Dieser Abschlussbericht stellt konkret und systematisch ein Fabrikplanungsvorhaben anhand eines angewandten Fallbeispiels dar.
Ziel dieser Arbeit ist die Durchführung einer statischen Fabrikplanung. Betrachtungsgegenstand ist die Umplanung eines Fertigungsbereiches, in dem 6 Kleinteile für den Maschinenbau hergestellt werden sollen.
Die Vorgehensweise im Bericht orientiert sich am methodischen Planungsvorgehen nach VDI-Richtlinie 5200. Die Kapitel G1 bis G6 reichen von Vorplanung, Strukturplanung, Dimensionierung, Logistikplanung und Idealplanung bis zur Realplanung, welche mit der Groblayoutbewertung und einer Handlungsempfehlung abschließt.
Mittels zahlreicher Visualisierungen, Anmerkungen zu diesen und Fußnoten kann der Leser nachvollziehen, wie vorgegangen wurde.
Aufgabenstellung, Datenbasis und Rahmenbedingungen sind vom Dozenten
vorgegeben worden und im Anhang aufgelistet.
Der Großteil der verwendeten Tabellen und Abbildungen wurden ebenfalls vom Dozenten zur Verfügung gestellt. Ausgewählte Werte ohne ausgewiesene, detaillierte Berechnung beruhen auf dessen langjähriger Hochschul- und Praxiserfahrung.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 G1 Vorplanung
2.1 Layoutplanungsziele
2.2 Bruttobedarfsermittlung
3 G2 Strukturplanung
3.1 Prinzipplanung
3.1.1 Grobauswahl
3.1.2 Feinauswahl
3.2 Bestimmung der Rüst- und Fertigungskosten
3.3 Bestimmung der Losgröße XL und der Losanzahl ZL
3.4 Ideales Funktionsschema
3.5 Alternative Prinzipfindung
4 G3 Dimensionierung
4.1 Bestimmung der Betriebsmittelanzahl
4.2 Kapazitätsnachweis
4.3 Berechnungen des Personalbedarfs
4.4 Flächenberechnung
4.5 Flächenmaßstäbliches Funktionsschema
5 G4 Logistikplanung
5.1 Transport
5.1.1 Ladehilfsmittel (LHM)
5.1.2 Fördermittel (FM)
5.2 Lager/Puffer
6 G5 Idealplanung
6.1 Anordnungsoptimierung
6.2 Blocklayout
6.3 Sankeydiagramm
7 G6 Realplanung
7.1 Groblayoutvarianten
7.2 Nutzwertanalyse
7.3 Zusammenfassung und Fazit
Literaturverzeichnis
Anlage
Aufgabenstellung
Produktionsprogramm
Arbeitspläne
Betriebsmittellayouts
Zeichungen der Kleinteile
Hallenlayout
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: ABC-Diagramm Layoutplanungsziele
Abbildung 2: Grobauswahl der Fertigungsprinzipien
Abbildung 3: Abstimmung der Losgröße XL
Abbildung 5: Legende der Losgrößenberechnung
Abbildung 4: Andler-Formel für wirtschaftlich optimale Lösgröße Xopt
Abbildung 6: Ideales Funktionsschema - Gruppenfertigung
Abbildung 7: Flächengliederung nach DIN 277
Abbildung 8: Flächenkennzahl für Werkzeughandling
Abbildung 9: Nachweis der Gebäudeeignung
Abbildung 10: Flächenmaßstäbliches Funktionsschema – Reihenfertigung
Abbildung 11: Rechentabelle VoluOPT
Abbildung 12: Boxpalette Typ A1
Abbildung 13: Auszug aus DIN 15142
Abbildung 14: Kippbehälter für Späneentsorgung
Abbildung 15: Transporte pro Jahr und Lastspielzahl
Abbildung 17: Hochhubwagen
Abbildung 16: Handgabelhubwagen
Abbildung 18: Schlepper beim Transport von Stangen
Abbildung 19: Heben mittels "Schlupfen"/Transportschlingen
Abbildung 20: Rundmaterialgreifer
Abbildung 21: Lasthebemagnet mit großem Prisma zum Heben des Sechskant- und Rundmaterials
Abbildung 22: Wandschwenkkran mit Elektro-Seilzug (Ausladung bis 10m) 180°
Abbildung 23: Schwenkarmkran (360°)
Abbildung 24:Zweiträgerkran
Abbildung 26: Kragarmregale, einseitig oder doppelseitig;
Abbildung 25: Ständerregal
Abbildung 27: Blocklayout
Abbildung 29: Maschinengenaues Sankeydiagramm
Abbildung 28: Legende Sankeydiagramm
Abbildung 30: Legende Groblayoutvarianten
Abbildung 31: Groblayoutvariante 1
Abbildung 32: Groblayoutvariante 2
Abbildung 33: Groblayoutvariante 3
Abbildung 34: Groblayoutvariante 4
