigkeit Prozesssicherheit Wertschöpfung Fertigung Werksstruktur Lager Montage Aufgaben Layout Supply Chain Anlagen Fabrikplanung (FAP) Produktionsmanagement (PM) Produktionsgestaltung (PG) Mensch Arbeitsorganisation Arbeitswirtschaft Arbeitsgestaltung Arbeitswissenschaft (AWI) Institut für Fabrikanlagen und Logistik P. Nyhuis Bild 5

6 Leibniz Universität Hannover Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis Die Wertstromanalyse Ein Überblick

7 Was ist eine Wertstromanalyse? Visualisierung des Material und Informationsflusses Aufnahme von Prozessdaten Erhöhung der Transparenz Einfache Erfassung der Ist-Situation vor Ort Unverfälschte Informationen direkt vom Shop-Floor Kompakte Visualisierung komplexer Produktionssysteme Blick auf wesentliche Kennzahlen und Daten der Elemente Schnelles Aufzeigen von Verbesserungspotentialen Abbildung nur einer Produktfamilie bzw. eines Produkts Schwankender Bedarf über den Betrachtungszeitraum wird geglättet Bild 7

8 Kunde Kundensymbol Kunde Produktfamilie Anzahl Varianten Kunde Ein Kunde kann ein Endabnehmer eines Fertigprodukts oder ein nachfolgender, externer Produktionsprozess sein. Datenkasten für Kennzahlen Stückzahl Arbeitstage Arbeitszeit Kundentakt Kennzahlen zur Charakterisierung Anzahl der Varianten Benötigte Stückzahl je Zeitperiode Kundentakt.. Der Kunde bestimmt mittels des Kundentakts die Produktionsgeschwindigkeit des Produktionssystems. Bild 8

9 Kundentakt Kundentakt Der Kundentakt gibt an, wie groß das Zeitintervall ist um ein Produkt herzustellen, so dass der Kundenbedarf in der kompletten, betrachteten Zeitperiode erfüllt werden kann. Der Kundentakt gibt in der Realität nur eine Idealgröße für die Produktion an. In einer realen Produktion gibt es immer eine Vielzahl von Störgrößen, wie in etwa: Die schwankende Nachfrage beim Kunden Technische und organisatorische Störungen und Restriktionen ü ä ü Reduzierung von Beständen und Vermeidung eines Lieferabrisses durch eine angepasste Produktionsmenge Bild 9

10 Produktionsprozesse Produktionsprozess # MA # MA Datenkasten für Kennzahlen Bearbeitungszeit Rüstzeit Zykluszeit Verfügbarkeit Externer Produktionsprozess Prozessbezeichnung Prozessbezeichnung Lieferanten-Name Durchlaufzeit Produktionsprozess Technische Prozesse, bei denen Materialien und Teile wertschöpfend verändert werden (inkl. logistischer Prozesse). Als Sonderfall ist ein Prozess zu sehen, bei dem die Materialien die Fabrik verlassen. Kennzahlen zur Charakterisierung Anzahl der Mitarbeiter und Anzahl der Ressourcen Bearbeitungszeiten Rüstzeiten Zykluszeiten Verfügbarkeit Anzahl der Varianten EPEI-Wert Bild 10

11 EPEI-Wert Every Part Every Intervall Störung/ Wartung EPEI-Wert Technische Verfügbarkeit Rüstzeit Maschinenbelegungszeit Bearbeitungszeit der vier Varianten A-D Unterbrochen jeweils von der Rüstzeit A RZ D RZ RZ B RZ C Der EPEI ist ein Maß für die Flexibilität eines Produktionssystems Bild 11

12 Geschäftsprozesse Geschäftsprozess Geschäftsprozessbezeichnung Einstufung des Geschäftsfalls Weitere Aufgaben. # Mitarbeiter Geschäftsprozess Generierung, Bearbeitung und Speicherung von Informationen, die zur Erfüllung der Kundenaufträge sowie zur Planung und Steuerung der Produktion benötigt werden. Die Aufgabenliste beschreibt die wichtigsten zu erledigenden Aufgaben. In der Regel wird ein Datenverarbeitungssystem zur Unterstützung verwendet. Der zeitliche Aufwand der Prozesse ist zunächst irrelevant. Wichtig ist der logische Ablauf. Bild 12

13 Informationsfluss Informationsflusspfeil Datensatz Dokument Informationsfluss Verbindung zwischen Geschäftsprozessen durch das Weiterreichen von Daten und Dokumenten. Liste Verbindung von Geschäfts- und Produktionsprozessen zur Steuerung der Produktion. Go-See-Steuerung EDV-Schnittstelle Informelle Abstimmung Kategorien von Informationen Daten (z.b. CNC-Programme) Dokumente (z.b. Etiketten für den Versand) Listen (z.b. Produktionspläne, Ladelisten) Informelle Abstimmung (z.b. Rückfragen zu Dokumenten) Bild 13

