Bewertung von Flexibilitätsstrategien für die Endmontage in der Automobilindustrie

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1 Bewertung von Fexibiitätsstrategien für die Endmontage in der Automobiindustrie Von der Fakutät für Maschinenbau der Universität Stuttgart zur Erangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandung vorgeegt von Dip.-Wi.-Ing. Jörg Roscher aus Würzburg Hauptberichter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mut. E. Westkämper Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. e.h. Dieter Spath Tag der mündichen Prüfung: Institut für Industriee Fertigung und Fabrikbetrieb 2008

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3 Inhatsverzeichnis 3 Inhatsverzeichnis Inhatsverzeichnis... 3 Abbidungsverzeichnis... 5 Tabeenverzeichnis... 7 Variaben- und Abkürzungsverzeichnis... 8 Abstract Eineitung Ausgangssituation Zie der Arbeit Aufbau der Arbeit Herausforderung fexibe Endmontage Montagepanung Montage in der Automobifabrik Montagepanung und ihre Gestatungsfeder Auswirkungen zunehmender Wettbewerbsintensität auf die Montagepanung Fexibiität in Produktionssystemen Fexibiität as fabrikpanerisches Handungsfed der Kostenreduktion Panung von Fexibiitätsstrategien as hierarchischer Panungsprozess Fexibiität in Montagesystemen Personafexibiität Voumen- und Produktfexibiität Standort- und produktspezifische Fexibiitätsstrategien Panung fexiber Montagesysteme Konkretisierung der Erkenntnisse für die Montagepanung Anforderungen an die Panungsmethodik Abgrenzung der Panungsmethode Ansätze zur Panung fexiber Produktionssysteme Bewertungsansätze auf Basis von Optimierungsverfahren Lösungskassen und -verfahren für Optimierungsprobeme Anwendungen Systemdynamische Bewertungsansätze Einführung in die System Dynamics Theorie Anwendungen Defizite und Abeitung des Handungsbedarfs Defizite der vorgesteten Ansätze Handungsbedarf Lösungskonzept der Panungsmethodik Mode der Montage-Wirkzusammenhänge Ein-Perioden-Mode der Montage Eingangsgrößen des Ein-Perioden-Modes Entscheidungsvariaben des Ein-Perioden-Modes Kostenfunktion des Ein-Perioden-Modes Nebenbedingungen des Ein-Perioden-Modes... 79

4 Inhatsverzeichnis Mehr-Perioden-Mode der Montage Eingangsgrößen des Mehr-Perioden-Modes Entscheidungsvariaben des Mehr-Perioden-Modes Kostenfunktion des Mehr-Perioden-Modes Nebenbedingungen des Mehr-Perioden-Modes Antizipation von Montagebetrieb und Fexibiitätsnutzung Antizipation betriebicher Lerneffekte mittes Lernkurven Lernkurven-Konzept und sein wissenschafticher Nachweis Vorgehen bei der Anayse von Lernkurveneffekten in Produktionssysteme Anayse von Lernkurveneffekten in Automobimontageinien Konzeption eines Lernkurven Modes für Montagezeit und Taktausgeichsverust Entwickung eines Optimierungsmodes zur Antizipation der Fexibiitätsnutzung Aufbau des Optimierungsmodes Ansätze der Kompexitätsreduktion Umsetzung eines Panungswerkzeugs Übersicht über die Panungsmodue und ihre Nutzung Architektur des Lifecyce Adaptation Panners Aufbau der LAP-Optimierungsmodee Anayse der Rechenzeit Anwendung der Methode Beschreibung des Anwendungsfas Auswertung der Ergebnisse Kritische Würdigung Zusammenfassung und Ausbick Literatur

5 Abbidungsverzeichnis 5 Abbidungsverzeichnis Abbidung 1: Fexibiitätsnutzung as Abstimmung von Fexibiitätsbedarf und Fexibiitätsangebot Abbidung 2: Exemparische Montageinie und ihre Bereiche as Eement der Automobifabrik Abbidung 3: Austaktung der Arbeitsvorgänge auf die Taktzeit Abbidung 4: Umsatzrendite und Ausastung nordamerikanischer Automobihersteer von 1972 bis 2004 [Warburton, 2004] Abbidung 5: Fexibiitätsbedarf und angepasste Produktionssysteme am Beispie von Nachfrageschwankungen Abbidung 6: Fexibiitätsarten und ihre Auswirkungen auf die Ausastung der Montageinien Abbidung 7: Hierarchischen Fexibiitätspanung (i.a. an [Schneeweiß, 1999]) Abbidung 8: Panung und Bewertung von Fexibiitätsstrategien durch die Top- Panung Abbidung 9: Ebenen der Produktions- und Personakapazitätspanung (i.a. an [Günther, 1989]) Abbidung 10: Ansatzpunkte der voumenfexiben Soitärinie Abbidung 11: Ansatzpunkte der produkt(mix)fexiben Montageinie Abbidung 12: Auswirkungen des Kosten- und Innovationsdruck auf die Fexibiitätsstrategien Abbidung 13: Fexibiitätsstrategien mit annähernd geicher Reaktionsfähigkeit bei Nachfrageunsicherheit [Jordan et a., 1995] Abbidung 14: Abeitung der Montage-Fexibiitätsstrategie aus produkt- und standortspezifischen Rahmenbedingungen Abbidung 15: Untersuchungsumfang der Dissertation Abbidung 16: Zeitiche Stufenstruktur deterministisch-dynamischer Programme (i.a. an [Schneeweiß, 1992]) Abbidung 17: Entscheidungsbaum eines deterministischen dynamischen Programms Abbidung 18: Entscheidungsbaum der fexiben Panung Abbidung 19: Lösungskonzept einer Panungsmethodik zur Bewertung von Fexibiitätsstrategien Abbidung 20: Aufbau des Montagemodes für den Ein- und Mehr-Perioden Fa Abbidung 21: Lernkurve der Ausfazeit über der Betriebsnutzungszeit [Mishima, 1997]. 95 Abbidung 22: Lernkurven der Montagezeit für ein Kompaktkassefahrzeug und seinen Nachfoger Abbidung 23: Veränderung des Taktausgeichsverusts nach Umtaktung der Montageinie

6 Abbidungsverzeichnis 6 Abbidung 24: Zustandsraumvergrößerung bei Einführung von Statusvariaben Abbidung 25: Bei der Kompexitätsreduktion zu berücksichtigende Abhängigkeiten der Zustandsvariaben Abbidung 26: Übersicht über die Panungsmodue Abbidung 27: Stufenweise Navigation im LAP Abbidung 28: Ausschnitte aus den Eingabemasken für Kostensätze (oben) und Arbeitszeitmodee (unten) Abbidung 29: Aufbau des zentraen Tabeenbatts zur Lebenszykuspanung Abbidung 30: Bewertung der Fexibiitätsstrategien über den mitteren und über den Worst-Case -Kosten-Kapitawert Abbidung 31: Architektur des Lifecyce Adaptation Panners LAP Abbidung 32: Pseudocode zur Identifikation der kostenoptimaen Nachfogerzustände Abbidung 33: Pseudocode zur Identifikation des kostenoptimaen Anpassungspfads Abbidung 34: Abeitung der erforderichen Rechenzeit in Abhängigkeit der zu reaisierenden Anpassungsentscheidungen Abbidung 35: Prognostiziertes Nachfrageszenario sowie erwartete minimae und maximae Nachfrage Abbidung 36: Beschreibung der Fexibiitätsstrategien Abbidung 37: Taktausgeichsveruste der Linien im Soitär (S) und im Mix-Betrieb (M) über der Zeit Abbidung 38: Ergebnis des LAP, exemparisch dargestet für Nachfrageszenario 3 und Konzept Abbidung 39: Arbeitskräftebedarf, befristete und unbefristete Mitarbeiter, Arbeits kräfte-überschuss und Arbeitszeitkonto für Nachfrageszenario 3 und Konzept Abbidung 40: Persona-, Anpassungs- und Betriebskosten für Nachfrageszenario 3 und Konzept Abbidung 41: Gewichteter mitterer und Worst-Case-Kapitawerte der Betriebskosten (oben) und der Gesamtkosten (unten)

