Die digitale Planung von Produkten und Produktionssystemen die sogenannte Digitale Fabrik umfasst ein Netzwerk von digitalen Modellen und Methoden

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3 Die digitale Planung von Produkten und Produktionssystemen die sogenannte Digitale Fabrik umfasst ein Netzwerk von digitalen Modellen und Methoden zur Simulation und Visualisierung. Ziel ist die ganzheitliche Planung, Realisierung, Steuerung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Fabrikprozesse und -ressourcen in Verbindung mit dem Produkt (VDI-Richtlinie 3633, Blatt 8, 2005). Die Aussagekraft digitaler Fabrikmodelle wird natürlich durch die Zeitstruktur und Zeitdaten der modellierten Arbeitsprozesse wesentlich beeinflusst. Für eine möglichst realitätsnahe Repräsentation von Montagetätigkeiten sollten beispielsweise die menschliche Leistungsvariabilität und potentielle menschliche Fehler mit in Betracht gezogen werden. Dies kann beispielsweise durch Wahrscheinlichkeitsfunktionen im Modell erfolgen.

4 In Abhängigkeit vom jeweiligen betrieblichen Funktionsbereich lassen sich verschiedene betriebliche Verwendungszwecke von Zeitdaten unterscheiden. Grundsätzlich können im industriellen Kontext mit einem produkt-, einem auftrags-, einem mitarbeiterbezogenem und einem führungsrelevanten Verwendungsbereich vier wesentliche Verwendungsbereiche von Zeitdaten unterscheiden werden. Dabei muss es Ziel der betrieblichen Planung sein, Zeitdaten nach Möglichkeit mehrfach unterschiedlichen Verwendungszwecken zuzuführen, um ein günstiges Verhältnis von Kosten der Datenermittlung zu dem Nutzen der Zeitdaten zu schaffen.

5 Gliederungen nach Ablaufarten können für Arbeitspersonen, Arbeits- und Betriebsmittel sowie Arbeitsobjekte vorgenommen werden. Mit Hilfe dieser Systematiken können nicht wertschöpfende Bestandteile von Abläufen identifiziert werden. Die Gliederung der Ablaufarten von Arbeitsperson und Arbeits-/ Betriebsmittel entsprechen einander.

6 Die Start- und Endzeitpunkte bei der Ausführung von Arbeitsaufgaben können statistischen Einflüssen unterliegen, beispielsweise personenbezogenen Einflussfaktoren (Anstrengung, Übung o.ä.) oder auch Umweltbedingungen (Temperatur, Beleuchtung, Lärm etc.). Die daraus resultierende Streuung von Ausführungszeiten kann durch entsprechende Konfidenzintervalle abgebildet werden, die eine vordefinierte Menge der Wahrscheinlichkeitsmasse (typischerweise 95% bzw. 99%) umfassen.

7 Die Gliederung der Ablaufarten für das Arbeitsobjekt umfasst alle Ereignisse, die bei einem bestimmten Auftrag auftreten können, während einer oder mehrerer Schichten, während einer Periode des betrieblichen Rechnungswesens (Monat, Quartal, Jahr) von der Ankunft (Wareneingang) bis zum Verlassen (Versand) des Betriebes. Ebenso wie bei den Ablaufarten für Menschen und Arbeits-/ Betriebsmittel berücksichtigt die Ablaufgliederung für das Arbeitsobjekt nicht nur Ereignisse, die beim Zusammenwirken von Mensch, Arbeitsmittel und Arbeitsgegenstand vorkommen, sondern auch das Liegen und Lagern. Den Ablauf der Arbeitsgegenstände von der Ankunft bis zum Verlassen des Betriebes bezeichnet man auch mit Durchlauf oder Materialfluss. (REFA: Methodenlehre der Betriebsorganisation. Datenermittlung, 1997)

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9 Die Ablaufgliederung beim Arbeits- und Betriebsmittel umfasst Ereignisse, die beim Zusammenwirken der Systemelemente in Erfüllung einer Arbeitsaufgabe vorkommen sowie auch Ereignisse und deren Ursachen, die außerhalb dieses Zusammenwirkens liegen, wie z.b. Schäden am Arbeits- und Betriebsmittel. (REFA: Methodenlehre der Betriebsorganisation. Datenermittlung, 1997)

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11 Die Gliederung der Ablaufarten für den Menschen umfasst alle Ereignisse, die auftreten können, solange der Mensch im Rahmen eines Arbeits- oder Dienstverhältnisses und des Arbeitszeitgesetzes dem Betrieb zur Verfügung steht, inklusive der gesetzlichen und vertraglich geregelten Pausen.

