Wirtschaftsinformatik: Spezielle Betriebswirtschaftslehre (Produktion)

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HDS / CM, Kurs vom 01.04.2006 - 30.09.2006

Spezielle Betriebswirtschaftslehre (Produktionsbetriebe): Produktionsprozessplanung (Angaben für den Gesamtplan, Angaben je Arbeitsvorgang), Durchlaufplanung und Kapazitätsterminierung (Phasen der Terminermittlung, Durchlaufplanung, Kapazitätsterminierung, Schwerpunkte von Fertigungsplanung und Fertigungssteuerung), Ablaufplanung (Ziele der Maschinenbelegung, Auftragsfolgediagramm, Maschinenfolgediagramm), Werkstattsteuerung (Aufgaben der Werkstattsteuerung, Prioritätenregeln in der Fertigungssteuerung).

1. Produktionsprozessplanung (Arbeitsplan)
2. Durchlaufplanung und Kapazitätsterminierung
3. Ablaufplanung (Maschinenbelegungsplanung)
4. Werkstattsteuerung

Produktionsprozessplanung (Arbeitsplan)

Der Arbeitsplan stellt das "Urplanungselement" für die Kostenplanung dar. Prinzipiell enthält der Arbeitsplan nach REFA folgende Angaben:

Angaben für den Gesamtplan

1. Erzeugnisse, Baugruppen, Einzelteile
   • Benennung
   • Sach-, Zeichnungsnummer
   • Stücklistennummer
   • Änderungsindex
   • Losgrößenbereich
2. Werkstoff, Material
   • Art, Benennung
   • Abmessung
   • Werkstoff-Einsatz
   • Gewicht, Volumen
3. Allgemeine Angaben
   • Angaben über den Anlieferungszustand
   • Transportvorschriften
   • Taktzeit je Einheit
   • Bearbeitungsvermerke der Arbeitsvorbereitung
   • Allgemeine Prüfvorschriften
4. Auftrag
   • Auftragsart
   • Auftragsnummer
   • Auftragsmenge
   • Auftrags-(Ausstell-)datum
   • Liefer-(Ziel-)datum

Angaben je Arbeitsvorgang

1. Arbeitsablauf
   • Laufende Nummer des Arbeitsvorganges
   • Beschreibung des Arbeitsvorganges
   • Ausführende Kostenstelle
   • Maschinengruppe bzw. Arbeitsgruppe
   • Arbeitsmittel (Werkzeug, Lehre, Verrichtung)
   • Technische Daten
   • Prüfvorschriften
   • Ein- oder Mehrstellenarbeit
   • Anzahl der erforderlichen Arbeitskräfte
   • Durchlauffristen
2. Lohn, Vorgabezeit
   • Arbeitswert (Lohngruppe)
   • Hinweis auf Entlohnungsform
   • Rüstzeit
   • Zeit je Einheit

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Durchlaufplanung und Kapazitätsterminierung

Phasen der Terminermittlung

1. Durchlaufplanung: auftragsorientiertes Vorgehen (ideale Durchlaufzeit, Fristen, eventuell Termine); also separates Vorgehen (früher auch als Durchlaufterminierung bezeichnet)
2. Kapazitätsterminierung: kapazitätsorientiertes Vorgehen (tatsächliche Durchlaufzeit, Termine); also simultanes Vorgehen

In der älteren Literatur wird für Phase 1 und 2 auch der Begriff "Zeitwirtschaft" benutzt.

