Die Produktionsleiter deutscher Industrieunternehmen sehen sich durchgaengig mit neuen Forderungen konfrontiert. Kleinere Produktionsmengen, mehr Kundenorientierung und trotzdem reduzierte Produktionskosten lassen sich durch kosmetische Eingriffe nicht mehr realisieren. Wie fuer die Aerodynamik im Automobilbau, so muessen auch hier ganz neue Strukturen gefunden werden.

Japanische Werke weisen hier Erfolge auf, die unter dem Schlagwort Lean Production fuer Aufmerksamkeit gesorgt haben. Ihre Methoden koennen aber nicht einfach kopiert, sondern muessen gezielt den spezifischen Produktionsgegebenheiten angepasst werden. Auch die Automobilbauer konnten die aerodynamisch ideale Eiform nicht einfach uebernehmen, sondern mussten fuer jeden Typ im Windkanal das optimale Karosseriedesign finden.

Die Fabrik im Computermodell

Schlanke Produktion heisst nicht einfach weniger Auftraege mit weniger Mitarbeitern oder Umbau aller Montagelinien in die U-Form. Das Konzept kann vielmehr unter anderem neue Materialflusskonzepte, Lagerhaltungsstrategien, Maschinen- und Personalzuordnungen sowie Steuerungsmethoden bedeuten.

Um jeweils die guenstigste Loesung zu finden, laesst sich die Computersimulation einsetzen. Der Automobilkonstrukteur baut zuerst ein vereinfachtes Modell eines neuen Typs, beispielsweise massstabsgerecht verkleinert, aber ohne Details wie Scheibenwischer, Aussenspiegel und Auspuff. Experimente im Windkanal zeigen dann die aerodynamische Qualitaet dieses Modells.

Analog dazu realisiert der Produktionsingenieur zuerst ein Computermodell seiner Fabrik. Diese setzt er aus Bausteinen wie Maschinen, Arbeitsplaetzen, Personal, Fliessbaendern, Transportfahrzeugen, Pufferzonen oder Materiallaegern per Maus am Bildschirm zusammen. Dieses Fabrikmodell wird im Simulationsexperiment mit Fertigungsauftraegen belastet. Verschiedene Kennzahlen wie Termineinhaltung, Durchlaufzeiten oder Maschinenauslastungen lassen Rueckschluesse auf die Qualitaet des Konzepts zu.

Im Windkanal wird neben den gemessenen Werten die Aerodynamik auch noch durch Rauchfahnen anschaulich gemacht. Analog dazu bieten moderne Simulationswerkzeuge eine Animation des Produktionsablaufs. Wie in einem Zeichentrickfilm kann der Ingenieur am Bildschirm sofort die Effekte seiner Eingriffe erkennen.

Im einzelnen laeuft die Simulationsunterstuetzung bei der Umstellung auf schlankere Fertigungsstrukturen folgendermassen ab:

Als erstes sind die verfuegbaren beziehungsweise geplanten Hauptressourcen und die Produktionslast zu spezifizieren. Ressourcen sind Maschinen, Lager- und Montageflaechen sowie Personal.

Die Produktionslast wird durch die erwarteten Lieferauftraege fuer Produktvarianten, Mengen und grobe Liefertermine festgelegt.

Im zweiten Schritt wird auf der Basis der angestrebten schlanken Fertigungsstruktur ein Fabriklayout entworfen und mit der Layoutfunktion des Simulators realisiert. Existiert schon ein CAD- Layout, so laesst sich dieses in den Simulator uebernehmen. Dabei steht die grobe Struktur und nicht detaillierte Abmessungen im Vordergrund. Zuerst ordnet man nur Maschinen, Arbeitsplaetze und Personen an. Dabei sind besonders die angestrebten Gruppenstrukturen zu beruecksichtigen.

Lager- und Pufferbereiche werden eingefuegt und zunaechst als reichlich verfuegbar angenommen, der genaue Bedarf ergibt sich spaeter aus den Simulationsexperimenten. Ergaenzend kommt stationaere Foerdertechnik wie Baender, Rollenbahnen, Haengebahnen etc. mit hinreichend hoher Kapazitaet hinzu oder wird im ersten Schritt ganz weggelassen.

Fuer alle relevanten Produktvarianten spezifiziert man drittens den schlanken Fertigungsablauf in Form von Prozessplaenen, die prinzipiell den klassischen Arbeitsplaenen entsprechen. Prozessplaene enthalten alle Fertigungsschritte inklusive Materialentnahmen, Transport und Lagerzugang. Arbeitsplaene, die in Form von PPS- Systemen vorliegen, lassen sich auch ueber Daten-Schnittstellen uebernehmen. Hier wird zusaetzlich eine geplante Kanban- Ablaufsteuerung einbezogen.

Das erste Simulationsexperiment zeigt dann, ob das gewuenschte Produktionsvolumen ueberhaupt mit den Ressourcen Maschinen und Personal realisierbar ist. Weitere Experimente dienen dazu, Layoutvarianten zu vergleichen und alternative Auftragsgroessen und Produktmixe zu ueberpruefen. Als Ergebnisse kristallisieren sich meist ein bis zwei Layoutalternativen heraus, die die Basis weiterer Ueberlegungen bilden. Nach den groben Ueberpruefungen folgen detailorientierte Simulationsexperimente einzelner Aspekte des schlanken Konzepts.

