Einsatzfelder und strategische Ausrichtung der Digitalen Fabrik
©2002
Studienarbeit
85 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Abstract:
In dieser Arbeit sollen die Nutzenpotenziale der angebotenen Lösungen zur Digitalen Fabrik kritisch beleuchtet und die Einsatzmöglichkeiten von IT-gestützten Planungswerkzeugen für die Produktionsentstehungsplanung in der Automobilindustrie herausgearbeitet werden.
Hierzu wird ein Überblick über die heute marktführenden Systeme gegeben und deren Funktionalitäten herausgestellt. Darüber hinaus gibt diese Arbeit einen Überblick über die Aktivitäten, Strategien und Erfahrungen der Automobilindustrie im Bereich der Digitalen Fabrik.
Im Wesentlichen besteht diese Arbeit aus vier Kapiteln. Zunächst wird in Kapitel 2 darauf eingegangen, was genau unter dem Begriff der Digitalen Fabrik zu verstehen ist, welche Komponenten dazugehören und welchen Nutzen man sich aus ihr erhofft.
Das 3. Kapitel beschäftigt sich mit den gegebenen Produktionsentstehungsprozessen der Automobilindustrie. Hierbei wird herausgearbeitet, welche Verbindungen zur Produktentwicklung bestehen und welche Änderungen des Planungsprozesses durch digitale Lösungen zu erwarten bzw. vorzunehmen sind. Darüber hinaus wird auf die speziellen Eigenschaften der Automobilproduktion und auf die Tendenzen von Produktionskonzepten eingegangen. Diese Vorüberlegungen sollen die erwarteten Anforderungen an IT-Solutions erkennen lassen.
Im 4. Kapitel werden die Systemlösungen der Hauptanbieter von Tools zur Digitalen Fabrik vorgestellt und ihre genaue Gliederung in verschiedene Softwaremodule beschrieben Es wird ein Marktüberblick über weitere Anbieter gegeben.
Im 5. und letzten Kapitel werden die Vorgehensweisen, strategischen Ziele und Erfahrungen repräsentativer OEM und OES im Rahmen ihrer Projekte zur Digitalen Fabrik dokumentiert und in allgemeine Schlüsselfaktoren der Digitalen Fabrik zusammengefasst.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1Einleitung1
1.1Einführung in den Themenbereich1
1.2Ziel dieser Arbeit1
1.3Vorgehen und Aufbau dieser Arbeit2
2Die Digitale Fabrik3
2.1Begrifflichkeiten3
2.2Voraussetzungen für die Digitale Fabrik4
2.3Erwartungen an die Digitale Fabrik6
3Produktion in der Automobilbranche8
3.1Produktionskonzepte der Automobil-OEM8
3.2Erkennbare Änderungen der Produktionskonzepte der OEM10
3.3Aufgabenfelder in der Produktionsentstehungsplanung11
3.3.1Stücklistenverarbeitung12
3.3.2Prozessplanung12
3.3.3Montageplanung12
3.3.4Kostenplanung / Kalkulation13
3.3.5Operationsplanung, […]
In dieser Arbeit sollen die Nutzenpotenziale der angebotenen Lösungen zur Digitalen Fabrik kritisch beleuchtet und die Einsatzmöglichkeiten von IT-gestützten Planungswerkzeugen für die Produktionsentstehungsplanung in der Automobilindustrie herausgearbeitet werden.
Hierzu wird ein Überblick über die heute marktführenden Systeme gegeben und deren Funktionalitäten herausgestellt. Darüber hinaus gibt diese Arbeit einen Überblick über die Aktivitäten, Strategien und Erfahrungen der Automobilindustrie im Bereich der Digitalen Fabrik.
Im Wesentlichen besteht diese Arbeit aus vier Kapiteln. Zunächst wird in Kapitel 2 darauf eingegangen, was genau unter dem Begriff der Digitalen Fabrik zu verstehen ist, welche Komponenten dazugehören und welchen Nutzen man sich aus ihr erhofft.
Das 3. Kapitel beschäftigt sich mit den gegebenen Produktionsentstehungsprozessen der Automobilindustrie. Hierbei wird herausgearbeitet, welche Verbindungen zur Produktentwicklung bestehen und welche Änderungen des Planungsprozesses durch digitale Lösungen zu erwarten bzw. vorzunehmen sind. Darüber hinaus wird auf die speziellen Eigenschaften der Automobilproduktion und auf die Tendenzen von Produktionskonzepten eingegangen. Diese Vorüberlegungen sollen die erwarteten Anforderungen an IT-Solutions erkennen lassen.
Im 4. Kapitel werden die Systemlösungen der Hauptanbieter von Tools zur Digitalen Fabrik vorgestellt und ihre genaue Gliederung in verschiedene Softwaremodule beschrieben Es wird ein Marktüberblick über weitere Anbieter gegeben.
