Leseprobe

Claus-Gerold Grundig

Fabrikplanung

Planungssystematik - Methoden - Anwendungen

ISBN (Buch): 978-3-446-44215-3

ISBN (E-Book): 978-3-446-44157-6

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© Carl Hanser Verlag, München

Inhaltsverzeichnis

1 Grundlagen der Fabrikplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1 Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.2 Planungsgrundfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3 Merkmale von Fabrikplanungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.4 Planungsgrundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251.5 Entwicklungstendenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.5.1 Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.5.2 Globale Fabrikplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.5.3 Kooperative Fabrikplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.5.4 Digitale Fabrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.5.5 Wandlungsfähige Fabrik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.5.6 Fraktale Fabrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2 Fabrikplanungssystematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.1 Planungsablauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.2 Planungsphasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3 Fabrikplanungsablauf – Planungsphasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.1 Zielplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.2 Vorplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.2.1 Analyse Produktionspotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.2.2 Ableitung Produktionsprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.2.3 Standortklärung (optional) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.2.4 Vorgabe Logistikprinzip/Lösungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.2.5 Bedarfsabschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.3 Grobplanung – Lösungsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.3.1 Funktionsbestimmung – Produktionssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.3.1.1 Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803.3.1.2 Ableitung Funktionsschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.3.2 Dimensionierung – Teilsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.3.2.1 Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.3.2.2 Betriebsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.3.2.3 Personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943.3.2.4 Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003.3.2.5 Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.3.3 Strukturierung – Objektanordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1113.3.3.1 Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1113.3.3.2 Analyse Materialfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

3.3.3.3 Bestimmung Fertigungsform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1323.3.3.4 Entwurf Ideallayout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

3.3.4 Gestaltung – Lösungsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1673.3.4.1 Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1673.3.4.2 Entwurf Reallayout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1683.3.4.3 Zuordnung Logistikelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1823.3.4.4 Variantenauswahl – Vorzugsvariante . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

3.4 Feinplanung – Ausführungsprojekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2083.5 Ausführungsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2173.6 Ausführung / Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

4 Strukturrelevante Logistikprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

4.1 Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2224.2 Lagerorientierte Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2234.3 Segmentierte Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2264.4 Kanban-Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2314.5 Just-in-time-Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2334.6 Modulare Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

5 Simulationstechnik im Fabrikplanungsprozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

5.1 Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2395.2 Anwendungsmethodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

6 Standortplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

6.1 Planungsinhalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2606.2 Planungsmethodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

7 Generalbebauungsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

7.1 Planungsinhalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2697.2 Planungsmethodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

8 Fabrikplanungsbeispiele – Industrieanwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

8.1 Simulationsuntersuchungen zur Auslegungs- und Investitionsplanung einer Fertigungslinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2908.1.1 Problemstellung – Investitionsobjekt Kleinteileproduktion . . . . . . 2908.1.2 Untersuchungsablauf – Simulationsexperimente . . . . . . . . . . . . . . 2918.1.3 Experimentierergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

8.2 Logistische Neugestaltung der Geräteproduktion durch Aufbau segmentierter, flexibel automatisierter Fertigungskomplexe . . . . . . . . . . . 3058.2.1 Problemstellung – Rationalisierungsobjekt Geräteproduktion . . . . 305

8 Inhaltsverzeichnis

8.2.2 Fabrikplanungsablauf – Industrieprojekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3088.2.2.1 Zielplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3088.2.2.2 Vorplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3108.2.2.3 Grobplanung – Lösungsvariante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3208.2.2.4 Feinplanung – Ausführungsprojekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3418.2.2.5 Ausführungsplanung – Shedhallenumbau . . . . . . . . . . . . . 3498.2.2.6 Projektrealisierung – Aufbau Fertigungskomplexe . . . . . . 350

8.2.3 Systemweiterentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3508.2.3.1 Nutzungserfahrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3508.2.3.2 Reengineering-Systemlösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352

9 Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

10 Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369

Inhaltsverzeichnis 9

Vorwort

Globalisierung der Produktion, steigende Marktdynamik und erhöhter Kostendruckzwingen die Industrieunternehmen zur ständigen innovativen Anpassung ihrer Fa-brik- und Produktionsstrukturen an veränderte Bedingungen. Problemstellungen undProjekte des Fachgebietes Fabrikplanung sind damit direkt angesprochen und stellenaufgrund ihrer hohen Bedeutung für die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit der Un-ternehmen Daueraufgaben betrieblicher Tätigkeiten dar. Die treffsichere, planungs-methodische Beherrschung dieser Fabrikplanungsprozesse ist dabei für die Unter-nehmen von existentieller Bedeutung.

Das vorliegende Lehrbuch greift diese Entwicklungen auf und stellt in komprimier-ter Form klassische und innovative Inhalte wesentlicher Planungsfelder der Fabrik-planung und Entwicklungstendenzen dar. Besondere Beachtung wurde der durch-gängigen und systema tischen Problembearbeitung unter inhaltlich-methodischenAspekten geschenkt. Industrieerfahrungen bestätigen immer wieder: Eine wesent -liche Voraussetzung zur Sicherung einer gezielten Lösungsentwicklung und rationel-len Projekterarbeitung ist die konsequente Durchsetzung einer problembezogenenund durchgängigen Planungs- und Entschei dungs systematik.

