Mengen- und ablauforientierte Kapazitätsplanung von Montagesystemen PDF
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B[}J[TI=6m[TI Forschung und Praxis Band 102 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart, Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart, und Institut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart Herausgeber: H. J. Warnecke und H.-J. Bullinger Hans Sauer Mengen- und ablauforientierte Kapazitiitsplanung von Montagesystemen Mit 64 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1987 Dipl.-Wirtsch.-Ing. Hans Sauer Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart Dr.-Ing. H. J. Warnecke o. Professor an der UniversiUit Stuttgart Fraunhofer-Institut fOr 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-13:978-3-540-17815-6 e-ISBN-13: 978-3-642-831 00-3 001: 10.1007/978-3-642-83100-3 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschOtzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Verfielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheber rechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland Yom 9. September 1965 in der Fassung yom 24. Juni 1985 zulassig. Sie ist grundsatzlich vergOtungspflichtig. Zuwiderhandlungen unter liegen c:len Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1987. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markensch utz-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 Roboter bauen Roboter, o Breitbandinformationssysteme transferieren riesige Datenmengen in Sekunden urn die ganze Welt. Von der "rrenschenleeren Fabrik" wird da gesprochen und vom "papierlo sen BUro". W6rtlich genomnen muB man beides als Utopie bezeichnen, aber der Entwicklungstrend geht sicher zur "automatischen Fertigung" und zum "rechnerunterstiitzten Biiro". Forschung bedarf der Perspektive, Forschung bentitigt aber auch die Rlickkopplung zur Praxis - insbeson dere im Bereich der Produktionstechnik und der Arbeitswissenschaft. FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schliis selstellung. Mechanisierung und Autamatisierung haben es uns in den letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat unserer Wirtschaft standig zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die Leistungssteigerung einzelner Maschinen und Verfahren im Vordergrund. Heute wissen wir, daB wir das Zusarrurenspiel der verschiedenen UnternehmenSbereiche starker beachten miissen. In der Fertigung selbst konzipieren wir flexible Fer tigungssysteme, die viele verkettete Einzelmaschinen beinhalten. Dart, wo es Produkt und Produktionsprogramm zulassen, denken wir intensiv i,iber die Verkniipfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Qualitatskontrolle nacho Rechnerunterstiitzte Informationssysteme helfen dabei und sollen zum CIM (Corcq:>uter Integrated Manufacturmg) fiihren und CAD (Corrputer Aided Design) und CAM (Corrputer Aided Manu facturing) vereinen. Auch die BUroarbeit wird neu durchdacht und mit Hilfe vernetzter Corrputersysteme teilweise autamatisiert und mit den anderen Unternehmensfunktionen verbunden. Information ist zu einem Produktionsfaktor geworden, und die Art und Weise, wie man damit 1.1IIBeht, wird mit tiber den Unternehmenserfolg entscheiden. Der Erfolg in unseren Unternehmen hangt auch in der Zukunft entschei dend von den dort arbeitenden Menschen abo Rationalisierung und Auto matisierung miissen deshalb im Zusanmenhang mit Fragen der Arbeitsgestal tung betrieben werden, unter Beriicksichtigung der BedUrfnisse der Mit arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen Qualifikationen. Inve stitionen in Maschinen und Anlagen miissen deshalb in der Produktion wie im BUro durch Investitipnen in die Qualifikation der Mitarbeiter be gleitet werden. Bereits im Planungsstadiurn miissen Technik, Organisation und Soziales integrativ betrachtet und mit gleichrangigen Gestaltungs-' zielen belegt werden. Von wissenschaftlicher Seite rouB dieses Bemiihen durch die Entwicklung von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Ver besserung des Systems ProduktionSbetrieb einschlieBlich der erforder lichen Dienstleistungsfunktionen unterstiitzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusammenarbeit mit anderen Disziplinen, Z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswis senschaft, Ltisungen 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 Qual i tatskontrolle reicht. Beim MaterialfluB geht es urn die richtige Aus- wahl und den Einsatz von Fordennitteln sowie Anordnung und Ausstattung von Lagern. GroBe Aufmerksamkeit wird in nachster Zukunft auch der weiteren Autornatisierung der Handhabung von WerkstUcken und Werkzeu gen sowie der Montage von Produkten geschenkt werden. Von der Forschung muB in diesem Zusamrrenhang ein Beitrag zum Einsatz fortschrittlicher intelligenter Computersysterne erfolgen. Planungs prozesse mUssen durch Softwaresysteme unterstUtzt und Arbeitsbedingun gen wissenschaftlich analysiert und neu gestaltet werden. Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das - Institut fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart (IFF), - Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Autornatisierung (IPA), - Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO) arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstatttmg der Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefUhrt, die fUr die Praxis von groBem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird die Schriften reihe "IPA-lAO - Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Eine ubersicht tiber bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben. Dem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer Verlag fUr die Aufnahrne dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa lette -und der Druckerei fUr saubere und zUgige AusfUhrung. Mi::ige das Buch von der Fachwelt gut aufgenomrnen werden. H. J. Warnecke· H.-J. Bullinger Meinen Eltern, Klara une Anton Sauer Vorwort Die vorliegende Dissertation entstand wah rene meiner 'J'atigkei t als wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Arbeitswirt schaft am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik une Auto matisierung (IPA) und am Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirt schaft und Organisation (lAO) in stuttgart. Herrn Prof. Dr. -lng. habil H .-.J. Bullinger, lnhaber ces Lehr stuhls fUr Arbeitswissenschaft an der Universitat Stuttgart und Direktor des Fraunhofer-Instituts fUr Arbeitswirtschaft und Or ganisation (lAO), danke ich fUr seine wohlwollende unter stUtzung und Forderung dieser Arbeit. Herrn Prof. Dr.-Ing. R. Hackstein, Direktor des Forschungsin stituts fUr Rationalisierung (FIR) der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule Aachen, danke ich fUr die eingehende Durchsicht der Arbeit und die sich daraus ergebenden Hinweise. DarUber hinaus mochte ich allen Kollegen des lAO danken, die mir durch kritische Anregungen und die stete Diskussionsbe reitschaft bei der Erarbeitung cieser Dissertation sehr gehol fen haben. Dieser Dank gilt insbesondere Herrn Dipl.-Inform. H. Linke, Herrn Dipl.-Wirtsch. Ing. M. Remmler und Herrn Dr.-phil. K. Kornwachs. Meiner Frau Monika und unseren Kincern f-Iarcus und Julian gilt ein herzliches Danke. Viele Stuncen muBten sie auf ihren Mann bzw. papi verzichten. Ihr Verstandnis und ihre UnterstUtzung waren fUr mich eine groBe Hilfe. Stuttgart, im Februar 1987 H. Sauer INHALTSVERZEICHNIS Seite o Verzeichnis verwendeter GraBen, Einheiten und 12 Abkurzungen 1 Ein1eitung 16 2 Kapazitatsp1anung von Montagesystemen 19 2.1 Begriffsbestimmungen 19 2.2 Beschreibung des Montagesystems 20 2.3 Anforderungen an die Kapazitatsp1anung von Mcntagesystemen 24 2.4 Vorhandene Arbeiten zum behande1ten Prob1emkreis 30 2.5 Aufgabenste11ung 36 3 Verfahren zur mengen- und ab1auforientierten Kapazitatsp1anung 38 3.1 Eing1iederung des Verfahrens in den P1anungs- prozeB 38 3.2 MaBnahmen zur Kapazitatsp1anung 40 3.3 Entwurf des P1anungsverfahrens 44 4 Verfahren zur mengenorientierten Kapazitatsp1anung 48 4.1 Auswah1 der Methode 48 4.2 Mode11bi1dung 49 4.2.1 Aufbau des Mode11s 49 4.2.2 Strukturierung der P1anungsgraBen 51 4.2.3 Auswah1 von Konzeptionen zur Ver- knupfung von Teilsystemen 53 4.2.4 Struktur des Material- und Informations- f1usses 55 4.2.5 strategien zur Kapazitatsein1astung 58 4.2.5.1 Auswah1 der Strategien 58 4.2.5.2 Algorithmierung der Strategien 60 - 10 - Seite 4.3 Ermitt1ung cer Mode1lparameter 64 4.3.1 Variab1en und Rancbedingungen des Modells 64 4.3.2 Ermittlung cer Auftragsreihen 66 4.3.3 Perechnung der Kapazitaten 67 4.3.4 Berucksichtigung von Storungen 68 4.3.5 Berechnung der Restkapazitaten 69 4.4 Anwendung des Verfahrens zur mengen- orientierten Kapazitatsplanung 72 4.4.1 Ablauf der Planung mit KAPSIM 73 4.4.2 Darstel]ung der Ergebnisse 76 5 Verfahren zur ab1auforientierten Kapazitatsp1anung 79 5.] Anforcerungen an die ablauforientierte Kapazitatsp1anung 79 5.2 Einf1uRgroBen und Randbedingungen 81 5.3 Eeschreibung des Verfahrens zur ab1auforien tierten Kapazitatsp1anung 84 5.3.1 Die Zuorcnung cer Tei1verrichtungen 85 5.3.2 Strategien zur ab1auforientierten Kapazitatsp1anung 89 5.3.3 Frgebnisse und ceren Beurtei1ung 91 5.4 Einflur der tei1verrichtungsgebundenen Vorgabe zeiten auf die ab1auforientierte Kapazitatsp1anung 94 5.4.1 Durchfuhrung cer Untersuchung 95 5.4.2 Interpretation der Ergebnisse 97 5.5 Anwencung des Verfahrens PAKAP zur ab1auf orientierten Kapazitatsp1anung 99 - 11 - Seite 6 Integrierte Anwendung von mengen- und ablauf orientierter Kapazitatsplanung 104 6.1 Aufbau des Peispiels 104 6.2 DurchfUhrung der mengen- und ablauf- orientierten Kapazitatsplanung 106 6.2.1 Entwicklung von Systemkonzeptionen 106 6.2.7 Ermittlung der Kapazitat fUr die Systemkonzeptionen 108 6.2.3 Ermittlung der Kapazitat unter Be- rUcksichtigung von Kapazitatsausgleich 110 6.2.4 Ablauforientierte Kapazitatsteilung 112 6.2.5 Untersuchungen zum Systemverhalten 118 6.3 Zusammenfassende Ergebnisse und Planungshinweise 123 7 Zusammenfassung 127 Schrifttum 130 Anhanq 140 o Verzeichnis verwendeter GraBen, Einheiten und Abkurzungen Abkurzung Einheit Bedeutung a min Kapazitatsbedarf des Ausgleichsproduktes Faktor fur die Zurechnung von Kapazitatsausgleich b min Kapazitatsbedarf des Basisproduktes E(x) Erwartungswert einer Variablen Entscheidung f Umrechnungsfaktor k min Kapazitatsbedarf kstat min Kapazitatsbedarf pro Montagestation K min Kapazitatsangebot KA min Kapazitatsanteil eines Produktes KWZ DM Werkzeugkosten
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