Im 5. und letzten Kapitel werden die Vorgehensweisen, strategischen Ziele und Erfahrungen repräsentativer OEM und OES im Rahmen ihrer Projekte zur Digitalen Fabrik dokumentiert und in allgemeine Schlüsselfaktoren der Digitalen Fabrik zusammengefasst.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1Einleitung1
1.1Einführung in den Themenbereich1
1.2Ziel dieser Arbeit1
1.3Vorgehen und Aufbau dieser Arbeit2
2Die Digitale Fabrik3
2.1Begrifflichkeiten3
2.2Voraussetzungen für die Digitale Fabrik4
2.3Erwartungen an die Digitale Fabrik6
3Produktion in der Automobilbranche8
3.1Produktionskonzepte der Automobil-OEM8
3.2Erkennbare Änderungen der Produktionskonzepte der OEM10
3.3Aufgabenfelder in der Produktionsentstehungsplanung11
3.3.1Stücklistenverarbeitung12
3.3.2Prozessplanung12
3.3.3Montageplanung12
3.3.4Kostenplanung / Kalkulation13
3.3.5Operationsplanung, […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 6825
Lurse, Jan-Martin: Einsatzfelder und strategische Ausrichtung der Digitalen Fabrik
Hamburg: Diplomica GmbH, 2003
Zugl.: Berlin, Technische Universität, Studienarbeit, 2002
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Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2003
Printed in Germany
I
Inhalt
1.
Einleitung ...1
1.1.
Einführung in den Themenbereich ...1
1.2.
Ziel dieser Arbeit ...1
1.3.
Vorgehen und Aufbau dieser Arbeit...2
2.
Die Digitale Fabrik ...3
2.1.
Begrifflichkeiten...3
2.2.
Voraussetzungen für die Digitale Fabrik ...4
2.3.
Erwartungen an die Digitale Fabrik ...6
3.
Produktion in der Automobilbranche...8
3.1.
Produktionskonzepte der Automobil-OEM...8
3.2.
Erkennbare Änderungen der Produktionskonzepte der OEM ... 10
3.3.
Aufgabenfelder in der Produktionsentstehungsplanung ... 11
3.3.1.
Stücklistenverarbeitung ...12
3.3.2.
Prozessplanung ...12
3.3.3.
Montageplanung ...12
3.3.4.
Kostenplanung / Kalkulation ...13
3.3.5.
Operationsplanung, NC/IR-Zellen-Programmierung...13
3.3.6.
Ergonomieanalysen ...14
3.3.7.
Produktionslogistikplanung / Layoutplanung / Fabriksimulation ...15
3.4.
Darstellung des Produktentstehungsprozesses von PKW... 16
3.5.
Änderungen im Planungsprozess durch die Digitale Fabrik ... 18
II
4.
Die wesentlichen Anbieter von Systemlösungen: DELMIA, EDS und
Tecnomatix ... 20
4.1.
Firmenportraits ... 20
4.1.1.
DELMIA...20
4.1.2.
EDS...21
4.1.3.
Tecnomatix ...22
4.2.
Lösungen zum Thema Digitale Fabrik der Firma DELMIA ... 24
4.2.1.
Der Planungsprozess mit DELMIA...24
4.2.2.
DELMIA-Produkte zur allgemeinen Montageplanung...25
4.2.3.
DELMIA-Produkte zur Layoutplanung und Simulation ...26
4.2.4.
DELMIA-Produkte zur Qualitätssicherung ...29
4.2.5.
Sonstige Produkte ...29
4.3.
Lösungen zum Thema Digitale Fabrik der Firma EDS ... 31
4.3.1.
Planungsunterstützung durch I-DEAS, Unigraphics und eFactory...31
4.3.2.
I-DEAS ...32
4.3.3.
Unigraphics...32
4.3.4.
eFactory...33
4.3.5.
Teamcenter...35
4.4.
Lösungen zum Thema Digitale Fabrik der Firma Tecnomatix... 36
4.4.1.
Der Planungsprozess mit Tecnomatix ...36
4.4.2.
eM-Planner-Produkte...36
4.4.3.
eM-Engineer-Produkte ...41
4.4.4.
eMPower for Quality ...44
4.4.5.
eMPower PCB Assembly and Test...45
4.4.6.
eMPower Box Build ...46
4.4.7.
eMPower Execution Systeme ...46
4.5.
Andere Tools zum Thema Digitale Fabrik... 47
4.5.1.
Fabrikplanungs- und Visualisierungstools ...47
4.5.2.
Tools zur IR-Arbeitszellenplanung ...49
III
5.
Die Aussagen der Automobilindustrie zu ihren Strategien, Konzepten
und Erfahrungen beim Einsatz der Digitalen Fabrik ... 50
5.1.
Die hauptsächlich eingesetzten CAD/CAM/PDM/ERP-Systeme ... 50
5.2.
Strategien und Konzepte der OEM ... 51
5.2.1.
Audi ...51
5.2.2.
BMW ...52
5.2.3.
DaimlerChrysler...53
5.2.4.
Ford...54
5.2.5.
Kia Motors...54
5.2.6.
Mazda ...55
5.2.7.
Opel / General Motors ...56
5.2.8.
Peugeot...57
5.2.9.
Renault...57
5.2.10.
TOYOTA ...58
5.2.11.
Volkswagen...59
5.3.
Strategien und Konzepte der OES... 61
5.3.1.
Dürr Schenk...61
5.3.2.
EDAG...61
5.3.3.
KUKA ...62
5.3.4.
Zulieferer von General Motors...63
5.3.5.
Andere deutsche Zulieferer ...64
5.4.
Studien zum Thema Digitale Fabrik... 65
5.4.1.
US-Markt: D. H. Brown Associates Inc. (DHBA)...65
5.4.2.
Deutscher Markt: Roland Berger...67
5.4.3.
Deutscher Markt: McKinsey...70
5.5.
