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1. Einfuehrung in Die Fertigungstechnologie

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Text of 1. Einfuehrung in Die Fertigungstechnologie

  • 1 Elnfhrung in die Fertigungstechnik

    Einfhrung in die Fert igungstechnik(l ntroduction to Production

    1.1 Aufgabe der Fert igungstechnik(Purpose of Production Engineering)

    Aufgabe der Fertigungstechnik ist die Herstellung geometrisch bestimmter fester Kr-per (Werkstcke, Baugruppen, Produkte) mit vorgegebenen Eigenschaften durchAnwendung verschiedener Fertigungsverfahren. Oft besteht die Mglichkeit, das Zielmit unterschiedlichen Fertigungsverfahren zu erreichen.Dann erfolgt die Auswahl eines Verfahrens aufgrund unterschiedlicher Kriterien. Wirt-schaftlichkeit, Produktivitt, Qualitt und Prozesssicherheit kommen dabei die grteBedeutung zu. Aber auch Umweltvertrglichkeit und humane Arbeitsgestaltung sindin die Entscheidung einzubeziehen. Um dem Trend zur Variantenvielfalt gerecht zuwerden, mssen die Fertigungssysteme eine immer hhere Flexibilitt aufweisen.

    Typische Aufgaben im Bereich der Fertigungstechnik sind die Erhhung der Mengen-leistung und der Qualitt sowie die Senkung der Fertigungskosten und die Entwick-lung und Einfhrung neuer Fertigungstechnologien. Die dafr gefundenen Lsungenbeeinflussen den Erfolg eines Unternehmens hufig mageblich.Bereits beim Entwurf und der Konstruktion eines Produktes ist auf eine fertigungsge-rechte Gestaltung zu achten. Der Konstrukteur bestimmt durch seine gestalterischeArbeit den Aufwand, der in Teilefertigung und Montage anfllt. Daher kommt derKenntnis der Fertigungsverfahren im Rahmen der Ingenieurausbildung eine groeBedeutung zu.

    1.2 Geschichtl iche Entwicklung(Historical Development)

    Um 1790 venvendete Prof. Beckmann in Gttingen erstmals das Wort ,,Technolo-gie" fr eine zusammenfassende Beschreibung des Wissens der Herstellverfahren inden verschiedenen Gewerben, den ntzlichen Knsten. In den Jahren zwischen1750 und 1850 entstanden viele technische und organisatorische Neuerungen, dieden bergang von Handarbeit zur Maschinenproduktion kennzeichnen. Der Durch-bruch zur modernen Produktionstechnik erfolgte zuerst in Grobritannien im fhren-

    Engineering)

    Technologie der Fertigungsverfahren I

  • 1 Einfhrung in die Fertigungstechnik

    den Zweig der dortigen Wirtschaft, im Textilgewerbe. lm Zuge eines stetigen Wachs-tums kam es hier zu Engpssen in der Rohstoffverarbeitung, die mit der be-stehenden Technik und der Organisationsform der Produktion (Hand- und Hausar-beit) nicht behoben werden konnten. Die Fabrik als neuartige Organisationsform ent-stand. Damit war eine intensive Zerlegung und Kontrolle der Arbeit mglich. Etwagleichzeitig begann die Entwicklung von mechanischen Spinnmaschinen und Ma-schinenwebsthlen.Die Massenproduktion von Textil ien brachte weitere Vernderungen und Aufschwungin vielen Bereichen der Wirtschaft und Technik mit sich. Es kam zu einer Umwlzung,deren Tempo gemessen an der Menge der bis dahin erfolgten technischen Anderun-gen explosiv war; es kam zu der industriellen Revolution. Kennzeichnend fr dieindustrielle Revolution war die zunehmende Substitution von Handarbeit durch Ma-schinenarbeit. Dies fhrte zu einem gesteigerten Energiebedarf, der durch die Ver-besserung der Dampfmaschine durch James Watt (doppelt wirkende Dampfmaschi-ne, um 1776) befriedigt werden konnte.Die Verknappung von Holz als Brenn- und Konstruktionsmaterial fhrte zum Einsatzvon Steinkohle als Energiequelle und Eisen als Werkstoff. Es mussten Verfahren,Maschinen und Werkzeuge entwickelt werden, die der Forderung nach einer wirt-schaftlichen Fertigung und einer grtmglichen Przision der Erzeugnisse geng-ten. Groe Bedeutung bekamen neuentwickelte Drehbnke, Bohrwerke, Hobel- undFrsmaschinen mit durch die Maschine gefhrten Werkzeugen. Auch die Umform-technik profitierte von dem allgemeinen Aufschwung. Es wurden mechanischeSchmiedehmmer und Walzwerke fr die Fertigung von Blechen und Profilen (Ei-senbahnschienen) eingefhrt. Die Maschinen dieser Zeit hatten allerdings noch keineeigenen Antriebe; sie wurden von einer zentralen Kraftmaschine, meist einerDampfmaschine, angetrieben.Die meisten Erfindungen dieser Zeit entstanden ohne den direkten Beitrag der Wis-senschaft. Sie beruhten auf der Arbeit von Erfindern und Konstrukteuren, die sich dienotwendigen theoretischen Kenntnisse meist im Selbststudium erarbeitet haben (2.B.Joseph von Fraunhofer vor 200 Jahren auf dem Gebiet der optischen Przisionsin-strumente). Die akademische Wissenschaft wandte sich nur zgernd der technischenEntwicklungsarbeit zu; es entstanden die Ingenieunryissenschaften.Die Folgen der neuen Technik fr Mensch und Umwelt wurden weitgehend ver-drngt. Kinderarbeit war die Regel. berlange Arbeitszeiten und hohe Arbeitsinten-sitt gepaart mit katastrophalen Lebensbedingungen in den lndustriestdten fhrtenzu einer berdurchschnittl ichen Sterblichkeit unter Fabrikarbeitern, wie eine Volks-zhlung im Jahre 1831 ergab. Diese Bedingungen fhrten zu Auseinandersetzungen,