Basierend auf der allgemein gültigen Fabrikplanungssystematik werden die für einesystematische Lösungsentwicklung von Fabrikplanungsaufgaben erforderlichen Pla-nungsfelder, Planungsphasen und Bearbeitungsinhalte behandelt. Projektbeispieleaus der Industriepraxis veranschaulichen den Planungsablauf und Methodeneinsatz.Der Stoffumfang und die Vielgestaltigkeit des Fachgebietes machte Einschränkun-gen erforderlich, wobei versucht wurde, den Gesamtüberblick über wesentliche Pla-nungsinhalte zu gewährleisten.

Das Lehrbuch entstand im Ergebnis meiner langjährigen Tätigkeiten in Lehre, For-schung und Industriepraxis. Es wendet sich an Studierende des Ingenieur- und Wirtschaftsingenieurwesens an Universitäten und Hochschulen sowie an das Ma-nagement und an Planungsingenieure in der Industrie. Das Buch will ordnendeGrundlage zum Studium des Fachgebietes und zielführender Handlungsleitfaden zursystematischen Lösungsentwicklung sein.

Die sehr positive Aufnahme der bisherigen Auflagen des Lehrbuches haben michveranlasst, auch in der vorliegenden 5. Auflage einige Aktualisierungen und Ergän-zungen des Stoffgebietes vorzunehmen.

Besonderer Dank gilt Frau Dipl.-Ing. Astrid Oberschmidt und Herrn Dipl.-Ing. Die-ter Hartrampf die mit großer Sorgfalt und Umsicht die technische Umsetzung desManuskriptes realisiert haben. Ebenfalls Dank gilt Herrn Jochen Horn und Frau UteEckardt vom Carl Hanser Verlag für die nun schon jahrelange gute Zusammenarbeit.Bedanken möchte ich mich auch bei Fachkollegen und Studenten meiner Industrie-

und Hochschul tätigkeit für die Vielzahl anregender Diskussionen zum Fachgebiet.Für Hinweise aus dem interessierten Leserkreis bin ich dankbar.

Ganz besonderer Dank gilt an dieser Stelle auch meiner Familie, insbesondere mei-ner Frau Sylvia für viel Verständnis und Geduld in der Phase der Manuskripterar -beitung.

Kleinmachnow, im November 2014 Claus-Gerold Grundig

6 Vorwort

1 Grundlagen der Fabrikplanung

1.1 Grundprinzipien

Gegenstand des Fachgebietes Fabrikplanung sind die Standortbestimmung, die Ge-bäudewahl und -anordnung, die Gestaltung der Produktionsprozesse (Fertigungs-und Montageprozesse) einschließlich der einzuordnenden Logistikprozesse (Trans-port- und Lagerprozesse) und der erforderlichen Nebenprozesse (Betriebsmittelbau,Instandhaltungsprozesse u. a.) sowie deren Realisierung und Inbetriebnahme. Ver-einfachend kann Fabrikplanung (auch als Werkplanung, Werkstrukturplanung be-zeichnet) als vorausbestimmende Gestaltung industrieller Fabrik- bzw. Produktions-systeme charakterisiert werden.

Aufgaben und Arbeitsinhalte des Fachgebietes Fabrikplanung bilden dabei einen we-sentlichen Teilkomplex innerhalb der Aufgabenkomplexe der Unternehmenspla-nung.

Stärker methodisch betrachtet kann definiert werden: Fabrikplanung ist der syste-matische, zielorientierte in aufeinander aufbauenden Phasen strukturierte und unterZuhilfenahme von Methoden und Werkzeugen durchgeführte Prozess zur Planungeiner Fabrik von der ersten Idee bis zum Aufbau und Hochlauf der Produktion [1.1].

In seinem Wesen stellt der Fabrik planungsprozess einen Investitionsprozess dar,d. h., die Erarbeitung wirt schaft licher Lösungen von Fabrik- bzw. Produktionspro -zessen und deren ratio nelle Umsetzung sind die Kerninhalte.

Ein besonderer Anspruch der Fabrikplanung beruht darauf, dass es hierbei um diegedankliche Vorwegnahme und Festlegung zeitlich später stattfindender Aktivitätenund zu realisierender Projektlösungen geht, die mit zeitlichem Vorlauf im Rahmender Fabrikplanungstätigkeit hochwertig vorab festzulegen sind. Der Prozess der Fabrikplanung beinhaltet somit „vorausgedachte wettbewerbsfähige Produktion“.In diesem Planungsprozess sind Kollisionen zwischen erforderlicher Pla nungstiefe,der Aussagekraft der verfügbaren Planungsdaten und Planungsvoraussetzungen undden sich im zeitlichen Planungsablauf verändernden Vor ga ben und Bedingungen derRegelfall, sodass die praktische Planungstätigkeit von Unsicherheiten, Änderungen,Abschätzungen, Hochrechnungen, Analysen, Korrekturen und Vergleichen sowie instarkem Maße vom Einbringen von Praxiserfahrungen charakterisiert ist.

Der Fabrikplanungsprozess umfasst die Lösung von Problemstellungen der Pla-nung, Realisierung und Inbetriebnahme von Fabriken. Dabei muss die Fabrik als Gesamtsystem gesehen werden, das durch die Gestaltungsergebnisse folgender Planungsfelder beschrieben wird:

– Bestimmung von Standorten (Standortplanung)– Entwurf von Bebauungsplänen einschließlich der Wahl und Anordnung vonRaum- und Gebäudesystemen (Generalbebauungsplanung)

– Konzeption von Produktions- und Logistikprozessen (einschließlich erforder-licher Personal- und Organisationsplanung) innerhalb definierter Flächen- undRaumsysteme (Fabrikstrukturplanung).