Die Schlüsselfaktoren der Digitalen Fabrik... 72
6.
Zusammenfassung und Ausblick... 74
Abbildungsverzeichnis... 75
Literaturverzeichnis ... 76
Eidesstattliche Erklärung ... 80
1
Einleitung
1.1. Einführung in den Themenbereich
Die Rahmenbedingungen der Märkte haben sich in den letzten Jahren des vorigen Jahrtau-
sends in fast allen Branchen massiv verändert und wirken sich sehr negativ auf die Spiel-
räume unternehmerischen Handelns aus. Auch die Automobilbranche ist einem steten Druck
turbulenter Märkte voller Diskontinuitäten ausgesetzt: schwankende Nachfragemengen,
immer kürzer werdende Produktlebenszyklen bei gleichzeitig steigender Komplexität der
Produkte. Hinzu kommt die Belastung durch den Wandel vom Verkäufermarkt zum Käu-
fermarkt in den neunziger Jahren, der zu immer anspruchsvolleren Kundenerwartungen
hinsichtlich der Komplexität der Produkte führte, sowie die Globalisierung der Märkte,
welche die Zahl leistungsfähiger Wettbewerber auf dem Zulieferermarkt ständig anwachsen
ließ.
Um in dieser Wettbewerbssituation trotz des fortwährenden Drucks bestehen zu können,
müssen auch in Zukunft Produkte angeboten werden, die individuell, innovativ, äußerst
preiswürdig und zugleich qualitativ hochwertig sind. Diese müssen in immer kürzerer Zeit
entwickelt und unter Minimierung der Kosten produziert werden können.
Hierfür ist eine Absicherung der Produktfunktionalität und der Produzierbarkeit bereits in
frühen Phasen des Entwicklungsprozesses nötig. Dies ist nicht ohne moderne IT-Solutions
zu erreichen. Sie versprechen neu strukturierte und digital abgewickelte Planungsprozesse
und verbessern die Planungsqualität, -dauer und -dokumentation
[BOST-00],
[BRAC-00],
[CREM-02], [SMG-98], [WEBE-98], [WARN-92], [WIEN-02].
1.2. Ziel dieser Arbeit
In dieser Arbeit sollen die Nutzenpotenziale der angebotenen Lösungen zur Digitalen Fabrik
kritisch beleuchtet und die Einsatzmöglichkeiten von IT-gestützten Planungswerkzeugen für
die Produktionsentstehungsplanung in der Automobilindustrie herausgearbeitet werden.
Hierzu wird ein Überblick über die heute marktführenden Systeme gegeben und deren
Funktionalitäten herausgestellt. Darüber hinaus gibt diese Arbeit einen Überblick über die
Aktivitäten, Strategien und Erfahrungen der Automobilindustrie im Bereich der Digitalen
Fabrik.
2
1.3. Vorgehen und Aufbau dieser Arbeit
Im Wesentlichen besteht diese Arbeit aus vier Kapiteln. Zunächst wird in Kapitel 2 darauf
eingegangen, was genau unter dem Begriff der ,,Digitalen Fabrik" zu verstehen ist, welche
Komponenten dazugehören und welchen Nutzen man sich aus ihr erhofft. Es ist erforder-
lich, dies vorwegzunehmen, um beim Lesen der Kapitel über die Produktionsentstehungs-
prozesse und über die Systemlösungen zur Digitalen Fabrik die Zielsetzung der
Implementationen solcher IT-Lösungen zu kennen und bei einer intrinsischen Beurteilung
berücksichtigen zu können.
Das 3. Kapitel beschäftigt sich mit den gegebenen Produktionsentstehungsprozessen der
Automobilindustrie. Hierbei wird herausgearbeitet, welche Verbindungen zur Produktent-
wicklung bestehen und welche Änderungen des Planungsprozesses durch digitale Lösungen
zu erwarten bzw. vorzunehmen sind. Darüber hinaus wird auf die speziellen Eigenschaften
der Automobilproduktion und auf die Tendenzen von Produktionskonzepten eingegangen.
Diese Vorüberlegungen sollen die erwarteten Anforderungen an IT-Solutions erkennen
lassen.
Im 4. Kapitel werden die Systemlösungen der Hauptanbieter von Tools zur Digitalen Fabrik
vorgestellt und ihre genaue Gliederung in verschiedene Softwaremodule beschrieben Es
wird ein Marktüberblick über weitere Anbieter gegeben.
Im 5. und letzten Kapitel werden die Vorgehensweisen, strategischen Ziele und Erfahrungen
repräsentativer OEM und OES im Rahmen ihrer Projekte zur Digitalen Fabrik dokumentiert
und in allgemeine Schlüsselfaktoren der Digitalen Fabrik zusammengefasst.
3
2. Die Digitale Fabrik
2.1. Begrifflichkeiten
Unter dem Begriff der Digitalen Fabrik (DF) oder auch ,,Digital Manufacturing (DMF)"
wird in der Automobilindustrie ein vollständiges digitales Abbild der realen Prozesskette
verstanden, die sich aus Produktentwicklung, Planung und Produktion zusammensetzt
[BRAC-02]
. Sie beinhaltet die Produkte(was), die Prozesse(wie) und die Ressourcen(womit),
die das Produktionssystem bilden
[MOLI-02], [BWBP-01].
Dadurch verbindet sie die Produkt-
entwicklung mit der Produktion in Form einer integrierten informationstechnischen Lösung
[BRAC-02]
.
