Entwicklung und Einsatz eines interaktiven Verfahrens zur Leistungsabstimmung von Montagesystemen PDF
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6[}JIT]=6mm Forschung und Praxis Band 94 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart, Frau nhofer-I nstitut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart, und Institut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart Herausgeber: H. J. Warnecke und H.-J. Bullinger Gunter Schad Entwicklung und Einsatz eines interaktiven Verfahrens zur Leistungsabstimmung von Montagesystemen Mit 31 Abbildungen und 1 Tabelle Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1986 Dipl.-Ing., M.S./Univ. of Aorida GOnter Schad Fraunhofer-Institut far Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart Dr.-Ing. H.J. Warnecke o. Professor an der Universitat Stuttgart Fraunhofer-Institut far Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger o. Professor an der Universitat Stuttgart Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart 093 ISBN-13 : 978-3-540-16978-9 e-ISBN-13 : 978-3-642-82886-7 DOl : 10.1007/978-3-642-82886-7 Das Werk ist urheberrechtlich geschOtzl. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ahnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwendung, vorbehalten. Die VergOtungsansprQche des § 54, Abs. 2 UrhG werden durch die .Verwertungsgesellschaft Wort", MOnchen, wahrgenommen. © Springer-Verlag, Benin, Heidelberg 1986. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB sQlche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dOrften. Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim 2362/3020-543210 Geleitwort der Herausgeber Futuristische Bilder werden heute entworfen: o Reboter bauen Reboter, o Breitbandinformationssysteme transferieren riesige Datenmengen in Sekunden· urn die ganze. Welt. Von der "rrenschenleeren Fabrik" wird da gesprcx:::hen und vom "papierlo sen Btiro". WOrtlich gencmren muB man beides als Utopie bezeichnen, aber der Entwicklungstrend geht sicher zur "autornatischen Fertigung" und zum "rechnerunterstutzten Btiro". Forschung bedarf der Perspektive, Forschung benOtigt aber auch die Riickkopplung zur Praxis - insbeson dere im Bereich der Produktionstechnik und der Arbeitswissenschaft. FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schlus selstellung. M2chanisierung und Autanatisierung haben es uns in den letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat unserer Wirtschaft standig zu verbessem. In der Vergangenheit stand dabei die Leistungssteigerung einzelner Maschinen und Verfahren im Vordergrund. Heute wissen wir, daB wir das Zusannenspiel der verschiedenen Untemehrrensbereiche starker beachten mlissen. In der Fertigung selbst konzipieren wir flexible Fer tigungssysteme, die viele verkettete Einzelmaschinen beinhalten. Dort, wo es Produkt und Produktionsprogramm zulassen, denken wir intensiv tiber die Verknupfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Qualitatskontrolle nacho Rechnerunterstutzte Informationssysteme helfen dabei und sollen zum CIM (Corrputer Integrated Manufacturing) flihren und CAD (Conputer Aided Design) und CAM (Corrputer Aided Manu facturing) vereinen. Auch die Btiroarbeit wird neu durchdacht und mit Hilfe vemetzter Conputersysteme teilweise autanatisiert und mit den anderen Untemehmensfunktionen verbunden. Information ist zu einem Produktionsfaktor geworden, und die Art und Weise, wie man damit umgeht, wird mit tiber den Unternehmenserfolg entscheiden. Der Erfolg in unseren Untemehmen hangt auch in der Zukunft entschei dend von den dort arbeitenden Menschen abo Rationalisierung und Auto rratisierung mussen deshalb im Zusanmenhang mit Fragen der Arbeitsgestal tung betrieben werden, unter Berlicksichtigung der Bedtirfnisse der Mit arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen OJalifikationen. Inve stitionen in Maschinen und Anlagen miissen deshalb in der Produktion wie im Btiro durch Investitionen in die Qualifikation der Mitarbeiter be gleitet werden. Bereits im Planungsstadium miissen Technik, Organisation und Soziales integrativ betrachtet