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Forschung und Praxis
Band 102
Berichte aus dem
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik
und Automatisierung (IPA), Stuttgart,
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft
und Organisation (lAO), Stuttgart, und
Institut fOr Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart
Herausgeber: H. J. Warnecke und H.-J. Bullinger
Hans Sauer
Mengen- und ablauforientierte
Kapazitiitsplanung
von Montagesystemen
Mit 64 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1987
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Hans Sauer
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
o. Professor an der UniversiUit Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN-13:978-3-540-17815-6 e-ISBN-13: 978-3-642-831 00-3
001: 10.1007/978-3-642-83100-3
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© Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1987.
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Geleitwort der Herausgeber
Futuristische Bilder werden heute entworfen:
o Roboter bauen Roboter,
o Breitbandinformationssysteme transferieren riesige Datenmengen in
Sekunden urn die ganze Welt.
Von der "rrenschenleeren Fabrik" wird da gesprochen und vom "papierlo
sen BUro". W6rtlich genomnen muB man beides als Utopie bezeichnen,
aber der Entwicklungstrend geht sicher zur "automatischen Fertigung"
und zum "rechnerunterstiitzten Biiro". Forschung bedarf der Perspektive,
Forschung bentitigt aber auch die Rlickkopplung zur Praxis - insbeson
dere im Bereich der Produktionstechnik und der Arbeitswissenschaft.
FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schliis
selstellung. Mechanisierung und Autamatisierung haben es uns in den
letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat unserer Wirtschaft standig
zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die Leistungssteigerung
einzelner Maschinen und Verfahren im Vordergrund. Heute wissen wir, daB
wir das Zusarrurenspiel der verschiedenen UnternehmenSbereiche starker
beachten miissen. In der Fertigung selbst konzipieren wir flexible Fer
tigungssysteme, die viele verkettete Einzelmaschinen beinhalten. Dart,
wo es Produkt und Produktionsprogramm zulassen, denken wir intensiv
i,iber die Verkniipfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung
und Qualitatskontrolle nacho Rechnerunterstiitzte Informationssysteme
helfen dabei und sollen zum CIM (Corcq:>uter Integrated Manufacturmg)
fiihren und CAD (Corrputer Aided Design) und CAM (Corrputer Aided Manu
facturing) vereinen. Auch die BUroarbeit wird neu durchdacht und mit
Hilfe vernetzter Corrputersysteme teilweise autamatisiert und mit den
anderen Unternehmensfunktionen verbunden. Information ist zu einem
Produktionsfaktor geworden, und die Art und Weise, wie man damit 1.1IIBeht,
wird mit tiber den Unternehmenserfolg entscheiden.
Der Erfolg in unseren Unternehmen hangt auch in der Zukunft entschei
dend von den dort arbeitenden Menschen abo Rationalisierung und Auto
matisierung miissen deshalb im Zusanmenhang mit Fragen der Arbeitsgestal
tung betrieben werden, unter Beriicksichtigung der BedUrfnisse der Mit
arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen Qualifikationen. Inve
stitionen in Maschinen und Anlagen miissen deshalb in der Produktion wie
im BUro durch Investitipnen in die Qualifikation der Mitarbeiter be
gleitet werden. Bereits im Planungsstadiurn miissen Technik, Organisation
und Soziales integrativ betrachtet und mit gleichrangigen Gestaltungs-'
zielen belegt werden.
Von wissenschaftlicher Seite rouB dieses Bemiihen durch die Entwicklung
von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Ver
besserung des Systems ProduktionSbetrieb einschlieBlich der erforder
lichen Dienstleistungsfunktionen unterstiitzt werden. Die Ingenieure
sind hier gefordert, in enger Zusammenarbeit mit anderen Disziplinen,
Z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswis
senschaft, Ltisungen zu erarbeiten, die den veranderten Randbedingungen
Rechnung tragen.