Der Aufbau einer Digitalen Fabrik erfolgt mit Hilfe folgender Methoden:
·
Modellierung und Visualisierung
·
Simulation und Bewertung
·
Datenmanagement und Kommunikation
Die Digitale Fabrik unterstützt die simultane Prozess- und Anlagenentwicklung, verbessert
die Kommunikation, beschleunigt die Entscheidungsfindung und erleichtert die detaillierte
Dokumentation während des gesamten Produktlebenszyklus. Dies umfasst die Phasen:
,,Planung", ,,Realisierung" und ,,Anwendung" in den Planungsbereichen: ,,Technologie",
,,Mensch/Maschine/Anlage" und "Fabrik", welche auch die Abstraktionsebenen der virtuel-
len Produktionsplanung bezeichnen
[MOLI-02]
,
[REIN-02].
Unter der virtuellen Produktion versteht man die durchgängige Abbildung von Produktions-
prozessen und anlagen mit Hilfe experimentierfähiger digitaler Modelle. Das Ziel der
virtuellen Produktionsplanung ist die vollständige digitale Simulation der Produktionspro-
zesse. Sie erlaubt die Absicherung der Produzierbarkeit und stellt die Produktionseffizienz
der Produkte und deren Produktionsprozesse sicher. Die Implementierung immersiver
Benutzerschnittstellen ermöglicht es dem Menschen zudem, an jeder Stelle der dreidimensi-
onalen virtuellen Produktion mit allen Sinnen ,,einzutauchen" und sich ein genaues Bild
davon zu verschaffen
[REIN-02].
4
2.2. Voraussetzungen für die Digitale Fabrik
Vor dem Aufbau einer Digitalen Fabrik müssen folgende charakteristische Infrastrukturebe-
nen realisiert werden, da auch aus ihnen der Nutzen der Digitalen Fabrik resultiert:
1. Datenhaltung/Datenerzeugung
2. Datenmanagement
3. Anwendungsintegration
4. Prozessmanagement und Organisation
5. Kooperation und Portale
Datenhaltung/Datenerzeugung
Im Rahmen der Datenerzeugung müssen sämtliche Daten u.a. aus Dokumenten, Vorgängen
und Produkten zentral digital erfasst werden. Dabei müssen Produkte und Prozesse in
digitaler Form vollständig abbildbar sein, und es muss gewährleistet sein, dass Datenände-
rungen im Rahmen von Änderungsschleifen keine zerstörerische Wirkung auf nachfolgende
Überlegungen haben. Änderungen im ersten Prozess dürfen das Weiterarbeiten an bereits
erfolgten Folgeüberlegungen im Nachfolgeprozess nicht behindern, damit ein Aufsetzen auf
bereits erfolgte Überlegungen im Nachfolgeprozess möglich ist.
Datenmanagement
Einen Ansatz zum Datenmanagement bieten sogenannte EDM- oder PDM-Systeme (Engi-
neering- bzw. Product-Data-Management-Systeme). Die Daten dieser Systeme können über
ein PLM (Product-Lifecycle-Management)-System mit den Daten anderer Unternehmensbe-
reiche verzahnt und durch informationstechnisch modellierte Prozesse formuliert werden.
PLM-Systeme basieren häufig auf Data-Warehouse-Technologien. Sie verknüpfen die
vorhandenen Datenbanken miteinander und strukturieren sie so, dass aus den Daten Infor-
mationen entstehen, die den Geschäftsprozess abbilden. Ein neuerer Ansatz ist das Informa-
tion-Warehouse, welches über Metainformationen - wie Systemressourcen und Datenbe-
stände - einen Zugriff auf sämtliche in anderen Systemen vorhandene Daten ermöglicht
[BWBP-01]
.
Das hilft, Probleme zu lösen, die aus den enormen Datenmengen resultieren, hat aber den
Nachteil, dass das Zugriffsvolumen mit zunehmender Anzahl von Nutzern überproportional
steigt
[BRAC-02].
5
Anwendungsintegration
Ein weiteres Element der Digitalen Fabrik ist eine homogene Soft- und Hardwarelandschaft
sowie Schnittstellen, die Datenaustauschbarkeit und Kompatibilität gewährleisten. Jedem
Mitarbeiter sind Tools für seinen spezifischen Aufgabenbereich bereitzustellen, die ihm die
Durchführung seines Aufgabenbereichs in einer integrierten Umgebung mit Anschluss an
die Informationsbasis ermöglichen. Dafür bedarf es leistungsfähiger CAD-, Simulations-,
Analyse- und Visualisierungswerkzeuge.
Prozessmanagement und Organisation
Bisherige Planungsprozesse sind charakterisiert durch ein hohes Maß an arbeitsteiligen,
funktional orientierten Strukturen. Dies impliziert ein sequenzielles Vorgehen und ein hohes
Maß an Schnittstellen zwischen den Prozessen. Moderne IT-Landschaften sind auf team-
und aufgabenorientierte Arbeit ausgerichtet. Diese Tatsache verlangt die Restrukturierung
der Planungsprozesse und Verteilung der neuen Aufgaben mit dem Ziel, die Prozesse zu
parallelisieren. Darüber hinaus müssen die Zulieferer über Schnittstellen an die IT-Lösung
angebunden werden, um am ,,simultaneous engineering" teilnehmen zu können.