12 Im Wesentlichen gibt es vier Ursachen für eine zusätzliche Tätigkeit: 1. Organisatorische und technische Störungen im Arbeitsablauf 2. Freiwillige oder angeordnete Mithilfe bei anderen Personen 3. Mangel an Information 4. Tätigkeiten ohne besonderen Auftrag.

13 Zur Untersuchung der Prozesse eines Arbeitssystems werden diese in Arbeitsschritte unterteilt, diesen Abschnitten können die oben beschriebenen Ablaufarten zugeordnet werden. Weiterhin werden in dieser Ablaufgliederung neben der Ebene im Einsatz die weiteren Ebenen Betriebsruhe (Beispiele: festgelegte Betriebspausen, Kurzarbeit, Betriebsversammlungen) und außer Einsatz (Beispiele: Krankheit, Unfall, Weiterbildung, Urlaub) berücksichtigt.

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15 Eine Haupttätigkeit ist eine planmäßige, unmittelbar der Erfüllung der Arbeitsaufgabe dienende Tätigkeit. Eine Nebentätigkeit ist eine planmäßige, nur mittelbar der Erfüllung der Arbeitsaufgabe dienende Tätigkeit. Um eine zusätzliche Tätigkeit handelt es sich, wenn deren Vorkommen oder Ablauf nicht vorausbestimmt werden kann. Ursachen einer zusätzlichen Tätigkeit - organisatorische und technische Störungen im Arbeitsablauf (zusätzliche Tätigkeit = Beseitigen der Störung) - freiwillige oder angeordnete Mithilfe bei anderen Personen - Mangel an Information (Beispiel: Zeichnung fehlt; zusätzliche Tätigkeit = Beschaffung der Information) - Tätigkeiten ohne besonderen Auftrag (z.b. Reinigungsarbeit, dienstliche Besprechung). Das ablaufbedingte Unterbrechen ist ein planmäßiges Warten des Menschen auf das Ende von Ablaufabschnitten, die beim Arbeits-/ Betriebsmittel oder Arbeitsobjekt selbständig ablaufen (Betriebsmittel bzw. Arbeitsobjekt ist zeitbestimmend; z.b.: Aufheizen eines Spritzgusswerkzeuges). Das störungsbedingte Unterbrechen der Tätigkeit ist ein zusätzliches Warten des Menschen infolge von technischen und organisatorischen Störungen sowie Mangel an Information. Die Ursache für Unterbrechung wird durch andere Personen beseitigt. Erholen ist eine Unterbrechung der Tätigkeit, damit die infolge der Tätigkeit aufgetretene Arbeitsermüdung abgebaut werden kann (z.b.: Erholen nach Schmiedearbeit, Erholen nach monotoner Kontrolltätigkeit). Persönlich bedingtes Unterbrechen der Tätigkeit liegt vor, wenn der Mensch seine Tätigkeit unterbricht und dies persönliche Gründe hat (z.b.: Toilettengang, Zigarettenpause).

16 Für Mensch und Arbeits-/ Betriebsmittel sind Vorgabezeiten üblich. Die Vorgabezeit für den Menschen heißt Auftragszeit (T) und für das Betriebsmittel Belegungszeit (T B ). Vorgabezeiten nach REFA sind Soll-Zeiten für von Menschen oder Arbeits-/ Betriebsmitteln ausgeführte Arbeitsabläufe. Die Vorgabezeiten für den Menschen enthalten Grundzeiten, Erholungszeiten und Verteilzeiten. Die Vorgabezeiten für das Arbeits- und Betriebsmittel bestehen nur aus Grundzeiten und Verteilzeiten. Es werden zwei Arten von Vorgabezeiten unterschieden: 1. Auftragsabhängige Vorgabezeiten: Sie beziehen sich auf einen konkreten Auftrag mit einer zu fertigenden Stückzahl. 2. Auftragsunabhängige Vorgabezeiten: Sie beziehen sich auf eine bestimmte Mengeneinheit (z. B. 1, 100 oder 1000 Stück).

