Table Of ContentForschung und Praxis . Band 71
Berichte aus dem Fraunhofer-Institut
fUr Produktionstechnik und Automatisierung,
Stuttgart, und dem Institut
fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitiit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H. J. Warnecke
Gerald Weber
Gestaltung eines
integrierten
Produktionssystems fur
die Sortenfertigung unter
Einsatz der Clusteranalyse
Mit 54 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1983
DipL-lng. Gerald Weber
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
093
ISBN-13:978-3-540-12650-8 e-ISBN-13:978-3-642-82098-4
DO I: 10.1007/978-3-642-82098-4
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© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1983.
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Geleitwort des Herausgebers
Die Entwicklungen in der Produktionstechnik in den
letzten Jahrzehnten haben entscheidend zur positiven
wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung in der
Bundesrepublik Deutschland beigetragen. Die Produkti
vitat konnte jedes Jahr urn durchschnittlich etwa 3,5 %
gesteigert werden. Mechanisierung und Automatisie-
rung wurden und werden stetig weiter vorangetrieben.
Wahrend es sich bisher jedoch urn Verbesserungen an ein
zelnen Maschinen und Anlagen sowie Verfahren handelte,
werden heute aIle Unternehmensbereiche erfaBt, und man
ist bemliht, das gesamte System Unternehmen bzw. Produk
tionsbetrieb zu optimieren. Das klassische Bemlihen urn
Optimierung des Einsatzes und Zusammenwirkens der Pro
duktionsfaktoren Mensch, Maschine und Material muB
heute erweitert werden, urn die Berlicksichtigung sozialer
Belange,gesetzlicher Auflagen, Probleme der Energiever
sorgung, schnellen Veranderungen an den Produkten und
auf den Markten sowie Sicherung der Qualitat und der
Lieferfahigkeit.
Von wissenschaftlicher Seite wird und muB dieses Bemlihen
unterstlitzt werden durch die Entwicklung von Methoden
und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Ver
besserung des Systems Produktionsbetrieb. Hier ist heute
insbesondere auch der Fertigungsingenieur gefordert,
nicht ~ur einzelne Maschinen und Verfahren zu beherrschen,
sondern das gesamte komplexe System hinsichtlich der Ver
knlipfung seiner Elemente durch zweckmaBigen Informations
und MaterialfluB. Beispielhaft seien dazu nur hinsicht
lich des Informationsflusses die heute gegebenen Moglich
keiten der Datenerfassung und -verarbeitung in Ferti
gungsplanung und -steuerung, an den einzelnen
Produktionsanlagen sowie im Qualitatswesen·genannt.
1m MaterialfluB geht es urn richtige Auswahl und Ein
satz von F5rdermitteln, F5rderhilfsmitteln sowie An
ordnung und Ausstattung von Lagern. Der weiteren Auto
matisierung in der Handhabung von Werkstucken und
Werkzeugen sowie der Montage von Produkten wird in
nachster Zukunft allergr5Bte Aufmerksarnkeit geschenkt
werden. Leistungsfahige Sensoren werden die M5glich
keiten dafur sehr stark vergr5Bern.
Die beiden vom Herausgeber geleiteten Institute, das
Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitat Stuttgart sowie das Fraunhofer-Institut
fur Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart,
arb~iten in grundlegender und angewandter Forschung
intensiv an den aufgezeigten Entwicklungen in der Pro
duktionstechnik mit. Zur Umsetzung gewonnener Erkennt
nisse wird die Schriftenreihe IPA Forschung und Praxis
If If
herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe
fort, eine Ubersicht uber bisher erschienene Titel wird
am SchluB dieses Bandes gegeben.
Dem Verfasser sei fur die geleistete Arbeit gedankt,
dem Springer-Verlag fur die Aufnahme dieser Schriften
reihe in seine Angebotspalette und der Druckerei fur
saubere und zugige Ausfuhrung. M5ge das Buch von der
Fachwelt gut aufgenornrnen werden.