Kooperation und Portale
Als letzter und vollendender Bestandteil der Digitalen Fabrik sind die Kommunikations-,
Koordinations- und Kooperationssysteme und -prozesse zu nennen (auch VR-Systeme).
Hierzu wird eine verteilte Entwicklungsumgebung über Web-Portale implementiert, so dass
eine schnelle und unbürokratische Informationsbeschaffung möglich ist.
Kollaborative Entwicklungsumgebungen können bei weltweitem Einsatz von der Zeitver-
schiebung profitieren und einen Schichtbetrieb im Bereich der Ingenieurstätigkeiten mög-
lich machen, der ohne Nachtschichten
auskommt.
(vgl.
[BWBP-01]
)
Zusammenfassung
Die Digitale Fabrik steht für einen voll-
ständig digital abgewickelten und soft-
wareintegrierten Planungsprozess. Sie
ermöglicht die parallelisierte Durchfüh-
rung der Produktentwicklung und der
Produktionsentstehungsplanung anhand
Abbildung 1: Die Digitale Fabrik das Bindeglied zwischen Produkt-
entwicklung und Produktion im Automobilbau [BRAC -02]
6
virtueller Produkte (vgl. Abb.1). Eine integrierte, webwide verfügbare Datenbasis, auf der
sämtliche Anwendungen aufsetzen, ist dabei Grundvorausetzung. Dadurch ermöglicht und
fördert die Digitale Fabrik das teambasierte und kollaborative Planen in allen planungsrele-
vanten Bereichen: Betriebsmittelplanung, Prozessplanung, Prozessdokumentation, Prozess-
simulation und Prozessoptimierung.
2.3. Erwartungen an die Digitale Fabrik
Der Einsatz digitaler Werkzeuge bei der Produktionsentstehungsplanung erfolgt in der
Automobilbranche aus bestimmten strategischen Zielen heraus. Bei Umsetzung dieser
Strategischen Ziele könnte die Digitale Fabrik in folgender Weise Nutzen stiften:
Verkürzung der Planung der Produktion
Parallelisierung der Produktentwicklung und der Produktionsentstehung durch den
verstärkten Einsatz von simultaneous engineering
Verbesserung der Planungsqualität
Reduktion der Planungs- und Investitionskosten.
Durch den Einsatz der Digitalen Fabrik wird im Allgemeinen eine Verkürzung der Pla-
nungsdauer der Produktion erwartet; Denn in der verstärkt softwarebasierten Planung sowie
in der integrierten Datenbasis ist der Aufwand für die Datenaufbereitung und ihre Wieder-
verwendbarkeit deutlich reduziert. Einen noch größeren Nutzen erhofft man sich für die
Gesamtentwicklungszeit des PKW. Der verstärkte Einsatz des simultaneous engineering
(vgl. Abb.2 auf der folgenden Seite), bringt eine Zeitverkürzung vom Planungsbeginn an bis
hin zum Produktverkauf. Diese erwartete Reduktion des Zeitaufwandes wird ,,shorter time-
to-market" oder ,,shorter time-to-customer" genannt.
Auch erhofft man sich durch die Digitale Fabrik eine höhere Planungsqualität. Sie soll sich
aus den neuen Möglichkeiten der Visualisierung, Simulation, Dokumentation und Kollabo-
ration bzw. Teamwork ergeben. Eine höhere Planungsqualität könnte die Qualität der
Produkte verbessern sowie die Optimierung der Produktionsanlagen schon vor Produktions-
beginn ermöglichen. Hieraus sollte schon bei Produktionsanlauf eine erhöhte Produktions-
qualität und Produktivität resultieren (safe-to-market).
7
Außerdem erwartet man von der Digitalen Fabrik eine verkürzte Einlern- bzw. Anlaufphase,
die auch als eine Verkürzung der ramp-up-time bzw. time-to-volume bezeichnet wird. Dies
könnte aus dem Einsatz virtueller Trainingsmethoden folgen. Theoretisch könnte dies als
ein steilerer Anstieg der Lernkurven interpretiert werden.
Abbildung 2: Zeiteinsparungspotentiale durch den Einsatz der Digitalen Fabrik [BRAC-01]
Insgesamt wird deutlich, dass der erwartete Nutzen aus der Digitalen Fabrik aus verschiede-
nen Sparten kommt und enorme Ausmaße hat. Es bleibt zu klären, ob die besonderen
Gegebenheiten der Automobilindustrie die erwarteten Nutzenpotenziale auch zulassen.
In den nächsten Kapiteln wird deshalb beschrieben, welche Planungsaufgaben in der
Autoindustrie anfallen und welche Einsatzmöglichkeiten die derzeitigen Tools zur Digitalen
Fabrik dafür anbieten. Danach wird auf die heutigen Strategien, Konzepte und Erfahrungen
bei den Automobilbauern eingegangen und zuletzt noch einmal der tatsächliche Nutzen
erläutert.
