GPS-Diagnose - Diagnose und Optimierung der Produktion auf Basis Ganzheitlicher Produktionssysteme

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1 1 Yilmaz Uygun GPS-Diagnose - Diagnose und Optimierung der Produktion auf Basis Ganzheitlicher Produktionssysteme zu dem aus Haushaltsmitteln des BMWi über die geförderten Forschungsvorhaben

2 I Durchführende Forschungsstelle Forschungsstelle: Leiter der Forschungsstelle: Dortmunder Initiative zur rechnerintegrierten Fertigung RIF e.v. Joseph-von-Fraunhofer-Straße Dortmund Prof. Dr.-Ing. A. Kuhn Projektleiter: Yilmaz Uygun Telefon: Fax: Weitere Projektmitarbeiter: Veit-Robert Hasselmann Telefon: Fax: Helena Piastowski Telefon: Fax: Das Projekt Diagnose und Optimierung der Produktion auf Basis Ganzheitlicher Produktionssysteme (FV-Nr ) wurde aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen»Otto von Guericke«e.V. (AiF) gefördert. Weitere Informationen zum Projekt finden sich im Internet unter

3 II Veröffentlichungen Zeitschriften- und Buchbeiträge Uygun, Y.; Straub, N. (2011): Supply Chain Integration by Human-centred Alignment of Lean Production Systems. In: H. K. Chan & F. Lettice (Hrsg.): Decision-Making for Supply Chain Integration. Springer-Verlag: London. (in Druck) Uygun, Y.; Straub, N. (2011): Human-centred Model for Application of Lean Production Systems in Networks. In: H. ElMaraghy (Hrsg.): Enabling Manufacturing Competitiveness and Economic Sustainability. Springer-Verlag: New York. (in Druck) Uygun, Y.; Wagner, S. U. (2011): Guidelines for Human-based Implementation of Lean Production. In: Proceedings of 44th CIRP International Conference on Manufacturing Systems - New Worlds of Manufacturing. Madison (USA). Uygun, Y.; Hasselmann, V.-R.; Piastowski, H. (2011): Diagnose und Optimierung der Produktion auf Basis Ganzheitlicher Produktionssysteme. In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 1-2/2011; S Uygun, Y.; Krummheuer, F.; Keßler, S.; Kuhn, A. (2010): Zeitarbeit im logistischen Wandel - Entscheidungsmodell zum prozessorientierten Einsatz. In: W. Delfmann & T. Wimmer (Hrsg.): Strukturwandel in der Logistik - Wissenschaft und Praxis im Dialog. Bundesvereinigung Logistik. Schriftenreihe Wirtschaft & Logistik. Deutscher Verkehrs- Verlag: Hamburg. S Dissertation Uygun, Y. (2012): Diagnose Ganzheitlicher Produktionssysteme. Dissertation Verlag Praxiswissen: Dortmund. (in Druck) => integraler Bestandteil des Schlussberichts Internet Internetauftritt des Forschungsprojektes: Vorträge Uygun, Y. (2011): Guidelines for Human-based Implementation of Lean Production. Vortrag auf der 44th CIRP International Conference on Manufacturing Systems - New Worlds of Manufacturing. Madison (USA) Juni Keßler, S. (2010): Zeitarbeit im logistischen Wandel - Entscheidungsmodell zum prozessorientierten Einsatz. Vortrag auf dem 5. Wissenschaftssymposium Logistik. Bundesvereinigung Logistik. Darmstadt Juni Keßler, S.: Der GPS-Anwenderkatalog eine kmu-gerecht aufbereitete Wissensdatenbank. Vortrag auf dem Industrieworkshop zum Forschungsprojekt. Technische Universität Dortmund. 10. März 2010.

4 III Uygun, Y.; Hasselmann, V.-R.: Forschungsprojekt: Diagnose und Optimierung der Produktion auf Basis Ganzheitlicher Produktionssysteme. Vortrag auf dem Industrieworkshop zum Forschungsprojekt. Technische Universität Dortmund. 10. März Posterausstellungen Posterausstellung auf dem Kolloquium Wirtschaftliche Produktion kleiner Serien mit hoher Varianz an der Technischen Universität am 27. Januar 2010 Posterausstellung auf der Industrial Engineering Fachtagung Prospektiv planen und kontinuierlich verbessern an der Technischen Universität am 10. Juni 2010 Posterausstellung auf dem Kolloquium Lean Production abseits klassischer Großserienfertigung an der Technischen Universität am 26. Oktober 2010 Posterausstellung auf dem 14. InstandhaltungsForum der Technischen Universität Dortmund am 11. und 12. März 2011

5 IV Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis VII Tabellenverzeichnis X 0 Zusammenfassung Einleitung Problemstellung Zielsetzung Vorgehensweise und Personaleinsatz Wissenschaftlich-technischer Nutzen und innovativer Beitrag der Forschungsergebnisse Grundlagen Ganzheitlicher Produktionssysteme Historie Begriffsbestimmung und Eigenschaften Ganzheitlicher Produktionssysteme Kritische Analyse der vorhandenen Definitionen zwecks einer Definitionserweiterung Struktureller Aufbau Ganzheitlicher Produktionssysteme Bewertung industrieller Produktion Überblick über Bewertungsmethoden in der Produktion Relevante Methoden zur Bewertung Ganzheitlicher Produktionssysteme Qualitative Bewertungsmethoden Quantitative Bewertungsmethodiken Benchmarking Unternehmensberater-Konzepte Beurteilung der Bewertungsansätze Zwischenfazit Empirische Ermittlung der Anforderungen an ein Diagnosetool Empirische Grundlagen Allgemeines zur Studie Auswertung der Studie Angaben zu den beteiligten Unternehmen Diagnoseerfahrung der beteiligten Unternehmen Diagnose Anforderungen der Unternehmen an GPS Fazit der Studie Anforderungen an ein Diagnose Tool Theoretische Anforderungen Anforderungen aus der Studie

