Fertigungsinseln in CIM-Strukturen

CIM-Fachmann

Herausgegeben von Dr.-Ing. Ingward Bey Projekttrager Fertigungstechnik Kernforschungszentrum Karlsruhe

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang MaBberg (8andherausgeber)

Fertigungsinseln in CIM-Strukturen

Springer-Verlag Berlin· Heidelberg· New York . London Paris· Tokyo· Hongkong . Barcelona· Budapest

Verlag TOV Rheinland

Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme

Fertigungsinseln in CIM-Strukturen: [Leitfaden zum Er­folgJ /Wolfgang Massberg (Bd.-Hrsg.). - Berlin: Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo; Hongkong ; Barcelona; Budapest: Springer; K61n : VerI. TOV Rheinland, 1993

(CIM-Fachmann) ISBN-13: 978-3-540-53243-9 e-ISBN-13: 978-3-642-95629-4 DOl: 10.1007/978-3-642-95629-4

NE: Massberg, Wolfgang [Hrsg.J

Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem Papier.

ISBN-13: 978-3-540-53243-9

© by Verlag TOV Rheinland GmbH, K61n 1993 Gesamtherstellung: Verlag TOV Rheinland GmbH, K61n

Bandherausgeber

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang MaBberg Institut fOr Automatisierungstechnik, Lehrstuhl fOr Produktionssysteme und ProzeBleit­technik Ruhr-Universitat Bochum

Autor

Dr.-Ing. Michael Mohrle INNO-TEC CIP-Fertigung Bochum

Co-Autoren

Dr.-Ing. Bergmann Institut fOr spanende Fertigung Universitat Dortmund

Dipl.-Ing. Dillinger Institut fOr Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften TU MOnchen

Dr. rer. soc. V. Eichener Lehrstuhl fOr Soziologie Ruhr-Universitat Bochum

Dr.-Ing. M. Habich Institut fOr Automatisierungstechnik, Lehrstuhl fOr Produktionssysteme und ProzeBleit­technik Ruhr-Universitat Bochum

Dipl.-Ing. E. Hammerle Institut fOr Betriebstechnik und angewandte Arbeitswissenschaft TU Bremen

Dr.-Ing. Xu Jing Institut fOr Automatisierungstechnik, Lehrstuhl fOr Produktionssysteme und ProzeBleit­technik Ruhr-Universitat Bochum

Dipl.-Wirtsch.-Ing. P. Karl Institut fOr Wi rtschaftsinformatik Universitat des Saarlandes

Dipl.-Ing H. Kath Institut fOr Automatisierungstechnik, Lehrstuhl fOr Produktionssysteme und ProzeBleit­technik Ruhr-Universitat Bochum

Dr.-Ing. D. Kreimeier Institut fOr Automatisierungstechnik, Lehrstuhl fOr Produktionssysteme und ProzeBleit­technik Ruhr-Universitat Bochum

Dipl.-Ing. H. Oehler Institut fOr Automatisierungstechnik, Lehrstuhl fOr Produktionssysteme und ProzeBleit­technik Ruhr-Universitat Bochum

Dipl.-Ing. H. Schlange Institut fOr Automatisierungstechnik, Lehrstuhl fOr Produktionssysteme und ProzeBleit­technik Ruhr-Universitat Bochum

Dr.-Ing. H. J. Seifert Institut fOr Automatisierungstechnik, Lehrstuhl fOr Produktionssysteme und ProzeBleit­technik Ruhr-Universitat Bochum

Praxisbeitrage

Dipl.-Ing. R. Ammon Motoren und Turbinenunion Friedrichshafen

Dipl.-Ing. L6hr Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar GmbH ABlar

Vorwort

Vorwort des Reihenherausgebers

Mit Computer Integrated Manufacturing, sprich: rechnerintegrierter Fertigung (CIM) verbindet sich die Vorstellung eines durchgangigen, rechnerunterstUtzten Informations­flusses in einem Gesamtbetrieb:

Der Akzent liegt meist auf dem "C" von CIM, also auf den technischen Aspekten. Mit CIM werden jedoch - eingebettet in die Obergeordneten Ziele eines Unternehmens -sehr viel umfassendere Aktivitaten angestoBen. Daher ist die Beschaftigung mit CIM eine facettenreiche, langerfristige, interdisziplinare und strategische Aufgabe, die weit Ober die Technik hinausgeht. Sie betrifft die Wirtschaftlichkeit von Innovationen und die organisatorische Gestaltung von Arbeitsablaufen und Zustandigkeiten ebenso wie die zielgerichtete Personalplanung und Qualifizierung der Mitarbeiter.