1. Auftragsstatus: Gebildeter Fertigungsauftrag (kurz: FA);
   also Durchlaufplanung (entspricht Phase 1 der Terminplanung):
   • Bestimmung der Auftragszeit T_A
   • Bestimmung der Durchlaufzeit
   • Maßnahme zur Durchlaufzeit-Anpassung: Durchlaufzeit verkürzbar?
     • Überprüfung der einzelnen Zeitgrößen
     • Lossplittung
     • Überlappung
     • Parallelisierung
     • Fremdvergabe
2. Auftragsstatus: Geplanter Fertigungsauftrag;
   also Kapazitätsterminierung (entspricht Phase 2 der Terminplanung):
   • progressive Terminierung: Starttermin + Durchlaufzeit = Endtermin; für die Lagerfertigung
   • retrograde Terminierung: Endtermin − Durchlaufzeit = Starttermin; für die Kundenauftragsfertigung
   • Mittelpunkts-/Engpassterminierung: Starttermin/Engpass/Endtermin; ausgehend vom Engpass wird vorwärts und rückwärts terminiert (Praxis: am Häufigsten verwendet)
   • Kapazitätsabgleich
3. Auftragsstatus: Offener Fertigungsauftrag;
   also Auftragsveranlassung:
   • Werkstattauftragsbildung
   • Auftragsfreigabe
     • Verfügbarkeitsprüfung (Material, Mitarbeiter)
     • eventuell Reservierung (Vormerk: Solange dieser nicht erfüllt ist, wird der Auftrag nicht freigegeben.)
     • Maschinenbelegungsplanung (auch Ad-hoc-Maßnahmen, wenn eine Störung auftritt)
   • Ausgabe der Auftragspapiere (Terminkarte, Arbeitsbegleitkarte)
   Anschließend erfolgt die Einlastung (Auftrag in Arbeit) und zu guter Letzt die Auftragsüberwachung.

Durchlaufplanung (1. Auftragsstatus)

Ausgehend vom gebildeten Fertigungsauftrag berechnet sich die Auftragszeit wie folgt (Arbeitszeitplanung nach REFA):

Auftragszeit (T_A) = Rüstzeit (t_R) + Ausführungszeit (t_a)

Die Rüstzeit (t_R) setzt sich zusammen aus:

• der Rüstgrundzeit (t_rg),
• der Rüsterholzeit (t_rer) und
• der Rüstverteilzeit (t_rv).

Die Ausführungszeit (t_a) berechnet sich t_a = x × t_e, wobei x die Anzahl der Einheiten und t_e die Zeit je Einheit (Zeit pro gefertigtem Werkstück) ist.

t_e = Grundzeit t_g + Erholzeit t_er + Verteilzeit t_v

• Grundzeit t_g
  Ermittlung durch Arbeitszeitstudien oder System vorbestimmter Zeiten (kurz: SvZ)
  Die Grundzeit ist die eigentliche Bearbeitungs-/Entwicklungszeit auf das Werkstück.
• Erholzeit t_er
  nur für bestimmte Arbeitsprozesse: wenn Gefahren für Gesundheit bestehen; also eine bezahlte Pause
• Verteilzeit t_v
  nicht vorhersehbare sporadische Zeiten, entstehen sachlich und persönlich bedingt: Maschine fällt aus, Mitarbeiter holt sich Kaffee; in der Regel Prozentsatz der Grundzeit, wird auf selbige aufgeschlagen

Übungsaufgabe:
gegeben:
x = 150 Stück
Auftrag annehmen und Zeichnung lesen = 8 Minuten (t_rg)
Werkstück von Palette nehmen und einlegen = 3 Minuten (t_g)
Automatischer Bearbeitungsablauf = 4,5 Minuten (t_g)
Werkstück entnehmen und auf Palette legen = 2 Minuten (t_g)
Maschine säubern = 3 Minuten (t_rg)
Verteilzeit auf Rüsten und Bearbeiten = 10% (t_v)
-------------------------------------------------------------------
gesucht:
Auftragszeit T_A
-------------------------------------------------------------------
Lösungsweg:
t_g = 3 Minuten (Werkstück von Palette nehmen und einlegen)
+ 4,5 Minuten (Automatischer Bearbeitungsablauf)
+ 2 Minuten (Werkstück entnehmen und auf Palette legen)
= 9,5 Minuten
t_er = 0 Minuten, da keine Werte dafür gegeben
t_v = 9,5 Minuten × 10%
= 0,95 Minuten
t_e = t_g + t_er + t_v
= 9,5 Minuten + 0 Minuten + 0,95 Miuten
= 10,45 Minuten/Stück
t_rg = 8 Minuten (Auftrag annehmen und Zeichnung lesen)
+ 3 Minuten (Maschine säubern)
= 11 Minuten
t_rer = 0 Minuten, da keine Werte dafür gegeben
t_rv = 11 Minuten × 10%
= 1,1 Minuten
t_R = t_rg + t_rer + t_rv
= 11 Minuten + 0 + 1,1 Minuten
= 12,1 Minuten
t_a = x × t_e
= 150 Stück × 10,45 Minuten/Stück
= 1567,50 Minuten
T_A = t_a + t_R
= 1567,50 Minuten + 12,1 Minuten
= 1579,6 Minuten = 26,33 Stunden
Das entspricht ungefähr 26 Stunden und 20 Minuten.