6 V 5 Entwicklung des GPS-Referenzmodells Zielsetzung und Zweck der Referenzmodellierung Referenzmodellklassifikation Nutzen und Einsatzgebiete der Referenzmodellierung Anforderungen an ein Referenzmodell für GPS Allgemeine Anforderungen Spezifische Anforderungen Prozess der Referenzmodellierung Vorgehensweise zur Konstruktion von Referenzmodellen Unternehmensspezifische Adaption von Referenzmodellen Architektur der Referenzmodellierung Status quo entwickelter GPS-Referenzmodelle Unternehmensspezifische GPS-Modelltypen aus der Praxis GPS-Referenzmodell von MTM GPS-Referenzmodell des Fraunhofer IAO Das Referenzmodell für die GPS-Diagnose Produktive Betriebsmittel Schnelles Rüsten Verschwendungsarme Materialbewegung Ziehende Produktionssteuerung Unmittelbare Fehlerkontrolle Stetige Wertschöpfung ab Auftragsspezifikation Ausgeglichene Ressourcennutzung Kleine Losgrößen Selbststeuernd automatisierte Betriebsmittel Nachfragesynchrone Produktion Systematische Problemlösung Standardisierte Ressourcen Normierte und transparente Arbeitsabläufe Visualisierte Produktionszustände Flexibler Mitarbeitereinsatz Entwicklung des methodisch-technischen Modells Konstruktionsmethodik Axiomatic Design Designkonzept Anwendung des Axiomatic Designs Ziele und Voraussetzungen bei der Einführung und Weiterentwicklung eines GPS Wechselwirkung und Dekomposition der Methoden des GPS Entwicklung des organisatorischen Modells

7 VI 7.1 Notwendigkeit der permanenten Diagnose Nutzung des Diagnosetools zur Vermittlung der Problemlösekompetenz Technische Realisierung und Validierung Verwendete Technologien Technische Realisierung Obere Hierarchieebene Mittlere Hierarchiebene Unterste Hierarchiebene Auswertung Validierung Anforderungsreflexion Erfüllung der Anforderungen aus der Studie Erfüllung der theoretischen Anforderungen Fazit und Ausblick Gegenüberstellung der Zielsetzungen und erreichten Ergebnisse Literaturverzeichnis

8 VII Abbildungsverzeichnis Abbildung 2-1: Entwicklung von Produktionssystemen [Dombrowski et al. 2006a]...10 Abbildung 2-2: Integration von Methoden zu Ganzheitlichen Produktionssystemen [Spath 2003a]...11 Abbildung 2-3: Begriffsverständnis für GPS [Westkämper & Zahn 2009]...14 Abbildung 2-4: Lean-Module und Ganzheitliche Produktionssysteme [Korge 2005]...15 Abbildung 2-5: Lean-Hierarchie...16 Abbildung 2-6: GPS als sozio-technisches System [Kämpf 2007a]...17 Abbildung 2-7: Produktionssysteme im Prozess-Reengineering-Portfolio [MTM 2009a]...19 Abbildung 2-8: Ganzheitliches Produktionssystem als Philosophie [Winnes 2002]...19 Abbildung 2-9: Definitionen Ganzheitlicher Produktionssysteme...21 Abbildung 2-10: Erweiterte Sichtweise von Ganzheitlichen Produktionssystemen...23 Abbildung 3-1: Interdependenzdiagramm der 20-Keys [Kobayashi 2000]...28 Abbildung 3-2: 20 Keys Radar-Chart [Becker 2005]...29 Abbildung 3-3: EFQM- Hauptkriterien und Bewertungsskala [Steimle & Zink 2009]...45 Abbildung 3-4: Methoden der Selbstbewertung im EFQM [Baszenski 2003]...46 Abbildung 3-5: SPICE-Reifegradmodell nach ISO [Chen & Müller 2009]...48 Abbildung 3-6: GPS-Entwicklungsstufen in Abhängigkeit vom Reifegrad der Unternehmensprozesse [Korge 2005]...52 Abbildung 3-7: Arten der Kennzahlen [Tavasli 2007]...58 Abbildung 3-8: Balanced Scorecard [Becker 2005]...63 Abbildung 3-9: Kennzahlen im Ganzheitlichen Produktionssystem [Dombrowski et al. 2005a]...64 Abbildung 3-10: Lean BSC [Golenko 2006]...66 Abbildung 3-11: Konzept für ein Lean Production Controlling mit Kennzahlen [Syska 2006a]...67 Abbildung 3-12: Lean Manufacturing Metrics [Mejabi 2003]...69 Abbildung 3-13: Benchmarking-Stufenmodell [VDI 2000]...71 Abbildung 4-1: Befragung von Unternehmensexperten mittels Evaluationsplattform...78 Abbildung 4-2: Ablauflogisches Schema des Fragebogens...79 Abbildung 4-3: Branchen der teilnehmenden Unternehmen...80 Abbildung 4-4: Anzahl der Mitarbeiter der Unternehmen...80