7 Tabeenverzeichnis 7 Tabeenverzeichnis Tabee 1: Vor- und Nachteie der voumenfexiben Soitärinie Tabee 2: Vor- und Nachteie der produktfexiben Montageinie Tabee 3: Nachgewiesene Lernkurveneffekte in den Studien 1 und Tabee 4: Zustandsvariaben in Anehnung an die Entscheidungsvariaben des Montagemodes Tabee 5: Zusammenhang zwischen Anpassungszuständen und Anpassungsentscheidungen über der Zeit Tabee 6: Zustands- und Statusvariaben der Optimierung im Ein-Linien-Mode Tabee 7: Optimierung im Zwei-Linien-Mode Tabee 8: Startwerte der Montagezeit-Lernkurven Tabee 9: Verfügbarkeit nach Anäufen über der Zeit Tabee 10: Anpassungskosten bei Linienumtaktung Tabee 11: Anpassungskosten bei Wechse der Schichtmodee und der Arbeitskräfte-Anzah

8 Variaben- und Abkürzungsverzeichnis 8 Variaben- und Abkürzungsverzeichnis Agemeine Abkürzungen Euro AG Aktiengeseschaft AK Arbeitskraft AZ Arbeitszeit AZK Arbeitszeitkonto BMW Bayerische Motoren Werke bzg. bezügich bzw. beziehungsweise C++, C# Programmiersprachen ca. circa d.h. das heißt DB Datenbank EDV eektronische Datenverarbeitung et a. und andere etc. et cetera evt. eventue F Forme i.a. in Anehnung ink. inkusive IPA Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung k.a. keine Angabe KVP kontinuiericher Verbesserungsprozess LAP Lifecyce Adaptation Panner (Panungssoftware) LKF Lernkurvenfaktor m.a.w. mit anderen Worten max. maxima min. minima Min. Minuten Mio. Miionen MS Microsoft MTM Methods Time Measurement OEM Origina Equipment Manufacturer OR Operations Research p.a. per annum Pkw Personenkraftwagen s.o. siehe oben s.u. siehe unten u.a. unter anderem vg. vergeiche z.b. zum Beispie

9 Variaben- und Abkürzungsverzeichnis 9 Variabenverzeichnis Kapite 3 a t A t (z t ) c T x, f(x), g i (x) f t (z t, a t ) R + t x z z t Z t Ζ + Entscheidungsvariabe der Stufe t Menge der mögichen Entscheidungen Zie- bzw. Nutzen- und Nebenfunktionen Zustandstransformationsgeichung Menge der reeen, positiven Zahen Index der Stufen des Optimierungsprobems Variabenvektor Ziekriterium des Optimierungsprobems Zustandsvariabe der Optimierungsstufe t Menge der diskreten Zustände Menge der natürichen Zahen Variabenverzeichnis Kapite 4 und 5 Mengen und Indizes des Montage- und Lernkurvenmodes A, B Mengen ähnicher Arbeitsvorgänge a, b Index der Menge ähnicher Arbeitsvorgänge A, B L Menge der Linien,m Index der Menge der Linien L P Menge der Produkte p Index der Menge der Produkte P S Menge der Schichtbetriebe (1 bis 3 Schichten) s Index der Menge der Schichtbetriebe S SB Menge der Schichtgruppen über ae Linien T Betrachtungszeitraum t Index des Betrachtungszeitraums T Eingangsgrößen des Montage- und Lernkurvenmodes a 0, a 1, a 2 [%] probemspezifische Hifsvariaben ait [%] Antei indirekter Tätigkeiten AKunab [1] Anzah der von Takt- und Montagezeit unabhängigen AK antmz [1] arbeitskräftewirksamer Antei der Montagezeit ap [ ] Anfahrtspauschae für die AK arbtag [Tag] Anzah an verfügbaren Kaender-Arbeitstagen azt [Min.] tarifiche AZ bed [1] Bedarf zur Befriedigung der Marktnachfrage bv [%] Bandvorauf der Montageinie fsk [%] Krankenfehstand bei tarificher AZ fsu [%] Uraubsfehstand gewabord [ ] Gewinn aus Abordnungen von AK jbr [1] Anzah an Betriebsruhetagen pro Jahr k [1] Kosten einer produzierten Einheit kak_bd [ ] Kosten für befristete direkte AK pro Periode kak_ud [ ] Kosten für unbefristete direkte AK pro Periode KAK_ui [ ] Kosten für unbefristete indirekte AK pro Periode kakz [%] kakuatorischer Zinssatz korrazk [h] obere bzw. untere Grenze des AZK LKF [1] Lernkurvenfaktor der Montagezeit

10 Variaben- und Abkürzungsverzeichnis 10 MaxAbord [1] maximae Anzah an AK in Abordnung MaxBefr [1] maximaer Antei befristeter AK maxpvs [%] maximae Programmverschiebung zwischen zwei Perioden mbr [Tag] Anzah individueer Uraubstage mintz [Min] minima mögiche Taktzeit mz [Min] Montagezeit für die erste produzierte Einheit MZ [Min] inienabhängige Montagezeit MZT [Min] inienunabhängige theoretische Montagezeit psb [Min] bezahte Pausenminuten s [1] Steigungsparameter der Lernkurve s [ ] Stundenohn as Basis der Schichtzuschäge tag [%] Taktausgeichsverust der Montageinie tag Zie [%] Zie Taktausgeichsverust der Montageinie verf [%] Verfügbarkeit der Linien wkausst [ ] Kosten bei Aussteung einer unbefristeten AK wkbfix [ ] fixe Kosten bei Wechse der Betriebsnutzungszeit wkbvar [ ] arbeitskräftevariabe Kosten bei Wechse der Betriebsnutzungszeit wkeinfex [ ] Kosten bei Einsteung einer befristeten AK wkeinst [ ] Kosten bei Einsteung einer unbefristeten AK wksbfix [ ] fixe Kosten bei Wechse des Schichtbetriebs wksbvar [ ] arbeitskräftevariabe Kosten bei Wechse des Schichtbetriebs wktfix [ ] fixe Kosten bei Wechse der Taktzeit wktvar [ ] arbeitskräftevariabe Kosten bei Wechse der Taktzeit wkversvar [ ] Kosten bei Verschiebung von AK zwischen Montageinien x [1] kumuierte Ausbringungsmenge zs [%] Schichtzuschagssatz zü [%] Überstundenzuschagssatz zuszeit [Min] zusätzich für Umbauten etc. erforderiche Zeit Entscheidungsvariaben des Montage- und Lernkurvenmodes EV_AKAB [1] AK-Anzah in Abordnung EV_AKB [1] Anzah befristeter AK EV_AKU [1] Anzah unbefristeter AK EV_AKVERS [1] zwischen Montageinien zu verschiebende AK EV_BETRUR [1] Anzah an Betriebsruhen mit Uraub EV_BNZV [Min] Betriebsnutzungszeit pro Schicht EV_PADGF [Min] durchgefahrene Pausenzeit pro Schicht EV_PFB [%] Pattformbeegung EV_PV [%] Programmverteiung EV_PVS [1] Programmverschiebung aus Periode t+1 in Periode t EV_SB [1] Schichtbetrieb EV_TZ [Min] Taktzeit