    Technologie der Fertigungsverfahren I

  • 1 Einfhrung in die Fertigungstechnik

    die in harten Arbeitskmpfen endeten. Die zunchst noch rechtlosen Arbeiter schlos-sen sich zusammen: es entstanden die Gewerkschaften.Anfang des 20. Jahrhunderts setzte die Massenproduktion von Gebrauchsgtern(Fahrrder und Nhmaschinen) ein. In den USA begrndete Frederic Winslow Tay-lor die ,,wissenschaftliche Betriebsfhrung". Er wies den Ingenieuren die zentraleRolle im Betrieb zu und erffnete mit seiner Lehre den Ingenieuren neue Perspekti-ven in den Unternehmen. Taylor erkannte, dass eine hohe Produktivitt eine Ausbil-dung der Arbeitskrfte und eine Trennung von geistiger (planender, steuernder) undkrperlicher (ausfhrender) Arbeit verlangt. Darber hinaus fhrte er Arbeits- undZeitstudien ein. Die von Taylor vorgeschlagenen Manahmen zur Arbeitsteilung undArbeitsvereinfachung wurden 1913 von Henry Ford in Detroit in Form der Flie-bandfertigung umgesetzt. Den negativen Folgen (Monotonie, schnelle Ermdung,Verkmmerung nichtgebrauchter Fhigkeiten und soziale lsolation) und der darausfolgenden Fluktuation begegnete er durch die Schaffung von Lohnanreizen.Zunehmend beschftigen sich mehr und mehr Wissenschaftler mit den Folgen derFliebandfertigung und es entstanden Konzepte wie ,,Job Rotation" und ,,Job Enrich-ment". Diese Entwicklung ist heute noch nicht abgeschlossen und fhrt zu neuen Ar-be itsstru ktu ren (G ru ppe na rbe it, Fe rtig u ngszel len ).Weitere entscheidende Schritte in der Produktionstechnik bis zur Gegenwart warendie Dezentralisierung der Antriebe durch die Entwicklung des Elektromotors, dieEntwicklungen der Kommunikationstechnik, die Entwicklungen auf dem Gebiet derSteuerungs- und Regelungstechnik sowie die Entwicklung von elektronischen Da-tenverarbeitungsanlagen. Mit der Entwicklung des Mikroprozessors konnte eine De-zentralisierung der,,lntelligenz" erfolgen, die eine weitere Automatisierung von Ferti-g ungsprozessen ermgl icht.

    1.3 Eintei lung der Fert igungstechnik(Classification of Production Engineering)

    Die industrielle Produktionstechnik lsst sich in die drei Hauptbereiche Energietech-nik, Verfahrenstechnik und Fertigungstechnik unterteilen. Die Energietechnik dientder Energiewandlung und Energieversorgung. Die Verfahrenstechnik beschftigtsich mit der Produktion von Stoffen und dem Wandel ihrer Eigenschaften im formlo-sen Zustand oder als Halbzeug. Die Aufgabe der Fertigungstechnik besteht darin,Werkstcke aus vorgegebenem Werkstoff nach vorgegebenen geometrischen Be-stimmungsgren zu formen und diese zu funktionsfhigen Ezeugnissen zusam-menzusetzen. Hierbei wird eine Wandlung vom Rohzustand in den Fertigzustand

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    vollzogen, der durch Einwirken von Werkzeugen oder Wirkmedien auf das Werkstckerreicht wird. Innerhalb dieser drei Bereiche durchlaufen die Produkte von einemAusgangszustand bis zum Endprodukt verschiedene Zustandsformen.Das Kriterium zur Einteilung der groen Zahl der Fertigungsverfahren ist der Zu-sammenhalt einzelner benachbarter Materialteilchen (Tabelle 1). Dieser muss ersteinmal geschaffen werden (Urformen), er kann beibehalten oder leicht verndertwerden (Umformen, Stoffeigenschaft ndern); er kann vermindert (Trennen) undvermehrt werden (Fgen, Beschichten). Diese Systematik ermglicht die Aufnahmevon neuen Fertigungsverfahren und dient als Basis fr internationale Normung. Sieist in D/N 8580 enthalten. Danach werden alle Fertigungsverfahren in sechs Haupt-gruppen eingeteilt, die in Gruppen und Untergruppen untergliedert werden (Tabelle1 ) .lm Folgenden werden die einzelnen Hauptgruppen nher erlutert:

    Schaffender

    FormAndern der Form

    Andernder Stoffei-genschaften

    Zusammen-halt

    schaffen

    Zusammen-halt beibe-

    halten

    Zusammen-halt vermin-

    dern

    Zusammenhaltvermehren

    Haunfrurne flauptgruppe

    ttt""j::::ff

    Tabelle 1.1: Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN BSA0

    Hauptqruppe 1 - Urformen (Primary Shaping):Urformen ist das Fertigen eines festen Krpers aus formlosem Stoff durch Schaffendes Zusammenhalts. Hierunter versteht man alle Gieverfahren aber auch das Pres-sen und Sintern von Pulver.