17 Aufgrund der Differenzen zwischen Ist- und Soll-Zeiten gilt es, die Ursachen zu klären und ggf. abzustellen. Dazu gibt es verschiedene Verfahren zur Zeitermittlung. Experimentelle Verfahren dienen zur Ermittlung von Ist-Zeiten. Rechnerische Verfahren sind die Grundlage zur Ermittlung von Soll-Zeiten.

18 Die Vorgehensweise ist abhängig vom Verwendungszweck der ermittelten Daten. Der Verwendungszweck bestimmt u.a. den Umfang der Zeitaufnahme und deren Genauigkeit.

19 Im Mittelpunkt der Zeitaufnahme steht das Beobachten des Ist-Ablaufs. Das Ergebnis der Beobachtung wird dabei mit Hilfe eines Zeitmessgerätes (z.b. einer Stoppuhr, ggf. in Verbindung mit Videoaufnahmen) und eines Zeitaufnahmebogens protokolliert. Wichtig ist, dass die Zeitaufnahme gemäß den Angaben auf dem Zeitaufnahmebogen reproduzierbar sein muss. Die Begleitumstände müssen ebenso sorgfältig erfasst werden, wie die Zeiten selbst. Zu Schritt 1: Bei dem Verwendungszweck ist unter anderem festzulegen, ob die Zeitaufnahme zur Bildung von Planzeiten verwendet werden soll. Zu Schritt 2: Bei der Vorbereitung ist zum Beispiel zu beachten, dass die von der Zeitaufnahme betroffenen Mitarbeiter informiert werden.

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21 Bei der Einzelzeitmessung wird jeder Ablaufabschnitt gesondert gemessen. Die gemessene Einzelzeit t i ist dann die Dauer eines Ablaufabschnittes. Vorteile: keine Errechnung der Einzelzeiten nötig, Streuung von Messwerten sofort erkennbar. Bei der Fortschrittszeitmessung wird das Zeitmessgerät zu Beginn der Zeitaufnahme in Gang gesetzt und läuft während der gesamten Aufnahme durch. Zu den entsprechenden Messpunkten wird die Fortschrittszeit abgelesen und anschließend die Einzelzeiten t i errechnet. Vorteile: lückenlose Zeitmessung, Ablesefehler werden in der folgenden Zeitmessung ausgeglichen.

22 Leistungsgrad: Die Leistungshergabe und damit auch der Zeitbedarf für den Arbeitsvollzug unterliegen, selbst bei konstanten Arbeitsbedingungen, zeitlichen Schwankungen. Gemessene Ist-Zeiten müssen daher auf Soll-Zeiten umgerechnet werden. Dies geschieht mit Hilfe des Leistungsgrades, der parallel zur Zeitmessung beurteilt wird. Die beobachtete Ist-Leistung wird dabei in Relation zu einer vorgestellten Bezugsleistung gesetzt.

23 Mit relativ geringem Aufwand ergibt eine Multimomentaufnahme ein gutes Spiegelbild des tatsächlichen Ist-Zustandes im Betrieb. Die Ergebnisse können durch Erhöhung der Anzahl der Notierungen (Stichprobenumfang) auf jede gewünschte Genauigkeit abgestimmt werden. Auf einem Rundgang können beliebig viele Arbeitsplätze beobachtet werden. L.H.C. Tippett, Statistiker des Shirley-Institute of the British Cotton Industry Research Association in Didsbury, wird allgemein als der geistige Vater des MM- Verfahrens bezeichnet. Seit 1927 beschäftigte er sich mit seiner erst 1934 veröffentlichten Snap-reading-method of making time studies und legte damit das spätere MM-Verfahren in seinen Grundzügen fest. Tippett untersuchte bspw. die Stillstandszeiten in einer Weberei. (...) Ein Beobachter ging von Maschinengruppe zu Maschinengruppe und beobachtete jeweils für einen Augenblick die Tätigkeit der Arbeiter. So wurden Tausende von Beobachtungen notiert und anschließend rechnerisch ausgewertet. Ergebnis: Die prozentuale Auswertung der Notierungen eines Vorkommnisses strebt mit steigender Anzahl der Beobachtungen zwangsläufig einem bestimmten Grenzwert zu. (Haller-Wedel, E.: Das Multimoment-Verfahren in Theorie und Praxis. München 1969)