11 Variaben- und Abkürzungsverzeichnis 11 Hifs- und Ergebnisgrößen des Montage- und Lernkurvenmodes t_lkversch [1] zeitiche Rechtsverschiebung der Lernkurve t_eum [1] Zeitpunkt der etzten Umtaktung α [%] Gewichtungsfaktor ABED [1] aktuaisierter Produktionsbedarf nach Programmverschiebung AKABH [1] theoretischer Grundbedarf der von Takt- und Montagezeitunabhängigen AK AKABL [1] Aböser für direkte AK AKB [1] Brutto-AK AKBVL [1] AK zum Ausgeich des Bandvoraufs AKFEHL [1] AK in Fehstand AKIND [1] indirekt AK AKLIN [1] Anzah der in der Montageinien erforderichen AK AKNET [1] Netto-AK AKPROD [1] theoretischer AK-Grundbedarf AKTAG [1] AK zum Ausgeich des Taktausgeichsverusts AKV [1] Anzah eingesteter AK ant [%] Antei auf anderen Linien durchgeführter ähnichen AVOs AUSL [1] Ausastung AZK [h] Stand des AZK AZKE [Min.] Entwickung des AZK AZRE [Min.] durchschnittiche reae AZ AZV [Min.] verfügbare AZ BETRTAG [Tag] Betriebstage BK [ ] Betriebskosten BWKMO [ ] Barwert der Montagekosten im Betrachtungszeitraum T DMZ [Min] durchschnittiche Montagezeit FSG [%] Gesamt-Fehstand FSG AZK [%] bei der Arbeitszeitkontenrechnung zu berücksichtigender Fehstand FSKR [%] um Schichtänge korrigierter Fehstand FSUR [%] Uraubsstand nach Berücksichtigung der Betriebsruhen FSURRE [%] Uraubsstand nach Berücksichtigung der Betriebsruhen und des individueen Uraubs KAPA [1] Kapazität KUMVOL [1] Kumuierte Stückzah MZ [Min] inienabhängige Montagezeit PRODVOL [1] Produktionsvoumen TARIFL [ ] durchschnitticher Tarifohn VerfBNZ [Min.] verfügbare Betriebsnutzungszeit WK [ ] Wechsekosten bei Anpassungen zwischen zwei Perioden ZUS [ ] Schichtzuschäge ZUSÜ [ ] Überstundenzuschäge

12 Variaben- und Abkürzungsverzeichnis 12 Variaben des Optimierungsmodes x Anzah der Mengenbeegungen für die Variabe x â Anzah der AK (Zie) v â AK-Verschiebung (Zie) ab Anzah AK in Abordnung (Zustandsvariabe) af Anzah befristeter AK (Zustandsvariabe) as Anzah unbefristeter AK (Zustandsvariabe) av Anzah der zwischen den Montageinien verschobenen AK (Zustandsvariabe) b Betriebsnutzungszeit (Zustandsvariabe) d Nachfrage (Zustandsvariabe) n Anzah eingepanter Schichten (Zustandsvariabe) p Betriebsnutzungszeit während der Pausen (Zustandsvariabe) r Anzah der Betriebsruhen (Zustandsvariabe) s Schichtbetrieb (Zustandsvariabe) ŝ Schichtbetrieb (Zie) s_azk Stand des AZK (Statusvariabe) s_br Anzah einbepanter Betriebsruhen (Statusvariabe) s_puffer Füstand des theoretischen Puffers zur Entkoppung von Produktion und Nachfrage (Statusvariabe) s_sas Anzah einbepanter Samstage (Statusvariabe) s_takt Zeitpunkt der etzten Umtaktung (Statusvariabe) tz Taktzeit (Zustandsvariabe) tˆ z Taktzeit (Zie) v Programmverteiungsfaktor (Zustandsvariabe) z Anpassungszustand z um Statusvariaben erweiterter Anpassungszustand

13 Abstract 13 Abstract Fexibiity strategies for assemby shops are described by the number of assemby ines, their eve of automation and their product and voume fexibiity. To evauate these strategies in terms of financia efficiency, two cost factors have to be considered: the investment in the fexibiity and the benefit of the fexibiity during production. This doctora thesis proposes the necessary methods and modes to anticipate the future benefits of a investment in fexibiity. Therefore, based on the concept of hierarchica panning, three components are deveoped: The dynamic assemby mode, the earning curve mode and the optimization mode. The dynamic assemby mode describes the functiona dependencies between the tactica assemby panning, the necessary resources and the resuting cost. For exampe, it cacuates the impact of takt times and shift modes on the required amount of empoyees. The earning curve mode describes the earning curve effects in the assemby ines. For ramp ups and takt time changes, earning curves for assemby times, uptimes and takt efficiency osses are quantified. Finay, inked to both the dynamic assemby mode and the earning curve mode, the optimization mode cacuates the cost optima soution to use the given fexibiity during production. The optimization is executed by dynamic programming. As an exampe, takt times, the amount of fix and temporary workers, the shift modes and the production program are optimized for every period of the production ifecyce. The smaer the anticipated operationa cost of the future, the higher the benefits of the panned fexibiity. The modes and methods deveoped were impemented in a decision supporting system named Lifecyce Adaptation Panner (LAP). In the case study, the LAP proves the benefits of product fexibe assemby ines for the production of innovative compact cars in voatie markets. The higher and constant capacity utiization in the fexibe ines is eading to a ower investment and to a reduced necessity of expensive takt time changes. Additionay, earning curves after ramp-ups can be reaized with a much higher voume. Thus, assemby times are reduced more quicky and for onger term than in one-product ines with ower voumes.

14 Eineitung 14 1 Eineitung 1.1 Ausgangssituation Um auf eine zunehmende Wettbewerbsintensität und Dynamik der Märkte zu reagieren, steht die Automobiindustrie vor der Herausforderung, innovative Produkte mit kurzen Lebenszyken am Markt zu positionieren. Um in diesem Umfed den Aufbau von Überkapazitäten zu vermeiden und profitabe zu produzieren, wird die Panung von Fexibiitätsstrategien zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor (vg. [Radtke et a, 2004], [Warburton, 2004], [Westkämper et a., 2005]). Prinzipie können für Fexibiitätsstrategien in der Produktion zwei grundegende Montageinienkonzepte unterschieden werden: die produktfexibe Linie und die Soitärinie. Die produktfexibe Montageinie kann sebst bei starken Voumenschwankungen konstant ausgeastet werden. Das ist mögich, wei sich Nachfrageänderungen für einzene Produkte im Produkt-Mix ausgeichen. Man spricht von so genannten Stückzahen-Ausgeichseffekten. Die effiziente Montage verschiedener Produkte auf einer Linie ist aerdings nur bei ähnicher Produktstruktur mögich. Unterscheiden sich die Produkte stark, so sinkt durch die hohe Varianz der Arbeitsvorgänge die Effizienz der Arbeitskräfte in der Linie; außerdem steigen die Kosten für produktfexibe Anagen ([Westkämper et a., 2005], [Aden et a., 2002]). Bei diesen Randbedingungen entfaten sich die Stärken der Soitärinie. Sie ist ausgerichtet auf die effiziente Produktion eines innovativen und kompexen Produkts. Nachfrageschwankungen können jedoch nur über eine begrenzte Voumenfexibiität abgefangen werden, die stark abhängig ist von der Personafexibiität des Standorts. Beide Strategien assen sich heute in ihrer Reinform kaum mehr anwenden. Sebst bei innovativen Premiumprodukten erauben ausgeprägte Nachfrageschwankungen keine konstant hohe Ausastung der fixkostenintensiven Soitärinien. Und die ständig steigenden Anforderungen an die Produktattraktivität führen dazu, dass Kostenführer in Teibereichen innovative Produktkomponenten und Varianten einführen müssen, die sich nicht effizient auf produktfexiben Linien montieren assen [Westkämper et a., 2005]. Die Wah der wirtschaftichsten Fexibiitätsstrategie wird zusätzich erschwert, wei ein heutiger Big Payer der Automobiindustrie mehrere Marktsegmente besetzt. Marken wie Toyota und Lexus, Vokswagen und Audi oder Mercedes-Benz und Chryser sind in eine Konzernstrategie integriert und vereinen Eemente der Innovations- und Kostenführerschaft.