Beispielhaft sei hier an den groBen Bereich der Informationsverarbei
tung im Betrieb erinnert, der von der Angebotserstellung tiber Konstruk
tion und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur Fertigungssteuerung und Qual i
tatskontrolle reicht. Beim MaterialfluB geht es urn die richtige Aus-
wahl und den Einsatz von Fordennitteln sowie Anordnung und Ausstattung
von Lagern. GroBe Aufmerksamkeit wird in nachster Zukunft auch der
weiteren Autornatisierung der Handhabung von WerkstUcken und Werkzeu
gen sowie der Montage von Produkten geschenkt werden.
Von der Forschung muB in diesem Zusamrrenhang ein Beitrag zum Einsatz
fortschrittlicher intelligenter Computersysterne erfolgen. Planungs
prozesse mUssen durch Softwaresysteme unterstUtzt und Arbeitsbedingun
gen wissenschaftlich analysiert und neu gestaltet werden.
Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das
- Institut fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat
Stuttgart (IFF),
- Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Autornatisierung (IPA),
- Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den
oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstatttmg der Labors und
die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit
zu Forschungsergebnissen gefUhrt, die fUr die Praxis von groBem
Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird die Schriften
reihe "IPA-lAO - Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende
Band setzt diese Reihe fort. Eine ubersicht tiber bisher erschienene
Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben.
Dem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer
Verlag fUr die Aufnahrne dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa
lette -und der Druckerei fUr saubere und zUgige AusfUhrung. Mi::ige das
Buch von der Fachwelt gut aufgenomrnen werden.
H. J. Warnecke· H.-J. Bullinger
Meinen Eltern,
Klara une Anton Sauer
Vorwort
Die vorliegende Dissertation entstand wah rene meiner 'J'atigkei t
als wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Arbeitswirt
schaft am Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik une Auto
matisierung (IPA) und am Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirt
schaft und Organisation (lAO) in stuttgart.
Herrn Prof. Dr. -lng. habil H .-.J. Bullinger, lnhaber ces Lehr
stuhls fUr Arbeitswissenschaft an der Universitat Stuttgart und
Direktor des Fraunhofer-Instituts fUr Arbeitswirtschaft und Or
ganisation (lAO), danke ich fUr seine wohlwollende unter
stUtzung und Forderung dieser Arbeit.
Herrn Prof. Dr.-Ing. R. Hackstein, Direktor des Forschungsin
stituts fUr Rationalisierung (FIR) der Rheinisch-Westfalischen
Technischen Hochschule Aachen, danke ich fUr die eingehende
Durchsicht der Arbeit und die sich daraus ergebenden Hinweise.
DarUber hinaus mochte ich allen Kollegen des lAO danken, die
mir durch kritische Anregungen und die stete Diskussionsbe
reitschaft bei der Erarbeitung cieser Dissertation sehr gehol
fen haben. Dieser Dank gilt insbesondere Herrn Dipl.-Inform. H.
Linke, Herrn Dipl.-Wirtsch. Ing. M. Remmler und Herrn Dr.-phil.
K. Kornwachs.
Meiner Frau Monika und unseren Kincern f-Iarcus und Julian gilt
ein herzliches Danke. Viele Stuncen muBten sie auf ihren Mann
bzw. papi verzichten. Ihr Verstandnis und ihre UnterstUtzung
waren fUr mich eine groBe Hilfe.
