Fabrikplanung

Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Werkzeugmaschinenlabor
der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen
Lehrstuhl für Produktionssystematik
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. G. Schuh
Fabrikplanung
Musterlösung 4
Production Systems I
– Prozess und Ressourcenplanung –
Vorlesungsverantwortlicher:
Dipl.-Ing. Tobias Welter
Steinbachstr. 53B
Raum 518
Tel.: 0241-80-20395
[email protected]
Production Systems I
M 4 S. 0
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Inhaltsverzeichnis:
Inhaltsverzeichnis
Seite 1
Musterlösung
Production Systems I
Prozessplanung in der Montage
Seite 2
Selbstrechenübung 1: Kundentakt
Seite 3
Selbstrechenübung 2: Vorranggraph des Windkraftgetriebes
Seite 6
Selbstrechenübung 3: Leistungsabstimmung
Seite 11
Selbstrechenübung 4: Kennzahlen der Montageplanung
Seite 19
Ressourcenplanung in der Fertigung
Seite 23
Selbstrechenübung 5: Berechnung der Anzahl der
Maschinen
Seite 24
Selbstrechenübung 6: Berechnung der Anzahl der
Mitarbeiterzahl
Seite 27
M 4 S. 1
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Production Systems I – Prozess und Ressourcenplanung (Lösung)
1
Prozessplanung in der Montage
2
Ressourcenplanung in der Fertigung
© WZL/Fraunhofer IPT
Production Systems I
Seite 2
M 4 S. 2
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Aufgabe 1: Kundentakt
Aufgabenstellung
Grundlage für die Auslegung der Montagelinie ist das Absatzprogramm für das Produktspektrum.
Zusammen mit dem geplanten Kapazitätsangebot lässt sich daraus der Kundentakt als Basis für die
weitere Planung ableiten.
Der Kundentakt wird folgendermaßen bestimmt:
Taktzeit t T =
Arbeitszeit Jahr
Stückzahl Jahr
Bestimmen Sie den Kundentakt für die zu planende Montagelinie.
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 3
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 3
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Aufgabe 1: Daten zur Ermittlung des Kundentaktes
Geplante Stückzahlen aus der Absatzplanung für die folgenden Jahre
– Stückzahl pro Jahr:
600
Geplantes Kapazitätsangebot im Bereich Montage:
– Anzahl Schichten/ Tag
2
– Dauer einer Schicht
7,5 h
– Arbeitstage im Jahr
250
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 4
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 4
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Lösung Aufgabe 1: Kundentakt
Kundentakt
tT =
Arbeitszei t Jahr
2 Schichten ∗ 7,5 h ∗ 250 Tage
=
= 6,25 h
Stückzahl Jahr
600 Getriebe
Kundentakt tT=6,25 h
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 5
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 5
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Aufgabe 2: Vorrangfolgegraph
Aufgabenstellung
Aus dem Kundentakt können Sie ablesen, in welcher Genauigkeit die Daten für die Auslegung der
Montagelinie aufgenommen werden müssen. Um genügend Freiheitsgrade für die Zuordnung zu
Stationen offen zu halten, versuchen Sie, die Teilverrichtungen in mindesten halb so große Zeitblöcke
wie die Taktzeit zusammenzufassen.
Sie stellen jedoch bei der Zeitaufnahme fest, dass die Unterteilung in kleinere Teilverrichtungen oft
nicht sinnvoll möglich ist. Die Produktstruktur lässt eine feinere Unterteilung nicht zu. Das Ergebnis
der Zeitaufnahme sehen Sie in Tabelle 2.1. Neben den Montagezeiten haben sie auch die Anzahl der
Mitarbeiter und die Vorgänger der jeweiligen Teilverrichtung aufgenommen.
Für die folgende Leistungsabstimmung der Stationen benötigen Sie eine graphische Darstellung der
Vorgänger-Nachfolger-Beziehungen, die auch Vorrangfolgegraph genannt wird.
a) Erstellen Sie aus den Daten, die Sie aufgenommen haben den Vorrangfolgegraphen.
b) Bei der Analyse der Montagestruktur kann sich herausstellen, dass sich die Teilverrichtungen
nicht in ausreichend kurze Zeitabschnitte zerteilen lassen. Welchen Gestaltungsspielraum haben
Sie beim Kundentakt um dies auszugleichen?