Die Durchlaufzeit setzt sich zusammen aus T_A (Auftragszeit), T_T (Musszeit: Transportzeit), T_W (Kannzeit: Wartezeit, also vor der Fertigung) und T_L (Liegezeit, also nach der Fertigung). Zu unterscheiden sind zwei Varianten:

1. Holprozess, Pull:
   Durchlaufzeit = T_T + T_W + T_A + T_L
2. Bringprozess, Push:
   Durchlaufzeit = T_W + T_A + T_L + T_T

Einziger Unterschied: "T_T rutscht vom Anfang zum Ende."

Kapazitätsterminierung (2. Auftragsstatus)

Modelle zur Ablaufplanung dienen zur visuellen Unterstützung der Fertigungsplanung und -steuerung. Insbesondere zwei Modellformen werden dazu genutzt:

1. Balkendiagrammtechnik (Gantt-Diagramm)
2. Netzplantechnik.

Netzplanmodelle werden bei Verzweigungen im Prozessverlauf eingesetzt und einer Vielzahl zu koordinierender Tätigkeiten. Bekannt sind drei Varianten:

1. Critical Path Method (vorgangspfeilorientiert)
2. Metra Potential Method (vorgangsknotenorientiert)
3. Program Evaluation and Review Technique (ereignisknotenorientiert)

Der Grundaufbau des Metra Potential Method-Knotens ist ähnlich einer Tabelle und gleicht einer drei-mal-drei-Felder Matrix:

Übungsaufgabe:

Mit Hilfe von Metra Potential Method-Knoten wird eine Vorgangsplanung durchgeführt.

Bildbeschreibung "Vorgangsplanung": Abbildung der in der vorangegangenen Tabelle gegebenen Werte (Vorgang A bis L). Über die gegebene Dauer jedes Vorgangs werden in einer Vorwärtskalkulation der früheste Anfangs- und Endzeitpunkt ermittelt und in einer Rückwärtskalkulation der späteste Anfangs- und Endzeitpunkt jedes Vorgangs. Daraus ergibt sich ein kritischer Pfad, hier verläuft dieser über A - E - H - K - L mit einer Durchlaufzeit von 64 Tagen.

Schwerpunkte von Fertigungsplanung und Fertigungssteuerung

1. bei Lagerfertigung:
   • Großserien- und Massenfertigung, teilweise in Sorten
   • Aufträge von innen, meist ähnlich oder gleich
   • Fertigungsplanung plant eingehend und detailliert den Produktionsablauf und versucht, ihn dem Flussprinzip anzunähern.
   • Fertigungssteuerung konzentriert sich auf rechtzeitige Materialbereitstellung, personelle Besetzung der Arbeitsplätze, Überwachung der Bestände an Material und Erzeugnissen sowie auf Störungen des Ablaufs.
2. bei Kundenfertigung:
   • Einzel- und Kleinserienfertigung
   • Kundenaufträge, im Extremfall immer verschieden (andere konstruktive, bearbeitungsmäßige, materialmäßige Schwerpunkte)
   • Fertigungsplanung kann nur den organisatorischen Rahmen unter Verzicht auf detaillierte Planungsunterlagen schaffen.
   • Fertigungssteuerung muss immer neu die Probleme der rechtzeitigen Materialbeschaffung und -bereitstellung, der zweckmäßigsten Auftragssteuerung, Terminierung und Kapazitätsauslastung lösen.

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Ablaufplanung (Maschinenbelegungsplanung)

Ziele der Maschinenbelegung

1. Einhaltung der Termine
2. Minimierung der Durchlaufzeiten (geringe Kapitalbindungskosten)
3. Bestmögliche Kapazitätsauslastung (geringe Stückkosten)
4. Minimierung der Bearbeitungs- und Rüstkosten

Die Maschinenbelegungsplanung wird auch als Reihenfolgeplanung bezeichnet. Diese zeigt sich als:

1. Flow Shop Problem
   • Alle Aufträge durchlaufen in der gleichen Reihenfolge die Maschinen.
   • Typisch für die Fließfertigung, aber auch bei Sortenfertigung innerhalb der Werkstättenfertigung.
2. Job Shop Problem
   • Reihenfolge der Maschinen ist von Auftrag zu Auftrag verschieden.
   • Typisch für Serienfertigung.