Diese Planungsfelder bilden in ihrer konkreten Gestaltung das Fabrikkonzept. Die-ses unterliegt unterschiedlichen Zielsetzungen, die in Anlehnung an Wiendahl in dreiwesentlichen Zielfeldern zusammengefasst werden können [1.2] bis [1.5]:

1. Sicherung einer hohen Wirtschaftlichkeit der FabrikProdukte sind bei minimalen Durchlaufzeiten und Beständen termin- und quali-tätsgerecht unter weitgehender Vermeidung nicht wertschöpfender Tätigkeitenherzustellen. Dabei sind ein logistikgerechter Produktions- und Materialfluss sowie eine bestmögliche Auslastung von Ausrüstungen, Flächen (Räumen) undPersonal zu gewährleisten

2. Sicherung einer hohen Flexibilität und Wandlungsfähigkeit der FabrikAusrüstungen, Prozesse, Raumstrukturen, Gebäudesysteme, Organisationslösun-gen sind zur Sicherung permanenter Anpassungsfähigkeit an die Turbulenz äuße-rer (z. B. Absatzschwankungen) und innerer Einflüsse (z. B. Produktanlauf) flexi-bel und wandlungsfähig auszulegen

3. Sicherung einer hohen Attraktivität der FabrikDiese wird bestimmt durch– motivierende, humane Arbeits-, Entlohnungs- und Sozialbedingungen– Erfüllung ökologischer Kriterien zur Gewährleistung geringer Um welt -belastungen

– Umsetzung moderner, ästhetischer Industriearchitektur der Fabrikgebäu de (Er-scheinungsbild/Identität – corporate identity).

Aufgrund aktueller Entwicklungen im Energie- und Umweltbereich erfahren dieseZielfelder eine deutliche Erweiterung. So sind solche Fabrikkonzepte gefordert, mitdenen die Erreichung und nachhaltige Sicherung einer hohen Energie- undRessourcen effizienz gewährleistet wird (vgl. [1.41] bis [1.43]).

Grundsätzlich wird deutlich, das jeweilige Fabrikkonzept bildet Ergebnisse derKern inhalte der Fabrikplanung ab – diese bestehen prinzipiell in der Planung des Zu-sammenwirkens von Mensch, Technik und Organisation.

In Abb. 1.1 sind dazu wesentliche Zusammenhänge dargestellt. Erkennbar ist: DieErarbeitung des Fabrikkonzeptes hat unter Beachtung der vier Zielfelder zu erfolgen.Das jeweilige Fabrikkonzept wiederum ist das Planungs- und Realisierungsergebnisder Planungsfelder Standort-, Bebauungs- und Fabrikstrukturplanung. Grundlagender Fabrikplanung für eine gezielte Bearbeitung der Inhalte der drei Planungsfeldersind die jeweils verfügbaren Ressourcen (Investitions-, Ausrüstungs-, Gebäude- undGrundstückspotenziale), dargestellt als Planungsbedingungen. Weiterhin wird inAbb. 1.1 deutlich, dass das Fabrikkonzept maß geblich vom zu gestaltenden Produk-

12 1 Grundlagen der Fabrikplanung

tionsprozess bestimmt wird, dieser wiederum durch das zu realisierende Produk-tionsprogramm als Ergebnis aktiver Markt- und Absatztätigkeit des Unternehmensbeeinflusst ist (markt- bzw. kundengetriebene Fabrik). Die zu produzierenden Pro-duktionsprogramme mit den Tendenzen

– steigende Variantenvielfalt (Diversifikation)– sinkende Lebenszyklen– sinkende Stückzahlgrößen– kurzzeitige Produktwechsel– steigende Sortimentsbreiten– kurze Lieferzeiten

bilden die Kerngrundlagen (Ausgangsgrößen) der Fabrikplanung. Die Güte der Vor-bestimmung kurz-, mittel- bzw. langfristig zu erwartender Produktionsprogramm -

1.1 Grundprinzipien 13

Absatzmarkt(Kunde)

Fabrikkonzept

Standort, Generalbebauungsplan,Fabrikstruktur

RohmaterialHalbfabrikate

Beschaffungsmarkt(Zulieferer)

Planungsbedingungen (Ressourcen):• Grundstücke/Gebäude• Produkte/Technologie• Ausrüstungen/Verfahren• Personal• Organisation/Logistik• Informationstechnologie• Rechtsvorschriften• Energie• Ökologie

Endprodukte

Zielfelder:• Wirtschaftlichkeit• Flexibilität / Wandlungsfähigkeit• Attraktivität• Energie-, Ressourcen- effizienz