Zur Entwicklung des Materialflusskonzepts lassen sich in einem vierten Schritt die Pufferzonen auf die angestrebte Groesse reduzieren oder ganz entfernen. Dann gilt es, die mobile Foerdertechnik auf die angestrebte Kapazitaet zu bringen. Stationaere Loesungen wie fahrerlose Transportsysteme, Rollen- und Haengebahnen, Fliessbaender etc. werden exakt modelliert. Simulationsexperimente weisen die grundsaetzliche Funktionsfaehigkeit des schlanken Materialflusskonzepts nach. Weitere Analysen zeigen die Effekte von Stoerungen an Maschinen oder Foerdertechnik, Fehlern in der Produktion, Variationen im Auftragsmix und Schichtwechseln auf (vgl. Abbildung 1).

Der Einbau der benoetigten Roh- und Halbfabrikatlaeger ermoeglicht eine Analyse der Lagerhaltungsstrategien. Wegen der grossen Anzahl der Rohmaterialien ist eine Konzentration auf die strategisch, das heisst mengen-, kosten- oder terminorientiert wesentlichen Artikel notwendig. Besonders die just in time angelieferten Halbfabrikate und Baugruppen sind hier wichtig. Geplante Dispositionsverfahren werden im Simulationsmodell abgebildet. Experimente zeigen dann die Machbarkeit der schlanken Lagerhaltung auf der Zulieferungsseite auf (vgl. Abbildung 2).

Durch die Integration der Fertigwarenlaeger, bei mehrstufiger Fertigung der Zwischenlaeger und der Dispositionsverfahren fuer die Vorfertigung, laesst sich die Leistungsfaehigkeit der Lagerhaltungsstrategien auf allen Fertigungsstufen nachweisen. Weitere Untersuchungen demonstrieren die Flexibilitaet bei Fehllieferungen, Spaetlieferungen, Vorfertigungsproblemen oder Schwankungen im Auftragsmix.

Die endgueltige Maschinen- und Arbeitsplatz-Anordnung ist nur in Verbindung mit dem detaillierten Materialflusskonzept und Aspekten der Personalzuordnung zu entwickeln. Auch Werkzeug- und Vorrichtungsfluesse oder Wartungsaktivitaeten sind gegebenenfalls ins Simulationsmodell aufzunehmen (vgl. Abbildung 3).

Eine schlanke Produktion erfordert es, die Personalzuordnung grundsaetzlich neu zu gestalten. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die Zusammenstellung effektiver Teams zu richten. Durch die verstaerkte Delegation gerade auch von Steuerungs- und Kontrollaufgaben an die Gruppen findet eine konkrete Zuordnung einzelner Personen zu einzelnen Arbeitsgaengen nur noch dort statt, wo Spezialfaehigkeiten oder -fertigkeiten dies zwingend erfordern. In allen anderen Faellen deckt die Gruppe als Ganzes den Personalbedarf der Arbeitsgaenge. Die Simulation zeigt deutlich auf, ob zu jeder Zeit, auch bei auftretenden Fehlern, genuegend einzelne Arbeitskraefte fuer alle anfallenden Aufgaben zur Verfuegung stehen (vgl. Abbildung 4).

Einen wesentlichen Faktor stellen zuletzt die neuen Steuerungsmethoden dar. Speziell durch die Realisierung der Kanban-Steuerung, das heisst der Umsetzung des Holprinzips, entstehen einschneidende Effekte in bezug auf Durchlaufzeiten, Ressourcen- und Pufferauslastungen. Es laesst sich nachweisen, dass der neue, schlanke Betrieb:

- den erwarteten Produkt- und Auftragsmix bewaeltigen wird,

- eine deutlich verminderte Kapitalbindung verursachen wird,

- flexibel und ohne einschneidende Nachteile auf Kundenwuensche, Eilauftraege und Stoerungen reagieren kann sowie

- kleinere Losgroessen kostenguenstig realisieren wird.

Nach Abschluss dieser detaillierten Simulationsexperimente liegt ein schlankes Konzept vor, welches in all seinen Staerken und Schwaechen durchleuchtet ist. Auf dieser Grundlage kann das Management eine Entscheidung fuer die individuell zugeschnittene schlanke Loesung treffen. Aufwand und Konsequenzen sind transparent, und die detaillierten Leistungsdaten der zukuenftigen Produktion werden zuverlaessig vorhergesagt.

*Diplomingenieur Andreas Schroeder ist Geschaeftsfuehrer des Duesseldorfer Softwarehauses Simulationsanwendungen Schroeder GmbH.

Abb. 1: Animation der schlanken Fabrik mit Personal, Arbeitsplaetzen, Laegern und Foerdertechnik. Quelle: Ein AIM-Simulationsmodell der Fa. Simulationsanwendungen Schroeder GmbH, Duesseldorf

Abb. 2: Bestandsuebersicht der Roh-, Halbfabrikat- und Fertigwarenlaeger. Quelle: Ein AIM-Simulationsmodell der Fa. Simulationsanwendungen Schroeder GmbH, Duesseldorf

Abb. 3: Das Simulationssystem zeigt die Maschinenauslastungen. Quelle: Ein AIM-Simulationsmodell der Fa. Simulationsanwendungen Schroeder GmbH, Duesseldorf

Abb. 4: Eine Detailuntersuchung befasst sich mit der Auslastung der Personengruppen. Quelle: Ein AIM-Simulationsmodell der Fa. Simulationsanwendungen Schroeder GmbH, Duesseldorf