Hans-Jurgen Warnecke
vorwort
Die vorliegende Dissertation entstand w!hrend meiner T!tig
keit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Insti
tut fur Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in
stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. H. J. Warnecke, dem Direktor des
Instituts, bin ich fur seine wohlwollende Forderung der Ar
'beit zu besonderem Dank verpflichtet.
Herrn Professor DTech. h. c. Dipl.-Ing. K. Tuffentsammer
danke ich fur die eingehende Durchsicht der Arbeit und die
sich daraus ergebenden Hinweise.
Ein herzlicher Dank geht ferner an Herrn Professor Dr.-Ing.
habil H. J. Bullinger fur seine konstruktive Kritik.
Bei allen Mitarbeitern des Instituts, die mir bei der Fertig
stellung dieser Arbeit behilflich waren, bedanke ich mich
recht herzlich.
Dieser Dank gilt insbesondere Herrn Dr.-Ing. J. Warschat,
Herrn Dr.-Ing. H.-J. Kolle und Dipl.-Wirtsch.-Ing. T. Kraus,
die durch wertvolle Kritik und Anregung zu dieser Arbeit bei
getragen haben.
stuttgart, April 1983 Gerald Weber
INHALTSVERZEICHNIS
seite
o ABKURZUNGEN UND FORMELGROSSEN 13
1 EINLEITUNG 20
2 AUFGABENSTELLUNG UND ABGRENZUNG DES UNTER 22
SUCHUNGSBEREICHES
2.1 Aufgabenste11ung und Vorgehensweise 22
2.2 Vorhandene Arbeiten zum Problemkreis 29
2.3 Zielsetzung 31
3 SYSTEMATIK ZUR ENTWICKLUNG VON GESTALTUNGS 32
REGELN FUR EIN INTEGRIERTES PRODUKTIONS
SYSTEM
3.1 Vorgehensweise zur Systematisierung von 32
Zie1en und Funktionen des Produktions
systems
3.2 Vorgaben der Unternehmensplanung an das 33
Produktionssystem
3.2.1 Vorgaben zur Erh6hung der Kapita1renta 33
bilitiit
3.2.2 Vorgaben zur Erh6hung der F1exibilitiit 35
3.3 Zielsystem der Produktion 39
3.3.1 Zie1system der Fertigung 39
3.3.2 Zielsystem der Lagerha1tung 43
3.4 Organisations- und Funktionsmode11e des 46
Produktionssystems
3.5 Zie1betrachtung alternativer Typen von 47
Organisations- und Funktionsmodellen
4 ENTWICKLUNG UND ERIVEITERUNG VON VERFAHREN 50
ZUR STRUKTURDIFFERENZIERUNG
4.1 Grundlagen der Strukturdifferenzierung 50
4.2 Auswahl und Entwick1ung von Verfahren zur 51
Strukturdifferenzierung
- 10 -
Seite
4.3 Strukturdifferenzierung mit Verfahren der 52
Clusteranalyse
5 ANWENDUNG DER STRUKTURDIFFERENZIERUNG ZUR 57
BILDUNG VON STRUKTURMODELLEN
5.1 Produktstrukturdifferenzierung 57
5.1.1 Aufgaben und Ziele der Produktstrukturdiffe 57
renzierung
5.1. 2 Vorgehensweise und Datenbasis 60
5.1. 3 Einsatz von Produktstrukturmodellen 63
5.2 Auftragsstrukturdifferenzierung 64
5.2.1 Aufgaben und Ziele der Auftragsdifferen 64
zierung
5.2.2 Vorgehensweise und Datenbasis 65
5.2.3 Einsatz von Auftragsstrukturmodellen 69
5.3 Fertigungsablaufdifferenzierung 69
5.3.1 Aufgaben und Ziele der Fertigungsablauf 69
differenzierung
5.3.2 Vorgehensweise und Datenbasis 70