Stuttgart, im Februar 1987 H. Sauer
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
o Verzeichnis verwendeter GraBen, Einheiten und 12
Abkurzungen
1 Ein1eitung 16
2 Kapazitatsp1anung von Montagesystemen 19
2.1 Begriffsbestimmungen 19
2.2 Beschreibung des Montagesystems 20
2.3 Anforderungen an die Kapazitatsp1anung von
Mcntagesystemen 24
2.4 Vorhandene Arbeiten zum behande1ten
Prob1emkreis 30
2.5 Aufgabenste11ung 36
3 Verfahren zur mengen- und ab1auforientierten
Kapazitatsp1anung 38
3.1 Eing1iederung des Verfahrens in den P1anungs-
prozeB 38
3.2 MaBnahmen zur Kapazitatsp1anung 40
3.3 Entwurf des P1anungsverfahrens 44
4 Verfahren zur mengenorientierten Kapazitatsp1anung 48
4.1 Auswah1 der Methode 48
4.2 Mode11bi1dung 49
4.2.1 Aufbau des Mode11s 49
4.2.2 Strukturierung der P1anungsgraBen 51
4.2.3 Auswah1 von Konzeptionen zur Ver-
knupfung von Teilsystemen 53
4.2.4 Struktur des Material- und Informations-
f1usses 55
4.2.5 strategien zur Kapazitatsein1astung 58
4.2.5.1 Auswah1 der Strategien 58
4.2.5.2 Algorithmierung der Strategien 60
- 10 -
Seite
4.3 Ermitt1ung cer Mode1lparameter 64
4.3.1 Variab1en und Rancbedingungen des Modells 64
4.3.2 Ermittlung cer Auftragsreihen 66
4.3.3 Perechnung der Kapazitaten 67
4.3.4 Berucksichtigung von Storungen 68
4.3.5 Berechnung der Restkapazitaten 69
4.4 Anwendung des Verfahrens zur mengen-
orientierten Kapazitatsplanung 72
4.4.1 Ablauf der Planung mit KAPSIM 73
4.4.2 Darstel]ung der Ergebnisse 76
5 Verfahren zur ab1auforientierten Kapazitatsp1anung 79
5.] Anforcerungen an die ablauforientierte
Kapazitatsp1anung 79
5.2 Einf1uRgroBen und Randbedingungen 81
5.3 Eeschreibung des Verfahrens zur ab1auforien
tierten Kapazitatsp1anung 84
5.3.1 Die Zuorcnung cer Tei1verrichtungen 85
5.3.2 Strategien zur ab1auforientierten
Kapazitatsp1anung 89
5.3.3 Frgebnisse und ceren Beurtei1ung 91
5.4 Einflur der tei1verrichtungsgebundenen Vorgabe
zeiten auf die ab1auforientierte
Kapazitatsp1anung 94
5.4.1 Durchfuhrung cer Untersuchung 95
5.4.2 Interpretation der Ergebnisse 97
5.5 Anwencung des Verfahrens PAKAP zur ab1auf
orientierten Kapazitatsp1anung 99
- 11 -
Seite
6 Integrierte Anwendung von mengen- und ablauf
orientierter Kapazitatsplanung 104
6.1 Aufbau des Peispiels 104
6.2 DurchfUhrung der mengen- und ablauf-
orientierten Kapazitatsplanung 106
6.2.1 Entwicklung von Systemkonzeptionen 106
6.2.7 Ermittlung der Kapazitat fUr die
Systemkonzeptionen 108
6.2.3 Ermittlung der Kapazitat unter Be-
rUcksichtigung von Kapazitatsausgleich 110
6.2.4 Ablauforientierte Kapazitatsteilung 112
6.2.5 Untersuchungen zum Systemverhalten 118
6.3 Zusammenfassende Ergebnisse und
Planungshinweise 123
7 Zusammenfassung 127
Schrifttum 130
Anhanq 140
o Verzeichnis verwendeter GraBen, Einheiten
und Abkurzungen
Abkurzung Einheit Bedeutung
a min Kapazitatsbedarf des
Ausgleichsproduktes
Faktor fur die Zurechnung von
Kapazitatsausgleich
b min Kapazitatsbedarf des
Basisproduktes
E(x) Erwartungswert einer Variablen
Entscheidung
f Umrechnungsfaktor
k min Kapazitatsbedarf
kstat min Kapazitatsbedarf pro
Montagestation
K min Kapazitatsangebot
KA min Kapazitatsanteil eines Produktes
KWZ DM Werkzeugkosten