Abbildung 35: Legende Nutzwertanalyse
Abbildung 36: Anlage 1 - Aufgabenstellung Blatt 1 X
Abbildung 37: Anlage 2 - Aufgabenstellung Blatt 2 XI
Abbildung 38: Anlage 3 - Produktionsprogramm XII
Abbildung 39: Anlage 4 -Detailliertes Produktionsprogramm XIII
Abbildung 40: Anlage 5 -Arbeitspläne XIV
Abbildung 41: Anlage 6- Betriebsmittellayouts XV
Abbildung 42: Anlage 7 –Zeichnungen Zahnstange (Teil 2) und Schneckenwelle (Teil 6) XVI
Abbildung 43: Anlage 8 –Zeichnungen Zahnrad (Teil 8) und Welle (Teil 9) XVII
Abbildung 44: Anlage 9 – Zeichnungen Überwurfmutter (Teil 12) und Buchse (Teil 14) XVIII
Abbildung 45: Anlage 10 - Hallenlayout XIX
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Interdependenz-Matrix von Jens Dietel
Tabelle 2: Interdependenz-Matrix von Robert Lux
Tabelle 3: Interdependenz-Matrix von Artem Balitskiy
Tabelle 4: Interdependenz-Matrix von Paul Tschuschke
Tabelle 5: Legende Interdependenz-Matrizen
Tabelle 6: Ergebnistabelle Layoutplanungszielbewertung
Tabelle 7: Geordnete Ergebnistabelle der Layoutplanungszielbewertung
Tabelle 8: Legende zum ABC-Diagramm
Tabelle 9: Ausschussmatrix - Ausschusskoeffizienten der Betriebsmittel
Tabelle 10: Bruttobedarfsermittlung
Tabelle 11: Arbeitsgangfolgeschema
Tabelle 12: Produktionsfolgeschema der Werkstättenprinzip
Tabelle 13: Linienfertigung / Gruppenfertigung mit 6 Teilefamilien
Tabelle 14: Gruppenfertigung mit 3 Teilefamilien (Wellen, Zahnrad und gedrungene Teile)
Tabelle 15: Gruppenfertigung mit 2 Teilefamilien nach 1. Arbeitsgang
Tabelle 16: Gruppenfertigung mit 2 Teilefamilien (verzahnte und nichtverzahnte Teile)
Tabelle 17: Reihenfertigung/Gruppenfertigung mit 1 Teilefamilie
Tabelle 18: 2 Teilefamilien gleicher Arbeitsvorgänge
Tabelle 19: Bestimmung der Rüst- und Fertigungskosten
Tabelle 20: Legende Rüst-und Fertigungskostentabelle
Tabelle 21: Stundenkostensätze - Rüsten und Fertigen
Tabelle 22: Annahmen zur Losgrößenrechnung
Tabelle 23: Materialpreisberechnung
Tabelle 24: Bestimmung Losgröße XL und Losanzahl ZL
Tabelle 25: Von-Nach-Matrix
Tabelle 26: Berechnung der Betriebsmittelanzahl ABS
Tabelle 27: Berechnung der Betriebsmittelanzahl RISZ 10
Tabelle 28: Berechnung der Betriebsmittelanzahl TNC 65
Tabelle 29: Berechnung der Betriebsmittelanzahl PE 150C
Tabelle 30: Berechnung der Betriebsmittelanzahl ZX 1
Tabelle 31: Zusammenfassung der Betriebsmittelrechnung
Tabelle 32: Kapazitätsnachweis des Idealen Funktionsschemas - Gruppenfertigung mit 2 Teilefamilien
Tabelle 33: 2. Möglichkeit der Kapazitätsaufteilung
Tabelle 34: 3. Möglichkeit der Kapazitätsaufteilung - Entscheidung
Tabelle 36: Berechnung Personalbedarf Maschinenbediener
Tabelle 35: Legende Personalbedarf & Schichtverteilung
Tabelle 37: Aufteilung der Schichten je Betriebsmittel
Tabelle 38: Berechnung des Gesamtpersonalbedarfs
Tabelle 39: Berechnung des Flächenbedarfes für Fertigung und Produktion
Tabelle 40: Berechnung der Bruttogrundfläche
Tabelle 41: Variante 1 - Behältergröße 800x600x400
Tabelle 42: Variante 2 -Behältergröße 800x1000x525
Tabelle 43: Variante 3 - Behältergröße 800x1200x650
Tabelle 44: Variante 4 - Behältergröße 1000x1200x775
Tabelle 45: Transportintensitätenmatrix
Tabelle 46: Legende Transportintensitäten
Tabelle 47: Layoutplanungsziele
Tabelle 48: Nutzwertanalyse von Paul Tschuschke
Tabelle 49: Nutzwertanalyse von Artjom Balitskiy
Tabelle 50: Nutzwertanalyse von Jens Dietel
Tabelle 51: Nutzwertanalyse von Robert Lux
Tabelle 52: Arithmetisches Mittel der Gesamtnutzwerte
Tabelle 53: Mittelwerte der A-Ziele
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung
Ziel dieses Berichtes ist es eine statische Fabrikplanung durchzuführen.