    Hauptqruppe 2 - Umformen (Forming):Umformen ist Fertigen durch bildsames (plastisches) Andern der Form eines festenKrpers, wobei sowohl die Masse als auch der Zusammenhalt beibehalten werden.Hierunter versteht man alle Verfahren der Kalt- und Warmumformung, also z.B. dasTiefziehen von Blechen zu Karosserieteilen, das Biegen oder Warmumformverfahrenwie das Schmieden und Strangpressen.

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    Hauptsruppe 3 - Trennen (Separating):Trennen ist das Fertigen durch Andern der Form eines festen Krpers. Dabei wirdder Zusammenhalt rtlich aufgehoben, d.h. im Ganzen vermindert. Die Endform isthierbei in der Ausgangsform enthalten.Untergruppe 1: Zerteilen (2.8. Schneiden, Brechen)Untergruppe 2: Spanen (2.8. Drehen, Bohren, Frsen, Hobeln)Hauptqruppe 4 - Fqen (Joining):Fgen ist das Zusammenbringen von zwei oder mehr Werkstcken geometrisch be-stimmter fester Form oder von ebensolchen Werkstcken mit formlosem Stoff wiez.B. Schweien, Lten, Vernieten und Verschrauben.

    Hauptqruppe 5 - Beschichten (Coating):Beschichten ist das Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus formlosem Stoff aufein Werkstck wie z.B. Spritzlackieren, Tauchemaillieren und Galvanisieren.

    Hauptqruppe 6 - Stoffeiqenschaftsndern (Change of Material Properties):Stoffeigenschaftsndern ist Fertigen eines festen Krpers durch Umlagern, Ausson-dern und Einbringen von Stoffteilchen, wobei eine etwaige unwillkdiche Formnde-rung nicht zum Wesen der Vefahren gehrt. Verfahrensbeispiele hierfr sind dasNitrieren (Einbringen von Stofteilchen) und das Entkohlen (Aussondern von Stoff-tei lchen).

    1.4 Fertigungstechnik im Produktionsprozess(Production Engineering during the ManufacturingProcess)

    Produktionsprozesse werden heute zunehmend simultan und unter Einbeziehungaller an der Wertschpfung beteiligten durchgefhrt. Dafr steht der Begriff Simul-taneous Engineering (SE). Mit Hilfe von Projektmanagement koordiniert man die un-terschiedlichen Funktionsbereiche zeitlich und inhaltlich.Der Produktionsprozess beginnt mit der Produktentwicklung. Diese erfolgt nacheiner Marktstudie, die die Marktsituation analysiert sowie den Bedarf und die Kun-denwnsche erfasst. Die gleichzeitige Ermittlung des Standes der Wissenschaft undTechnik klrt, ob Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erforderlich sind. Die Pro-duktdefinition legt die Funktionen, die Anforderungen, die Qualitt, den Preis undsonstige Randbedingungen in einem technisch-wirtschaftlichen Pflichtenheft fest.

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  • 1 Einfhrung in die Fertigungstechnik

    Die Umsetzung der einzelnen Punkte des Pflichtenhefts zu einer fr die Fertigunggeeigneten Information (2.8. technische Zeichnung) ist die Aufgabe der Konstruktion.Die Konstruktion umfasst den Entwurf, die Werkstoffauswahl, die funktions- und fer-tigungsgerechte Gestaltung der Werkstcke sowie die Auswahl der Fertigungsver-fahren und die Erstellung fertigungsgerechter Unterlagen. Die Konstruktion hat einenentscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des gesamten Produktionsprozes-SES.

    Die Produktionsplanung ist fr die rechtzeitige Bereitstellung aller fr die Produk-tion erforderlichen Einrichtungen verantwortlich. Der Einkauf sorgt fr die Bereitstel-lung von Zukaufteilen, Werkstoffen, Betriebsmitteln und -stoffen sowie von Energie.Die Fertigung umfasst die Herstellung der Einzelteile sowie ihre Montage zum ferti-gen Produkt. Der Vertrieb schlielich bernimmt die Auslieferung der Produkte andie Kunden und den Kundenservice. Durch die Kundennhe liefert der Vertrieb wich-tige Informationen fr die Produktentwicklung.Das Controlling liefert die fr die Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit notwendigenInformationen. Externe und interne Zulieferer fr Teile und Baugruppen sowie Aus-rstungs- und Anlagenhersteller entwickeln und fertigen Subsysteme eines Produk-tes oder einer Anlage in zunehmendem Mae eigenverantwortlich.Die Entwicklungstendenzen im Bereich der Fertigungstechnik sind durch folgendeZielrichtungen geken nzeich net:o Sicherung der Qualitt im Entwicklungs- und Fertigungsprozess. Senkung der Fertigungskosteno Verkrzung der Durchlaufzeit. Anpassung der Arbeit an den Menschen. Umweltvertrglichkeit der Verfahren

    Die Ziele werden durch die Entwicklung neuer Fertigungsverfahren und mechatroni-scher Fertigu ngssysteme erreicht.Damit der Produktionsbetrieb optimal und wettbewerbsfhig funktioniert, sind be-gleitende organisatorische Manahmen erforderlich. Wesentliche Ansatzpunkte dazuliegen in der Produktentwicklung, der Zuliefererkette (supply-chain management),dem Fabrikbetrieb und dem Kundenservice. lm Bereich der Produktion wird z.B. kon-sequent darauf hingearbeitet alle Ttigkeiten auf die eigentliche Wertschpfung zukonzentrieren. Damit ist ein Verzicht auf viele indirekte Funktionen (oder ihre Integra-tion in den Produktionsprozess) verbunden.