9 VIII Abbildung 4-5: Fertigungsart innerhalb der Unternehmen...81 Abbildung 4-6: Einführungsstand eines Ganzheitlichen Produktionssystems...82 Abbildung 4-7: Kenntnisstand der Unternehmen bzgl. der Bewertung von Produktionssystemen...83 Abbildung 4-8: Bewertungsformen...84 Abbildung 4-9: Kennzahlenarten...85 Abbildung 4-10: Kennzahlenherkunft...86 Abbildung 4-11: Häufigkeit der Bewertung...86 Abbildung 4-12: Gegenstand der Bewertung...87 Abbildung 4-13: Bewertungsinstrumentarien...88 Abbildung 4-14: Verantwortliche Position für eine Bewertung...89 Abbildung 4-15: Abgeleitete Konsequenzen (Mehrfachantwort möglich)...90 Abbildung 4-16: Bedarf der Bewertung von Produktionssystemen...90 Abbildung 4-17: Erforderlichkeit einer Bewertung von Produktionssystemen...91 Abbildung 4-18: Kosten eines Bewertungssystems...92 Abbildung 4-19: Referenzmodelle für einen Soll/Ist-Abgleich...93 Abbildung 4-20: Input-Aufwand...93 Abbildung 4-21: Verantwortliche Position/Organisation für eine Bewertung von GPS...94 Abbildung 4-22: Ergebnis-Eingabe-Aufwand...95 Abbildung 4-23: Anwendungsumfang des Bewertungsinstruments...96 Abbildung 4-24: Wichtigkeit der Ergebnisformen (Mehrfachantwort möglich)...97 Abbildung 4-25: Wichtigkeit von technischen Anforderungen (Mehrfachantwort möglich)...97 Abbildung 4-26: Anforderungen an ein Diagnose Tool...99 Abbildung 5-1: Die sechs Grundsätze ordnungsmäßiger Modellierung [Delp 2006] Abbildung 5-2: Vorgehensmodell für die Referenzmodellierung [Motus 2009] [Schütte 1998] Abbildung 5-3: Unternehmenskultur [Korge & Scholtz 2004] Abbildung 5-4: Komponenten des Rahmenwerkes der Referenzmodellierung [Delp 2006] 122 Abbildung 5-5: Die Auswirkungen eines unternehmensspezifischen GPS auf die einzelnen Stakeholder [RIF 2007] Abbildung 5-6: Strukturtypen Ganzheitlicher Produktionssysteme [Dombrowski et al. 2006b] Abbildung 5-7: Darstellungsformen Ganzheitlicher Produktionssysteme [Dombrowski et al. 2006b]

10 IX Abbildung 5-8: GPS-Grundstruktur [MTM 2009a] Abbildung 5-9: Index des egps [MTM 2009b] Abbildung 5-10: Konfigurierungsprozess [MTM 2009a] Abbildung 5-11: Die Voraussetzungen für eine erfolgreiche GPS-Umsetzung, nach 2007] Abbildung 5-12: Die Handlungsfelder des Fraunhofer-IAO-GPS [Korge & Lentes 2009] Abbildung 5-13: Beispielhafter Aufbau eines GPS [IAO 2002] Abbildung 5-14: Konfigurierung eines GPS [IAO 2002] Abbildung 6-1: Vorgehensweise des Axiomatic Design [Suh 2001] Abbildung 6-2: Konzept der Domänen [Fiege & Stelzer 2007] Abbildung 6-3: Dekompositionsprozess nach dem Zickzack-Prinzip [Fiege & Stelzer 2007] Abbildung 6-4: Beispiel für einen entkoppelten Entwurf [Lanza 1999] Abbildung 6-5: Berechnung der Erfolgswahrscheinlichkeit [Lanza 1999] Abbildung 6-6: Struktur der MSDD [Cochran et al. 2000] Abbildung 6-7: Wechselwirkungsbeziehung der Methode "Hohe Anlagenverfügbarkeit" [RIF 2007] Abbildung 6-8: Wechselwirkungsbeziehung der Methode "Kleine Losgrößen" [RIF 2007] Abbildung 7-1: Iteratives Vorgehensmodell zur Diagnose Abbildung 8-1: Das Entity-Relations-Modell der GPS-Diagnose Abbildung 8-2: Hinweisfenster zur Anmeldung Abbildung 8-3: Anmeldefenster Abbildung 8-4: Das zentrale Kontrollfenster des oberen Managements Abbildung 8-5: Benutzerübersicht Abbildung 8-6: Grunddatenfenster Abbildung 8-7: Oberste Diagnosefrage zur Methode Standardisierte Arbeitsabläufe Abbildung 8-8: Das zentrale Kontrollfenster des mittleren Managements Abbildung 8-9: Mittlere Diagnosefragen zur Methode Standardisierte Arbeitsabläufe Abbildung 8-10: Dynamisches Ausblenden von Diagnosefragen Abbildung 8-11: Das zentrale Kontrollfenster des operativen Mitarbeiters Abbildung 8-12: Untere Diagnosefragen zur Methode Standardisierte Arbeitsabläufe Abbildung 8-13: Status der Beantwortung der Methode Abbildung 8-14: Übersicht über vorhandene Auswertungen [RIF

11 X Abbildung 8-15: Beispielhafte Auswertung der Methode Standardisierte Arbeitsabläufe Abbildung 8-16: Zusammenfassung der Antworten zur Methode Systematische Problemlösung Abbildung 8-17: Auswertung der Methode Systematische Problemlösung Abbildung 8-18: Ergebnisse der Gegenüberstellung

12 XI Tabellenverzeichnis Tabelle 2-1: Morphologie des Begriffs "Produktionssystem" [Baumgärtner 2006]...13 Tabelle 3-1: Systematisierung ausgewählter Bewertungskonzepte...26 Tabelle 3-2: Bewertungsskala der Unternehmensreife [Schonberger 1997]...31 Tabelle 3-3: Basismethoden und Gewichtungsfaktor [RIF 2007]...39 Tabelle 3-4: NPLF-Skala [Wagner & Dürr 2008]...49 Tabelle 3-5: Produktionssystem-Reifegradmodell [Ankele et al. 2008]...51 Tabelle 3-6: 14 Einzelmerkmale der Gruppenkompetenz [Fink 2008]...54 Tabelle 3-7: Typische Größen für Kennzahlenbildung in der Produktion [Gienke 2007]...58 Tabelle 5-1: Morphologischer Kasten der Referenzmodelle [Thomas 2006] Tabelle 5-2: Einordung des GPS-Referenzmodells im morphologischen Kasten, eigene Darstellung Tabelle 5-3: Nutzen eines GPS [Dombrowski et al. 2005b] Tabelle 5-4: Kriterien zur Bewertung eines Referenzmodells Tabelle 5-5: Bewertung der GPS-Referenzmodelle Tabelle 6-1: Monographien zur wissenschaftlichen Konstruktions- und Entwicklungsmethodik [Wulf 2001] Tabelle 6-2: Anwendung des Axiomatic Design