15 Eineitung 15 Insbesondere in der Automobiindustrie wurde die Notwendigkeit einer dynamischen Fexibiitätspanung und kapazitiver Anpassungsmaßnahmen erkannt (vg. [Sesterhenn, 2003], [Westkämper et a., 2003], [Howeg et a., 2004]). Infogedessen sucht die Fabrikpanung nach Produktionssystemen, die ein optimaes Maß an technischer und organisatorischer Fexibiität integrieren [Fine et a., 1990]. Hierfür nutzt sie eine Kombination aus produktfexiben Linien und Soitärinien [Bish et a., 2000]. Jedoch sind die in der Praxis verwendeten Panungsansätze nicht ausgereift. Sie orientieren sich an fixen Annahmen bzg. der zukünftigen Rahmenbedingungen des Produktionsbetriebs und basieren stark auf den Erfahrungswerten der Paner (vg. [Schauerhuber, 1998], [Sesterhenn, 2003]). So ist zu erkären, dass die eingesetzten Methoden die reae Ressourcenausastung nicht merkich verbessern ([IPA, ISST, 1997], [McKinsey, 2005]). Die Panungsmethoden der Wissenschaft eignen sich vor aem für anagenintensive Produktionssysteme. Bei hohen Investitionssummen und geringen kostenwirksamen Entscheidungsmögichkeiten im Produktionsbetrieb kann bewertet werden, wie schne sich die impementierte Fexibiität durch eine bessere Kapazitätsausastung amortisiert (vg. Konzept der fexiben Panung, [Schneeweiß, 1992a]). Die Ansätze sind jedoch schwer auf die personaintensive Automobimontage übertragbar, bei der die Linieneffizienz stark abhängig ist von der Fexibiitätsnutzung im Produktionsbetrieb und von den damit verbundenen Lernkurveneffekten. 1.2 Zie der Arbeit Im Rahmen dieser Arbeit soen Modee und Methoden erarbeitet werden, die eine Bewertung des Nutzens der impementierten Systemfexibiität ermögichen. Dafür soen die zu erwartenden operativen Montage-Betriebskosten bei gegebener Fexibiität berechnet werden. Je geringer diese Montage-Betriebskosten ausfaen, desto höher der Nutzen der Investition in die Fexibiität des Montagesystems. Dabei soen markt-, produkt- und standortspezifische Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. Wie in Abbidung 1 dargestet, muss das Montagesystem an zukünftige Fexibiitätsbedarfe angepasst werden. Markt- und Produktentwickungen spiegen sich wider in einem variierenden Produktionsvoumen und in veränderten Montagezeiten der Produkte. As Fexibiitätsangebot steht die impementierte Voumen-, Produkt- und Nachfogefexibiität der Montageinien zur Verfügung. Z. B. kann bei einem Nachfragerückgang die Taktzeit erhöht

16 Eineitung 16 oder die Betriebsnutzungszeit gesenkt werden. Auch die Neuverteiung des Produktionsprogramms auf die Montageinien ist mögich, um beispiesweise einen reduzierten Schichtbetrieb vo auszuasten. Die Personafexibiität as grundegende Fexibiitätsart ermögicht dabei Ein- und Aussteungen, Arbeitszeitvariationen und Verschiebungen von Arbeitskräften zwischen Montageinien. Fexibiitätsbedarf (Auswah) Fexibiitätsangebot (Auswah) Lebenszykus Stückzah Saisonaität Stückzah Ein Jahr Unsicherheit Stückzah Montagezeit Montagezeit Zeit Zeit Zeit? Zukünftige Fexibiitätsnutzung Voumenfexibiität - Variation der Betriebsnutzungszeit - Variation der Taktzeit - Verteiung des Produktionsprogramms auf Montageinien - Verschiebung des Produktionsprogramms über der Zeit Produkt-/Nachfogefexibiität - Neuaustaktung der Linien - Anpassung der technischen Anagen Personafexibiität - Arbeitszeitkonto - Ein- und Aussteungen - Verschiebung von Arbeitskräften zwischen Linien und Standorten Anauf A Anauf B Zeit Abbidung 1: Fexibiitätsnutzung as Abstimmung von Fexibiitätsbedarf und Fexibiitätsangebot Das Vorgehen zur Bewertung des Fexibiitätsnutzens baut auf dem Konzept der hierarchischen Panung auf [Schneeweiß, 1999]. Um zukünftige Betriebskosten ermitten zu können, soen die Anpassungsmaßnahmen antizipiert werden. M.a.W. so vorhergesagt werden, wie die impementierte Fexibiität operativ genutzt wird. Dabei ist insbesondere die zeitiche Dynamik zu berücksichtigen: Erstens erfogt die Fexibiitätsnutzung situativ in Abhängigkeit der gegebenen Rahmenbedingungen. Zweitens verursacht die Nutzung der technischen und organisatorischen Fexibiitätsinstrumente Effizienzveruste, die über betriebiche Lerneffekte wieder reduziert werden. Die Arbeit so in der Praxis nutzbare Ergebnisse iefern. Aus diesem Grund wird die Umsetzung eines Panungswerkzeugs angestrebt, das der strategischen Montagepanung zur Bewertung aternativer Fexibiitätsstrategien dient.

17 Eineitung Aufbau der Arbeit Bevor die erforderichen Modee und Methoden erarbeitet werden, erfogt in Kapite 2 und 3 eine Einführung in die Montage- und Fexibiitätspanung: Im zweiten Kapite werden die Anforderungen an die Panung von Fexibiitätsstrategien für die Automobimontage herausgearbeitet. Das dritte Kapite zeigt eine Übersicht der bereits existierenden Panungsmodee zur Antizipation der Fexibiitätsnutzung. Neben dem Einsatz von Optimierungsverfahren wird das Konzept der System Dynamics eräutert. Die Verfahren und ihre Anwendungen werden kritisch diskutiert, um Defizite aufzuzeigen und den Handungsbedarf abzueiten. In den Kapiten 4 und 5 werden die Modee und Methoden für die Panung von Fexibiitätsstrategien entwicket. Im vierten Kapite wird ein agemeines Mode des Montagebetriebs aufgebaut. Das Mode eraubt die Kostenbewertung des Montagebetriebs. In Kapite 5 werden Lernkurven- und Optimierungsmodee erarbeitet, die eine Antizipation der zukünftigen Fexibiitätsnutzung ermögichen. Abschießend wird die Umsetzung der Modee im Panungswerkzeug Lifecyce Adaptation Panner LAP präsentiert. Im sechsten Kapite werden die Modee und Methoden vaidiert und kritisch beurteit. Dafür werden verschiedene Fexibiitätsstrategien für Kompaktkassefahrzeuge bewertet. Die Bewertung basiert auf veragemeinerten Referenzwerten und zeigt das Potenzia produktfexiber Montageinien für innovative Fahrzeuge auf. Die Arbeit schießt im siebten Kapite mit einer Zusammenfassung. Hier wird ein Ausbick auf offene Handungsfeder und zukünftige Arbeiten gegeben.