24 Man unterscheidet das Multimoment-Häufigkeits- (MMH) und das Multimoment- Zeitmessverfahren (MMZ). Beide Verfahren basieren auf diskreten Merkmalen (Zählwerte). Während das Häufigkeitsverfahren (MMH) nur eine Aussage über die relative Häufigkeit eines bestimmten Merkmals innerhalb eines Kollektivs zulässt, erlaubt das Zeitmessverfahren (MMZ) zusätzlich den Schluss auf die quantitative Dauer eines bestimmten Ereignisses. In der Praxis wird überwiegend das MMH angewandt. MMH: In einfachster Form wird das Verfahren so durchgeführt, dass der Beobachter in einem bestimmten Turnus einen Rundgang an den Arbeitsplätzen macht und dabei in einer Strichliste notiert, welche Tätigkeit von dem Arbeiter im Augenblick seiner Beobachtung ausgeführt wird. Da verhältnismäßig wenige Rundgänge durchgeführt werden, müssen die Zahl der Beobachtungen und alle anderen statistischen Erhebungen im Sinne der mathematischen Statistik repräsentativ sein. MMZ: Die Gemeinsamkeit mit dem MMH liegt darin, dass beide Stichprobenverfahren sind. Die MMH-Aufnahmen geben Auskunft über die prozentuale Häufigkeit von beobachteten Vorgängen, dagegen liefern MMZ-Verfahren direkte Planzeitwerte. Vorgehensweise: Zu unregelmäßigen Zeitpunkten werden vom Beobachter Notierungen vorgenommen, wobei die Art der ausgeführten Arbeit und der genaue Zeitpunkt der Beobachtung festgehalten werden müssen. Anhand dieser Notierungen lassen sich z.b. die letzte Notierung vor dem Arbeitsablauf B, die erste und letzte Notierung innerhalb des Arbeitsablaufs B und die erste Notierung nach dem Arbeitsablauf B an den Gesamtnotierungen pro Arbeitsablauf erkennen. Mit Hilfe dieser Zeitpunkte kann man für den Arbeitsablauf B eine Mindestdauer und eine Höchstdauer errechnen. (Kaminsky, G.: Praktikum der Arbeitswissenschaft. 2. Aufl. 1979)

25 Das allgemeingültige Prinzip einer Multimoment-Studie wird durch die Gegenüberstellung einer üblichen Zeitmessung mit einer MMH-Aufnahme und -Auswertung anhand eines Zeitbandmodells erläutert. An fünf Arbeitsplätzen (A bis E) werden während eines achtstündigen Arbeitstages dargestellt durch je ein waagerechtes Zeitband vergleichbare, aber völlig unregelmäßig anfallende Tätigkeiten (z.b. Reparaturarbeiten) mit den entsprechenden Zeitarten t 1 (z.b. Hauptzeiten), t 2 (z.b. Nebenzeiten) und t 3 (z.b. Verteilzeiten) durchgeführt. Bei der üblichen Methode des Messens der Zeitlängen durch Zeitaufnahmen, z.b. mit Hilfe einer Stoppuhr, werden rechts die prozentualen Anteile der drei Zeitarten an der Schichtzeit T für jeden einzelnen Arbeitsplatz und der Durchschnitt für die gesamte Abteilung ausgewiesen. Es wird dabei deutlich, dass die Methode des Multimoment-Häufigkeitsverfahrens wesentlich effizienter ist als die Erfassung der Zeitanteile per Stoppuhr.