Abb. 1.1: Planungsbedingungen und Zielfelder der Fabrikplanung

entwicklungen wird damit zu einem wesentlichen Qualitätsmerkmal für einen fundierten Fabrikplanungsprozess. Die Fabrikplanungspraxis zeigt, dass gerade diehinreichend genaue Vorgabe von Produktionsprogrammen bzw. Produktions -programmentwicklungen als Planungsgrundlage oftmals große Probleme bereitet.Verstärkt muss von unscharfen, stark wechselnden Vorgaben ausgegangen werden.Das wiederum liegt in der Natur des Fabrikplanungsprozesses, denn dieser stellt einen betont zukunftsbezogenen Planungsprozess bei steigender Turbulenz derPlanungsbedingungen dar und besitzt daher unter dem Aspekt seiner Modellierunggrundsätzlich stochastischen Charakter. Typisch für den Fabrikplanungsprozess sindeine Vielzahl variabler Eingangsinformationen, von denen ein hoher Anteil Zufalls -charakter besitzt. Diese Informationen ermöglichen oftmals keine eindeutigenTransformationen und folglich nur unscharfe Aussagen (z. B. über Kapazitäten, Flä-chen, Kosten). Wird andererseits der Faktor Zeit in diese Betrachtungen einbezogen,so muss auch vor Überfeinerungen in der Präzisierung und Auslegung von Projekt-lösungen gewarnt werden – vielmehr ist bei der Lösungsgestaltung eine Flexibilitätbzw. Wandlungsfähigkeit der Fabrikanlage gegenüber begrenzten, erkennbaren aberauch offenen Produktionsprogrammveränderungen bewusst zu sichern. AnspruchsvolleProjekte der Fabrikplanung setzen zur Abschätzung von erforderlicher Anpassungsfä-higkeit (z.B. gegenüber Schwankungen des Produktionsprogramms) oder zur Analysevon Extremsituationen (Szenarien) Methoden der digitalen Fabrik, wie z.B. virtuelleAnalysen oder die Fabrik- und Materialflusssimulation ein. Diese ermöglichen voraus-schauende Analysen sowie die Lösungsfindung über den Entwurf einer Vielzahl alter-nativer Varianten, sodass Extrembereiche und Unsicherheiten erkennbar werden.

Gegenstand und Methodik der Fabrikplanung sind wechselnden Einflüssen undWandlungen unterworfen. Ursachen des dadurch hervorgerufenen ständigen Anpas-sungs- bzw. Veränderungsdruckes sind folgende Entwicklungen – von Warneckeals Paradigmenwechsel [1.6] bezeichnet (vgl. [1.7] bis [1.9], [1.44]):

– Globalisierung von Märkten und Standorten– steigende Kundendominanz (Käufermarkt)– Dezentralisierung der Wertschöpfung– Dominanz und Differenzierung der Kostenstrukturen– kurzzyklischer innovativer Wandel von Produkten bzw. Ausrüstungen– sinkende Lebensdauer von Produkten und Prozessen.

Diese Entwicklungen schlagen bei steigender Marktturbulenz direkt auf die in denUnternehmen installierten Fabrikkonzepte durch und müssen von diesen umgesetztbzw. kompensiert werden. Zwingend erforderlich ist daher eine permanente An -passung bzw. Neukonfiguration der Fabrikkonzepte an die ak tuell verändertenBedingungen durch kontinuierlich veranlasste innovative Fabrikplanungstätigkeit.

Zur Durchsetzung dieser Forderungen wird neben einer Flexibilität auch eine da -rüber hinausgehende bewusst gestaltete und eingebaute Wandlungsfähigkeit des

14 1 Grundlagen der Fabrikplanung

Fabriksystems postuliert (vgl. z. B. [1.3], [1.4], [1.10], [1.11], [1.43], [1.45]). DerLösungsansatz wird hierbei u. a. in der Modularisierung von Fabrikstrukturen und-elementen gesehen (vgl. Abschnitt 1.5). Der erforderliche Wandlungsbedarf wirddamit zur Führungs- bzw. Planungsgröße innovativer Fabrikkonzepte.

So betrachtet ist die Fabrik prinzipiell als „lebender Organismus“ zu begreifen. Kon-sequent zielorientierte permanente Fabrikplanung ist damit von existentieller Be -deutung für die Industrieunternehmen. Im Ergebnis der dargestellten Entwicklungenkönnen folgende Globalziele für den Entwurf innovativer Fabrikkonzepte abge -leitet werden:

– konsequente Kundenorientierung (Aufbau Kunden-Lieferanten-Beziehun gen,unternehmensintern und -extern)

– Wertschöpfungsorientierung (Minimierung nicht wertschöpfender Prozesse)– Mensch als wesentlicher Produktionsfaktor (Integration Humanpotenzial)– Komplexitätsminimierung (Erzeugung Transparenz und Verantwortungsbezugdurch Prozessvereinfachung)

– Dezentralisierung von Funktionen– Sicherung von Flexibilität und Wandlungsfähigkeit– Entwicklung der Kernkompetenzen/Optimierung der Fertigungstiefen– Einordnung in effiziente Liefer-, Produktions- und Vertriebsnetzwerke.

Grundsätzlich sollte hinsichtlich der Fabrikplanungslogik beachtet werden, dieherzustellenden Produkte (Produktionsaufgabe) bestimmen die erforderlichen Pro-zesse (Fabrikstrukturen), diese wiederum legen spezielle Gebäude- und deren Anordnungsstrukturen fest (Generalbebauungsplanung) und diese wiederum de -finieren maßgeblich das Anforderungsprofil des erforderlichen Grundstückes bzw.des Standortes (Standortplanung). Das heißt, Produkte definieren den Prozess unddieser wiederum das Grundstück (Standort). Nur in Umsetzung dieser Logik wirddie allgemeine zu fordernde prozessorientierte Fabrikstruktur realisierbar.