und mit gleichrangigen Gestaltungs zielen belegt werden. Von wissenschaftlicher Seite muB dieses Bemlihen durch die Entwicklung von M2thoden und Vorgehensweisen zur systerratischen Analyse und Ver besserung des Systems Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforder lichen Dienstleistungsfunktionen unterstutzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusarrmenarbeit mit anderen Disziplinen, z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswis senschaft, Uisungen zu erarbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung tragen. Beispielhaft sei hier an den groBen Bereich der Informationsverarbei tung im Betrieb erinnert, der von der Angebotserstellung tiber Konstruk tion und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur Fertigungssteuerung und Quali tatskontrolle reicht. Beim MaterialfluB geht es urn die richtige Aus- wahl und den Einsatz von Forclermitteln sowie Anordnung und Ausstattung von Lagern. GroBe Aufrrerksarnkeit wird in nachster Zukunft auch der v.eiteren Autorratisierung der Handhabung von Werksti.icken und Werkzeu gen sowie cler M:mtage von Produkten gescrenk.t v.erden. Von cler Forschung nRlB in diesem Zusarnrrenhang ein Beitrag Z\.ID\ Einsatz fortschrittlicher intelligenter Corrputersysterre erfolgen. Planungs prozesse mtissen durch Softwaresysterre untersttitzt und Arbeitsbedingun gen wissenschaftlich analysiert und neu gestaltet v.erden. Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das - Institut fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart (IFF), - Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), - Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung cler labors und die Qualifikation cler Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefUhrt, die fUr die Praxis von groBem Wert waren. Zur Urnsetzung ge1NOl1Ilener Erkenntnisse wird die Schriften reihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegencle Band setzt diese Reihe fort. Eine iJbersicht tiber bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben. Oem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer Verlag fUr die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa lette und der Druckerei fUr saubere und ztigige Ausfilllrung. MOge das Buch von der Fachv.elt gut aufgenommen v.erden. H. J. Warnecke • H. -J. Bullinger Vorwort Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatig keit als wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Ar beitswirtschaft des Fraunhofer-Instituts fur Produktionstech nik und Automatisierung IPA, bzw. spater des Fraunhofer-ln stituts fur Arbeitswirtschaft und Organisation. Herrn Professor Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger, Leiter des Lehrstuhls fur Arbeitswissenschaft an der Universitat Stuttgart und Direktor des Fraunhofer-lnstituts fur Arbeits wirtschaft und Organisation (lAO), danke ich fur die Unter stutzung und Forderung der Arbeit. Hein Dank gilt auch Herrn Professor DTech. h.c. Dipl.-Ing. K. Tuffentsammer fur die eingehende Durchsicht der Arbeit und die sich daraus ergebenden Hinweise. Bei der Umsetzung der Forschungsergebnisse in der betrieb lichen Praxis, wurde ich in groGzugiger Weise von den Firmen Dr.-lng. h.c. F. Porsche AG, Stuttgart; KHD AG, Koln und der Claas OHG, Harsewinkel unterstutzt. Mein Dank gilt dabei ins besondere den Herren Auwarter, Grochtemeier, WeiG, Haug, Gluch, Brune und Brocklin. Daruber hinaus mochte ich allen Mitarbeitern des lAO danken, die mir durch kritische Hinweise stete Diskussionsbereit schaft sowie bei der programmtechnischen Realisierung gehol fen haben. Dieser Dank gilt insbesondere Frau M. Reisinger und Herrn o. Bittel. AbschlieGend ist es mir ein besonderes Anliegen, ~ich bei meiner Frau Karin und meinen Kindern Stefan und Bettina fur die groGe Geduld zu bedanken, mit der sie die familiaren Be lastungen des Verfahrens auf sich nahmen. Stuttgart, im Februar 1986 INHALTSVERZEICHNIS Seite o VERWENDETE GROBEN, DIMENSIONEN UND ABKURZUNGEN 12 1 EINFUHRUNG 17 1.1 Problemstellung 18 1.1.1 Die Leistungsabstimmungsaufgabe 18 1.1. 2 Das Ziel dieser Arbeit 20 1.2 Analyse des Problems 20 1. 