18 Herausforderung fexibe Endmontage 18 2 Herausforderung fexibe Endmontage 2.1 Montagepanung Aufgrund gesättigter Triademärkte steigt heute für die Automobiindustrie die Wettbewerbsintensität und die Marktunsicherheit. Um in diesem Umfed bestehen zu können, müssen die Hersteer ihre Produktattraktivität steigern und geichzeitig ihre Produktionskosten senken. Der Innovationsdruck schägt sich nieder in verkürzten Produkt-Lebenszyken und Nischenprodukten, deren Variantenreichtum und Innovationsgrad die Automobiindustrie, unabhängig von ihrer strategischen Ausrichtung, vor neue Herausforderungen stet [Westkämper et a., 2005]. Bevor in diesem Kapite auf die Auswirkungen des zunehmenden Wettbewerbs auf die Fabrik- und Montagepanung eingegangen wird, wird die Montage in die Automobifabrik eingeordnet und mit ihren wesentichen Merkmaen dargestet. Außerdem wird die Montagepanung as Teigebiet der Fabrikpanung mit ihren Gestatungsfedern beschrieben Montage in der Automobifabrik Automobifabriken sind typischerweise in drei Gewerke untergiedert 1. Im ersten Gewerk, dem Rohbau, werden in hoch automatisierten Prozessen die Karosserien gefügt. Personakosten entstehen hauptsächich für Instandhatungs- und Logistik-Umfänge. Im zweiten Gewerk, der ebenfas hoch automatisierten Lackierung, erfogt die Oberfächenbehandung der Karosserie. Im Gewerk Montage wird im Anschuss das Endprodukt einschießich seiner wichtigen Modue montiert. Eine Entkoppung der Gewerke erfogt durch Puffer. Sie nehmen Aufgaben der Störungs- und Schichtentkoppung wahr. Zusätzich ermögichen sie eine Sequenzierung der Fahrzeuge für die nächste Produktionsstufe und somit eine günstige Produktionsreihenfoge [Baumgärte, 1999]. 1 Teiweise wird das Presswerk as ein weiteres Gewerk bezeichnet.

19 Herausforderung fexibe Endmontage 19 Montage Inneneinbau Abschagen Türen Keben Bodenmodue Kabesätze Dachmodu Cockpit Teppiche Scheiben Montage Kabesatz Montage Dachsysteme Montage Cockpit Einegen Teppiche Einbau Scheiben Frontmodu Fahrwerk Montage Fahrwerk Sitze Montage Frontmodu Hochzeit Unterboden/ Leitungen Kantenschutz Inneneinbau/ Ausstattung Montage Sitze Heckmodu Rückwandtür Räder Türen Montage Heckmodu Montage Rückwandtür Befüung Montage Räder Anschagen Türen Fahrzeugfertigsteung Prüfen Eektrik Wagen-Start Hauptinie Modumontage Entkoppung Abbidung 2: Exemparische Montageinie und ihre Bereiche as Eement der Automobifabrik Abbidung 2 stet eine Montageinie as Eement der Automobifabrik dar. Sie besteht aus mehreren Bereichen, die sich jeweis nach ähnichen Arbeitsinhaten kassifizieren assen und mit Anforderungen an die Produkt-Zugängichkeit und an die Fördertechnik verbunden sind: - Hauptinien: Auf ihnen wird das Endprodukt montiert. Sie giedern sich in drei Abschnitte. Im Inneneinbau erfogt die Montage der Interieureemente und der Modue, im Fahrwerksbereich der Zusammenbau von Unterboden und Chassis. Die Fahrzeugfertigsteung umfasst etzte Montageumfänge und quaitätssichernde Maßnahmen. - Modumontagen: Auf ihnen werden Fahrzeugmodue, beispiesweise Türen, Cockpits und Aggregate montiert. Die Bereiche einer Montageinie sind in Bezug auf Schichtentkoppung und Sequenzbidung starr verkettet. Die Taktzeit der Linie orientiert sich an der Nachfrage und an der zur Verfügung stehenden Betriebsnutzungszeit 2. Beide egen die Kapazität der Linie fest. Die Taktzeit gibt geichzeitig die verfügbare Arbeitszeit pro Arbeitsstation vor. Arbeitsstationen der Montageinie können automatisiert werden. Typischerweise iegt der Automatisierungsgrad bei unter 5% [Howeg et a., 2004]. Dieser im Vergeich zu den Gewerken Rohbau und Oberfäche geringe Automatisierungsgrad der Montage spieget sich wider in ihrer Kostenstruktur. Während die Investition in eine Montageinie zwischen 50 und 200 Miionen Euro iegt, übersteigen die Personakosten in Deutschand diese Werte bereits nach wenigen Jahren. 2 Sie wird auch as Nettoarbeitszeit bezeichnet (vg. Abschnitt 2.3.1)

20 Herausforderung fexibe Endmontage Montagepanung und ihre Gestatungsfeder Die Fabrikpanung as produktionswirtschaftiche Diszipin beschäftigt sich mit der Gestatung von Fabriken und mit der rationeen Verwirkichung von Investitionsvorhaben [Schmigaa, 1995]. Zu ihren Aufgaben gehören die Anayse, Ziefestegung, Funktionsbestimmung, Dimensionierung, Strukturierung, Integration und Gestatung von Fabriken as System, wie auch ihrer Teisysteme, Eemente, Substrukturen und Prozesse [Wiendah, 1996]. In ihrem Abauf orientiert sich die Fabrikpanung an der Durchführung von Probemösungsprozessen. Regekreisbasiert und in iterativen Detaiierungsschritten führt die Panung zu einem an die Anforderungen angepassten System [Dangemaier, 2002]. Die Montagepanung stet einen spezieen Bereich der Fabrikpanung dar. Ihr Gestatungsobjekt ist die Montage. Zie der Panung ist die Sichersteung der Wettbewerbsfähigkeit des Automobihersteers. Es wird erreicht, wenn die Montage des Produktionsprogramms wirtschaftich, quaitätsorientiert, vorausschauend sowie mengen-, termin-, ziepreis- und variantengerecht erfogt [März et a., 2001]. Grundsätzich müssen bei der Panung des Montagesystems ae die Montagepanung tangierenden Bereiche integriert werden. Neben der gewerkeübergreifenden Fabrikpanung sind das u.a. die Entwickung, der Vertrieb, die Finanz-, die Logistik- und die Personapanung [Bave et a., 2001]. Bestimmte Vorgaben sind vereinfachend as Ausgangspunkte für die Investitionen anzusehen: - Das vom Vertrieb prognostizierte Produktionsprogramm repräsentiert die zukünftige Nachfrage nach den zu produzierenden Fahrzeugen über der Zeit. Abgebidet werden wirtschaftiche, ebenszykusbedingte und saisonae Schwankungen. - Der Vorranggraph definiert die Montagereihenfoge der Produktkomponenten. Reihenfogerestriktionen für die Durchführung der Fügevorgänge sind in ihm berücksichtigt. - Die Produktgeometrie bestimmt die Abmessung der Bauteie. Geichzeitig egt sie die Aufnahmepunkte der Karosserie für die Fördertechnik fest. Sind diese Randbedingungen gesetzt, so reduziert sich das Zie der Montagepanung auf die Gestatung eines nachhatig wirtschaftichen Montagesystems für gegebene Produkte an einem Standort. Zu diesem Zweck können im Rahmen der Investitionspanung zwei Gestatungsfeder unterschieden werden: Die technischen Anagen und die Austaktung der Montageinien. Beide Gestatungsfeder determinieren die Wirtschaftichkeit der Linie und werden im Fogenden beschrieben:

21 Herausforderung fexibe Endmontage 21 Gestatungsfed technische Anagen In das Gestatungsfed technische Anagen faen ae Betriebsmitte, die einen Montagefortschritt im Sinne der Ziee des Montagesystems bewirken. Hierzu gehören z.b. Fördertechnik, Maschinen, Werkzeuge, Vorrichtungen sowie Mess- und Prüfeinrichtungen [Zeie, 1995]. Erfogt die Panung für eine einzene Montageinie, so assen sich die wesentichen Eigenschaften der technischen Anagen unmittebar aus den vertriebs- und entwickungsseitigen Vorgaben abeiten. Beispiesweise bestimmt die maxima erwartete Nachfrage die Taktzeit der Linie, und der Moduarisierungsgrad der Fahrzeuge gibt die erforderichen Modumontagen vor. Die Panung wird hingegen kompexer, wenn in mehrere Hauptinien investiert werden kann: Um eine wirtschaftiche Produktion zu ermögichen, wird z.b. das variantenreiche Produktionsprogramm auf Linien mit geringer Taktzeit montiert, während standardisierte Voumenprodukte über die schne getakteten und stärker automatisierten Rennerinien aufen. Aussagen zur Produktaokation sind dann aufgrund der Viezah von Systematernativen schwer kostenoptima zu treffen [Inman et a., 1997]. Besondere Reevanz bei der Ausgestatung der technischen Anagen hat die Automatisierung von Arbeitsvorgängen. Sie ist nicht nur aus wirtschaftichen, sondern auch aus quaitativen und ergonomischen Gründen erforderich. Exemparisch seien automatisierte Kebeprozesse und die maschinee Handhabung von Großmoduen genannt. Während jedoch quaitative und ergonomische Randbedingungen zum Großtei vorgegeben sind, müssen wirtschaftiche Gesichtspunkte durch die Montagepanung untersucht werden: Es git zu bewerten, in wieweit eine Automatisierung die manuee Montagezeit reduziert, wodurch Personabedarfe im direkten Bereich gesenkt werden können [Kratzsch, 2001]. Gestatungsfed Austaktung Zie der Austaktung ist eine mögichst hohe Ausastung der Mitarbeiter mit manueen Arbeitsvorgängen in der Montageinie. Zu diesem Zweck werden die Arbeitsvorgänge auf Arbeitskräfte und Arbeitsstationen verteit. Dieser Panungsvorgang erfogt heute manue oder softwaregestützt. Zuerst werden die Füge-Tätigkeiten am Produkt, die Handhabungsund die Wegezeiten der Mitarbeiter, z.b. auf Basis der MTM 3 -Methode, zeitich definiert. Anschießend werden sie as Tätigkeitszeiten eingepant. 3 Aus dem Engischen: Methods Time Measurement.

22 Herausforderung fexibe Endmontage 22 Zeit Taktzeit TAV AVO3 AVO6 AVO5 TAV Varianz der Arbeitsvorgänge AVO2 AVO4 AVO1 AVO7 S1 S2 S3 Arbeitsstation TAV: Taktausgeichsverust AVO: Arbeitsvorgang Abbidung 3: Austaktung der Arbeitsvorgänge auf die Taktzeit Die daraus resutierende Ausastung der Mitarbeiter pro Station wird durch den Taktausgeichsverust beschrieben (vg. Abbidung 3). Er gibt an, zu wie vie Prozent der Taktzeit die Mitarbeiter keine Tätigkeiten ausführen. Ein hoher Taktausgeichsverust, u.a. ausgeöst durch eine hohe Varianz der Arbeitsvorgänge, führt zu einem Mehrbedarf an Arbeitskräften und Stationen in der Linie und senkt fogich die Effizienz. As Maßgröße für die Güte der Austaktung wird die von den direkten Arbeitskräften zu erbringende Montagezeit definiert. Sie beinhatet neben der Tätigkeitszeit die Zeiten des Taktausgeichsverusts Auswirkungen zunehmender Wettbewerbsintensität auf die Montagepanung Eine wesentiche Herausforderung der automobien Fabrikpanung iegt in den hohen Fixkosten. Technische Anagen wie Rohbauten, Lackierungen und Montageinien erfordern Investitionen im Bereich mehrerer hundert Miionen Euro, und auch Personakosten sind in westichen Industrienationen zum Großtei den Fixkosten zuzuordnen [Westkämper, 2002]. Dies iegt u.a. darin begründet, dass bei kompexen arbeitsrechtichen Rahmenbedingungen Entassungen schwer mögich sind bzw. das Image des Unternehmens schädigen [Dembrowsky, 1998].

23 Herausforderung fexibe Endmontage 23 Ausastung Umsatzrendite Abbidung 4: Umsatzrendite und Ausastung nordamerikanischer Automobihersteer von 1972 bis 2004 [Warburton, 2004]. Fixkosten gefährden insbesondere dann die wirtschaftichen Ziee einer Unternehmung, wenn die ursprüngich gepante Ausastung der Kapazitäten nicht erreicht wird. Abbidung 4 verdeuticht diesen Zusammenhang: Ressourcenausastung und Umsatzrendite korreieren bei nordamerikanischen Automobihersteern stark [Warburton, 2004]. Diesen Sachverhat bestätigen verschiedene Studien, in denen die geringe Ressourcenausastung as wesentiche Herausforderung der Hersteer im Produktionsbereich identifiziert wird (vg. [McKinsey, 2004], [Warburton, 2004], [Westkämper et a., 2001]). Beispiesweise wird aufgezeigt, dass die 50-prozentige Ausastung eines Montagewerks zu Kosten von über 70 Prozent der Voausastung führt [Howeg at a., 2004]. Die Montagepanung steht vor der Herausforderung, die Investitionen in technische und bei geringem Automatisierungsgrad vor aem personee Kapazitäten zu optimieren, um nicht in eine Ausastungsfae zu geraten [Warburton, 2004]. Hierbei sind insbesondere die fogenden Punkte zu berücksichtigen: - Marktdynamik: Das Nachfrageverhaten der Kunden drückt sich in Lebenszykuskurven für die Produkte aus. Je stärker die Nachfrage von Trends und Konjunktur bestimmt wird, desto ausgeprägter und unsicherer sind die Kurven. Geichzeitig verteit sich die Nachfrage nicht geichmäßig auf die Kaendermonate, sondern variiert über das Jahr. Cabrios verkaufen sich im Frühjahr und Sommer besser, während Fahrzeuge mit Arad-Antrieb im Winter verstärkt nachgefragt werden. Es wird von einer Saisonaität der Nachfrage gesprochen. - Produkt- und Prozessänderungen: Der Kosten-, Quaitäts- und Innovationsdruck führt zu einer stetigen Weiterentwickung der Produkte und der technischen Prozesse. Geringfügige Anpassungen werden zunehmend in der aufenden Serie vorgenommen, und bei Neuprodukten werden Innovationen eingeführt. Auch die Wertschöpfungstiefe