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 6
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 6
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Aufgabe 2: Tabelle 2.1
Teilverrichtung
direkte Vorgänger
Montagezeit in Stunden [h]
Anzahl Mitarbeiter
1
-
1,5
1
2
-
1
1
3
-
6
1
4
1
3
2
5
-
2,5
2
6
3
3,5
2
7
5
6
5
2
8
4
7
3,4
2
9
8
2,8
2
10
9
6,1
1
11
9
5,5
3
12
10
3,4
1
© WZL/Fraunhofer IPT
2
11
Seite 7
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 7
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Ausgleichsmechanismen mit Einfluss auf den Kundentakt
Mechanismus 1: Mengenteilung oder
Parallelisierung von Stationen bzw. Linien
Eine Linie
Mechanismus 2: Paketbildung,
Montageinhalte von zwei Produkten werden
in einen Takt zusammengefasst
Montageinhalt
Produkt 4
Produkt 3
Produkt 2
Parallele Linien
Produkt 1
Linie 1
Linie 2
Station 1
Durch die Aufteilung des Produktspektrums in zwei
parallele Linien verdoppelt sich die Taktzeit und die
Anzahl der Stationen pro Linie kann reduziert werden.
© WZL/Fraunhofer IPT
Station 2
Station 3
Die Produkte werden so zusammengefasst, dass sie
jeweils als Pakete gleichzeitig in einer Station montiert
werden können. Dadurch kann die Taktzeit verlängert
werden. Nur bei starken Schwankungen der
Stationszeiten möglich.
Seite 8
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 8
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Lösung Aufgabe 2a: Vorrangfolgegraph des Windkraftgetriebes
1
1,5 h (1MA)
4
3 h (2MA)
2
1 h (1MA)
10
6,1 h (1 MA)
5
2,5 h (2MA)
8
3,4 h (2MA)
7
5 h (2MA)
3
6 h (1MA)
9
2,8 h (2MA)
12
3,4 h (1MA)
11
5,5 h (3MA)
6
3,5 h (2MA)
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 9
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 9
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Lösung Aufgabe 2b: Vorrangfolgegraph des Windkraftgetriebes
Der Kundentakt kann verlängert werden durch:
– Eine Mengenteilung (Parallelisierung von Stationen oder Linien)
– Eine Paketbildung
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Seite 10
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 10
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Aufgabe 3: Leistungsabstimmung
Aufgabenstellung
Mit dem Vorrangfolgegraphen und dem Kundentakt können sie nun die Leistungsabstimmung
beginnen. Dabei sollen die Teilverrichtungen so zusammengefasst werden, dass sich möglichst
ausgelastete Stationen ergeben.
a) Fassen Sie die Teilverrichtung sinnvoll zu Stationen zusammen, so dass eine Montagelinie
entsteht.
b) Bei einem variantenreichen Produktspektrum werden die Taktausgleichszeiten im allgemeinen
sehr hoch. Wie kann dem bei der Leistungsabstimmung entgegengewirkt werden und wie
können die dadurch entstehenden Verlustzeiten verringert werden?
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 11
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 11
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Aufgabe 3: Leistungsabstimmung
1,5 h
Taktzeit: 6,25 h
1
1h
2
3h
2,5 h
5
6h
3
6,1 h
4
10
5h
7
3,4 h
2,8 h
3,4 h
8
9
12
3,5 h
5,5 h
6
11
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 12
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 12
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Musterlösung 4
Stationsauslegung bei stark schwankenden Stationszeiten
Alternative 1: Starre Fließ-/ Taktlinie ohne
Ausgleichsmechanismen
Alternative 2: Auslegung nach der mittleren
Belastung der Stationen
Stationen
Takt 4
1
2
Stationen
3
4
5
Stationszeit
Takt 4
1
2
3
4
5
Stationszeit
Montagezeitangebot
der Station (Takt)
Produktvarianten
Die Stationen werden jeweils auf das Produkt mit der
höchsten Stationszeit ausgelegt, so dass keine
Überlastungen auftreten, da diese nicht wieder
ausgeglichen werden können.
© WZL/Fraunhofer IPT
Montagezeitangebot
der Station (Takt)
Produktvarianten
Ausgleich der Taktüberschreitungen durch
Ausgleichsmechanismen oder eine erhöhte Taktzeit, die
die Produktivitätsverluste ausgleicht.