26 1.Stichprobe: Die beobachteten und notierten Merkmale, Vorgänge oder Ereignisse im statistischen Sinn (Zeitarten, Arbeitsplätze, Personen, Betriebsmittel, Werkstücke, Kenngrößen u.a.) während eines Rundgangs bilden jeweils eine Stichprobe. Aufgabe der Statistik ist es, von der Stichprobe auf die Gesamtheit zutreffende Schlüsse zu ziehen. 2.Homogen: Die Stichprobe muss aus einer einheitlich strukturierten Gesamtheit entnommen werden. Sachlich bedeutet dies, dass zwei verschiedene Gesamtheiten nicht gleichzeitig, d.h. miteinander vermischt, aufgenommen werden dürfen (z.b. Betriebsmittelauslastungsstudie in der Vorfertigung und an Montagearbeitsplätzen). Mischkollektive treten auch auf, wenn zwei inhomogene Gesamtheiten miteinander beobachtet und zusammengelegt werden (z.b.: Es bestehen in einem Betrieb oft erhebliche Unterschiede zwischen den Ereignissen einer Tagschicht und denen einer Nachtschicht.) 3.Mehrfach: Bei jedem Rundgang wird ein augenblicklicher Querschnitt des Geschehens der beobachteten Arbeitsgruppe notiert. Durch die Wiederholung dieser Rundgänge mitteln sich die Querschnitte immer mehr zu bestimmten Grenzwerten ein. 4.Unregelmäßig: Die Unregelmäßigkeit oder Zufälligkeit der Beobachtung bzw. der Notierungen gibt jedem möglichen Ereignis eine berechenbare Chance, bei einem Rundgang erfasst zu werden. 5.Groß: Der Umfang dieser Stichprobe muss ausreichend sein. 6.Gleicher Umfang: Bei jedem Rundgang soll stets die gleiche Anzahl von Arbeitsplätzen beobachtet werden. 7.Freie Auswahl: Aus einer festgelegten Reihe von möglichen Fällen, bspw. aus der vorher aufgestellten Gliederung eines Arbeitsablaufs, ist es dem Zufall überlassen, welches Ereignis notiert wird. 8. Ohne Zurücklegen : Jedes Ereignis ist im Augenblick der Beobachtung lebendige Gegenwart, nach der Notierung ist es aber bereits unwiderruflich Vergangenheit geworden. (Haller-Wedel, E.: Das Multimoment-Verfahren in Theorie und Praxis. München 1969)

27 Das Zusammenwirken von Mensch, Betriebsmittel und Werkstoff am Arbeitsplatz ist ein lebendiger Ablauf von eng miteinander verknüpften, zwangsläufigen Vorgängen und zufälligen Störungen. Da die statistischen Grundlagen des Multimoment-Verfahrens nur die Erfassung von voneinander unabhängigen Einzelvorgängen zulassen, ist die Frage berechtigt, was bei Grenzfällen zu beachten ist, die in der täglichen Praxis auftreten können. (...) 1. Die objektive Abhängigkeit von Ereignissen: Vom Beobachtungsgegenstand aus gesehen, kann es vorkommen, dass ein zufälliges Ereignis eine Kette von gesetzmäßigen Abläufen auslöst, d.h., dass eine Ursache latent mehrere Wirkungen zulässt. (...) Es besteht (...) die Gefahr, dass nicht das zufällige Ereignis als Ursache, sondern die Vielzahl der Wirkungen beobachtet und notiert wird; dies führt zu einer Verfälschung des Aufnahme-Tatbestandes und damit zu einer unkorrekten Auswertung der Ergebnisse. 2. Die subjektive Abhängigkeit von Ereignissen: Die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter, zufälliger Vorgang sofort nach dem Moment einer Beobachtung wieder in gleicher Weise erfasst wird, ist sehr unterschiedlich. (...) Es ist bspw. unwahrscheinlich, dass ein Vorgesetzter eine erteilte Anweisung sofort nach der entsprechenden Beobachtung wiederholt (Bemerkung: Mit wachsendem zeitlichem Abstand von diesem Ereignis steigt indes die Wahrscheinlichkeit für eine Wiederholung). (...) Die subjektive Abhängigkeit wird durch extrem kurze Rundgangsintervalle begünstigt. Sie sind daher zu vermeiden. 3. Die Abhängigkeit von Ereignissen durch regelmäßige Rundgangsintervalle: Werden Rundgänge in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt (...), dann wird die statistische Grundregel einer freien Stichprobe verletzt: Die einzelnen Zeitpunkte des beobachteten Geschehens besitzen nicht mehr die gleiche Chance, bei solcherart gesteuerten Rundgängen notiert zu werden. Modellversuche konnten diese Abhängigkeit von Ereignissen, insbesondere bei kleinen Rundgangsintervallen, mit Bestimmtheit nachweisen. Systematische Fehler treten dann auf, wenn bestimmte Vielfache der Intervalle zwischen den Rundgängen mit organisatorischen Festlegungen (z.b. Pausenregelung), Arbeitsperioden oder Fertigungszeiten zusammenfallen. (Haller-Wedel, E.: Das Multimoment-Verfahren in Theorie und Praxis. München 1969)