Die Fabrik bzw. das Industrieunternehmen kann in die nachfolgend dargestelltenhierarchischen Strukturebenen (Planungsebenen) vertikal aufgegliedert werden,wodurch die Komplexität abgebaut und die Transparenz des Planungsobjektes erhöhtwird [1.3], [1.9]:

– Arbeitsplatzstruktur (Konfiguration Arbeitsplatz /Arbeitsstation)

– Bereichsstruktur (Anordnung Arbeitsplätze/Arbeitsstationen in Bereichen)

– Gebäudestruktur (Anordnung Bereiche – Fertigung, Montage, Logistik – in Gebäuden)

– Generalstruktur (Anordnung Gebäude im Werkgelände)

1.1 Grundprinzipien 15

– Standortstruktur (Anordnung Gebäude im regionalen Wirtschaftsraum)

– Unternehmensnetzstruktur (Anordnung und Vernetzung von Unternehmen im regionalen bzw. überregiona-len/internationalen Wirtschaftsraum).

Die Fabrikstruktur wird folglich gebildet durch die Arbeitsplatz-, Bereichs- undGebäudestruktur bei direkter funktionaler Verknüpfung zur General- und Standort-struktur. Die Unternehmensnetzstruktur ist charakterisiert durch die standortüber-greifende Vernetzung unterschiedlicher Unternehmen bzw. Leistungseinheiten. DieFabrik ist unter dem Aspekt der Wertschöpfung folglich nicht als isolierte Einheit zubetrachten, sondern sie bildet einen Wertschöpfungsknoten im gesamten Wert-schöpfungsprozess und ist damit Teil eines Wertschöpfungsnetzes. Diese unterlie-gen einer ständigen Fragmentierung und Neukonfiguration.

Fabriken durchlaufen spezifische Fabriklebenszyklen, die bei ganzheitlicher zeit-licher Betrachtung in folgende Phasen gegliedert werden können:

– Entwicklung (Planung Neusystem)– Aufbau/Realisierung (Koordinierung Gewerke)– Anlauf/Inbetriebnahme (gestufter Hochlauf)– Betrieb (Nutzung – Innovationen, Rationalisierung, Instandhaltung)– Abbau (Weiterverwendung/Sanierung/Verwertung).

Der inhaltliche Charakter und die zeitliche Ausdehnung dieser Phasen innerhalb desFabriklebenszyklus sind in der industriellen Praxis sehr unterschiedlich. So werdenz.B. die Phasen Anlauf und Betrieb charakterisiert durch die Parallelität und die dif-ferenzierten Verläufe der Produkt-, Prozess- und Gebäudelebenszyklen. Zu fordernist daher zur Synchronisation der Abläufe eine ganzheitliche, durchgängige Fa-brikplanungstätigkeit über den gesamten Fabrik lebenszyklus. Eine wesentliche,grundsätzliche Aufgabe dabei besteht in der ständigen Anpassung zwischen den Her-ausforderungen aus kurzen Lebenszyklen von Produkten und Prozessen (Innovation/Markt turbu lenz) und den Erfordernissen aus deutlich länger anzusetzenden Lebens-zyklen (Nutzungszeiten) der Fabrikanlage (Gebäude, Anlagensysteme) insbesonderedurch eine permanente Sicherung der zu fordernden Flexibilität und Wandlungs -fähigkeit des Fabriksystems.

Gegenstand nachfolgender Abhandlungen zur Fabrikplanung sind Fabrikkonzeptefür Produktionsprozesse mit diskretem Charakter (Stückprozesse), wie sie für Unter-nehmen des Maschinen-, Geräte-, Elektronik- und Fahrzeugbaus – folglich in brei tenIndustriebereichen – typisch sind.

Folgende Prozessmerkmale sind prinzipiell anzusetzen:

– Fabrik- bzw. Produktionssysteme werden gebildet aus:• (quasi-)statischen Elementen

16 1 Grundlagen der Fabrikplanung

AABC-Analyse 62Abfallentsorgung 214Ablauflogik 81Analyse 43Analysebereich 58Anfangszustand 257Anforderungskriterien 284Anforderungsmatrix 169Anforderungsprofil 94, 263Anordnungsprinzipien 132Anordnungsstruktur 183, 331Anpassungsfaktoren 171f.Anpassungsprozess 169, 333Ansprechhäufigkeit 323Arbeitsablaufschema 84Arbeitspläne 83Arbeitsplatzebene 112Arbeitsplatzgestaltung 215Arbeitsplatzstruktur 15, 80, 112Attraktivität 12Aufbauorganisation 21Aufbauverfahren 164Aufgabenstellungen

– globale 56Auftragsvergabe 218Aufzüge 188Ausbauendzustand 270Ausbaustufen 287Ausführung 51, 219Ausführungsplanung 39, 51, 217,

349Ausführungsprojekt 208, 217Ausführungsprojektierung 42Ausgangslager 118, 192Ausgleichsfunktionen 191Ausgleichslagerung 318Ausreißerminimierung 323Ausrüstungsfundamentierung 212

Ausrüstungsinstallation 344Ausrüstungssystem 253Ausschreibungen 218

BBasisvarianten 294Baukenngrößen 278Baukonstruktion 286Baunutzung 278Baunutzungsverordnung 278Bauplanung 31Baustelleneinrichtung 218Baustellenmontage 153Baustruktur 286Bauzonen 276, 279Bearbeitungskapazität 89Bearbeitungssystem 328Bearbeitungstechnologie 323Bebauungsformen 278Bebauungsplan 278Bebauungsplanung 262, 276Bebauungsvarianten 280Bedarfsabschätzung 319Bedarfslisten 218Bedarfsprognosen 95Bedienungsprozess 244Belegungsschema 299Benchmarking 55Bereichsbeziehungen 274Bereichsbildung 84, 274Bereichsebene 112Bereichsfolge 83Bereichsgrundriss 169Bereichsstruktur 15, 80, 112Bereitstellungsfunktion 192Bereitstellungslagerung 318Betriebsdatenerfassungssysteme 349Betriebsmittel 89Betriebsmittelbedarf 91