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  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    Bisheriges Denken in spezialisierten Bereichen und Abteilungen sowie in hierarchi-schen Strukturen - auch als Taylorismus bezeichnet - wird heute wegen der schlech-ten Informationsverarbeitung und Kommunikation in Frage gestellt. Neue Anstze aufdiesem Gebiet sind durch Entwicklungen in Japan (lean production: schlanke Pro-duktion) oder in Deutschland (Fraktale Fabrik) angestoen.

    1 .5 Wirtschaftl ichkeitsbetrachtungen(Economical lssues)

    Fr die Herstellung eines Produkts kommen stets mehrere Fertigungsverfahren inFrage. Abbi ldung 1.3 veranschaul icht dies am Beispiel eines Bolzens.

    I durch 6ieen (Urformen) 2 durch Anstoucfren oder Fliepressen(Umformen)refrisreit l1-l l---l---l

    fr-l I-il-I f:l:l\.7 -r-i--T7 V--7;-17 r1-r_f \_ff sroerl i l l i l k r e i n e r l i l A u s g o n g s q u e r s c h 0 i r lI I | | I I AuEongs- | | | (werkstoffrrddurdrI I I L+J querschnitt | | | .,0s"gedrcktl

    .? durch 0rehen{Trennen ) 1. durch Schweient Fgen)

    m^'* ng ffiAbbi ldung 1.3: Fert igungsmgl ichkeiten fr einen Bolzen

    Die Wahl des fr die Herstellung eines Werkstcks anzuwendenden Fertigungsver-fahrens richtet sich nach dem Material, den verlangten Matoleranzen, Oberflchen-gten, betrieblichen Gegebenheiten (Fertigungs- und Prfmittel), geforderten Stck-zahlen und vor allem den Kosten. Abbildung 1.4 zeigt einige Bewertungskriterien beider Verfahrensauswahl.

    Technologie der Fertigungsverfahren I

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    g*wrtungckriled6 bsi d*r Vedahrsn$uiwhl

    .l#Bln kffugqE3l&&ung

    . ftdtralo*d* g{lnsurlg,Wgrtsltl'wllit. Pr&ddfi$&sr!96

    . Rltp&fliral, ll!E6d6s|Euf#c''d' Fq&t&odan.ArBt6a0$r*it. ruitlsdlafi ld?*s SkYio, *crhudan tor*g{jiusrSllal' v$thfldsns GebiiudE' P6r$:i}!l' T6rn8!&. Fctsnl- uns Lh*.nzrlhlrtbnn.

    rfdd*rri*s f{*rnt!!dcklrng0,.lr nraf l*hp Witisnlwich!,rn!drTt4tm{r!0rr

    Abbildu ng 1 .4 : E inige Bewertu n gskriterien bei der Verfahrensauswahl

    Die Kosten eines Fertigungsverfahrens sind stark von der Stckzahl abhngig (sieheAbbildung 1.5). Je hher die Losgroen sind, umso weitgehender kann ein Ferti-gungsverfahren automatisiert werden. Die Grenzen der Automatisierbarkeit werdenalso nicht durch die technischen Mglichkeiten bestimmt, sondern durch wirtschaftl i-che berlegungen.

    Fertigungsverfahren 1

    Fertigungsverfahren 2

    Kritische Produk-t ionsmenge Produ ktionsmenge [Stck]

    Abbi ldung 1.5: Ermit t lung der kr i t ischen Produkt ionsmenge

    Die wechselseitige Beeinfl ussung von Fertigungsverfahren, Materialauswahl, Designund Herstellkosten bzw. Verkaufspreis zeigt Abbildung 1.6 am Beispiel von Kraftfahr-zeugfelgen.

    III

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    Technologie der Fertigungsverfahren I

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    ,ffi-e,* ,

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    Material: Aluminium

    Felge ohne Stern:rotationsgewalzt

    Stern:Gegendruckgu

    Verbindung:Titanschrauben

    Preis: 481

    Material: Aluminium

    Felge:Niederdruckgu

    Preis: 313

    Material: Stahl

    Felge ohne Stern:rotationsgewalzt

    Stern:tiefgezogen

    Verbindung:geschweit

    Preis: ca. 51

    Quelle: www.bbs-ag.com

    Abbildung 1.6: Einfluss von Fertigungsverfahren und Material auf den Verkaufspreis von Kfz-Felgen

    1.6 Fabrikbetr ieb(l ndustrial Production)

    Fr die Fertigung von Bauteilen sind Fabriken notwendig. Welche weiteren Funktio-nen in einem solchen Betrieb notwendig sind und wie dies bei der Planung einer Fab-rik bercksichtigt werden muss, soll in diesem Kapitel grob umrissen werden.