Betrachtungsgegenstand ist die Umplanung eines Fertigungsbereichs, in welchem 6 Kleinteile für den Maschinenbau hergestellt werden sollen.
Die Vorgehensweise dieser Arbeit orientiert sich am methodischen
Planungsvorgehen nach VDI-Richtlinie 5200, welche geeignet für die Planung von Fabriken zur Stückgutproduktion ist. Die Kapitel G1 bis G6 reichen von der Vorplanung bis zu Realplanung. Der Bericht beinhaltet 60 Seiten auf welchen der Leser mittels Visualisierungen, Anmerkungen zu diesen und Fußnoten nachvollziehen kann, wie die Gruppe vorgegangen ist.
Aufgabenstellung, Datenbasis und Restriktionen sind vom Dozenten
vorgegeben worden und in der Anlage zu finden. Der Großteil der
verwendeten Tabellen und Abbildungen wurden ebenfalls vom Dozenten zur Verfügung gestellt. Ausgewählte Werte ohne ausgewiesene,
detaillierte Berechnung beruhen auf dessen langjähriger Hochschul- und
Praxiserfahrung.[1]
In diesem Bericht sind Visio-Schablonen aus der Gruppenarbeit Bohm/Kotteck/Roemer/Marburg (2010):Gruppe C3, WiSe 2009/10 in
Einverständnis der Teilnehmer genutzt worden. Beweggründe sind:
- Nutzung von bewährten und standardisierten Vorlagen
- Qualität dieses Berichts wurde vom Dozenten als hochwertig beurteilt
- Verwendung von alten Projekten ist ausdrücklich erlaubt worden
Ferner hat die Gruppe C2 mit den Gruppen B5 (Elster, Neppert, Triegel,
Wuttke), B3 (Aksu, Dymek, Gutschke, Hein) und A5 (Altvater, Jedamzik,
Lichtenberg, Massanz) Ideen und Ergebnisse ausgetauscht, als auch fachliche Diskussionen geführt.
Der vorliegende Bericht wurde von der Gruppe C2 eigenständig und ohne fremde Hilfe erstellt.