28 Die zu beobachtenden Ereignisse oder Vorgänge müssen stets Teil einer umfassenden, möglichst stabilen, statistischen Grundgesamtheit sein (z.b.: die Verteilzeiten der Arbeiter einer mechanischen Werkstätte während eines Aufnahme-Monats sollen eine Stichprobe aus jener Grundgesamtheit von Verteilzeiten der Arbeiter derselben Werkstätte sein, seitdem und solange die räumlichen Gegebenheiten und die bestimmende Fertigungstechnik bestehen. Damit die an den beobachteten Einzelvorgängen festgestellten Merkmale als annährend normalverteilt aufgefasst werden können, müssen sie sowohl in ausreichender Häufung auftreten als auch voneinander unabhängig beobachtet werden (z.b. die Merkmale für sachliche und persönliche Verteilzeiten). Die Bindung des Stichprobenverfahrens an die Aussagekraft der Normalverteilung gibt dem Multimoment-Verfahren erst die Überlegenheit gegenüber anderen Verfahren und Methoden des Arbeitsstudiums und begründet den Ruf der Zuverlässigkeit seiner Feststellungen. Es gibt gelegentlich auftretende Fälle der Praxis, für die an Stelle der geforderten Normalverteilung eine andere Verteilung herangezogen werden muss. In diesen Fällen ist die Aussage über die Genauigkeit der Ergebnisse einer MM-Aufnahme einer Prüfung und ggf. einer Korrektur zu unterziehen. Hierbei können u.u. folgende Hinweise nützlich sein: Eine geringe Anzahl von Beobachtungen über Vorgabezeiten und Leistungsgrade wird binomisch, eine größere Anzahl normalverteilt sein. Ist-Arbeitszeiten und Zeitgrade sind oft lognormal verteilt, während Brach- und Wartezeiten exponential verteilt sein werden. Nach übereinstimmendem, fachmännischem Urteil ist für alle Untersuchungen technischer und wirtschaftlicher Art eine statistische Sicherheit von 95 % einerseits ausreichend und andererseits notwendig, d.h., die theoretisch gegebene Möglichkeit eines Fehlschlusses bei zwanzig Ergebnissen wird als tragbar angesehen. (Haller-Wedel, E.: Das Multimoment-Verfahren in Theorie und Praxis. München 1969)

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35 Unter der Voraussetzung einer bekannten Grundwahrscheinlichkeit p (in der Abb. P=0,7) lassen sich der positive und negative Flügel eines trichterförmigen Vertrauensbereichs, die obere und untere Vertrauensgrenze, berechnen. Der dargestellte Kurvenverlauf zeigt, dass die auf Basis der Beobachtungen berechneten Ergebnisanteile θ mit fortschreitender Anzahl an Notierungen n sich immer mehr der Grundwahrscheinlichkeit p nähern und gleichzeitig die Genauigkeit f zunimmt. (Haller-Wedel, E.: Das Multimoment-Verfahren in Theorie und Praxis. München 1969)

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