Seite 13
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 13
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Ausgleichsmechanismen für Belastungsspitzen bei der Auslegung
einer Fließlinie I
Mechanismus 1: Reihenfolgeplanung
Mechanismus 2: Ausgleich von
Belastungsspitzen durch Springer
Belastungsprofil einer Montagestation
Mittelwert der Bearbeitungszeiten
Zeit
Überlast
Leerzeit
Durch eine Reihenfolgeplanung können ungünstige
Produktfolgen vermieden werden. In den Stationen
können so Überlasten durch geringere Arbeitsinhalte im
Folgetakt ausgeglichen werden. Die Reihenfolgeplanung
zeigt jedoch erst in Verbindung mit weiteren
Mechanismen seine Wirkung. Bei geschlossenen
Stationen und keinen Taktzeitüberschreitungen macht
eine Reihenfolgeplanung keinen Sinn.
© WZL/Fraunhofer IPT
Taktzeit Station i-1
Taktzeit Station i
Belastungsspitzen werden durch Springer, die kurzfristig
das Kapazitätsangebot in der Station erhöhen
ausgeglichen. Voraussetzung ist, dass die
Überlastungen weit genug im Voraus absehbar sind und
nicht zu häufig auftreten.
Seite 14
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 14
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Ausgleichsmechanismen für Belastungsspitzen bei der Auslegung
einer Fließlinie II
Mechanismus 3: selbstorganisierte
Montagegruppe
Mechanismus 4: Stationsübergreifende
Montage
Stationen
Produkte
Stationen
Produkte
Takt 4
6
5
Takt 5
7
6
4
5
Takt 4
6
5
7
6
7
3
2
Takt 5
4
3
Takt 6
Takt 7
Die Montagemitarbeiter organisieren die Arbeitsinhalte
im Montagebereich selbst und helfen sich gegenseitig
bei Engpässen aus.
© WZL/Fraunhofer IPT
4
3
2
5
4
3
6
5
4
7
6
5
Der Montagemitarbeiter montiert über mehrere Stationen
(bzw. Takte) und kann so Stationsüberlastungen eines
Produktes ausgleichen.
Seite 15
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 15
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Musterlösung 4
Ausgleichsmechanismen für Belastungsspitzen bei der Auslegung
einer Fließlinie III
Mechanismus 5: Entkopplung durch Puffer
Puffer
Stationen
Mechanismus 6: Entkopplung durch
Schwimmen
Puffer
Stationszeiten der Typicals
Linie
Stationszeiten
der Produkte
Pufferbereich
Die Entkopplung der Montagelinie durch Puffer führt zu
einer Glättung der Kapazitätsauslastung.
Taktüberlastungen von Stationen können im
Pufferbereich ausgeglichen werden.
© WZL/Fraunhofer IPT
Belastungsspitzen einzelner Produkte können über
Driftbereiche der Stationen aufgefangen werden. Die
starre Taktzeitbindung kann so in gewissem Maße
aufgehoben werden. Vorraussetzung ist, dass
nachfolgende Produkte den Zeitverlust durch eine
geringere Stationszeit kompensieren.
Seite 16
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 16
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Musterlösung 4
Lösung Aufgabe 3a: Leistungsabstimmung
1,5 h
Taktzeit: 6,25 h
1
1h
3h
2
6,1 h
4
10
2,5 h
5h
5
6h
1
2
3,4 h
8
9
12
7
5,5 h
6
11
Station 1
1h
2,8 h
3,5 h
3
1,5 h
3,4 h
St. 2
3h
4
6h
3
© WZL/Fraunhofer IPT
Station 3
2,5 h
3,5 h
5
6
St. 4
5h
7
St.6
St. 7
St. 8
3,4 h
Station 5
2,8 h
6,1 h
5,5 h
3,4 h
8
9
10
11
12
Seite 17
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 17
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Musterlösung 4
Lösung Aufgabe 3b: Leistungsabstimmung
Die Stationen werden nicht nach der maximalen Stationszeit sondern nach der mittleren
Stationszeit ausgelegt.
Dadurch entstehen Taktüberschreitungen, die durch eine Reihenfolgeplanung und durch
Ausgleichsmechanismen ausgeglichen werden können.
Ausgleichsmechanismen sind:
– Selbstorganisierte Montagegruppen
– Stationsübergreifende Montage
– Entkopplung durch Puffer
– Entkopplung durch Schwimmen
– Einsatz von Springern
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 18
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 18
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Musterlösung 4
Aufgabe 4: Kennzahlen der Montageplanung
Aufgabenstellung
Die Leistungsabstimmung wird durchgeführt, um den Taktausgleich so klein wie möglich zu halten.