24 Herausforderung fexibe Endmontage 24 verändert sich. Das erfordert insbesondere bei An- und Ausäufen ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit der Produktionssysteme. - Betriebiche Lerneffekte: Zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit sind kontinuieriche Effizienzsteigerungen im Montagebetrieb erforderich. Sie werden durch kontinuieriche Verbesserungsprozesse und Lerneffekte der Mitarbeiter reaisiert. Um das wirtschaftiche Potenzia zu heben, müssen die Montageinien kontinuierich angepasst werden. Voraussetzung für eine Reduktion des Ausastungsrisikos ist, dass Anpassungen an eine veränderte Nachfrage und an veränderte Produkte und Prozesse wirtschaftich tragbar sind. Diesen Zusammenhang haben die Unternehmen branchenübergreifend erkannt und reagieren über eine höhere Gewichtung der Maßnahmen zur Kapazitätsanpassung [Westkämper et a., 2003]. Die Frage der optimaen Ressourcenausastung von Anagen und Persona ist demzufoge eine Frage der richtigen Fexibiität [Sesterhenn, 2003]. Sie wird as Handungsfed der Fabrikpanung im fogenden Kapite beschrieben. 2.2 Fexibiität in Produktionssystemen In den vorangehenden Kapiten wurden die Grundagen und die Herausforderungen der Montagepanung beschrieben. Es wurde angedeutet, dass Fexibiität ein Mitte zur Reaktion auf Veränderungen der Produkte 4 und der Nachfrage darstet. In diesem Kapite erfogt eine agemeine Einführung in die Fexibiität und in ihre Panung. Hierfür werden in einem ersten Schritt Fexibiitätsbegriffe definiert. Darauf aufbauend wird der hierarchische Panungsprozess as Grundage der Fexibiitätspanung für Produktionssysteme identifiziert. Das Kapite dient damit as Grundagen für Kapite 2.3, in dem die Panung von fexiben Montagesystemen konkretisiert wird Fexibiität as fabrikpanerisches Handungsfed der Kostenreduktion In diesem Abschnitt wird, zuerst ausgehend von agemeinen Definitionen des Begriffs Fexibiität, eine für diese Arbeit zweckmäßige Definition gesucht. Um auf die Montage anwendbar zu sein, muss diese technische und betriebswirtschaftiche Aspekte berücksichtigen. Dann wird aufgezeigt, dass Fexibiität grundsätzich kontext- und bedarfsspezifisch ist und dass aus diesem Grund zwischen Fexibiitätsbedarf und Fexibiitätsangebot unter- 4 Im Rahmen der Arbeit umfassen Produktänderungen im Fogenden auch Prozessänderungen.

25 Herausforderung fexibe Endmontage 25 schieden werden muss. Schießich werden Anpassungsbefähiger zur Reaisierung des Fexibiitätsangebots aufgezäht. Einführung in den Fexibiitätsbegriff Infoge der zunehmende Dynamik und Unsicherheit im industrieen Umfed existieren eine Viezah von Arbeiten zur Fexibiität. Der Begriff Fexibiität, abgeeitet vom ateinischen fectere (biegen), wird bereits seit den 30er Jahren in der betriebswirtschaftichen Literatur verwendet [Pibernik, 2001]. Er ässt sich as die Fähigkeit beschreiben, auf Veränderungen des Umfeds angemessen reagieren zu können ([Wof, 1989], [Schneeweiß, 1992]). Westkämper erweitert diese Definition um den Aspekt des Vordenkens der Anpassungsmögichkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wird auf seine Definition zurückgegriffen: Ein System wird as fexibe bezeichnet, wenn es im Rahmen eines prinzipie vorgedachten Umfangs von Merkmaen sowie deren Ausprägungen an veränderte Gegebenheiten reversibe anpassbar ist [Westkämper et a., 2000a]. Die Bedeutung der Fexibiität für ein System ist kontextspezifisch bestimmt über dessen Fexibiitätsbedarf [Haer, 1999]. Dieser wird ausgeöst durch Veränderungen im Systemumfed. Um die Deckung des Bedarfs und damit eine hohe Reaktionsfähigkeit sicher zu steen, wird zum Panungszeitpunkt in ein Fexibiitätsangebot des Systems investiert. Dieses kann im späteren Systembetrieb im Sinne eines Potenzias genutzt werden (vg. [Schneeweiß, 1992a], [Westkämper et a., 2000a]). In Abbidung 5 ist der Zusammenhang am Beispie dynamischer und unsicherer Stückzahen verdeuticht. Ein starres, kostengünstiges Produktionssystem kann bei geringer Dynamik und Unsicherheit der Stückzahen auf einen hoch effizienten Betriebspunkt ausgeegt sein. Geringe Abweichungen des Produktionsprogramms führen dann aerdings zu einem erhebichen Anstieg der Stückkosten. Fexibe Produktionssysteme sind im optimaen Betriebspunkt häufig nicht so effizient wie starre Anagen, sie erauben jedoch Anpassungen an die hohe Dynamik und Unsicherheit und damit eine wirtschaftiche Produktion. Die Nutzung des Fexibiitätsangebots erfogt bei Bedarf kontinuierich über der Zeit, so dass dauerhaft in einem wirtschaftichen Betriebspunkt produziert werden kann [Westkämper, 2002].

26 Herausforderung fexibe Endmontage 26 Fexibiitätsbedarf und Unsicherheit Geringe Dynamik Stückzah Geringe Unsicherheit Stückzah Zeit Zeit Durch die Fexibiitätspanung zu gestatendes Fexibiitätsangebot Starres Produktionssystem Opt. Betriebspunkt Stückkosten Stückzah SK opt - Hohe Korreation zwischen Stückkosten und Veränderung der Stückzahen - Geringe Produktionskosten SK opt im optimaen Betriebspunkt Hohe Dynamik Stückzah Hohe Unsicherheit Stückzah Zeit Zeit Fexibes Produktionssystem Systemanpassung Stückkosten SK opt Stückzah - Geringe Korreation zwischen Stückkosten und Veränderung der Stückzahen - Erhöhte Produktionskosten SK opt im optimaen Betriebspunkt - Mögichkeit der Systemanpassung im Rahmen der Fexibiität Abbidung 5: Fexibiitätsbedarf und angepasste Produktionssysteme am Beispie von Nachfrageschwankungen Dabei ist festzusteen, dass Fexibiität nicht prinzipie zu höheren Stückkosten im optimaen Betriebspunkt führt. Z. B. können bei fexiben Anagen Skaeneffekte im Einkauf umgesetzt werden, wenn nicht in unterschiediche Einzeanagen, sondern in fexibe Anagen des geichen Typs investiert wird. Außerdem assen sich durch die Standardisierung von Anagen die Wartungs- und Instandhatungskosten senken. Aerdings beibt festzuhaten, dass die Bewertung von Fexibiität insbesondere dann wichtig ist, wenn sich Kostenunterschiede zwischen fexiben und nicht fexiben Systemen abzeichnen. As Grundage dafür ist die Fexibiität modehaft zu beschrieben. Definition von Fexibiitätsarten Es wird viefach angemerkt, dass Fexibiität kein Unternehmenszie an sich darstet, sondern übergeordnete Unternehmensziee unterstützt ([Sack, 1989], [Schuh et a., 2005]): Im Rahmen der Arbeit so ein vorgegebenes innovatives, variantenreiches, dynamisches und unsicheres Produktionsprogramm zu minimaen Kosten produziert werden. Die in diesem Abschnitt definierten Fexibiitätsarten erauben eine Umsetzung dieser Ziee, indem sie ein bestimmtes Fexibiitätsangebot vorgeben. Die Definitionen basieren auf der Arbeit von