14 Materialfluss und Transport Innerbetrieblicher Transport Außerbetrieblicher Transport Lager Materialfluss Logistische Verkettung zwischen Produktionsprozessen Besteht aus: Transportieren: Fortbewegen von Material Lagern: Zeitweilige Liegen von Materialien Spedition LKW und sonstige Fördermittel Fördertechnik Max. Teilemenge Fahrplan Kennzahlen zur Charakterisierung Anzahl der Lagerplätze Bestandmenge Reichweite im Lager Bild 14

15 Lieferant Lieferantensymbol Lieferant mit Ort Lieferant Quelle von Hauptkomponenten und Rohmaterialien Materialbezeichnung Typen Datenkasten für Kennzahlen Liefermenge Lieferanteil Wiederbeschaffungszeit Verfügbarkeit Kennzahlen zur Charakterisierung Liefermenge pro Zeitraum Prozentualer Lieferanteil Wiederbeschaffungszeit Bild 15

16 Leibniz Universität Hannover Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis Das Wertstromdesign Ein Überblick

17 Was ist das Wertstromdesign? Neugestaltung der Produktion hin zu einem effizienten und kundenorientierten Wertstrom (Ausgangspunkt bildet u. a. ein bestehender Ist-Wertstrom). Vermeidung von Verschwendung Bild 17

18 7 Arten der Verschwendung Beobachten des Maschinenlaufes Überproduktion und Mehrfachhandhabung Anhäufung von Beständen Lager Kurzfristiges Lagern Warten auf Material Teilemangel Transport von Teilen über weite Strecken Institut für Fabrikanlagen und Logistik Bild 18

19 Was ist das Wertstromdesign? Neugestaltung der Produktion hin zu einem effizienten und kundenorientierten Wertstrom (Ausgangspunkt bildet u. a. ein bestehender Ist-Wertstrom). Vermeidung von Verschwendung Vorgehensweise beim Wertstromdesign 1. Gliederung der Produktion: Produktionsstrukturierung 2. Gestaltung der Produktionsprozesse: Kapazitätsdimensionierung 3. Gestaltung des Materialflusses: Produktionssteuerung 4. Gestaltung des Informationsflusses: Produktionsplanung 5. Planung der Umsetzung: Verbesserungsmaßnahmen Bild 19

20 1. Gliederung der Produktion Ressourcenorientierte Segmentierung Produktfamilienorientierte Segmentierung Wareneingang Drehen Schleifen Fräsen Lackieren Montage Verpackung und Versand Wareneingang Drehen Schleifen Lackieren Fräsen Schleifen Fräsen Lackieren Montage Montage Verpackung und Versand Horizontale Segmentierung der Produktion nach Funktionen der Betriebsmittel Nachfrageorientierte Segmentierung Zusammenfassung der Prozesse für eine Produktfamilie in Segmente Marktorientierte Segmentierung Wareneingang Renner-Produkt Exoten-Produkt Verpackung und Versand Wareneingang Produktion für Kunde A Produktion für Kunde B Verpackung und Versand Segmentierung der Produktion anhand Stückzahlanteile bzw. Artikelanzahlanteile Segmentierung der Produktion nach bestimmten Kundengruppen bzw. Märkten Bild 20

21 2. Gestaltung des Produktionsprozesses Gestaltungsregel Zusammenfassung der Produktion in einer kontinuierlichen Fließfertigung Diskontinuierliche Fertigung Kontinuierliche Fertigung Stanzen Biegen Stanzen Biegen BZ = 3 Min. BZ = 2 Min. BZ = 3 Min. BZ = 2 Min. LG = 16 Stk. LG = 16 Stk. RZ = 4 Min. RZ = 3 Min. RZ = 10 Sek. RZ = 8 Sek. V = 100 % ZDL = 120 Min. V = 100 % V = 100 % V = 100 % BZ = 48 Min. BZ = 32 Min. BZ = 5 Min. Gesamt ZDL = 200 Min. ZDL pro Stück = 5 Min. ZDL pro Los = 80 Min. Gestaltungsregel Sollte die Integration von Prozessen in eine kontinuierliche Fließfertigung nicht möglich sein, so sollten benachbarte Prozesse in der Reihenfertigung mittels FIFO-Prinzip verbunden werden. BZ = Bearbeitungszeit LG = Losgröße RZ = Rüstzeit ZDL = Durchlaufzeit V = Verfügbarkeit FIFO = First In First Out Bild 21