Eine Montagelinie ist vollkommen abgeglichen, wenn der Linienwirkungsgrad E=100% ist.
a) Benutzen Sie die folgenden Formeln, um den Linienwirkungsgrad E aus Aufgabe 3
auszurechnen:
M
∑S
i
E=
i =1
M⋅ tT
⋅100
M: Anzahl benötigter Arbeitsstationen
tT: die vorgegebene Taktzeit
Si: die sich an der Arbeitsstation i ergebende Vorgabezeit
b) Berechnen Sie analog zu Aufgabenteil a die Auslastung der Mitarbeiter. Die Stationszeiten der
Mitarbeiter können Sie der Tabelle 4.1 entnehmen.
c) Welche weiteren Kennzahlen sind für die Bewertung der Montagelinie sinnvoll?
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 19
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 19
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Musterlösung 4
Aufgabe 4: Tabelle 4.1
Station
Stationszeit Taktausgleichszeit
# Mitarbeiter
Mitarbeiterzeiten in h
MA 1
MA 2
MA 2
1
5,5
0,75
2
5,5
2,2
2
6
0,25
1
6
3
6
0,25
2
6
6
4
5
1,25
2
5
3,6
5
6,2
0,05
2
6,2
3,1
6
6,1
0,15
1
6,1
7
5,5
0,75
3
4,4
8
3,4
2,85
1
3,4
4,4
5,5
Alle Zeitangaben in Stunden [h]
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 20
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 20
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Musterlösung 4
Lösung Aufgabe 4a&b: Kennzahlen der Montageplanung
Station
Stationszeit Taktausgleichszeit
# Mitarbeiter
Mitarbeiterzeiten in h
MA 1
MA 2
MA 2
1
5,5
0,75
2
5,5
2
6
0,25
1
6
3
6
0,25
2
6
6
4
5
1,25
2
5
3,6
5
6,2
0,05
2
6,2
3,1
6
6,1
0,15
1
6,1
7
5,5
0,75
3
4,4
8
3,4
2,85
1
3,4
2,2
4,4
M
∑S
i
E=
i =1
M ⋅ tT
⋅100
5,5
Alle Zeitangaben in Stunden [h]
© WZL/Fraunhofer IPT
Linienwirkungsgrad
87,40%
Mitarbeiterauslastung
77,03%
Seite 21
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 21
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Lösung Aufgabe 4c: Kennzahlen der Montageplanung
Durchlaufzeit (DLZ)
Work in Progress (WIP)
Flächenproduktivität
Beispiel für die Umstellung von der Standplatzmontage zur Fließmontage bei der Fa.
Trumpf:
Quelle: Fa Trumpf
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 22
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 22
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Production Systems I – Prozess und Ressourcenplanung (Lösung)
1
Prozessplanung in der Montage
2
Ressourcenplanung in der Fertigung
© WZL/Fraunhofer IPT
Production Systems I
Seite 23
M 4 S. 23
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Aufgabe 5: Berechnung der Anzahl der Maschinen
Aufgabenstellung
Für den Bereich der Außenverzahnungen muss die Anzahl der jeweiligen Maschinentypen
berechnet werden. Berechnen Sie die Anzahl der Profilschleifmaschinen.