In dieser Situation, wo Keiner alles weiB, aber aile etwas (anderes) wissen, ist der Austausch von Informationen und Erfahrungen fOr einen allgemeinen CIM-LernprozeB auBerordentlich wichtig. Deshalb hat der Bundesminister fOr Forschung und Techno­logie im Programm Fertigungstechnik 1988-1992 dem Thema Technologietransfer auf dem Gebiet der rechnerintegrierten Fertigung einen gesonderten Schwerpunkt gewid­met:

An nunmehr 21 Standorten in der Bundesrepublik Deutschland wurden CIM-Techno­logietransferzentren eingerichtet. Sie schlie Ben fOnf solche Zentren auf dem Gebiet der neuen Bundeslander mit ein. Durch ihr Angebot an Schulungsveranstaltungen, Obun­gen an konkreten CIM-U:isungen und orientierenden Beratungsgesprachen helfen sie mit, anerkannte Forschungsergebnisse, Kenntnisse und Erfahrungen beschleunigt und breitenwirksam in die industrielle Anwendung zu OberfOhren. Koordiniert werden diese BemOhungen vom Projekttrager Fertigungstechnik und Qualitatssicherung, Kernfor­schungszentrum Karlsruhe.

In diesem Zusammenhang wurde eine umfangreiche Materialsammlung Ober den Stand der Technik und des Wissens zu CIM zusammengetragen, aus der Schulungs­unterlagen fOr CIM-TT-Seminare je nach Bedarf zusammengestellt werden k6nnen. Mit dem Ziel, vorhandenes Wissen der Praxis zur VerfOgung zu stellen, entsteht auf dieser Grundlage in intensiver Redaktionsarbeit die Buchreihe "CIM-Fachmann". Vertreter von Ober 40 Fachinstituten aus den unterschiedlichsten Disziplinen (Produk­tionstechnik, Werkzeug-maschinen, Steuerungstechnik, Konstruktionslehre, Informa­tions-technik, Arbeitswissenschaft, Wirtschaftswissenschaft, Soziologie, Logistik, Handhabungstechnik) arbeiten hieran mit. Die Vielfalt entspricht den vielen Aspekten, die bei der Planung und EinfOhrung von CIM berOcksichtigt werden mOssen; sie spiegelt sich wider ebenfalls in der thematischen Gliederung des "CIM-Fachmanns" in drei Schwerpunkte mit den jeweilig zugeordneten Themen:

Strategische Grundlagen zu elM Bausteine fOr die Fabrik der Zukunft CIM-Strategie als Teil der Unternehmensstrategie Analyse und Neuordnung der Fabrik CIM-Planung und -EinfOhrung Personalentwicklung und Qualifikation

Fertigungsinseln in CIM-Strukturen

Technische Bausteine fur die Verknupfung Kommunikationstechnik fOr den integrierten Fabrikbetrieb Nahtstellen in der Fabrik Datenbanken fOr CIM Simulation in CIM Expertensysteme in CIM Werkstattinformationssysteme

Ansatzpunkte fur die Realisierung von elM im Unternehmen Von CAD/CAM zu CIM Von PPS zu CIM Integrationspfad Qualitat Fertigungsinseln in CIM-Strukturen Montageplanung in CIM CIM in der Unikatfertigung

Jeder Einzelband ist ein sich geschlossener praktischer Leitfaden, der den aktuellen Stand des Wissens und derTechnik Obersichtlich und einpragsam vermittelt. Die Bande erganzen sich zur CIM-Bibliothek der 90er Jahre fOr all jene, die sich fOr CIM interes­sieren, CIM planen, einfOhren oder im Unternehmen weiterentwickeln.