22 3. Gestaltung des Materialflusses Gestaltungsregel Einführung einer Produktions-Kanban-Regelung zur Steuerung des Produktionsmenge Produktions-Kanban Entnahme-Kanban Regeln 1. Nachproduktion in der Reihenfolge der Karten Stanzen Biegen 2. Produktion nur bei dem Eintreffen einer Karte 3. Jede Karte bezieht sich auf einen Behälter 2 1 BZ = 3 Min. Supermarkt-Lager Anzahl Varianten 1 1 BZ = 2 Min. 4. Feste Plätze für Behälter 5. Die Logistik übernimmt den Transport 6. Regelmäßige Überprüfung der Karten-Menge RZ = 4 Min. Anzahl Behälter RZ = 3 Min. Reichweite Verknüpfung von Produktionsprozessen mit deutlich abweichenden Rüstzeiten und unterschiedlichen Losgrößen Erhöhung der Flexibilität Signal-Kanban LG Externe Beschaffung von Material Aufwandsreduzierung Lieferanten-Kanban Geeignet für teure, produktspezifische Teile, Baugruppen und Rohmaterialien in größeren Mengen BZ = Bearbeitungszeit LG = Losgröße RZ = Rüstzeit Bild 22

23 4. Gestaltung des Informationsflusses Gestaltungsregel Die Steuerung des Wertstroms erfolgt mit einem eindeutig festgelegten Schrittmacherprozess nach Kundentakt Produktions-Kanban Entnahme-Kanban Produktionssteuerung Produktionsauftrag Fertigung 2 1 KEP Schrittmacherprozess 1 1 FIFO Fertigung 2 1 Schrittmacher Engpass Kundenauftragsanonyme Fertigung (i. A. Verbindung mittels Kanban) 1. Fall 2. Fall Stk. Stk. Gefahr der Überproduktion Kundenauftragsbezogene Fertigung (i. A. Verbindung mittels FIFO) Gestaltungsregel Auftragsfreigabe muss sich am Engpass orientieren Abriss des Materialflusses wahrscheinlich Gestaltungsregel Künstliche Reduzierung der Schrittmacherkapazität KEP = Kundenauftragsentkopplungspunkt Stk. = Stückzahl FIFO = First In First Out Bild 23

24 5. Typische Verbesserungsmaßnahmen Typischerweise gibt es eine Reihe an Maßnahmen zur Optimierung eines Wertstroms Durchlaufzeitreduktion durch Festlegung eines Schrittmacherprozesses Einhaltung des Kundentakts durch Vermeidung von Verschwendung Instandhaltung und Steigerung der Prozesssicherheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit eines Prozesses Rüstzeitoptimierung Einführung einer Mehrmaschinenbedienung Vermeidung von Verschwendung im allgemeinen Arbeitsablauf Miteinbeziehung von Lieferanten in die Wertstrommethode Bild 24

25 Leibniz Universität Hannover Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis Der Fabrikplanungsprozess Nach VDI 5200 VDI Fachausschuss Fabrikplanung

26 Planungsprozess nach VDI 5200 VDI 5200 Projektmanagement Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6 Phase 7 Zielfestlegung Grundlagenermittlung Detailplanung Realisierungsvorbereitung Realisierungsüberwachung Konzeptplanung Hochlaufbetreuung Analyse der Unternehmensziele Festlegung von Fabrik- und Projektzielen Ermittlung Bewertungskriterien Ableitung von Arbeitspaketen Strukturplanung Dimensionierung Idealplanung Realplanung Angebotseinholung Vergabe Überwachung der Ausführungsplanung Umsetzungsplanung An- und Hochlaufbetreuung Bewertung der Fabrik Informationsbeschaffung Informationsauswertung Feinplanung Erstellung von Genehmigungsanträgen Erstellung der Leistungsbeschreibung Koordination, Überwachung Abschlussdokumentation Bild 26

27 Die VDI 5200 im IFA VDI 5200 Projektmanagement Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6 Phase 7 Zielfestlegung Grundlagenermittlung Detailplanung Realisierungsvorbereitung Realisierungsüberwachung Konzeptplanung Hochlaufbetreuung Analyse der Unternehmensziele Festlegung von Fabrik- und Projektzielen Ermittlung Bewertungskriterien Ableitung von Arbeitspaketen Strukturplanung Dimensionierung Idealplanung Realplanung Angebotseinholung Vergabe Überwachung der Ausführungsplanung Umsetzungsplanung An- und Hochlaufbetreuung Bewertung der Fabrik Informationsbeschaffung Informationsauswertung Feinplanung Erstellung von Genehmigungsanträgen Erstellung der Leistungsbeschreibung Koordination, Überwachung Abschlussdokumentation Bild 27