13 1 0 Zusammenfassung Das Ziel dieses IGF-Forschungsvorhabens war es, ein webbasiertes, dynamisches Werkzeug zur Identifikation von Schwachstellen und unausgeschöpftem Potenzial bei der Anwendung eines GPS zu entwickeln, das anschließend Möglichkeiten zur Optimierung des GPS aufzeigt. Zum Erreichen dieser Zielsetzung wurden zuerst Anforderungen an den Einsatz eines Diagnose- und Optimierungstools induktiv und deduktiv erhoben und katalogisiert. Anschließend erfolgte die Konzeption eines von der unternehmensspezifischen Umsetzung unabhängigen GPS-Referenzmodells für produzierende Unternehmen. Daran anknüpfend wurden top-down die theoretischen Inhalte eines Ganzheitlichen Produktionssystems auf Basis aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse analysiert, um zu ermitteln, welche Faktoren den Erfolg aus theoretischer Sicht maßgeblich beeinflussen. Auf Basis der ermittelten Erfolgsfaktoren wurden zu den Symptomen prägnante Fragen formuliert, um auf dieser Basis zu den spezifischen Problemen der Diagnostizierten bzw. des Diagnosegegenstandes vordringen zu können. Die spezifischen Fragen zu den Methoden wurden im Hinblick auf die Ausgabe von Optimierungsvorschlägen mit den organisatorischen Ebenen (strategisch, taktisch und operativ) derart verknüpft, dass für jede identifizierte Schwachstelle die einzelnen Ebenen betreffende Verbesserungsvorschläge angeführt werden können. Im Anschluss daran wurde sowohl das technische als auch das organisatorische Konzept erarbeitet. Das technische Konzept umfasst die Systematik und Struktur des Diagnose-Tools, so dass die Anwenderinnen und Anwender zweckmäßig durch das Programm geführt werden können. Das organisatorische Konzept umfasst sowohl den Ablauf der Nutzung als auch die Integration des Diagnosesystems in das Tagesgeschäft eines Anwenders. Anschließend wurde die technische Realisierung mit der Verwendung einer Datenbank betrachtet, in der die Diagnosefragen strukturiert abgelegt und zwecks Auswertung verknüpft wurden. Hierbei wurden die Logik und die Verknüpfungen des Diagnosetools programmiertechnisch umgesetzt. Eine Validierung des entwickelten Diagnosesystems zum Nachweis der Funktionstüchtigkeit bei zwei Unternehmen rundete das Forschungsprojekt ab. Das Ziel des Vorhabens wurde somit erreicht. Für die durchgeführten Analysen, Entwicklungen und Ausarbeitungen wurde ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in Vollzeit beschäftigt, der teilweise von einem weiteren Mitarbeiter unterstützt wurde. Die geleistete Arbeit entspricht in vollem Umfang dem begutachteten und bewilligten Antrag und war daher für die Durchführung des Vorhabens notwendig und angemessen.

14 2 1 Einleitung 1.1 Problemstellung Ausgehend von den Studienergebnissen des International Motor Vehicle Program (MIT- Studie) vom Jahre 1990 [Womack et al. 1992], aus denen ersichtlich wurde, dass das Produktionssystem des japanischen Automobilherstellers Toyota dem aller anderen Konkurrenten signifikant überlegen war, ist die Vorgehensweise dieses Unternehmens in den Fokus sämtlicher Reorganisationsmaßnahmen gerückt. Diese Überlegenheit hat sich in den darauffolgenden Jahren erhärtet, so dass Toyota derzeit zum weltgrößten Automobilbauer aufgestiegen ist. Der Grund für diese Überlegenheit wird im Wesentlichen im Toyota Produktionssystem (TPS) gesehen, welches viele Unternehmen aus der Automobilbranche aber auch aus anderen Branchen veranlasste, dem TPS ähnliche Produktionssysteme zu entwickeln und einzuführen. Dabei wurde jedoch anfänglich der Fehler begangen, eine isolierte Einführung der einzelnen Methoden (Kanban, etc.) des TPS durchzuführen. [Springer & Barthel 2002] [Oeltjenbruns 2000] Die Erkenntnis, dass nicht der Einsatz einzelner Methoden, sondern deren Zusammenspiel zum Erfolg führt, wurde wenig später erlangt. Grundlegend ist in diesem Konzept, dass an die Stelle projekthaft getätigter Investitionen ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess tritt. Aus diesen Überlegungen entstand das Konzept der Ganzheitlichen Produktionssysteme (GPS), das ausgehend vom TPS als ein systematischer Ansatz für die (Re-)Strukturierung der Produktion dient. Da GPS insbesondere in den Großunternehmen der Automobilindustrie und des Maschinenbaus verbreitet sind [Becker et al. 2003], wurden bei diesen Unternehmen mit der Einführung eines GPS regelmäßig immense Verbesserungen logistischer Kenngrößen wie Durchlaufzeiten, Beständen, Flächenbedarf, Produktivität etc. realisiert /z. B. [Bendeich 2001] [Reinhart et al. 2003]. Die Forschungsstelle und die mit der Forschungsstelle eng verbundenen Lehrstühle für Fabrikorganisation und für Arbeits- und Produktionssysteme der TU Dortmund haben im Rahmen der Bearbeitung der AiF-Projekte Ganzheitliche Produktionssysteme entlang der Wertschöpfungskette [RIF 2007] und Ganzheitliche Produktionssysteme für Logistikdienstleister [Keßler & Droste 2009] festgestellt, dass immer mehr kleinere Unternehmen die Vorteile und die Potenziale Ganzheitlicher Produktionssysteme nutzen. Die kmu haben ergründet, dass eine aktive Auseinandersetzung mit GPS und ihren Bestandteilen zunehmend zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor wird, dem sie immer mehr Aufmerksamkeit widmen sollten. Die angestrebten organisatorischen Verbesserungen durch GPS sind jedoch bisher insbesondere bei kmu hinter den Erwartungen zurückgeblieben. Im Rahmen der erwähnten Forschungsarbeiten wurde festgestellt, dass die Anwendung insbesondere bei kmu nicht optimal organisiert, durchgeführt und kontrolliert wird. Durch fehlerhafte und unvollendete Anwendung der Methoden und Werkzeuge eines GPS konnte dessen ganzes Potenzial nicht ausgeschöpft werden, weshalb mancherorts sogar das GPS in Frage gestellt wurde. Als spezifische Gründe für Probleme können u.a. festgestellt werden, dass insbesondere die Implementierung eines GPS mit den Methoden und Werkzeugen in bestehende technische, organisatorische und soziale Strukturen kleiner und mittlerer Unternehmen anspruchsvoll ist [Barthel & Korge 2002]. Ferner lassen die im Rahmen des technisch und wirtschaftlich