2.1 Ursachen 20 1. 2.2 Grundlegende Beziehungen 23 1.3 Verfahren der Leistungsabstimmung 23 1. 3.1 Uberblick 23 1. 3.2 Verfahren ohne Rechnerunterstlitzung 23 1. 3.3 Rechnergestlitzte Verfahren 24 1. 3.4 Dialogfahige Verfahren 26 1.3.4.1 Unterstlitzende dialogfiihige Verfahren 26 1.3.4.2 Rechnergestlitzte Verfahren mit Eingriffs moglichkeiten 29 1. 3.5 Grenzen bekannter Verfahren 30 2 GRUNDLAGEN UND PRAXISUNTERSUCHUNGEN 33 2.1 Allgemeines 33 2.2 Ziele der Leistungsabstimmung 33 2.2.1 Die Kostengleichung 34 2.2.2 Die Zielfunktion 35 2.3 Gegenstand der Leistungsabstimmung 39 2.3.1 Die Montageaufgabe 40 2.3.2 Der EinfluB des Montagesystems 41 2.4 Aufgaben der Leistungsabstimmung 42 2.4.1 Erstmalige Einplanung eines Produkts auf ein Arbeitssystem 42 2.4.2 Erneute Einplanung infolge stlickzahl anderung 43 - 10 - Seite 2.4.3 Ump1anung wegen kurzfristiger Persona1- kapazitatsschwankung 44 2.4.4 Produktanderungen, Aufgabenverlagerungen und Varianten eines Produkts 45 2.4.5 Ein- und Umplanungen bei losweiser Montage 46 2.4.6 Ein- oder Umplanungen bei gemischter Mehrmodel1montage 46 2.5 Ergebnisse der Leistungsabstimmung 47 3 PRAXISEINSATZ EINES RECHNERGESTOTZTEN LEISTUNGSABSTIMMUNGSSYSTEMS 48 3.1 Pilotanwendungen 49 3.2 Imp1ementationen des Programmsystems 53 4 VERFAHRENSENTWICKLUNG 56 4.1 zusammenfassung der Anforderungen 56 4.2 Die Abbildung der Einf1uBgroBen im Pro grammsystem 59 4.3 Die Arbeitsteilung zwischen Planer und Rechner 62 4.4 Die angepaBte Zuteilungsstrategie 64 4.4.1 Das Zuteilungsproblem bei der interaktiven Leistungsabstimmung 64 4.4.2 Die untersuchten Prioritatsregeln 65 4.4.3 Der Versuchsaufbau 67 4.4.4 Versuchsergebnisse und Auswertung 69 4.4.5 Vergleich der ausgewahlten Prioritatsregeln mit 1ernenden Verfahren 71 4.5 Die Programmstruktur 73 4.5.1 Die Gesamtkonzeption 73 4.5.2 Die Datenverwaltung und -aufbereitung 73 4.5.3 Die Leistungsabstimmung 76 4.5.4 Die Ergebnisaufbereitung und -ausgabe 78 4.6 Ausgewahlte Funktionen des Programms zur interaktiven Leistungsabstimmung 78 - 11 - Seite 4.6.1 Abrufbare Funktionen 79 4.6.1.1 Die automatische zuteilung 79 4.6.1.2 Die rekursive Auflosung 81 4.6.1.3 Die Bewertung des aktuellen Versuchsstands 81 4.6.1.4 Information 82 4.6.2 Eingriffsmoglichkeiten 82 4.6.2.1 zuordnung der Teilverrichtungen 82 4.6.2.2 Stationszustand andern 84 4.6.2.3 Einfugen und Auflosen von Stationen 84 4.6.2.4 Steuerung der Prioritatsregeln 85 4.7 Die Schnittstelle zwischen Planer und Rechner 86 4.7.1 Die Ablaufsteuerung 86 4.7.2 Die Bildschirmmaske 86 4.8 Einsatz des Verfahrens 88 4.8.1 Uberarbeitung einer bestehenden Losung 89 4.8.2 Erarbeiten einer neuen Losung 91 4.9 Grenzen des Verfahrens 94 5 PRAXISEINSATZ VON INTAKT 96 5.1 Die Situation der Montage 96 5.2 Die Durchfuhrung der Leistungsabstimmung 98 5.3 Die stufenweise Einfuhrung der Rechner unterstutzung fur die Leistungsabstimmung 98 5.4 Erfahrungen beim Einsatz von INTAKT 100 6 BEURTEILUNG DES VERFAHRENS 102 6.1 Wirtschaftlichkeitsrechnung 102 6.2 KostenmaBig schwer erfaBbare Beurteilungs kriterien 108 7 FOLGERUNGEN UND AUSBLICK 111 8 ZUSAMr1ENFASSUNG 112 9 SCHRIFTTUM 113 o VERWENDETE GRdSSEN, DIMENSIONEN UND ABKURZUNGEN AWF Ausschus fur wirtschaftliche Fertigung ALPACA Leistungsabstimmungsverfahren von General Motors AUSGAB Ausgabemodul von INTAKT bzw. beziehungsweise ca. circa CADAP Leistungsabstimmungsverfahren von Hitachi CALP Leistungsabstimmungsverfahren vom Illinois Institute of Technology CmlSOAL Leistungsabstimmungsverfahren von Arcus DAAUF Datenverwaltungsmodul von INTAKT DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft d.h. das heist E) ! Erwartungswert des Ausdrucks! ! EDV Elektronische Datenverarbeitung FG Gebaude FS Kapitalfaktor fur Sonderbetriebsmittel FU Universalbetriebsmittel ggf. gegebenenfalls GRAPH Modul von INTAKT zur graphischen Ausgabe HAIDER I Leistungsabstimmungsverfahren von Haider HAIDER II Leistungsabstimmungsverfahren von Haider HZ Hohe Zonenzahlregel INTAKT Name des im Rahmen dieser Arbeit entwickel ten Verfahrens INTLA Kernmodul von INTAKT
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