8
3. Produktion in der Automobilbranche
3.1. Produktionskonzepte der Automobil-OEM
Die Produktion eines Automobils besteht heute aus folgenden elementaren Arbeitsschritten:
Teilefertigung bzw. Teileeinkauf, Rohbaumontage, Lackierung und Endmontage. In fast
allen Bereichen besteht ein großer Manufakturanteil und eine geringe Technologieabhän-
gigkeit. Einen hohen Grad an Automatisierung ist in den Bereichen ,,Schweißen des Roh-
baus" und ,,Lackierung" zu finden
[MOLI-02]
. Von einer vollständigen Automatisierung ist
man größtenteils abgekommen, da die Bedeutung der menschlichen Komponente innerhalb
des Produktionssystems bereits früh erkannt wurde. Das Einbeziehen des Menschen in die
automatisierte Prozesskette wird JIDOKA genannt, übersetzt heißt es Autonomation, und
steht für die Reaktionsfähigkeit automatisierter Anlagen. JIDOKA ist Bestandteil der
Produktionsstrategie des Toyota Produktionssystems (TPS). Das TPS findet weltweit schon
bei den verschiedensten Automobilherstel-
lern Anwendung. Wesentliches Ziel des
TPS ist die Kostenreduktion durch Ver-
schwendungsminimierung (vgl. Abb. 3).
Unter Verschwendung wird alles verstan-
den, was nicht den Wert des Produktes
steigert. Verschwendung tritt auf in Form
von Ausschuss, Nacharbeit, Überprodukti-
on, Lagerbestände, nichtwertschöpfende
Bewegung, nicht wertschöpfende Prozesse,
Transport/ Innerbetriebliche Logistik und Wartezeiten. Ein weiterer Grundbaustein des
Toyota Production Systems ist die flexible Einsatzfähigkeit von Maschinen und Menschen.
Dies gewährleistet eine flexible Produktion. Darüber hinaus erfolgt die Materialweitergabe
im TPS nach dem Pull-Prinzip und wird zusätzlich durch Just-in-Time-Lieferungen das
Umlaufvermögen minimiert. Die Planung eines TPS ist aufwendiger als gewöhnliche
Fertigungssysteme. Der Anspruch der maximalen Qualität, die Forderung nach hoher
Flexibilität der Produktion und die Just-in-Time-Lieferung gestalten die Planung des
Systems sehr aufwendig und machen eine umfassende Logistikplanung notwendig
[BOO-99]
.
Abbildung 3: Produktionsstrategien im TPS [BOO-99]
9
Neben dem Toyota Produktionssystem gibt es weitere Ausprägungen von Produktionsanla-
gen bei den OEM, so z.B. Lean Plants, Agile Plants und Produktionstempel
1
.
Lean Plants Werke finden sich bei General Motors (GM) in Eisenach, bei DaimlerChryler
in Rastatt, bei Toyota in Georgetown und bei GM in Rosario. Lean Plants basieren auf der
guten Motivation und der Teamarbeit der Mitarbeiter, auf der Modularität, der Fischgräten-
struktur und dem Perlenschnurprinzip der Fertigung.
Agile Plants gibt es im Rahmen des Ford Amazon Projekt, bei VW in Resende und bei GM
in Blue Macaw. Agile Plants verfügen über eine extreme Modularisierung und haben die
Zulieferer in das Werk integriert (0,5 Tier-Supplier).
Eine neue Variante stellt der Aufbau von Produktionstempeln dar, wie die Gläserne Fabrik
von VW in Dresden. Hier werden in erster Linie Branding-Aspekte verwirklicht und
klassische Produktionsprinzipien vernachlässigt. Der Fokus besteht auf der Kundenbindung
und der Darstellung eines Premiumprodukts.
1
Quelle: Roland Berger Strategy Consultants
10
3.2. Erkennbare Änderungen der Produktionskonzepte der OEM
In diesem Kapitel werden die Haupttrends der Automobilbranche kurz aufgezeigt. Dies ist
wichtig, da sich nur so die zukünftigen Anforderungen an die Digitale Fabrik ableiten
lassen.
Der ungebrochene Haupttrend in der Automobilbranche ist die Kostenreduktion durch
stringentes Kosten- und Projektmanagement sowie die weitere Reduktion der Fertigungstie-
fe. Sowohl OEM als auch die Zulieferer befinden sich in der Konsolidierung:
·
Stringentes Kosten- und Projektmanagement
o
Build-to-Order (BTO) statt Build-to-Stock (BTS)
[JAME-02]
o
Design-to-Cost, Target-Costing
[TSCH-02]
·
Globale Produktionsplanungs- und Produktionsstrategie
[WILH-01]
·
Veränderte Kapazitätsauslagerungsstrategien
Durch die massive Reduktion der Fertigungstiefe durch Einschaltung von Produktions-
dienstleistern und das Anwachsen der Zahl der Zulieferer steigt die Schnittstellenkomplexi-
tät ständig. Darüber hinaus erhöht sich der Kommunikations- und Integrationsbedarf
zwischen OEM und OES. Die Erwartungen gehen hin zu einer immer schnelleren Ausliefe-
rung. Das B2B e-Business ist dabei noch in der Aufbauphase: Selbst 1999 wurden noch 60-
70% der elektronischen Bestellungen aus ungeklärten Gründen überhaupt nicht ausgeliefert
[MCKI-02/3].
Dem Trend der steigenden Modellvielfalt und -komplexität versucht man zu begegnen,
indem die Produktvarianten reduziert sowie Plattformen und Module bildet werden
[KWW-
02], [RIHA-02], [MOLI-02].
Durch Einführung der Digitalen Fabrik wird dies verstärkt möglich
sein und eventuell dazu führen, das die Modellkomplexität weiter steigt.