27 Herausforderung fexibe Endmontage 27 Brown et a. Ihr Schwerpunkt iegt auf fexiben Fertigungssystemen [Brown et a., 1984]. Sethi et a. erweitern das Kassifikationsschema und iefert ein umfassendes Verzeichnis der verschiedenen Fexibiitätsarten [Sethi et a., 1990]. Angesichts der Viezah von Definitionen wird an dieser Stee auf eine voständige Darsteung verzichtet (vg. u.a. [De Toni et a., 1998]). Es wird nur auf die montage- und arbeitsreevanten Fexibiitätsarten eingegangen [Tidd, 1997]: - Die Voumenfexibiität beschreibt die Fähigkeit, variierende Stückzahen wirtschaftich fertigen zu können. - Die Produktfexibiität beschreibt die Fähigkeit, verschiedene Produkte oder Varianten fertigen zu können 5. Zie ist die Nutzung von Skaeneffekten und eine Reduktion der erforderichen Voumenfexibiität bei reduzierter Gesamtkapazität. Es wird von einer Produktmixfexibiität gesprochen, wenn unterschiediche Produktmix-Verhätnisse produzieren zu können. Dies ist in getakteten Linien keineswegs trivia, da die Austaktung der Linie ein bestimmtes Verhätnis der Produkte voraussetzt. - Die Routenfexibiität beschreibt die Fähigkeit, ein Produkt auf unterschiedichen Wegen durch das System zu scheusen. Es existieren redundante Wege, die erauben, Kapazitätsengpässe zu umgehen. Dies bedeutet für die Montage, dass ein Produkt auf mehreren Linien gefertigt werden kann. - Die Nachfogefexibiität beschreibt die Fähigkeit, das Produktionssystem für neue Produkte zu nutzen. Zie ist die Vermeidung von Investitionen. Die vorgesteten Fexibiitätsarten veranschauicht Abbidung 6 mit den dazugehörigen Produktaokationen und ihren wichtigsten Vorteien bzg. der Ausastung des Produktionssystems. Eine detaiierte Darsteung der Vor- und Nachteie im Rahmen von Fexibiitätsstrategien für Montagesysteme wird in Kapite 2.3 durchgeführt. 5 Die Mögichkeit, verschiedene Produktvarianten fertigen zu können, wird häufig as Variantenfexibiität bezeichnet. Da sich die Begriffe Produkt- und Variantenfexibiität edigich bezügich der Ausprägung der Produktunterschiede differenzieren, werden sie in dieser Arbeit nicht unterschieden.

28 Herausforderung fexibe Endmontage 28 Fexibiitätsart Produktaokation Ausastungseffekt Voumenfexibiität P1 L1 Stückzah L1 P1 Kapazität Zeit Kapazitätsanpassung Produkt(mix)- fexibiität P1 P2 L1 Stückzah L1 P1 P2 Kapazität Zeit Stückzahen- Ausgeichseffekte Routenfexibiität P1 L1 L2 Stückzah L1 P1 Kapazität Zeit Höchste Ausastung Stückzah L2 P1 Kapazität Zeit Abfangen der Spitzenast Nachfogefexibiität P1 P1 L1 Stückzah Kapazität L1 P1 P1 Zeit Reduktion der Investitionssummen Produkt Linie Abbidung 6: Fexibiitätsarten und ihre Auswirkungen auf die Ausastung der Montageinien Reaisierung der Fexibiitätsarten durch Anpassungsbefähiger Die Gestatung der Fexibiitätsarten erfordert, dass dem System und seinen Eementen konkrete Eigenschaften zugeordnet werden, die im Produktionsbetrieb as Fexibiitätspotenzia genutzt werden können. Sie erauben eine Reaktion auf den Fexibiitätsbedarf und determinieren die durch Investitionen und Produktionsbetrieb entstehenden Kosten. Hernández identifiziert sechs Anpassungsbefähiger, die neben der Überdimensionierung as Gestatungsparameter für Produktionssysteme zur Verfügung stehen 6. Sie erauben eine spätere Anpassung des Systems [Hernández, 2003]: - Die Mobiität ermögicht eine Bewegichkeit von Objekten. Sie bezieht sich nicht nur auf kassische Mobiien, sondern auch auf Immobiien wie z.b. Gebäude. - Die Erweiter- und Reduzierbarkeit (auch: Skaierbarkeit) beschreibt räumiche Freiheitsgrade, die eine Ausdehnung oder Schrumpfung von Objekten erauben. 6 Hernández bezieht sich insbesondere auf technische Anagen und Gebäude. Aus theoretischer Sicht können die Anpassungsbefähiger jedoch auch auf Mitarbeiter bezogen werden. Die daraus resutierende Personafexibiität wird in Abschnitt beschrieben.

29 Herausforderung fexibe Endmontage 29 - Die Moduarität geht von über standardisierte Schnittsteen verknüpften Objekten aus, so dass der einfache Austausch einzener Modue mögich ist. - Die Funktions- und Nutzungsneutraität stet sicher, dass die Objekte für viefätige Funktionen eingesetzt werden können. - Die Vernetzungsfähigkeit und die Desintegrations- und Integrationsfähigkeit beschreibt die Eigenschaft, verschiedenartige Beziehungen im System aufwandsarm biden zu können. Nutzung der Fexibiität in Aktionen In Anehnung an Schneeweiß wird davon ausgegangen, dass die Nutzung des Fexibiitätsangebots, aso die Nutzung der Fexibiitätsarten und ihrer Anpassungsbefähiger, in Aktionen erfogt. Sie zeichnen sich durch fogende Eigenschaften aus [Schneeweiß et a., 1990]: - Die Ziegerichtetheit der Aktion beschreibt die aktive Ausrichtung der Aktion auf einen bestimmten Fexibiitätsbedarf. - Das Aktionsvoumen beschreibt die Menge aer Aktionen, die zur Anpassung zur Verfügung stehen. - Der Anpassungsumfang stet das Ausmaß der Aktion dar. Diese kann von einer reinen Nutzung der Systemeastizität bis hin zu struktureen Anpassungen des Systems gehen. - Die Reagibiität beschreibt die Zeitspanne, nach der eine Aktion wirksam wird. - Die Panungsfähigkeit der Aktion beschreibt die Vorhersehbarkeit der Aktion zum Panungszeitpunkt. Zukünftige Aktionen sind schwer vorherzusehen. Damit wird die Panung der zu impementierenden Fexibiitätsarten und ihrer Anpassungsbefähiger zur Herausforderung. Es besteht das Risiko, ein überdimensioniertes, nicht an den Fexibiitätsbedarf angepasstes Fexibiitätsangebot aufzubauen. Dieser Herausforderung sieht sich die Fexibiitätspanung gegenüber gestet. Ihre Aufgabe ist die Abstimmung von Fexibiitätsbedarf und Fexibiitätsangebot und damit die Vorbereitung des Systems auf potenziee zukünftige Umwetentwickungen [Hopfmann, 1988].