Bei aller BemOhung um konsistente Aussagen zum Thema und eine einheitliche Darsteliung der Begriffe wird bewu Bt darauf Wert gelegt, daB individuelie Denkansatze und l1Interschiedliche Meinungen zu Wort kommen.

Mein Dank gilt besonders alien Bandherausgebern und Autoren fOr ihren Einsatz und die gute Zusammenarbeit. Ebenso danke ich den Verlagen TOV-Rheinland und Sprin­ger fOr ihr groBes Engagement fOr die Sache und dem Bundesminister fOr Forschung und Technologie, vertreten durch Herrn Min.Rat Bertuleit, ohne dessen UnterstOtzung der Grundstock fOr den "CIM-Fachmann" nicht hatte erarbeitet werden konnen.

Karlsruhe, im November 1992 I. Bey

Vorwort

Vorwort des Bandherausgebers

Um den wirtschaftlichen Erfolg eines Unternehmens zu sichern, wird heute eine groBe Flexibilitat in Verbindung mit einer hohen Lieferbereitschaft und Termintreue gefordert. Wer diesen Anforderungen gewachsen ist, hat einen wichtigen Beitrag fOrdas Bestehen seines Unternehmens erreicht. Abhangig von der Produkt- und Produktionsstruktur fOhren eine Reihe ganz unterschiedlicher technischer, organisatorischer, aber auch personeller MaBnahmen in einem ganzheitlichen Konzept zur Realisierung dieses liels. FOr Unternehmen, deren Produktstruktur besonders stark von kleinen und mittleren LosgroBen gepragt ist und die mit einer hohen Variantenzahl arbeiten, hat sich in zunehmendem MaBe das "Konzept der Fertigungsinsel" als tragfahige MaBnah­me herausgestellt, um wirtschaftlich und flexibel auf KundenwOnsche reagieren zu konnen. Die Verlagerung administrativer Tatigkeiten in den direkten Fertigungsbereich (z.B. autonome Fertigungsinsel oder Montageinsel) hat zu nachhaltigen Strukturver­besserungen gefOhrt.

liel ist es, die durch die Dezentralisierung der Fertigungssteuerung entstandenen lokalen Optima bezOglich der lielgr6Ben Durchlaufzeit, Bestande, Termintreue und Auslastung in ein Gesamtoptimum zu OberfOhren, wobei die Einschrankungen der Handlungsfreiheit teilautonomer Gruppen so gering wie moglich gehalten werden sollen.

Der vorliegende Band der Buchreihe CIM-Fachmann soli Ihnen die Moglichkeiten und Randbedingungen vermitteln, die einen Einsatz von Fertigungsinseln in CIM-Strukturen sinnvoll machen. Die Beitrage in diesem Band sollen dem Praktiker eine Hilfestellung sein. Sie wurden von Entwicklern, Planern und Anwendern mit den unterschiedlichsten Erfahrungen und Schwerpunkten bearbeitet, die aile an dem Thema "Einbindung und Betrieb von Fertigungsinseln in CIM-Strukturen" arbeiten. Da die Fertigungsinsel einem breiten Einsatzbereich mit unterschiedlichsten Randbe­dingungen von Losgr6Ben und Variantenzahl zugeordnet werden kann, variieren die Losungen von Fertigungsinseln entsprechend.

Dem Leser dieses Buches soli einerseits die Grundidee der Fertigungsinsel nahege­bracht werden, anderseits aber auch eine praktische Anleitung zur Beurteilung der Einsatzmoglichkeitvon Fertigungsinseln im eigenen Unternehmen geben. DarOberhin­aus gibt das Buch Auskunft Ober die Integrationsmoglichkeiten von Fertigungsinseln in CIM-Strukturen.

lwei komplette Beitrage von erfolgreichen Anwendern mit ihren eigenen Erfahrungen runden das Buch ab und machen es zu einem Hilfsmittel fOr Entscheider und Planer.