Der steigenden Produktionskomplexität wird mit Einbezug der 1-Tier-Supplier in die
Produktionssysteme begegnet und langfristig an einer ultrakurzen Produktion gearbeitet, die
in Zukunft mit einer Durchlaufzeit von 4 Stunden auskommen soll. Diese wird durch
Selbstorganisation, Selbstoptimierung und Dynamik und Fertigungssegmentierung gekenn-
zeichnet sein (,,fraktale Fabrik").
11
3.3. Aufgabenfelder in der Produktionsentstehungsplanung
Bislang war die Produktionsentstehungsplanung durch Techniken gekennzeichnet, die nicht
jedem zugänglich waren und einer gewissen Qualifikation bedurften. Durch die Planung
anhand von Softwaretools und der Simulation werden einige Planungsschritte sehr verein-
facht und für jedermann durchführbar. Einige der Planungstechniken sind in folgender
Übersicht zusammengefasst (Abb. 4):
Schritte
Teil-Schritte
Methoden (Beispiele)
Produktionsstrategie planen
Technologie planen
·
Technologieportfolio
·
Benchmarking
Produkt- und Produktionsstra-
tegie abgleichen
·
Technologiekalender
Prozesse planen
Baugruppen und deren Wich-
tigkeit bestimmen
·
QFD (HoQ 3)
·
ABC-Analyse
Prozesse festlegen und
bewerten
·
QFD (HoQ 4)
·
Prozesskostenrechnung
·
Benchmarking
·
Prozeß-FMEA
Produktion planen
Betriebsmittel planen
·
QFD (HoQ 4)
·
Expertenbefragung
Investitionen planen
·
Target Investment
·
Kapitalwertmethode
·
Amortisationsrechnung
·
Sensitivitätsanalyse
Logistikplan erstellen
·
Kanban-System
·
Fortschrittzahlenprinzip
·
Simulation
Abbildung 4: Teil-Prozess Produktionskonzept entwerfen [SDS-00]
Zusätzlich zu diesen Planungsschritten fallen im Produktionsentstehungsprozess die folgen-
den Planungsaufgaben an. Diese sind nicht als sequenziell aufeinander folgend zu verstehen.
Es handelt sich im Planungsprozess um eine iterative Vorgehensweise. Erkenntnisse, die im
nachfolgenden Planungsprozess anfallen, sorgen für die Verfeinerung der vorherigen
Planungsstufe. Die Planung erfolgt zunächst in einer groben Detailstufe und wird hinterher
verfeinert. In der Prozessplanung beginnt man z.B. damit, die grobe Arbeitsfolge zu
bestimmen. Nachdem die in der Montageplanung bestimmten MTM-Zeiten ermittelt
wurden, werden diese in eine verfeinerte Prozessplanung aufgenommen, und es wird eine
Austaktung vorgenommen.
Die wesentlichen Aufgaben bei der Produktionsentstehungsplanung werden im Folgenden
beschrieben. Dabei fallen im klassischen Produktionsentstehungsprozess folgende Tätigkei-
ten an:
12
1. Stücklistenverarbeitung
2. Prozessplanung
3. Montageplanung
4. Kostenplanung / Kalkulation
5. Operationsplanung, NC/IR-Zellen-Programmierung
6. Ergonomieanalysen
7. Logistikplanung / Layoutplanung / Fabriksimulation
3.3.1. Stücklistenverarbeitung
Im Rahmen der Stücklistenverarbeitung werden die Baugruppen der Produkte und deren
einzelne Varianten zu strukturierten Erzeugnisstrukturen zusammengefasst. Die Stücklisten
enthalten die einzelnen Bedarfe der enthaltenen Baugruppen. Es gibt Mengenstücklisten,
Strukturstücklisten und Baukastenstücklisten.
3.3.2. Prozessplanung
Unter Prozess- bzw. Fertigungsprozessplanung versteht man die Planung und Gestaltung
von Bearbeitungsvorgängen auf einer Fertigungseinrichtung. Man unterscheidet zwischen
technologischer und kapazitätsorientierter Prozessplanung. Die technologische Prozesspla-
nung umfasst die Planungsvorbereitung, die Rohteildefinition, die Prozessbestimmung, die
Definition von Prozessfolgen, die Maschinenauswahl und die Abschätzung von Rüst-,
Haupt- und Nebenzeiten. Im Rahmen der kapazitätsorientierten Prozessplanung werden
Stückzahlen ermittelt, Fertigungsaufträge erstellt, Prioritäten gesetzt, Termine bestimmt
(frühester Starttermin, spätester Ziel- oder Liefertermin) und die zu planenden Bauteile
identifiziert.
3.3.3. Montageplanung
Im Rahmen der Montageplanung wird der Ablauf der Montage geplant. Anhand eines
Vorranggraphen werden die Aufgaben und der Ablauf gegliedert, danach die Montagezeiten
(z.B. MTM) ermittelt und zum Schluss die Kapazitätsteilungsplanung vorgenommen.
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3.3.4. Kostenplanung / Kalkulation
Im Rahmen der Kostenplanung, bzw. der Kalkulation, werden Entscheidungen unter
Kostenaspekten forciert. Die Kostenplanung erstreckt sich über sämtliche konzeptionellen
Planungsbereiche. Dies betrifft die Technologieplanung von Fertigungsprozessen und die
Entscheidung des ,,Make or Buy" ebenso wie die Logistikplanung (vgl. Abb. 5). Im Rahmen
der Kalkulation werden alternative Prozessketten gebildet, die produkt- und verfahrensspe-
zifischen Kostentreiber sowie die
ressourcenspezifischen Prozesskosten
ermittelt, die Summe der Kosten
miteinander vergleichen, mit der
Produktionsstrategie abgeglichen und
das optimale Szenario im Hinblick auf
sämtliche Ziele ausgewählt.