    1 .6 .1 U nterne h mens-/Betriebsorga n isati on(Company Organ isation )

    Zunchst einmal ist zwischen den Begriffen Unternehmen und Betrieb zu unterschei-den.Ein Unternehmen ist ein wirtschaftlich-rechtliches Gebilde, das - im Regelfall - aufeine Gewinnmaximierung ausgelegt ist. Neben einem oder mehreren Betrieben um-fasst eine Unternehmung (oder ein Unternehmen) auch die Leitung sowie die Bezie-hungen zur Umwelt.Ein Betrieb kann eine Produktionssttte oder ein Dienstleistungsbetrieb sein. Betrie-be eines Unternehmens knnen an unterschiedlichen Orten bestehen und unter-

    Technologie der Fertigungsverfahren I

  • 1 Einfhrung in die Fertigungstechnik

    schiedlichste Gren aufweisen. lm Rahmen dieser Vorlesung werden ausschlielichProduktionsbetriebe, also Fabriken bercksichtigt.RechtsformenUnternehmen lassen sich unterschiedlichen Rechtsformen zuordnen (Vgl. hierzuAbb. 1.7). Die Wahl der Rechtsform hngt von einer Reihe von Umstnden ab. Bei-spielsweise spielen die Zahl der Kapitalgeber (und damit in gewissem Mae auch dieUnternehmensgre), das Haftungsrisiko sowie steuerliche Gesichtspunkte eine Rol-le. Zur Vertiefung sei hier auf entsprechende Vorlesungen bzw. Literatur zum Han-dels- u nd Gesellschaftsrecht venrviesen.

    Offentlich-Rechtl icheBetriebe

    Einzelunternehmen

    OHG AG Verein

    GmbH &Co. KG

    KGaA

    KG GmbH

    Abbi ldung 1.7: Rechtsformen

    OrganisationsformenZur Strukturierung eines Unternehmens oder eines Betriebes werden verschiedeneOrganisationsformen unterschieden. Die Unterschiede werden anhand der drei hu-fig anzutreffenden Grundformen Linien-, Sparten- und Matrixorganisation erlutert.Die Linienorganisation ist die ursprngliche Form einer hierarchischen Organisation.Charakteristisch ist, dass jeder Stelle genau ein direkter Vorgesetzter zugeordnet ist,was mit einer klaren Kompetenzverteilung verbunden ist. Auftrge durchlaufen dahermehrere Stellen, bis sie an der entsprechenden Position angelangt sind. Gleiches giltfr die Weitergabe von Informationen ,,von unten nach oben". Neben der dadurchverursachten Schwerflligkeit ist auch die Filterung der Informationen als kritischanzusehen.

    Erurerbswi rtschaft | iche U nternehmen

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 0

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    Technische Geschftsleitung

    Abbi ldung 1.8: Linienorganisat ion

    Bei einer Spartenorganisation ergibt sich die Mglichkeit, auf die Anforderungen dereinzelnen Produktgruppen eingehen zu knnen. Als Nachteil kann die mangelndeNutzung von Synergieeffekten angesehen werden. Werden einzelne Sparten rech-nungsmig selbststndig gefhrt, spricht man auch von Profit Centern.

    Abbildung 1 .9: Spartenorganisation

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 1

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    Eine weitere Variante ist die Anordnung der Produktbereiche und der Funktionen inForm einer Matrix. Vorteilhaft sind die bersichtliche Koordination sowie die Mglich-keit zu schnellen, sachgerechten Entscheidungen. Schwierig knnen sich jedochKompetenzabgrenzungen gestalten, da es fr jede Stelle zwei Vorgesetzte fie einenin jeder Dimension) gibt.

    Abbi ldung 1 .1 0: Matr ixorganisat ion

    1.6.2 Betriebsfunktionen(Functions)

    Wie sich bereits aus den oben genannten Beispielen der Organisationsformen er-kennen lsst, sind in einem Betrieb neben der eigentlichen Fertigung noch eine Rei-he weiterer Funktionen vorhanden. Die wichtigsten Funktionen innerhalb einer Fabriksind im Folgenden noch einmal dargestellt:

    o Fhrung/Leitungo Produktionsplanung (i.S.v. Entscheidung darber, welche Produkte hergestellt

    werden sollen). Forschung,Entwicklung. Konstruktion. Beschaffung. Arbeitsvorbereitungo Produktionsplanung und -steuerung (d.h. z.B. Ablaufplanung). Teilefertigung

    Produktbereiche

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 2

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    . Montageo Qualittssicherung. Logistik (Eingangs-, innerbetriebliche und Ausgangslogistik)o Marketingo Instandhaltung, Reparatur, EDV-Administration. Sonst. Venrualtung (Personal, Controlling, Rechnungswesen, ...)

    Bereits bei der Planung einer Fabrik mssen die Abhngigkeiten zwischen diesenFunktionen sowie die Anforderungen, die sich durch den Markt bzw. durch Mitbewer-ber ergeben, bercksichtigt werden. Letztere sind bspw. die oftmals kurze Zeitspan-ne zwischen einer Produktidee und der geforderten Markteinfhrung oder die - ins-besondere im Zulieferbereich - geforderten kurzen Lieferzeiten. Begegnet werdenkann dem durch eine organisatorisch wie technologisch geeignete Gestaltung derFabrik, was im Folgenden erlutert werden soll.