28 Einordnung der Wertstrommethode in den Fabrikplanungsprozess VDI 5200 Projektmanagement Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Phase 5 Phase 6 Phase 7 Zielfestlegung Grundlagenermittlung Detailplanung Realisierungsvorbereitung Realisierungsüberwachung Konzeptplanung Hochlaufbetreuung Analyse der Unternehmensziele Festlegung von Fabrik- und Projektzielen Ermittlung Bewertungskriterien Ableitung von Arbeitspaketen Strukturplanung Dimensionierung Idealplanung Realplanung Angebotseinholung Vergabe Überwachung der Ausführungsplanung Umsetzungsplanung An- und Hochlaufbetreuung Bewertung der Fabrik Informationsbeschaffung Informationsauswertung Feinplanung Erstellung von Genehmigungsanträgen Erstellung der Leistungsbeschreibung Koordination, Überwachung Abschlussdokumentation Bild 28

29 Leibniz Universität Hannover Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis Wandlungsfähigkeit Nach WaProTek Wandlungsförderliche Prozessarchitekturen

30 Definition der Wandlungsfähigkeit WaProTek Produktionssystem E 3 E1.2 Stückzahl, Prozessqualität, Lieferzeit, Produkte, Kostenstruktur F ist W ist E A Technologie Organisation E 1.1 Logistik Personal F ist Ist-Flexibilitätskorridor Wandlungskorridor Systemebene Aktivierungsaufwand TechnologieE 2 Logistik Technologie E 1.2 Logistik Technologie Organisation Logistik Personal Organisation Personal Organisation Personal Kosten t B F pot t B t E t N k 1 k 2 W ist t E A 1 t N1 F pot1 A2 t 1 t 2 t N2 Zeit Fpot2 Technologie Organisation Potenzieller Flexibilitätskorridor E 1.3 Logistik Personal WF = f(w,a) Erkennen des Wandlungsbedarfs Entscheidung über Wandlungsmaßnahmen Beginn der geplanten Wirkung einer Maßnahme Zeit Systemeigenschaft unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen der Systemelemente Potenzial, im Bedarfsfall technische, logistische, organisatorische und personelle Veränderungen durchzuführen Außerhalb vorgehaltener Flexibilitätskorridore eines Produktionssystems In kurzer Zeit, mit geringen Investitionen Anpassung in den Dimensionen des Wandels: Stückzahl-, Qualitäts-, Zeit-, Produkt- und Kostenstrukturveränderungen Bild 30

31 Wandlungstreiber repräsentieren interne und externe Einflüsse auf das Produktionssystem WaProTek Gesetzgeber (reg., nat., int.) Mitarbeiter Kunde/Markt Wettbewerber Test- und Prüfrichtlinien Dokumentationsaufwand Fachkräftemangel Demografische Entwicklung Produktvarianten Nachfrage Neue Konkurrenten Sinkendes Preisniveau am Markt Reichardt Archtekten Reichardt Archtekten tommys / Pixelio Technologie Unternehmensstrategie Lieferanten Sonstiges Technologietrends Informationsverarbeitung Strategiewechsel Sparteneinteilung Teilequalität Lieferengpässe Umwelt Wechselkurseinflüsse Bild 31

32 Einordnung der Wandlungsfähigkeit in das Wertstromdesign Die Dimensionen des Wandels werden an der Wertstrommethode gespiegelt, um auf Veränderungen reagieren zu können. Stückzahl Anpassung des Kundentakts Varianten Auswahl der Produktfamilie für die Wertstrommethode Lieferzeit Durchlaufzeit nach dem KEP Prozessqualität Über Kennzahlen, z.b. Verfügbarkeit, Instandhaltung Kosten Ergeben sich aus Vermeidung von Verschwendung KEP = Kundenauftragsentkopplungspunkt Bild 32

33 Buchtipp zum Thema Wertstromanalyse und -design Erlach, Klaus 2007 Wertstromdesign. Der Weg zur schlanken Fabrik. Springer Verlag Institut für Fabrikanlagen und Logistik Bild 33

34 Weitere Fragen und Kontakt Für weitere Fragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis Tel.: 0511 / An der Universität 2 Fax.: 0511 / Garbsen Ihr Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Tobias Mersmann Tel.: 0511 / Fabrikplanung mersmann@ifa.uni-hannover.de Institut für Fabrikanlagen und Logistik Bild 34