Abbildung 5: Kostenbezogene Planungsaufgaben
1
3.3.5. Operationsplanung, NC/IR-Zellen-Programmierung
Unter einer Operation versteht man einen nicht unterbrochenen Bearbeitungsvorgang (z.B.
durch Werkzeugwechsel oder Veränderung der Aufspannung) auf einer Maschine mit einem
Werkzeug. Im Rahmen der Operationsplanung werden Spannmittel und Werkzeuge und
deren Operationen bestimmt (Vorrichtungsplanung), die Schnittwerte bzw. Kräfte optimiert
sowie die Schnittstrategie bestimmt und die Operationsreihenfolge optimiert. Auch die
Prüfmittelplanung beginnt mit der Operationsplanung. Der Prüfplan legt fest, welches
Bauteil zu welchem Zeitpunkt mit welchem Prüfmittel auf welche Weise mit welchem
Umfang geprüft wird. Die Prüfmittelplanung reicht somit bis in die Linientaktung hinein.
Die NC-Programmierung geschieht heutzutage in der Regel automatisiert durch Offline-
Programmierungsmodule anhand des CAD-Mastermodells. IR-Programmierung kann durch
Teach-in, Playback, textuell oder durch graphisch-interaktive Verfahren erfolgen (z.B.
Robcat, KUKA Sim, ABB RobotStudio).
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kostenbezogene Logistikplanung (Fachgebiet Logistikplanung Uni-Dortmund)
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3.3.6. Ergonomieanalysen
Ergonomieanalysen zählen zu den moderneren Planungsaufgaben der Arbeitsvorbereitung.
Sie haben sich im letzten Viertel des vorigen Jahrhunderts, insbesondere in großen Unter-
nehmen mit monotonen Tätigkeiten durchgesetzt. Monotone und im Akkord durchgeführte
körperliche Tätigkeiten hatten sich als gesundheitsschädlich erwiesen und führten regelmä-
ßig zu Unzufriedenheit und Krankheit der Arbeiter. Ziel der Ergonomieanalyse ist es, die
Belastung körperlicher Tätigkeiten zu minimieren und Bewegungsabläufe zu optimieren.
Darüber hinaus gestaltet sie Hebe- und Trageoperationen, die innerhalb der gesetzlichen
Rahmenbedingungen liegen
[UMDC-02]
.
Methoden zu Ergonomieanalysen sind ABBA, ErgonLift, EU-Check, HuT-Rechner, LASI-
Leitmerkmalmethode, NIOSH, OWAS, Win-EDS. Die im 4. Kapitel vorgestellten Soft-
waretools zur Ergonomieanalyse verwenden u.a. die NIOSH- und die OWAS-Methoden.
NIOSH ist ein Verfahren, das manuelle Lastenhandhabungen beurteilt. Es ist vom amerika-
nischen National Institute for Occupational Safety and Health herausgegeben worden. Unter
der Angabe von Daten der Lastenhandhabung, wie Griffbedingungen, Lastgewicht, Häufig-
keiten, Körperhaltung, wird ein maximal empfohlenes Lastgewicht bestimmt. Diese auch
,,Grenzlast" genannte Größe wird in Beziehung gesetzt zu dem tatsächlich vorhandenen
Lastgewicht, welches die Bestimmung eines Lifting-Index gestattet. Das NIOSH-Verfahren
ist für beidhändiges, gleichförmiges Heben von Lasten unter üblichen Handhabungsbedin-
gungen geeignet (Quelle: IADM-Hannover).
OWAS ist eine Methode zur Analyse von Körperhaltungen. Bei dieser 1974 in einem
finnischen Stahlwerk (OVAKO) entwickelten Methode werden Körperhaltungen über eine
Matrix systematisiert. OWAS berücksichtigt 360 verschiedene Arbeitshaltungen sowie 5
Kopfhaltungen. Dabei werden Variationen von Rücken-, Arm- und Beinhaltung sowie deren
erforderlicher Kraftbedarf betrachtet und anhand von vier Belastungsgruppen bewertet
(Quelle: IADM-Hannover).
Außerdem gibt es Verfahren zur Untersuchung der psychischen Rahmenbedingungen eines
Arbeitsumfelds und zur Beurteilung mentaler Arbeitsbelastungen, so z.B. SynBA-GA,
TAA-KH, TAI, TBS, VERA, ATAA, BEBA, BMS, FEMA, KABA, REBA, RHIA,
RHIA/VERA, SAA, SAB, SALSA, SynBA (Quelle: IADM-Hannover). Diese wurden
durch Systemanbieter von Tools zur Digitalen Fabrik bislang noch nicht integriert.
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2002
- ISBN (eBook)
- 9783832468255
- ISBN (Paperback)
- 9783838668253
- DOI
- 10.3239/9783832468255
- Dateigröße
- 2.9 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Technische Universität Berlin – Industrielle Informationstechnik
- Erscheinungsdatum
- 2003 (Mai)
- Note
- 1,7
- Schlagworte
- virtuelle fabrik automobilbranche produktionsplanung unternehmensstrategien