15 3 Machbaren nicht zu ändernden Randbedingungen gerade in kmu nur eine unvollkommene Umsetzung von GPS zu. Zudem fehlt insbesondere in kmu häufig das Wissen über bereits erfolgreich eingesetzte bzw. neu entwickelte Methoden und Werkzeuge zur innovativen Produktionsorganisation sowie über deren Abhängigkeiten untereinander. Darüber hinaus verfügen kmu häufig nicht über die benötigten personellen und finanziellen Ressourcen, einerseits um eine Bestandsaufnahme bisher eingeführter Methoden durchführen zu können und durch die Einführung weiterer Bausteine ein stimmiges Gesamtkonzept zu schaffen, und andererseits um kostenintensive Beratungsleistungen für die Optimierung der Produktion in Anspruch nehmen zu können. Wesentlich für kmu ist ferner, dass ihre Mitarbeiter Neuerungen und Innovativen häufig kritischer und mit weniger Akzeptanz gegenüberstehen, da anders als in Großunternehmen gescheiterete Änderungsinitiativen eine Bedrohung für die Existenz des Unternehmens bilden. Auch ist bei den Mitarbeitern ein Mangel an Verständnis für die Zusammenhänge in Produktionssystemen und eine Abneigung gegenüber aus der Automobilindustrie stammender Trends ausschlaggebend für Einführungswiderstände. Nichtsdestotrotz wird die Beschäftigung mit GPS auch für kmu immer wichtiger, nicht zuletzt da die Entwicklungen zeigen, dass große Unternehmen von ihren Lieferanten das Vorantreiben von Veränderungsprozessen fordern. In der Automobilindustrie beispielsweise schlägt sich deren GPS-Gedankengut in zunehmendem Maße in den Beschaffungsgrundsätzen der direkten Zulieferer (1st-tiers) nieder. Zur Begegnung dieser Probleme bedarf es kmu-gerechter, kostengünstiger Lösungen, wie es ein benutzerfreundliches und allgemeingültiges Diagnose- und Optimierungssystem zur umsichtigen und bedarfsgesteuerten Verbesserung der Produktion eines kmu darstellt. Die Forschungsstelle wurde von Unternehmen aus dem projektbegleitenden Ausschuss des Projektes 14671, aber auch von weiteren Unternehmen, zu denen die Forschungsstelle Kontakte hat, in gemeinsamen und fruchtbaren Diskussionen ermutigt, ein Diagnosesystem zu entwickeln, mit Hilfe dessen die unentdeckten Potenziale des GPS aufgedeckt werden können. Die im Rahmen langjähriger Arbeiten zur Optimierung der Produktion und Logistik gesammelten Erfahrungen zeigen, dass im Zusammenhang mit GPS auftauchende Probleme und Widerstände multifaktoriell bedingt und individuell abhängig sind. Durch die umfassende Ermittlung dieser Ursachen unter Beachtung ihrer Interdependenzen können die Unternehmen ihre Problemfelder eindeutig ermitteln. Da die Einführung eines GPS immer vor dem Hintergrund der betrieblichen Rahmenbedingungen erfolgen und unternehmensspezifisch ausgestaltet werden sollte, ist auch im Rahmen der Entwicklung eines Diagnosesystems die Betrachtung sämtlicher z. B aus Unternehmensgröße, Branche, etc. ergebender Einflussfaktoren von essentieller Bedeutung. 1.2 Zielsetzung Derzeit werden Methoden Ganzheitlicher Produktionssyteme in kmu mit großer Mühe unternehmensweit und vereinzelt auch entlang der Wertschöpfungskette umgesetzt, wobei den Unternehmen beim Erhalt und Optimieren derzeit Werkzeuge für das objektive Messen der Effektivität dieser Methoden und das Eruieren weiterer Potenziale fehlen. Ziel des Forschungsprojektes war es daher, ein webbasiertes, lernfähiges Werkzeug zur Identifikation von Schwachstellen und unausgeschöpftem Potenzial bei der Anwendung eines GPS