    1 .6 .3 Planungs- und Umsetzungsphasen(Planning and lmplementation Phases)

    Die Erstellung einer Fabrik gliedert sich in folgende projekfstufen:. Vorbereitungo planung

    o AusfhrungWhrend der Vorbereitungsphase sind die Ziele, die mit der Errichtung der Fabrikverbunden sind, genau zu definieren. Dabei ist eine ggf. bereits existierende Produk-tionsanlage auf Strken und Schwchen zu untersuchen. Es ist zu prfen, ob eineEnrveiterung bestehender Anlagen in Betracht gezogen werden kann oder ob nur einNeubau in Frage kommt. Bei einem Neubau ist ein geeigneter Standort zu suchen.Dabei ist bereits die Supply Chain, also die Verknpfung der eigenen Produktion mitvor- und nachgelagerten Unternehmen, zu bercksichtigen.ln der Planungsphase ist folgende Untergliederung hilfreich:

    . Funktionsbestimmungo Dimensionierungo Strukturierung. Gestaltung. Detaill ierung

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 3

  • '1 Einfhrung in die Fertigungstechnik

    Diese Phase wird im Verlaufe dieses Kapitels eingehender betrachtet.An die Planungsphase schiet sich endlich die Ausfhrung an. Neben der Beauftra-gung und Durchfhrung der eigentlichen Baumanahmen fr den Erweiterungs- oderNeubau sind ggf. auch entsprechende Infrastrukturmanahmen (Verkehrsanabin-dung, Strom-, Wasserversorgung u..) zu realisieren.PlanungsphaseEine Detai l l ierung der Planungsphase ist in Abbi ldung 1.11 dargestel l t .

    1. Clustereinheitenund Funktionsschema

    Fu nktionsschema

    2. Flchenbedarfs-ermittlung

    BETRIEBSMITTEL?PERSONAL?FLACHEN?INVESTITIONEN?

    Dimensionierungs-gren

    3. Anordnungsstruktur

    4. Materialflussanalyse

    5. Anordnungs-optimierung

    6. ldeales Blocklayout

    7. Grundrissformen

    8. KonventionelleFertigungsformen

    9. IntegrierteFertigungsformen

    10. Anordnungsformenin der Montage

    1 1. Flchenbedarfs-ermittlung auf Detail-layoutebene

    lE-I t rE vllotr |IEE\I E v iI t r t r |

    ldeal layout Reallayout Ausfhrungsprojekl

    Abbi ldung 1.1'1: Untergl iederung der Planungsphase (Quel le: WZL, RWTH Aachen)

    Funktionsbestimmung:lm ersten Schritt sind alle fr die Produktion ntigen Funktionen zu definieren sowiedie Beziehungen und Reihenfolgen festzulegen.Dimensionierung:ln einer ersten Flchenbedarfsermittlung ist der fr die einzelnen Funktionen not-wendige Flchenbedart zu ermitteln.Strukturierung:Whrend der Strukturierung ergibt sich das grte Potenzial, bislang bestehendeProzesse zu optimieren. Die Produktionsschritte und -verfahren sind so zu gestalten,

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 4

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    dass ein einheitlicher Materialfluss gegeben ist. Hierbei sind auch die Fertigungsprin-zipien zu berprfen.In dieser Phase wird durch die Anordnung der Produktionsbereiche der Materialflussim Groben festgelegt. Die Strukturierung der Fabrik liegt am Ende in Form einesBlocklayouts vor.

    Gestaltung:In der Gestaltungsphase erfolgt die Umsetzung der Fertigungsstrukturen in realePlne. Zunchst muss ein Generalbebauungsplan erstellt werden, der die Gebude-formen (Mehrgeschossbau, Flachbau, Hallenbau), deren Anordnung auf dem Grund-stck und die Verkehrsflchen enthlt. Danach erfolgt die Aufteilung der Grundriss-flchen nach den einzelnen Produktionsbereichen mit entsprechender Flchenzu-weisung. Hierbei sind auch zustzliche Bereiche wie Lager- oder Bereitstellungsfl-chen oder Venrualtungs- und Sozialrume zu bercksichtigen.Auch eine zuknftige Erweiterungsmglichkeit sollte bercksichtigt werden.Detai l l ierung:Schlielich werden die einzelnen Maschinen und Anlagen innerhalb derProduktionsbereiche angeordnet. Auch hierbei ist auf eine Optimierung desMaterialflusses zu achten.

    1.6.4 Supply GhainDer Materialfluss ber die Betriebsgrenze hinweg wird als Supply Chain bezeichnet.Heutzutage ist die Fertigungstiefe in vielen Unternehmen relativ gering. lm Wesentli-chen liegt dies in der Beschrnkung auf Kernkompetenzen begrndet. Danach kn-nen die meisten Teile, die nicht in den Kernkompetenzbereich fallen, gnstiger zuge-kauft werden. Dies hatzur Folge, dass diese Unternehmen sehr stark von den Zulie-ferern (zumindest kurzfristig) abhngig sind, da sie ohne die Zukaufteile ihre Produk-tion einstellen mssten.Die Vorteile der intensiven Einbeziehung von Zulieferteilen lassen sich nur unter Be-rcksichti gu n g meh rerer Aspekte gew h rle iste n :

    . Gute Abstimmung der Kommunikation zwischen dem Kunden und Lieferanten(sowohl in organisatorischer als auch in technischer Hinsicht)

    o Optimierung der Lagerbestndeo Auswahl zuverlssiger Lieferanten (im Hinblick auf Teilequalitt und Liefer-

    treue)