Bochum, im November 1992 Wolfgang MaBberg

Fertigungsinseln in CIM-Strukturen

Inhaltsverzeichnis

1. Fertigungsinsel 1

1.1 Problemstellung und Zielsetzung

1.2 Losungsansatz Fertigungsinseln 5

1.3 Einsatzbereiche von Fertigungsinseln 7

1.4 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . 16

2. Planung und Konzeption von Fertigungsinseln . 17

2.1 Planung einer Fertigungsinsel . . . . . . 17

2.2 Clusteranalyse zur Teilefamilienbildung . 19

2.3 Layoutplanung. . . . . . 22

2.4 Beschreibungsverfahren . 23

2.5 Simulation. . . . . . . . 26

2.6 Planung der Automatisierung . 27

2.7 Lite ratu r ........... .33

3. Hilfsmittel fOr den Betrieb und die Koordination von Fertigungsinseln . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.1 Dispositionshilfsmittel in Fertigungsleitstanden . 37

3.1.1 Grundsatzliche Anforderungen an einen Fertigungsinselleitstand . 37

3.1.2 InformationsfluB...................... .39

3.1.2.1 Datenaustausch mit der Obergeordneten Planungsebene. .39

3.1.2.2 Datenaustausch mit dem Fertigungsbereich .41

3.1.2.3 Datenbereitstellung durch den Disponenten .41

3.1.3 Funktionen des Fertigungsleitstands .41

3.1.3.1 Termin- und Kapazitatsplanung . .41

3.1.3.2 Dezentrale Auftragsveranlassung .43

Inhaltsverzeichnis

3.1 .3.3 Entscheidungshilfen fOr die Auftragsreihenfolge- und Maschinen-belegungsplanung . . . . . . . . . . . . . . 44

3.1.3.4 Auftrags- und ArbeitssystemOberwachung . 46

3.1.4 Leitstandlosungen auf dem Anbietermarkt . 47

3.2 Synchronisation dezentraler Dispositionsentscheidungen . 49

3.2.1 Hierarchisches PPS-Konzept mit zentraler Koordination dezentraler Dispositionsentscheidungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 51