5.3.3 Einsatz der Fertigungsablaufmodelle 74
5.4 Differenzierung von Kapazitatsbedarfs 75
profilen
5.4.1 Aufgaben und Ziele der Differenzierung von 75
Kapazitatsbedarfsprofilen
5.4.2 Vorgehensweise und Datenbasis 76
5.4.3 Einsatz von Modellen differenzierter Kapa 79
zitatsbedarfsprofile
5.5 Differenzierung von Montagezeit-Profilen 79
5.5.1 Aufgaben und Ziele der Differenzierung 79
von Montagezeit-Profilen
5.5.2 Vorgehensweise und Datenbasis 80
5.5.3 Einsatz von Modellen differenzierter 82
Montagezeit-Profile
5.6 Differenzierung von Rustzeit-Profilen 83
5.6.1 Aufgaben und Ziele der Differenzierung 83
von Rustzeit-Profilen
- 11 -
seite
5.6.2 Vorgehensweise und Datenbasis 83
5.6.3 Einsatz von Modellen differenzierter 85
Rustzeit-Profile
5.7 Allgemeine Ergebnisse der Strukturdiffe 85
renzierung
6 STRUKTURINTEGRATION 86
6.1 Aufgabe und Vorgehensweise der Struktur 86
integration
6.2 Bereitstellung von Gestaltungsregeln zu 88
Organisations- und Funktionsmodellen
6.3 Bereitstellung von Strukturmodellen fur 91
ausgew~hlte Subsysteme
6.3.1 Bildung von Auftragsstrukturmodellen durch 91
Anwendung der Auftragsstrukturdifferenzie
rung
6.3.2 Bildung von Produktionszellen durch Anwen 95
dung der Fertigungsablaufdifferenzierung
6.4 Bereitstellung der Aufgaben-Grundstruktur 100
fur ein Produktionssystem der Sortenfer
tigung
6.4.1 Aufgaben der Produktionsprogrammplanung 100
6.4.2 Aufgaben der Auftragsplanung 103
6.4.3 Aufgaben der Werkstattsteuerung 105
6.4.4 Funktionelle Verbindung von Aufgaben der 106
Werkstattsteuerung und Auftragsplanung
7 GESTALTUNG DER PRODUKTIONSPLANUNG UND 109
-STEUERUNG DURCH ENTWICKLUNG UND INTE
GRATION VON METHODEN
7.1 Methoden zur Produktionsprogrammplanung 109
mit Dispositionsspielr~umen
7.1.1 Losungskonzepte fur die Prognoserechnung 109
zur Prim~rbedarfsermittlung
7.1. 2 Definition von Dispositionsspielr~uDen 111
im Rahmen der primarbedarfsermittlung
- 12 -
Seite
7.1. 3 Kapazitatsbelegungsrechnung im Rahmen 116
der Produktionsprogrammplanung
7.1. 4 Zeitlicher Ablauf der Produktionspro 11 9
grammplanung
7.2 Methoden zur Auftragsplanung 120
7.2.1 Brutto-Bedarfsrechnung mit Dispositions 120
spielraumen
7.2.2 Methoden zur Bestellrechnung unter Beruck 125
sichtigung von Auftragsstrukturmodellen
7.3 Methoden zur Werkstattsteuerung 131
7.3.1 Methoden zur Montagereihenfolgeplanung 131
7.3.2 Methoden zur Auftragsreihenfolge-, Auf 135
tragsvorratsplanung
7.3.3 Integration von Aufgaben der arbeits 137
systeminternen Fertigungssteuerung
7.4 Anvlendungsaspekt der Strukturintegration 139
8 ZUSAMMENFASSUNG 141
9 LITERATUR 144
10 AN HANG 155
10.1 Organisations-, Funktionsmodelle des 156
Produktionssystems
10.2 Beschreibung des Programms TEMAX zur 174
Produktstrukturdifferenzierung
10.3 Beschreibung des Programms CLUSTUS zur 178
Clusteranalyse