16 4 konzeptionell und technisch zu entwickeln, das auf dem entdeckten Potenzial aufbauend Möglichkeiten zur Optimierung des GPS aufzeigt. Dies soll durch einen theoretisch fundierten und interdependenten Fragebogen und eine systemseitige Verarbeitung der Informationen erreicht werden. Explizit wurden im Rahmen des Forschungsprojektes folgende Fragestellungen beantwortet: Welche Probleme, Ursachen und Wirkungen in der Organisation, Implementierung und Anwendung hemmen ein optimales unternehmensspezifisches GPS? Wie muss ein GPS-Diagnosesystem inhaltlich und strukturell aufgebaut werden, damit eine bedarfsgerechte Anpassung ermöglicht werden kann? Welche Interdependenzen existieren im Methodennetzwerk und wie können diese im Fragensystem abgebildet werden? Wie kann die Auswertung der Diagnose derart konzipiert werden, dass ein relevantes und in sich stimmiges Maßnahmenbündel ausgegeben wird? Welche Voraussetzungen sind zu beachten, damit das Diagnosesystem in das Tagesgeschäft eingegliedert und reibungslos genutzt werden kann? Wie sollte das Diagnosesystem ausgelegt sein, damit eine standardisierte Erweiterbarkeit und Nachhaltigkeit gewährleistet wird? Bei der Suche und Entwicklung von Antworten auf diese Hauptfragestellungen wurden zum einen insbesondere die Interessen der kmu, welche bisher noch nicht über eigene Erfahrungen mit dem Einsatz von Diagnosesystemen verfügen, aber im Rahmen der kontinuierlichen Verbesserung ihres GPS die Auseinandersetzung mit diesem Thema suchen, stets berücksichtigt. Zum anderen waren auch die großen Unternehmen von Bedeutung, welche bereits Erfahrungen mit der Thematik der Diagnose gesammelt und diese mit der Forschungsstelle und den Unternehmen im projektbegleitenden Ausschuss diskutiert haben. Diese Unternehmen, die sich zu diesem Thema als Know-How-Träger etabliert haben, wurden in das Projekt eingebunden. 1.3 Vorgehensweise und Personaleinsatz Die Erarbeitung des Forschungsziels erfolgte durch die überwiegend sequenzielle Bearbeitung von fünf aufeinander aufbauenden Arbeitsschritten. Hinzu kommt die Anfertigung der für den Ergebnistransfer erforderlichen Dokumentation. Die Arbeitsschritte wurden in einem Zeitraum von 18 Monaten durchgeführt. Zur Erreichung des Ziels entstanden insgesamt Aufwände für wissenschaftliche Mitarbeiter in Höhe von 26 Mann- Monaten. Für die erfolgreiche Umsetzung des Vorhabens wurden zwei wissenschaftliche Mitarbeiter der Arbeitsfelder Fabrikorganisation und Industrial Engineering aus dem Mitarbeiterpool der Forschungsstelle mit unterschiedlichen Einsatzzeiten in Vollzeit involviert. Die Gründe für die teilweise parallele Bearbeitung bestimmter Arbeitsschritte durch zwei Mitarbeiter lagen also in den unterschiedlichen, sich ergänzenden Kompetenzschwerpunkten der beiden wissenschaftlichen Arbeitsfelder, welche zur Erreichung des Forschungsziels zu jeder Zeit ineinander geflossen sind. Durch die aus dieser Zusammensetzung resultierenden

17 5 Synergien konnten optimale Ergebnisse durch eine ganzheitliche Betrachtungsweise des Fabrikbetriebes erzielt werden. Dieses Vorgehen hat sich bereits bei der Bearbeitung des IGF-Vorgängerforschungsprojektes Ganzheitliche Produktionssysteme entlang der Wertschöpfungskette bewährt. Es haben fest zugewiesene Mitarbeiter mit ausgeprägten technischen und organisatorischen Fähigkeiten und Erfahrungen die Bearbeitung übernommen, so dass in jedem Arbeitsschritt ohne Übergabeverluste auf die vorhandenen Ergebnisse und das erarbeitete Wissen zurückgegriffen werden konnte. Die Mitarbeiter wurden während der gesamten Laufzeit von je einer studentischen Hilfskraft mit einer Wochenarbeitszeit von 17 Stunden unterstützt. Zur Realisierung des Forschungsprojektes wurde auf etablierte Methoden und Vorgehensweisen des Projektmanagements zurückgegriffen. Dadurch wurde sichergestellt, dass die angestrebten Projektziele im Rahmen der personellen, technischen und finanziellen Randbedingungen erreicht wurden. Durch den Einsatz zweier Mitarbeiter konnte im Hinblick auf die Quantität eine kürzere Durchlaufzeit verwirklicht werden. Andererseits konnten durch die Forschungsschwerpunkte der Mitarbeiter bezogen auf die Qualität fundierte und interdisziplinär vernetzte Ergebnisse generiert werden. Die geleistete Arbeit entspricht in vollem Umfang dem begutachteten und bewilligten Antrag und war daher für die Durchführung des Vorhabens notwendig und angemessen. Wie bereits erwähnt, wurde das angestrebte Forschungsziel insgesamt in Form von sechs Arbeitsschritten erarbeitet, die abgesehen von möglichen Überschneidungen in den Übergängen zu Beginn bzw. am Ende eines Arbeitsschrittes sequenziell durchlaufen wurden. Die Inhalte der Arbeitsschritte sind im Folgenden näher beschrieben. 1. Arbeitsschritt: Ermittlung und Analyse interner und externer Anforderungen an ein Diagnose- und Optimierungstool für kmu Ziel dieses ersten, vorbereitenden Arbeitsschrittes war es, Anforderungen an den Einsatz eines Diagnose- und Optimierungstools induktiv und deduktiv zu erheben und zu katalogisieren. Hierbei wurden die prinzipiellen Voraussetzungen zur Nutzung des Tools erarbeitet. In diesem Zusammenhang wurde ermittelt, welcher produktionsmanagementbezogene Gestaltungs- und Ordnungsrahmen gegebenen sein muss, damit die Diagnose und Optimierung sinnvoll eingesetzt werden kann. Andererseits wurden die von der Zielgruppe der kmu an ein produktionsoptimierendes Diagnosesystem gestellten Anforderungen (z. B. bezüglich des Funktionsumfangs, der Benutzerfreundlichkeit, etc.) erfasst und hinsichtlich ihrer Bedeutung gewichtet (Muss-/Soll-/Kann-Anforderungen). Somit wurde bereits in einer frühen Projektphase die wesentliche Grundlage für die zielgerichtete Entwicklung praktisch nutzbarer Projektergebnisse gelegt. Der erste Arbeitsschritt wurde zeitplangemäß abgeschlossen, so dass mit dem zweiten Arbeitspaket planmäßig fortgefahren werden konnte. 2. Arbeitsschritt: Entwicklung des GPS-Referenzmodells für die Diagnose Inhalt dieses Arbeitsschrittes war die Konzeption eines von der unternehmensspezifischen Umsetzung unabhängigen GPS-Referenzmodells für produzierende Unternehmen. Darüber hinaus wurden die organisatorischen, humanzentrierten und implementierungsbezogenen Erfolgsfaktoren mit berücksichtigt und in das Referenzmodell integriert.