10 Sachwortverzeichnis

Betriebsvergleich 61Bevorratungsfunktion 192Bewegungsdaten 61, 248Bewertungskriterien 201Bewertungsmatrix 126Bewertungsmethoden 267Blocklayout 161Bodenlagerung 195Bottom-up-Ansatz 24Bottom-up-Methode 255Break-Even-Analyse 69Brutto-Personalbedarf 95

DDatenanpassungen 347Datenerfassung 60Datenvergleiche 62Demonstrationsmodell 336Detailplanung 48Dezentralisierung/Partizipation 28Dimensionierung 45, 88, 325, 328

– dynamische 89, 299– statische 88, 299

Dispositionsaufwand 330Distanzmatrix 126Druckluft 110Durchlaufregallager 197Durchlaufzeit 113

EEinflussparameter 246Einflussprojektorganisation 310Eingangslager 192Einschwingphase 257Einzelplatzmontage 153Elektroenergie 109Elementarisierung 25Empfindlichkeitsanalyse 258Entsorgungstechniken 213Erfolgsjahr 65, 71, 311Ergebnisanalyse 258Ergebnisinterpretation 258

Ergebnisumsetzung 259Erzeugniselemente 81Erzeugnisstruktur 81Experimentierablauf 294Experimentierergebnisse 296Experimentierpläne 256

FFabrik

– fraktale 35– digitale 32, 239– prozessbezogene 284– wandlungsfähige 33

Fabrikbausteine 35Fabrikbetrieb 73, 120Fabrikkonzept 12, 14f.Fabriklayout 274Fabriklebenszyklus 16, 22Fabrikmodularisierung 34Fabriknutzungsphase 22Fabrikplanung 11, 65, 120

– 6-Phasen-Modell 40– Dilemma 23– dynamische 239– gleitende 21– globale 30– kooperative 21, 31, 178– logistikgerechte 74– rollende 23, 350– statische 239– synergetische 31

Fabrikplanungsablauf 54, 306Fabrikplanungsaufgaben 25Fabrikplanungsgrundfälle 55Fabrikplanungslogik 15Fabrikplanungsphase 22Fabrikplanungsprojekte 21Fabrikplanungsprozess 11, 75

– teambasierender 32Fabrikplanungssystematik 37, 44, 305Fabrikstruktur 15, 76, 223

– prozessorientierte 271

370 10 Sachwortverzeichnis

Fabrikstrukturplanung 12, 42, 48, 262Fachregallager 195Fähigkeitsprofil 95Feasibility-Studie 51, 53, 208, 340Feinlayout 159, 216, 341Feinplanung 41, 48, 51, 209, 309, 341Fertigungsabschnitte

– integrierte gegenstandsspeziali-sierte 143, 315

Fertigungsart 145Fertigungsauftragsbildung 324Fertigungsfläche 103Fertigungsformen 115, 131, 145, 315

– gleitende Montage 154– integrierte 139f., 143– konventionelle 134– stationäre Montage 152

Fertigungsinsel 142Fertigungsmodule 236Fertigungssegmentierung 35, 226, 321Fertigungsstraße

– flexible 139Fertigungsstufen 83Fertigungssystem

– flexibles 140Fertigungszelle

– flexible 139Finanzbedarf 320Finanzbedarfsplan 79Flachbauten 282Flächen 100Flächenbedarf 102, 329Flächenbilanz 171Flächenermittlung

– funktionale 103Flächengliederung 100Flächennutzungsplan 278Flächenrasterung 278Flexibilität 12, 27, 33, 138Fließfertigung 137Fließmontage 154Flurfördermittel 339

Flussbeziehungen 84Flussintensität 125, 127Flussrichtung 125Flusssysteme 17, 58, 113Förderhilfsmittel 184Fördermittel 182, 186f.

– gleisgebundene 188– gleislose 188– spurgeführte 188– stetige 186– unstetige 187

Fördermittelauswahl 186Förderprozesse 183Fördersystem 327Fraktal 36Freiflächen 276Funktionsachsen 277Funktionsbestimmung 45, 80, 320Funktionseinheiten 79, 111, 161Funktionsintegration 29Funktionsschema 80f., 193, 270

– bereichsbezogenes 85– flächenmaßstäbliches 85

Funktionszonen 276

GGebäudeebene 112Gebäudeform 280f.Gebäudegestaltung 286Gebäudegrundriss 280Gebäudestruktur 15, 112Gebäudesystem 34Gebäudewahl 280, 284Gedankenmodell 255Genehmigungsanträge 217Generalbebauung 273, 288Generalbebauungsplan 112, 269, 271Generalbebauungsplanung 11, 269f.Generalstruktur 15, 112, 272f.Gesamtarbeitsablaufschema 84Gesamtbetriebsschema 270

– ideales – flächenmaßstäbliches 275

10 Sachwortverzeichnis 371

– ideales – flächenneutrales 273– idealisiertes 270

Geschlossenheitsgrad 149, 328Geschossanzahl 282Geschossbauten 282Gestaltung 46, 167, 333Gewichtungsfaktoren 203Globalisierung 30Groblayout 159Grobplanung 42, 48, 50, 80, 309, 320Grundrissstrukturen 281Grundstückswahl 260Gruppenarbeit 355Gruppenfertigung 136Gruppenmontage 154