2 G1 Vorplanung
2.1 Layoutplanungsziele
In diesem Kapitel werden geeignete[2] Layoutplanungsziele als Einflussfaktoren in einer Interdependenz-Matrix durch paarweisen Vergleich bewertet. Ist ein Einflussfaktor wichtiger als der Verglichene wird der Wert 1 (>) gesetzt, sind beide gleich wichtig 0,5 (=), ist der erste unwichtiger der Wert 0 (<). Die daraus resultierende Zeilensumme ergibt den Wichtungsfaktor WK. Der relative
Prozentsatz der Wichtungsfaktoren ergibt das Kriteriengewicht KG. Um die
Subjektivität zu verringern wird diese Bewertung von jedem Gruppenmitglied durchgeführt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1: Interdependenz-Matrix von Jens Dietel
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 2: Interdependenz-Matrix von Robert Lux
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 3: Interdependenz-Matrix von Artem Balitskiy
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 4: Interdependenz-Matrix von Paul Tschuschke
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 5: Legende Interdependenz-Matrizen
Alle Wichtungsfaktoren der Ergebnisse aus den Interdependenz-Matrizen
werden in Tabelle 6 zusammengefasst und daraus die Mittelwerte gebildet, was wiederum zu gemittelten Kriteriengewichten führt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 6: Ergebnistabelle Layoutplanungszielbewertung
Die Wichtungsfaktoren aus Tabelle 6 werden nun nach absteigendendem Wert sortiert. Die Rangfolge und Priorität der Ziele ist in Tabelle 7 dargestellt:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 7: Geordnete Ergebnistabelle der Layoutplanungszielbewertung
Um wesentliche Schwerpunkte zu setzen, welche die Wirtschaftlichkeit der
Planung sichern und wirkungsschwache Anstrengungen vermeiden werden die Ziele in A, B und C-Kategorien klassifiziert[3]. Aufgrund der geringen Zielanzahl und Varianz der Wichtungsfaktoren ist die 80/20-Regel nach Pareto hier nicht gültig (!). Nach Grundig ist die Klasseneinteilung jedoch frei wählbar[4] und wird wie folgt festgelegt: A-Ziele: 0-38%, B-Ziele: 39-67% und C-Ziele: 68-100%
kumulierte Kriteriengewichte.
Im folgenden ABC-Diagramm sind diese kumulierten Kriteriengewichte visualisiert. Durch Verbinden der Balken bildet sich die Lorenzkurve als Funktion.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: ABC-Diagramm Layoutplanungsziele
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 8: Legende zum ABC-Diagramm
Interpretation der Ergebnisse:
Im Fabrikplanungprozess entstehen oft konkurriende Zielkonflikte. Durch
Variantenplanung können Kompromisse gefunden werden. Zur Entscheidung wird die festgesetzte Rangfolge der Layoutplanungsziele herangezogen, in
welcher wesentliche von unwesentlichen Layoutplanungszielen getrennt
wurden. Den Zielen der A-Kategorie sollte besondere Aufmerksamkeit
geschenkt werden, da sie wenige an der Zahl sind und den größten Einfluss auf den Planungserfolg haben. Durch Sensitivitätsprüfung der Nutzwertanalyse in Kapitel G6 wird mithilfe der ABC-Klassifizierung ein Planungsergebnis
herbeigeführt, welches den Unternehmenserfolg sichert.
2.2 Bruttobedarfsermittlung
In der folgenden Tabelle 9 ist der Ausschusskoeffizienten KA der vorhandenen Betriebsmittel dargestellt. Der Ausschusskoeffizient ist das Verhältnis von
fehlerhafter Produktion zu gesamter Produktion[5] Aus der Summe der
Einzelausschusskoeffizienten aller geplanten Betriebsmittel für jedes Teil, wird der Ausschusskoeffizient KA ermittelt.
Tabelle 9: Ausschussmatrix - Ausschusskoeffizienten der Betriebsmittel
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Mit dem berechneten Ausschusskoeffizienten wird in Tabelle 10 der
Bruttobedarf bestimmt. Zusätzlich kommen ein Ersatzteilbedarf von 2% und eine Nacharbeitsquote von 0,04 % bei allen Teilen hinzu. Diese und die Werte in Tabelle 9 beruhen auf durchschnittlichen Erfahrungswerten aus der
betrieblichen Praxis[6] und erhöhen die erforderliche Ausbringungsmenge soweit, dass die Kundenanforderungen erfüllt werden können.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 10: Bruttobedarfsermittlung
3 G2 Strukturplanung
3.1 Prinzipplanung
3.1.1 Grobauswahl
Bei der Grobauswahl wird das Produktionsprogramm nach Art, Menge und
Frequenz des Sortiments betrachtet. Die daraus ermittelte Fertigungsart engt die Auswahl der Fertigungsprinzipien ein. Die Bruttoproduktionsmenge liegt zwischen 23.200 und 30.300 Stück/Jahr was einer Mittelserienfertigung
entspricht. Als Fertigungsprinzipien kommen demnach die im Parallelogramm rot eingerahmten Felder in Frage.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Grobauswahl der Fertigungsprinzipien[7]
Folgende in Frage kommenden Fertigungsprinzipien nach Abbildung 2 wurden wie folgt diskutiert und durch kritische Betrachtung ausgeschlossen:
- BAZ, flexible Fertigungszelle: Die Betriebsmittel sind in den
Arbeitsplänen vorgegeben, eine Fertigungszelle ist darin nicht enthalten und somit auszuschließen
- Flexibles Fertigungssystem: Liegt an der oberen Grenze nach
Stückzahl/Jahr -> Wirtschaftlich nicht sinnvoll -> Planungsgrundsatz!