18 6 Von besonderer Bedeutung war die Analyse der Verknüpfungen der einzelnen Bestandteile zwischen Methoden unterschiedlicher Prinzipien, Werkzeugen und Methoden untereinander und deren Abbildung im Rahmen der Referenzmodellstruktur sowie die Identifikation der dazugehörigen Schnittstellen. Die Strukturierung, Abstraktion und Beschreibung der Kernpunkte der jeweiligen GPS- Referenzmodelle erfolgte durch die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit den vorliegenden Ergebnissen aus den IGF-Projekten (Ganzheitliche Produktionssysteme entlang der Wertschöpfungskette) und (Ganzheitliche Produktionssysteme für Logistikdienstleister) und ist um die Diskussion von praktischen Erfahrungen und Informationen innerhalb von Arbeitskreisen und Workshops mit den am Projekt beteiligten Unternehmenspartnern ergänzt worden. Der Abschluss des zweiten Arbeitsschrittes stellte innerhalb der Projektdurchführung einen internen Meilenstein dar. Im Anschluss erfolgte die Bearbeitung des dritten Arbeitsschrittes. 3. Arbeitsschritt: Iterative Ermittlung spezifischer Erfolgsfaktoren eines GPS und Entwicklung entsprechender Diagnostik In diesem Arbeitsschritt wurden zum einen top-down die theoretischen Inhalte eines Ganzheitlichen Produktionssystems auf Basis aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse analysiert, um zu ermitteln, welche Faktoren den Erfolg aus theoretischer Sicht maßgeblich beeinflussen. Hierbei wurden insbesondere die Ergebnisse aus den IGF-Projekten und hinsichtlich der Erfolgsfaktoren in der produzierenden Stückgutindustrie derart aufbereitet, dass spezifische, theoretische Erfolgsfaktoren jeweils den Prinzipien, Methoden und Werkzeugen zugeordnet werden konnten. Die Ermittlung und Zuordnung der Erfolgsfaktoren wurde auf Grundlage der im vorherigen Arbeitsschritt systematisch erarbeiteten Referenzmodelle durchgeführt. Es war auch Inhalt dieser Phase, die Erfolgsfaktoren in strategische, taktische und operative Ebenen zu unterteilen, um die Ableitung spezifischer Optimierungsmaßnahmen vorzubereiten. Auf Basis der ermittelten Erfolgsfaktoren wurden prägnante Fragen formuliert, um auf dieser Basis die Ätiologie durchzuführen und somit zu den spezifischen Problemen der Diagnostizierten bzw. des Diagnosegegenstandes vordringen zu können. Bei den Fragen wurden qualitative Indikatoren thematisiert. Im Rahmen der Diagnose sind zwei Arten von Diagnosefragen vorhanden; einerseits Selektionsfragen für die Auswahl der im Einsatz befindlichen Methoden und andererseits Bewertungsfragen für die kritische Evaluation der Erfolgsfaktoren. Die Fragen sind knapp, prägnant und eindeutig formuliert. Die spezifischen Fragen zu den Methoden wurden im Hinblick auf die Ausgabe von Optimierungsvorschlägen mit den organisatorischen Ebenen (strategisch, taktisch und operativ) derart verknüpft, dass für jede identifizierte Schwachstelle die einzelnen Ebenen betreffende Verbesserungsvorschläge angeführt werden können. Das Ende dieses Arbeitsschrittes stellte einen weiteren Projektmeilenstein dar. 4. Arbeitsschritt: Technische und organisatorische Konzeption des Diagnosesystems In diesem Arbeitsschritt wurde sowohl das technische als auch das organisatorische Konzept erarbeitet. Das technische Konzept umfasst die Systematik und Struktur des Diagnose-