HHallenbauten 282Häufigkeitsverteilungsdiagramm 62Hebezeuge 187Heizung 109Hoch- und Flachbauzonen 282Hochbauten 282Hochlaufphase 221

IIdeallayout 115, 159, 161, 270, 331

– bereichsbezogenes 161– werkstattbezogenes 163

Ideallayoutplanung 160f.Idealplanung 27, 43, 45, 50, 79, 111,

319Implementierung 255Inbetriebnahme 220f.Industriearchitektur 285Industriebauwerke 280Industriegase 110Industrieraster 176Installationstechnik 285Integration 43f.Intensitätsmatrix 125Inversionsgesetz 65

Investitionskosten 79, 320Investitionsprozess 11Investitionsrechnung 207

JJust-in-time-Strukturen 233

KKanban-Karte 232Kanban-Strukturen 231Kapazität

– qualitative 90– quantitative 90

Kapazitätsanpassung 91Kapitalbindung 113Kennzahlen 55, 78Kennzahlenmethode 97Kennzahlenvergleiche 61Kennzahlprojektierung 78Kernfunktionen 45, 48Kernmodul 236Kernprozess 236Klimatechniken 214Kommissionierfunktion 192Kommunikation 287Kommunikationsplattform 32, 178,

181Kopplungselemente 119Komplexitätsabbau 226Komplexläger 354Konstruktionskritik 75Konzept 43Konzeptplanung 39, 48Kooperationsgrad 147, 328Kreisverfahren 165Kundenentkopplungspunkt 77

LLadeeinheiten 184Ladeeinheitenbildung 186Lager 191Lagerarten 193

372 10 Sachwortverzeichnis

Lagerdatei 346Lagerfachverwaltung 346Lagerfunktionen 192Lagerkonzepte 194Lagerplanung 199Lagersystem 327Lagertechniken 190Lagerung 191

– dezentrale 194– zentrale 194

Lagerzone 191Layoutanpassungsprozess 167, 182Layoutarten 158Layoutgestaltung 168Layoutplanung 178

– Werkzeuge 175Layout-Planungstechniken 177Layoutstrukturen 180Layoutvarianten 171Lebensdauerkurven 71Leistungsentflechtung 324Leistungsprogramm 44Leistungsrahmen 66Linearitätsgrad 127Linienstruktur 146, 160Logistikelemente 167, 182, 333Logistikflächen 236Logistikfunktionen 113Logistikkosten 113Logistikmerkmale 73Logistikmodule 236Logistikprinzip 74, 183, 223, 313Logistikprozesse 116Lösungsoptimierung

– iterative 243Lüftung/Klimatisierung 109

MMachbarkeitsstudie 310Machinengrundfläche 106Marktattraktivitäts-Portfolios 70Maschinenarbeitsplatzfläche 105

Maschinenaufstellung 209Materialfluss 115f.Materialflussanalyse 61, 119, 145Materialflussbeziehungen 84, 119,

120Materialflussebene 117

– innerbereichliche 118– zwischenbereichliche 118

Materialflussgestaltung 314– bereichsbezogene 174– werkstattbezogene 174

Materialflussgrundsätze 172, 174, 333Materialflussintensitäten 119Materialflusslogistik 354Materialflussmatrix 147Materialflussoptimierung 116Materialflussprozesse 113Materialflussschema 128Materialflussspine 238Materialflussstrukturen 118Materialflussvernetzung 84, 119, 147,

183, 321Medien 108Mengenverhalten 246, 330Methodenbereiche 25, 29Modellbildungsprozess 254Modelle

– deterministische 254– stochastische 254

Modellprojektierung 177Modularisierung 226Modularkonzept 34Modulbildung 75Modulstrategie 235Modulstruktur 237Montage

– Fertigungsformen 156Montagearbeitsplatz 152Montageaufgabe 155Montageobjekt 152Montageprozesse 151Montagestrukturplanung 156

10 Sachwortverzeichnis 373

NNestfertigung 136Netto-Personalbedarf 99Netzstruktur 147, 161Nutzwertanalyse 201, 289

OObjektabstände 212Objektbereiche 25, 29Operationsfolgediagramm 84, 90, 324Opportunity-Studie 51Ordnungsschema 58Organisationslösung 215

– systemexterne 345– systeminterne 345

PPalettenfluss 339, 354Palettenlagerung 339Palettenregallager 197Palettenübergabe 344Paternosterregal 198Personalbedarf 94, 330Personalbemessung 97Planung

– ganzheitliche 25– Wirtschaftlichkeit 26

Planungsaktivitäten 40, 43Planungsebene 169Planungsergebnisse 22Planungsfelder 11f.Planungsgrundfall 18, 169Planungsgrundlagen 42Planungsgrundsätze 25Planungshorizont 260Planungsinhalte 50Planungskomplexe 40Planungsphasen 37, 40, 44, 50, 54,

305Planungsprozess 14, 39Planungssystem 180, 326Planungssystematik 31, 37

Planungsteam 20– partizipatives 31

Planungstechniken 177Planungstisch 178f.Planungswerkzeug 32, 239

– partizipatives 178Planungszeiten 31Plattformbildung 75Plausibilitätskontrollen 61Potenzialanalyse 57, 311Potenzialunterschiede 77PQ-Analyse 62f.Pre-Feasibility-Studie 51, 79, 320Probelayout 103Probierverfahren 175Produktdurchsatz 298Produktentwicklungsprozess 73Produktionseinheit 150Produktionsfaktoren 133Produktionsfläche 106Produktionsflexibilität 310Produktionslogistik 305Produktionsnetze 76Produktionspotenzial 54, 57Produktionsprogramm 13, 64, 82, 88,