3.2.2 Dezentrale Synchronisation autonomer Dispositionsentscheidungen . 59

3.3 Arbeitsplangenerierung . 63

3.3.1 Kodierungsaufwand. . 65

3.3.2 Anpassungsprobleme . 66

3.4 Werkzeugmanagement in Fertigungsinseln . 68

3.4.1 Betriebsmittelorganisation: zentral- dezentral .69

3.4.2 Abgestuftes Konzept fOr das Werkzeugmanagement . 71

3.4.3 Funktionen des dezentralen Werkzeugmanagements . 72

3.5 Qualitatssicherung in der Fertigungsinsel . 75

3.5.1 Dezentralisierung der Qualitatssicherung . 75

3.5.2 Aufgaben zur Qualitatssicherung in der Fertigungsinsel . 76

3.6 BDE-DNC-Einsatz: Definition, Anforderungen und Einsatzgebiete . 80

3.6.1 Betriebsdatenerfassung........ . 80

3.6.2 Vollautomatischer Datenverkehr: DNC . 85

3.7 Lite ratu r ................ .86

4. Arbeitsgestaltung, Personalentwicklung und Qualifikation . 89

4.1 Fertigungsinseln - eine neue Form der Arbeitsorganisation . 89

4.2 Arbeitsgestaltung in Fertigungsinseln . . . . . . . . . . . . 94

Fertigungsinseln in CIM-Strukturen

4.2.1 Chancen und Risiken von Fertigungsinseln fOr Mitarbeiter und Betrieb 94

4.2.2 Gestaltung von Fertigungsinseln .99

4.2.3 Bewaltigung gruppendynamischer Prozesse 102

4.2.4 Interne FOhrungsorganisation . . . . . . . . 104

4.2.5 Entlohnungssystem innerhalb der Fertigungsinsel 106

4.2.6 Mitarbeitermotivation und Unternehmenskultur . . 109

4.2.7 Das Management von Personalaustallen innerhalb der Fertigungsinsel ..................... 111

4.3 Qualifikationsanforderungen und QualifizierungsmaBnahmen 111

4.3.1 Dimensionen der Qualifikationsanforderungen 113

4.3.2 QualifizierungsmaBnahmen.......... 120

4.3.3 Beispiele fOr Qualifizierungsprogramme zur EinfOhrung von Fertigungsinseln 126

4.4 Lite ratu r .... 127

5. EinfOhrung von Fertigungsinseln . 131

5.1 Technische EinfOhrung von Fertigungsinseln . 131

5.2 EinfOhrungsmaBnahmen im Bereich Arbeitsgestaltung, Personal-entwicklung und Mitbestimmung ......... 133

5.2.1 Personalauswahl und QualifizierungsmaBnahmen 133

5.2.2 Grundsatze der Arbeitsgestaltung in Fertigungsinseln 137

5.2.3 Mitarbeiterbeteiligung und Mitbestimmung bei der Planung, Gestaltung und EinfOhrung von Fertigungsinseln . . . . . . . 138

5.2.4 Probleme und Risiken beim Einsatz und Betrieb von Fertigungsinseln 142

5.3 Literatur. . . . 151

6. Schrittweise Integration von Fertigungsinseln 153

6.1 Einbindung von Fertigungsinseln mit Papierbetrieb 153

Inhaltsverzeichnis

6.2 RechnerunterstUtzter Betrieb einer Fertigungsinsel

6.3 Volistandige Integration von Fertigungsinseln

6.4 Zusammenfassung

7. Wirtschaftlichkeitsabschatzung von Fertigungsinseln

7.1 Zielsetzungen bei der EinfOhrung von Fertigungsinseln

7.2 Probleme der Wirtschaftlichkeitsabschatzung

7.3 Methodisches Vorgehen zur Wirtschaftlichkeitsbetrachtung

7.4 Ermittlung und Bewertung der monetar quantifizierbaren Kriterien

7.4.1 Einmalige Kosten

7.4.2 Kostensenkungspotentiale

7.4.2.1 Produktbezogene Kostensenkungspotentiale (Produktwirtschaftlichkeit) . . . . . . . . . .

7.4.2.2 Stellenbezogene Kostensenkungspotentiale

7.4.2.3 Ablaufbezogene Kostensenkungspotentiale

7.5 Ermittlung und Bewertung der nicht monetar quantifizierbaren

155

157

160

. 161

161

162

162

166

166

167

167

168

175

Kriterien ........ 179

7.5.1 Produktivitatssteigerung 180

7.5.2 H6here Dispositionssicherheit 180

7.5.3 Flexibilitatssteigerung. 180

7.5.4 KOrzere Durchlaufzeiten 181

7.5.5 H6here Arbeitszufriedenheit 181

7.5.6 H6here Lieferqualitat 182

7.6 ZusammenfOhren der Ergebnisse 182

7.7 Beispiele fOr die Bewertung der realisierten Alternative 183

7.7.1 Felten & Guilleaume . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

7.7.2

7.8

8.

8.1

8.1.1

8.1.2

8.1.3

8.1.4

8.2

8.2.1

8.2.2

8.2.3

9.

9.1

9.2

9.3

9.4

10.

Fertigungsinseln in CIM-Strukturen

Holstein & Kappert

Literatur .....

Praxisbeispiele fOr eine neue Fertigungs-Organisation

Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar GmbH

Bisherige Fertigungsorganisation . . . . . . .

Die neue Organisationsstruktur der Fertigung

Fertigungsinseln

Beispiel einer Insel

MTU Friedrichshafen

Strukturierungsvorgehen

Optimierung der Gesamtfertigung

Realisierungsphase ...... .

Die Fertigungsinsel als Keimzelle der Integration in elM

Die Integration in CIM

Integrationsmodelle

Fertigungsinseln - ein Widerspruch zur CIM Philosophie ?

Lite ratu r .... ....

Stichwortverzeichnis .

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