Grundlage der Maschinenbelegungsplanung ist die Balkendiagrammtechnik, umsetzbar im Auftragsfolgediagramm und Maschinenfolgediagramm.

Ein Auftragsfolgediagramm ist die übliche Variante. Aber auch ein Maschinenfolgediagramm kann erstellt werden. Leerzeiten (in beiden Varianten) weisen auf eine schlechte Kapazitätsauslastung hin.

Wenn Maschinen viel Leerlauf aufweisen, sind folgende Kapazitätsanpassungsmaßnahmen möglich:

• zeitliche
• intensitätsmäßige
• quantitative (Maschinenmengen)

Auftragsfolgediagramm

Bildbeschreibung "Auftragsfolgediagramm": Koordinatensystem. Auf der x-Achse wird die Zeit von 1 bis 30 Fabrikkalendertagen abgetragen, auf der y-Achse die Maschinen 1 und 2. Maschine 2 bearbeitet von Fabrikkalendertag 1 bis 5 Auftrag B. Dann werden auf Maschine 1 von 5 bis 10 Auftrag B, von 10 bis 15 Auftrag A und von 15 bis 20 Auftrag C bearbeitet. Abschließend übernimmt Maschine 2 von 20 bis 25 Auftrag C und von 25 bis 30 Auftrag A.

Die belegten Zeiten werden als Produktionszeit t_ji der Maschine i für Auftrag j bezeichnet. Nicht genutzte Zeiten einer Maschine werden als ablaufbedingte Leerzeit l_ji der Maschine i bezeichnet.

Maschinenfolgediagramm

Bildbeschreibung "Maschinenfolgediagramm": Koordinatensystem. Auf der x-Achse wird die Zeit von 1 bis 30 Fabrikkalendertagen abgetragen, auf der y-Achse die Aufträge A, B und C. Auftrag B wird zuerst bearbeitet - die ersten 5 Tage auf Maschine 2 und anschließend 5 Tage auf Maschine 1. Dann wird Auftrag A begonnen - 5 Tage auf Maschine 1. Dann wird dieser Auftrag unterbrochen und vorerst mit Auftrag C weitergemacht - 5 Tage auf Maschine 1 und abschließend 5 Tage auf Maschine 2. Bis zum Ende der 30 Fabrikkalendertage wird nun noch Auftrag A auf Maschine 2 abgeschlossen.

Die belegten Zeiten werden als Bearbeitungszeit des Auftrages j auf der Maschine i bezeichnet. Nicht genutzte Zeiten werden als Anfangs- oder Zwischenwartezeit w_ji des Auftrages j vor der Maschine i bezeichnet.

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Werkstattsteuerung

Aufgaben der Werkstattsteuerung

1. Vorbereitende Steuerungsaufgaben
   • Bereitstellung
     • Material bereitstellen
     • Arbeitsunterlagen bestellen
     • Betriebsmittel bereitstellen
     • Personal bereitstellen
   • Arbeitszuteilung
     • Auftragsmengen aktualisieren
     • Termine und Kapazitätsbelegung aktualisieren
     • Aufgabendurchführung auslösen
2. Begleitende Steuerungsaufgaben
   • Fertigungsüberwachung
     • Mengen und Termine überwachen
     • Qualität überwachen
     • Arbeitsbedingungen überwachen
     • Störungen erfassen
   • Fertigungsanalyse
     • Störungsursachen ermitteln
     • Störgrößen erfassen und analysieren
     • in Fertigungsablauf eingreifen, Störung beheben
     • Planänderung veranlassen

Prioritätenregeln in der Fertigungssteuerung

Von den vor einem Arbeitsplatz auf Bearbeitung wartenden Aufträgen wird an diesem Arbeitsplatz derjenige Auftrag als nächster bearbeitet, welcher... (Satz wird für die jeweilige Methode in der nachfolgenden Tabelle zu Ende geführt.)