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 5

  • ' l Einfhrung in die Fert igungstechnik

    1.6.5 Materialf luss(Flow of Material)

    Der innerbetriebliche Materialfluss ist magebend fr die Betriebsmittelanordnung,die Art und Menge der Frdermittel sowie die Lagereinrichtungen. Es ist zwischenqualitativem und quantitativem Materialfluss zu unterscheiden. Qualitativ beschreibtdie Beziehungen zwischen den Betriebsmitteln (2.B. Reihenfolgen und Abhngigkei-ten), quantitativ die Menge des zu bewegenden Materials.Die Verteilung der Materialflusskosten auf die unterschiedlichen Kostenarten hngtunter anderem von der Fertigungsart ab. So spielen die Personalkosten und die Kos-ten der Kapitalbindung des Umlaufuermgens bei der Einzelfertigung eine viel gre-re Rolle als die Betriebsmittelkosten. Bei der Massenfertigung kehrt sich dieses Ph-nomen dagegen um.

    1.6.6 Fertigungsprinzip(Man ufacturi ng Pri nciple)

    Das Fertigungsprinzip wird auch als Organisationstyp der Fertigung bezeichnet. Ab-bildung 1.12 zeigt die Strukturierung der verschiedenen Prinzipien.

    Abbildung 1. '1 2: Fert igungsprinzipien

    Die Wahl des jeweils geeigneten Fertigungsprinzips hngt unter anderem von derProduktionsstckzahl, der zu fertigenden Varianten sowie von der Komplexitt derFertigung ab.

    Organisationstypender Produktion

    Funktionsprinzip/Verrichtungsprinzip

    Fhxibles Firti.gungssystem

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 6

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    In Abbildung 1.12 nicht aufgefhrt ist die Baustellenfertigung (Project Job), da dieseim Bereich des Maschinenbaus in der Regel nicht angewendet wird. Bei der Baustel-lenfertigung werden die Rohstoffe und Bauteile sowie die Fertigungs- und Montage-anlagen an den Ort gebracht, an dem das Endprodukt spter betrieben werden soll.Es handelt sich dabei um stationre Produkte wie bspw. Gebude oder Groanla-gen, deren Transport praktisch unmglich ist.Bei der Werkstattfertigung (Job Shop) sind die Betriebsmittel nach dem Verrich-tungsprinzip angeordnet, d.h. es werden gleichartige Maschinen und Arbeitspltzeorganisatorisch und rtlich zusammengefasst (Dreherei, Frserei, ...).f m Gegensalz dazu ist die Fliefertigung (Flow Production) durch einen einheitlichenMaterialfluss mit zeitl icher Kopplung gekennzeichnet. Die Anordnung der Betriebsmit-tel erfolgt in der Reihenfolge der auszufhrenden Arbeitsschritte. Auerdem ist derDurchlauf des zu fertigenden Produkts zeitl ich so abgestimmt, dass zwischen deneinzelnen Stationen keine ablaufbedingten Wartezeiten auftreten.Die jeweiligen Vor- und Nachteile der Werkstatt- und Fliefertigung sind in Abb. 1.13und 1.14 dargestel l t .

    Ferti gungsprinzip. Werkstattfu rti g ung

    Vorteile Nachteite

    hohe Flexibilitt bezglich Anderung desProduktionsprogrammes nach Art und MengeAuft ragsspitzen weitgehend problemlos

    Einzel- und Serienfertigung mglichgute Anpassungsfhigkeii an neueFabrikationsverfahren u nd qenderteArbeitsablauffolgen

    hoher Nutzungsgrad der Betriebsmittel beiUniversalitt des Maschi nenparks

    Redundanz bei Strungen

    relativ geringe Fixkosten bei geringen bis mittlerenInvestitionskosten

    leichte Abteilungsbildu ng

    bei nicht anforderungsgerechterFertigungssteueru ng : lange Durchlaufzeiten,hohe Bestnde, hohe Kapitalbindung,mangelnde Liefertreue. Gefahr vonKonventionalstrafen

    mangelnde Ferti g u ng sira nspa renzmittlerer bis hoher Flchenbedarf

    lange Transportwege

    hohe Transportkosten

    nersonalintensiv

    aufwend ige Fertig u ngs- und Tra nsportste uerungmeist qualifizierles Personal erforderlich

    Abbildung 1 . 1 3: Werkstattfertigung

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 7

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    Fertigu ngspriilzi p: Fl iefertigu ng

    Vorteile Nachteile

    bersichtl icher Materialf lu

    kurze Durchlaufzeiten

    keine ba,v. geringe Bestnde

    Massenfertigung

    kurze Transportwege

    Personalbedarf mittel bis gering

    Personalqualifikation n ied rig

    einfache Feft i gungssteuerung

    nur bedingt f lexibel gegenberAnderungen desP roduktionsprogram mes

    hohe Umstellkosten

    stranfllig: bei Ausfall einer StationBlockade der gesamten Fertigung

    i nfolgedessen hoher Instandhaltu ngs-und Wartungsaufwand

    oftrnals Spezialmaschi nen

    teilweise aufiruendi ge Frdertechnik

    Abbi ldung 1.14: Fl iefert igung

    Als Mischform zwischen Werkstatt- und Fliefertigung kann die Zentrenproduktion(Cellular System) angesehen werden. Dabei wird versucht, einen optimalen Kom-promiss zwischen Flexibilitt und kurzen Durchlaufzeiten zu erzielen. Die Betriebs-mittel werden dazu zu einer organisatorischen Einheit so zusammengefasst, dassdamit eine oder mehrere Teilefamilien produziert werden knnen. Die Vermeidungeiner vlligen Arbeitsteilung erhht die Flexibilitt sowie Abwechslung der Ttigkei-ten. Wie in Abbildung 1.15 zu erkennen ist, lassen sich hiermit mittlere Losgrenwirtschaftl ich fertigen.