19 7 Tools, so dass die Anwenderinnen und Anwender zweckmäßig durch das Programm geführt werden können. Dabei wird die Diagnose in vier Stufen ablaufen. In der ersten Stufe der Diagnose erfolgt die Anmeldung bzw. Identifizierung der Anwenderin bzw. des Anwenders, damit einerseits für die Forschungsstelle die Statistik der Nutzung ersichtlich werden kann, und andererseits für den Anwender eine personenbezogene Speicherung zwecks Vertagung der Diagnose ermöglicht werden kann. Auch ist eine Anamnese (Vorgeschichte in Bezug auf die Schwächen) angestrebt, um bei weiteren Diagnosen einen Trend ausmachen zu können. Es ist auch denkbar und erwünscht, dass die Diagnose dadurch zeitversetzt von mehreren Mitarbeitern durchgeführt werden kann. Hierbei kann das obere Management (z.b. Produktionsleiter oder GPS-Hauptverantwortlicher) lediglich die Selektionsfragen zu den Methoden beantworten. Das mittlere Management (z.b. Meister oder Hancho), das sich separat anzumelden hat, sieht dann die Methoden, die vom oberen Management ausgewählt wurden, und beantwortet die entsprechenden detaillierteren Fragen. Ähnlich geht dann der Werker an der Linie vor, der sich ebenfalls separat anmeldet. Nach der Identifizierung wird auf eine Überblicksseite mit verschiedenen Themenblöcken (Grunddaten, Methoden) weitergeleitet (Stufe 2), wo die Diagnose mit einem beliebigen Themenblock gestartet werden kann. Es kann mit einer beliebigen Methode angefangen werden. Nach der Beantwortung sämtlicher Fragen erfolgt die Auswertung (Stufe 3), wo entsprechend des Erfüllungsgrades der Erfolgsfaktoren die Probleme aufgezeigt werden. Auf dieser Basis werden in der nächsten Stufe (Stufe 4) entsprechende inhaltliche und organisatorische Verbesserungsvorschläge angeführt, die dem Anwender zur Optimierung seiner Produktion dient. Neben einem technischen Konzept wurde ein Nutzungskonzept entwickelt, das sowohl den Ablauf der Nutzung als auch die Integration des Diagnosesystems in das Tagesgeschäft eines Anwenders umfasst. Hierdurch soll gewährleistet werden, dass die Diagnose des GPS immer von den kompetentesten Mitarbeitern durchgeführt werden. Es wurde beachtet, dass die Auswertung und die Optimierungsvorschläge primär dem Hauptverantwortlichen mitgeteilt werden. Hierfür wurden geeignete organisatorische Konzepte ausgearbeitet. 5. Arbeitsschritt: Technische Realisierung In dieser Phase des Projektes wurde die technische Realisierung mit der Verwendung einer Datenbank betrachtet, in der die einzelnen Bausteine hierarchisch und eindeutig nummeriert und zugeordnet wurden. Jeder Frage wurde dabei ein Datensatz zugeordnet, die dann mit den zugehörigen weiteren Daten verknüpft wurden. Des Weiteren wurden die Logiken und Verknüpfungen des Diagnosetools programmiertechnisch umgesetzet. Das entwickelte Diagnosesystem wurde zum Nachweis der Funktionstüchtigkeit und Anwendbarkeit anhand der Daten eines teilnehmenden kmu und eines Großunternehmens validiert. Es erfolgte keine unternehmensspezifische Weiterentwicklung, da die Forschungsergebnisse unmittelbar, allgemeingültig und ohne eine unternehmensspezifische Weiterentwicklung nutzbar sein sollen. Hierdurch wurden zudem weitere Anregungen zur Anpassung des Systems aufgenommen und eine iterative Überarbeitung des Diagnosesystems durchgeführt.

20 8 6. Arbeitsschritt: Ergebnistransfer und -dokumentation Ziel dieses Arbeitsschrittes war die Dokumentation und Verbreitung bzw. Verwertung der Ergebnisse aus dem Forschungsvorhaben über die an der Projektbearbeitung beteiligten Unternehmen hinaus. Mit dem Transfer erster Projektergebnisse wurde bereits projektbegleitend begonnen. Dazu wurden Veröffentlichungen in Fachzeitschriften, Büchern und Konferenzen sowie Posterbeiträge auf Kongressen und Tagungen platziert. 1.4 Wissenschaftlich-technischer Nutzen und innovativer Beitrag der Forschungsergebnisse Das beantragte Vorhaben bezweckt das Generieren innovativer Beiträge, sowohl für die Praxis, als auch für die Wissenschaft. Als innovativer Beitrag für Unternehmen ist zunächst das Diagnosesystem selbst zu sehen, dessen erfolgreiche Anwendung im Unternehmen es zum Befähiger des kontinuierlichen Verbesserungsprozess macht und diesen dadurch entscheidend mitprägt. Die Ausgestaltung eines GPS ist aufgrund sich ändernder Marktverhältnisse in einem kontinuierlichen Prozess zu verbessern. Da geeignete Hilfsmittel derzeit noch fehlen, konnte mit diesem Projekt ein Beitrag zu Schließung dieser Lücke geleistet werden. Das Diagnosesystem bietet hierfür eine solide Grundlage, die Prozesse zu restrukturieren. Weiterhin ist die vernetzte Betrachtung und das detaillierte Analysieren und dynamische Optimieren von bereits existierenden GPS im Unternehmen zu sehen. Darüber hinaus wird mit Hilfe eines Nutzungskonzeptes aufgezeigt, wie das Diagnosesystem im Unternehmen eingeführt und angewandt werden kann. Hierbei ist es im Rahmen der kontinuierlicher Verbesserung von essentieller Bedeutung, dass das Diagnosesystem permanent zu Rate gezogen wird, um das GPS ständig anzupassen. Gegenüber dem problemorientierten Ansatz der Praxis wurde durch die wissenschaftliche Betrachtung von übergreifenden Zusammenhängen und Erfolgsfaktoren ein erkenntnisorientierter Ansatz verfolgt. Es wurde ein allgemeingültiges Konzept für das Ermitteln der Erfolgsfaktoren, Ursachen und Symptome eines GPS erstellt, das eine dynamische Erweiterung ermöglicht. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens tragen zudem dazu bei, die nicht ausgeschöpften monetären, qualitativen und zeitlichen Potenziale von GPS auch für kmu zu erschließen. Gelingt dies durch das Diagnosesystem, können durch die Anwendung von GPS umfassende Beiträge zur Steigerung der Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit von kmu erzielt werden. Denn durch den systematischen und aufeinander abgestimmten Einsatz der Methoden Ganzheitlicher Produktionssysteme können Verbesserungen logistischer Parameter, wie Bestandreduzierung, Durchlaufzeitreduzierung, Produktivitätssteigerung, etc. erreicht werden. Dies setzt jedoch voraus, dass sämtliche Methoden optimal im Einsatz sind, welches durch das Diagnosesystem gewährleistet wird. Dabei ist es für kmu wichtig, ein kostenfreies Diagnosesystem regelmäßig und unternehmensspezifisch konfiguriert einzusetzen. Durch das Nutzungskonzept wird ein mögliches Know-how-Defizit bei der organisatorischen Einsetzung des Diagnosesystems umgangen. Zudem ist es für die kmu möglich, durch die im Rahmen der Diagnose notwendige kritische Selbstreflexion weiteres Potenzial, das über das vorgeschlagene

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