Werkstättenprinzip, Gruppenfertigung(-insel) und Reihenfertigung bleiben somit als geeignete Fertigungsprinzipien übrig, welche in der Feinauswahl näher
betrachtet werden.
3.1.2 Feinauswahl
Innerhalb der Feinauswahl werden zunächst die geometrischen, anschließend die technologischen Merkmale ausgewertet, um als Ergebnis Teilefamilien zu bilden.
Durch die Betrachtung der technischen Zeichnungen[8] und der konstruktiven Merkmale der Werkstücke lassen sich drei Teilefamilien bilden:
1. Teilefamilie: Wellen / Zahnstange
- Teil 2 Zahnstange
- Teil 6 Schneckenwelle
- Teil 9 Welle
2. Teilefamilie: Zahnrad
- Teil 8 Zahnrad
3. Teilefamilie: Kleinteile
- Teil 12 Überwurfmutter
- Teil 14 Buchse
Nach dem Planungsgrundsatz „Variantenprinzip“ sind auch folgende
Teilefamilien möglich und als Option zu betrachten:
1. Teilefamilie: Wellen / Zahnstange (schlanke Teile)
- Teil 2 Zahnstange
- Teil 6 Schneckenwelle
- Teil 9 Welle
2. Teilefamilie: Kleinteile (gedrungene Teile)
- Teil 8 Zahnrad
- Teil 12 Überwurfmutter
- Teil 14 Buchse
Eine weitere Variante nach Geometrieaspekten ist:
1. Teilefamilie: Verzahnte Teile
- Teil 2 Zahnstange
- Teil 6 Schneckenwelle
- Teil 8 Zahnrad
2. Teilefamilie: Nichtverzahnte Teile
- Teil 12 Überwurfmutter
- Teil 14 Buchse
- Teil 9 Welle
Im nächsten Schritt werden mit Hilfe von Arbeitsplänen[9]
Arbeitsgangfolgeschemata erstellt und zur technologischen Analyse herangezogen. Zudem werden so die Materialflüsse aggregiert und übersichtlich
dargestellt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 11: Arbeitsgangfolgeschema
Eine mögliche Variante ist die verrichtungsorientierte Werkstattfertigung.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 12 : Produktionsfolgeschema der Werkstättenprinzip
Als nächstes werden Teilefamilien nach technologischen Gesichtspunkten
gebildet. Bei dieser Betrachtung ist ausschließlich die Ähnlichkeit der
Arbeitsgangfolgen zu berücksichtigen.
Eine Möglichkeit zur Einteilung, ist es jedem Teil eine eigene Familie zu
zuordnen, was einer Linienfertigung entspricht.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 13: Linienfertigung / Gruppenfertigung mit 6 Teilefamilien
[...]
[1] Unterlagen über die folgende URL abrufbar: http://www.uwe-pret.de/fabrikplanung.htm, - am: 22.02.2011
[2] Übernommen aus: Pret, Uwe: Fabrikplanung (Übung) - komplexes Fallbeispiel. http://www.uwe-pret.de/fabrikplanung/skripte/stapel3/getriebe.pdf, am: 20.02.2011
[3] Olfert, Rahn (2008): Lexikon der Betriebswirtschaftslehre. 6.Auflage. Kiehl Verlag. Ludwigshafen.
[4] Grundig, C.G. (2009) : Fabrikplanung. 3. Neu bearbeitete Auflage, HANSER_VERLAG, München. S. 62
[5] Pepels (2008): Expert Praxislexikon, Betriebswirtschaftliche Kennzahlen. Expert Verlag
[6] Pret, Uwe: Übungsbegleitendes Skript M1 , http://www.uwe-pret.de/modul1, - am: 20.02.2011
[7] Wiendahl, H.-P. (2008): Betriebsorganisation für Ingenieure. 6.,aktualisierte Auflage HANSER_VERLAG, München.
[8] Siehe Anhang: Abbildung 42, Abbildung 43 und Abbildung 44
[9] Siehe Abbildung 40: Anlage 5 -Arbeitspläne
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