    Baustellenfertigung

    Werkstattfertigung

    Fertigungsinseln

    Fliefertigung

    Abbi ldung 1.15: Losgren

    10.000

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 B

  • 1 Einfhrung in die Fertigungstechnik

    1 .6 .7 Produktionsplanung und -steuerung(Production Planning and Control)

    Die Produktionsplanung und -steuerung (PPS) beschftigt sich mit der operativenzeit l ichen, mengenmigen und rumlichen Planung, Steuerung und Kontrol le derProduktion in einem Unternehmen.Die Bestandteile der Produktionsplanung sind:

    . Produktionsprogrammplanung: Hier wird festgelegt, welche Endprodukte inwelchen Stckzahlen und zu welchen Terminen fertig gestellt sein mssen(Primrbedarf).

    . Mengenplanung: Ausgehend vom Primrbedarf werden bspw. anhand vonStcklisten der Sekundrbedarf (Zwischenprodukte) und der Tertirbedarf(Rohstoffe/-materialien) ermittelt.

    . Produktionsprozessplanung: Fr die einzelnen Prozessschritte, die zur Ferti-gung der Zwischen- und Endprodukte notwendig sind, werden Losgren so-wie Termine festgelegt. Anschlieend wird berprft, ob die ntigen Kapazit-ten zu den jeweiligen Zeitpunkten zur Verfgung stehen. lst dies nicht der Fallsind Anderungen in den vorhergehenden Planungsstufen notwendig . Zur Pro-duktionsprozessplanung gehrt auch die Initi ierung von Beschaffungsvorgn-gen.

    Unter Produktionssteuerung (oder Fertigungssteuerung) versteht man das Veranlas-sen, berwachen und Sichern der Durchfhrung der freigegebenen Auftrge.Die klassische Produktionsplanung und Steuerung arbeitet nach dem Push-prinzip,bei dem alle planerischen und steuernden Aufgaben durch zentrale Stellen ber-nommen werden. Man spricht von Push-Prinzip, weil die zu fertigenden Auftrge indie Produktion geschoben werden. Zur Vermeidung von zu hohen oder zu niedrigenBestnden sowie langen Reaktionszeiten, ist in der Regel der Einsatz einer komple-xen Softwarelsung notwendig. Mitte des letzten Jahrhunderts wurde das MRp-Konzeptl entwickelt, um Bedarfe und Kapazitten abzustimmen. Nach der Weiter-entwicklung dieses Konzeptes zu einem umfassenden PPS-System integrierte manimmer weitere Bereiche der Unternehmensorganisation in Planungs- und Steue-rungssoftware. Hierfr bildete sich in den 90er Jahren der Begriff ERP (EnterpriseRessource Planning). Ein Beispiel fr ein solches softwarepaket ist SAp

    ' MRP stand zunchst fr Material Requirements Planning, spter dann Manufacturing ResourcePlanning.

    Technologie der Fertigungsverfahren I 1 9

  • 1 Einfhrung in die Fert igungstechnik

    In Tabelle 1.2 sind die Nachteile eines klassischen PPS-Systems dargestellt.Kennzeichen traditioneller PPS Auswirkungen

    o Zentralisierungo Trennung von Planung und Durch-

    fhrung. Kapazittsorientierung. Rckmeldeorient ierung(BDE)o Funktionsorientierung mit groer

    Schnittstellenzahl. Hohe Komplexitt. HoherSteuerungsaufwand

    . Hohe Bestnde (Produktion aufLager)

    r Lange Durchlaufzeiten und gro-e Losgren

    . Geringe Lieferfhigkeit

    . Verschwendung in Produktionund Ablauf

    . Mangelnde Kundenorient ierungo MangelndeFlexibi l i tt

    Tabelle 1.2: Nachteile push-orientierter PPS

    Zur Vermeidung der bei der klassischen PPS hufig entstehenden groen Lagerbe-stnde (vor allem Zwischenlagerbestnde) wird seit einiger Zeit vermehrt das in den1950erJahren in Japan entwickelte Jusf in Time-Konzept (JlT) angewendet. Ziel istes, Rohmaterial oder Vorprodukte genau zu dem Zeitpunkt bereitzustellen, d.h. fertigzu stellen bzw. liefern zu lassen, zu dem sie auch gebraucht werden. Um den Koor-dinierungsaufwand nicht weiter ansteigen zu lassen, wird in diesem Zusammenhangoft das Kanban-Prinzip eingesetzt.Mittels Kanban2 lst der jeweilige Verbraucher einen Auftrag, mit einer meistens vor-definierten Menge und einem bestimmten Bestelltermin, aus. Der Erzeuger bzw. Zu-lieferer bringt diese dann zum geforderten Termin an den Besteller. Da hier eineverbrauchsorientierte Steuerung stattfindet, spricht man vom Pull-PrinzLp. Heutzutagewerden die Kanban-Karten teilweise durch elektronische Kanban-Systeme abgelst.

    ' Kanban ist der japanische Begriff fr Karte

    Technologie der Fertigungsverfahren I 20