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 24
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 24
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Aufgabe 5: Berechnung der Anzahl der Maschinen
Stückzahl/Jahr
Losgröße
#
#
Rüstzeit/Los
min
Stückzeiten
min
z
zL
tr
te
WELLE
1000
DREHSTABRITZEL
375
DREHSTABRITZEL
575
6
15
15
15
74
74
74
74
557
242
141
278
t
TK = z • ( zr + te)
TK =
L
Legende:
TK
T K*
TV
m
: notwendige Maschinenkapazität
: korrigierte notwendige M.-kapazität
: verfügbare Maschinenkapazität
: erforderliche Maschinenanzahl
[h/a]
[h/a]
[h/a]
TS
kN
ZG
zda
zS
: Arbeitszeit/Schicht
: Nutzungsgrad
: Zeitgrad
: Arbeitstage/Jahr
: Schichten/Tag
7,5 h
0,89
1,05
250
2
© WZL/Fraunhofer IPT
RITZELWELLE
700
TK* = TK •
1
zG • kN
TV = TS • zS • zda
TK* =
m=
TK*
TV
TV =
m=
Maschinenzahl =
Seite 25
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 25
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Lösung Aufgabe 5: Berechnung der Anzahl der Maschinen
Stückzahl/Jahr
Losgröße
#
#
Rüstzeit/Los
min
Stückzeiten
min
z
zL
tr
te
WELLE
1000
DREHSTABRITZEL
375
DREHSTABRITZEL
575
6
15
15
15
74
74
74
74
557
242
141
278
t
TK = z • ( zr + te)
TK = 15.993,31 h
L
Legende:
TK
T K*
TV
m
: notwendige Maschinenkapazität
: korrigierte notwendige M.-kapazität
: verfügbare Maschinenkapazität
: erforderliche Maschinenanzahl
[h/a]
[h/a]
[h/a]
TS
kN
ZG
zda
zS
: Arbeitszeit/Schicht
: Nutzungsgrad
: Zeitgrad
: Arbeitstage/Jahr
: Schichten/Tag
7,5 h
0,89
1,05
250
2
© WZL/Fraunhofer IPT
RITZELWELLE
700
TK* = TK •
1
zG • kN
TV = TS • zS • zda
TK* = 17.114,29 h
m=
TK*
TV
TV = 3750 h
m = 4,56
Maschinenzahl = 5
Seite 26
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 26
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Aufgabe 6: Berechnung der Anzahl der Mitarbeiterzahl
Aufgabenstellung
Aufbauend auf den Ergebnissen der Fertigungsmittelplanung wird das Personal geplant.
Ermitteln Sie den Personalbedarf für den Bereich Profilschleifen in der Außenverzahnung.
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 27
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 27
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Aufgabe 6: Berechnung der Anzahl der Mitarbeiter
TM = ZS × Z da × AZ × TS
=
Personalbedarf
(AZ - AZM + AZA)
=
T =T ×
P
M
AZ
T × (1 + FA )× (1 + FN )
× (1 + FF ) =
P= P
ZG × TE
Arbeiter
Meister
Legende:
250
zda
d/a
7,5
Ts
h
Arbeitszeit/Schicht [h]
2
zs
#
Schichten/Tag
5
5
3
AZ
AZM
AZA
#
#
#
Anzahl Maschinen
Anzahl Maschinen mit Mehrmaschinenbedienung
Anzahl Arbeitskräfte für Maschinen mit Mehrmaschinenbedienung
1875
TE
h/a
Personaleinsatzzeit
Arbeitstage/Jahr
2,00%
FA
%
Ausschussfaktor
7,00%
FN
%
Nacharbeitsfaktor
2,00%
FF
%
Fehlzeitfaktor für Personal
1,05
ZG
-
Zeitgrad
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 28
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 28
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Lösung Aufgabe 6: Berechnung der Anzahl der Mitarbeiter
TM = ZS × Z da × AZ × TS
= 18.750 h/a
(AZ - AZM + AZA)
= 11.250 h/a
T =T ×
P
M
AZ
T × (1 + FA )× (1 + FN )
× (1 + FF ) = 6,36
P= P
ZG × TE
Personalbedarf
7
Arbeiter
1
Meister
Legende:
250
zda
d/a
7,5
Ts
h
Arbeitszeit/Schicht [h]
2
zs
#
Schichten/Tag
5
5
3
AZ
AZM
AZA
#
#
#
Anzahl Maschinen
Anzahl Maschinen mit Mehrmaschinenbedienung
Anzahl Arbeitskräfte für Maschinen mit Mehrmaschinenbedienung
1875
TE
h/a
Personaleinsatzzeit
Arbeitstage/Jahr
2,00%
FA
%
Ausschussfaktor
7,00%
FN
%
Nacharbeitsfaktor
2,00%
FF
%
Fehlzeitfaktor für Personal
1,05
ZG
-
Zeitgrad
© WZL/Fraunhofer IPT
Seite 29
Anmerkungen zur Folie:
Production Systems I
M 4 S. 29
Fabrikplanung – Sommersemester 2008
Musterlösung 4
Production Systems I – Prozess und Ressourcenplanung (Lösung)
1
Prozessplanung in der Montage
2
Ressourcenplanung in der Fertigung
© WZL/Fraunhofer IPT
Production Systems I
Seite 30
M 4 S. 30