311– definitives 66– eingeengtes 67– indifferentes 67

Produktionsprogrammanalyse 68Produktionsprogrammarten 66Produktionsprogrammentwicklung 13,

70Produktionsprogrammentwurf 70Produktionsprogrammfestlegung 71Produktionsprozess 12Produktionsstruktur 313Produktionssystem 34Produktionsvernetzung 76Produktionszonen 276Produktmerkmale 17Produktsegmentierung 229, 321

374 10 Sachwortverzeichnis

Produktselbstkosten 79, 320Produktstrom 253Produktstruktur 75Profilvergleichsmethode 95Programmplanung

– kurzfristige 66– langfristige 66– mittelfristige 66

Projekt 20– Ausführungsprojekt 51

Projektablaufplanung 218Projektdokumentation 216Projektleitung 217Projektlösung 341Projektmanagement 21, 217Projektorganisation 21, 217Projektrealisierung 350Projektteil

– organisatorischer 340– technologischer 340

Projekttreue 27Projektumsetzung 42Prozessablaufanalysen 62Prozessketten 75Prozessmerkmale 16Prozesssegmentierung 229, 323Prüfkomplexe 255Pull-Prinzip 77Punktbewertung 204, 267Punktfertigung 134Punktstruktur 146, 160Punktwertmethode 289Push-Prinzip 77

RRaumgestaltung 287Reallayout 168f., 333Reallayoutvarianten 201Realplanung 43, 46, 50, 167, 333Regalbediengerät 187, 339Regalförderzeuge 187Regallagerung 195

Regalsysteme 329Reihenfertigung 136Reihenmontage 154

SSankey-Diagramm 127Schätzverfahren 95Segmentautonomie 231Sensitivitätsanalysen 303Simulation

– ereignisorientierte 250Simulationsexperiment 256, 291Simulationsmodell 243, 254, 292Simulationssysteme

– bausteinorientierte 248Simulationstechnik 239, 246, 325Simulationsuntersuchungen 250Simulationswürdigkeit 252Situationsplan 277Sondergestelle 197Sortierung

– topologische 126 Späneentsorgung 213Stammdaten 248Standortentscheidung 268Standortfaktoren

– globale, regionale und lokale 266Standortinformationen 265Standortkriterien 264Standortpläne 261Standortplanung 11, 260Standortstruktur 16Standortvarianten 267Staubildung 298Stellenplanmethode 98Stetigförderer 187, 198Steuerrechner 346Störungsverhalten 253Strukturbestimmung 115Strukturebenen 15, 34Strukturen

– modulare 235

10 Sachwortverzeichnis 375

Strukturierung 45, 111, 331Strukturierungsprinzip 224, 229, 232,

234, 236Strukturplanung 112, 133, 160, 331Strukturtyp 112, 132, 146, 160Stücklistenauflösung 83Stufenweises Vorgehen (Iteration) 26Synthese 43f.Systemanalyse 253, 291Systemauslastung 298Systemweiterentwicklung 350Systemzustände 257

– instationäre 257– stationäre 257

Szenarientechniken 56

TTaktstraßenmontage 154Technologiefunktion 192Teilefertigungsprozesse 133Teilplanungsphasen 43Terminverhalten 246Top-down-Ansatz 24Top-down-Methode 255Transportintensitäten 183Transportkostenminimierung 267Transportmatrix 123

UÜbergabe 220Übergabewagen 339Übergangsstruktur 136Umlaufregal 197Umzugsplanung 218Unstetigförderer 187Unternehmensnetzstruktur 16Unternehmensplanung 11

VValidierung 256Variantenauswahl 167, 200Variantenprinzip 27

Verfahren – kombinierte 165

Verhaltenskenngrößen 246Verhältniskennzahlen 97Verifizierung 255Vernetzungscharakter 81Verrichtungsprinzip 134Verschieberegal 197Versorgungstechniken 213Versuchsplanung 256Vertauschungsverfahren 164Verteilungsfunktionen 254Visualisierung 26Vorfertigung 306Vorplanung 50, 57, 74, 222, 241, 291,

310Vorzugsvariante 167, 204f., 288

WWanderregal 198Wandlungsbedarf 15Wandlungsfähigkeit 12, 14, 27, 34, 56Wandlungstreiber 33Warteprozess 244Warteschlangenbildung 244, 314Wasser/Abwasser 110Werkplanung 11Werkstättenfertigung 136Werkstattfertigung 134Werkstattfläche 103, 105Werkstattgrundriss 169Werkstattlayout 158Werkstrukturplanung 11Wertanalysen 62Wertschöpfungsanalyse 25Wertschöpfungskette 73Wertschöpfungsknoten 16Wertschöpfungsnetz 16Wertschöpfungsprozess 16Wertstromanalyse 62, 130Wirtschaftlichkeit 12

376 10 Sachwortverzeichnis

XXYZ-Analyse 62

ZZeitbauwerke 286Zeitreihenanalyse 62Zeitverhalten 246, 331

Zielfelder 12Zielformulierung 252Zielplanung 39, 50, 54, 308Zuordnungsproblem 161, 271Zustandsdaten 61Zwischenlager 192

10 Sachwortverzeichnis 377