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© Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn W2334-01Methoden der Planung und Organisation Prof. Dr.-Ing.

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1 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn W Methoden der Planung und Organisation Prof. Dr.-Ing. habil. W. Dangelmaier Modul Produktionssysteme (W2334)

2 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Organisatorisches W : Methoden der Planung und Organisation Vorlesung K Methoden der Planung und Organisation Montag, 16: :00 Uhr, H1 Dienstag, 14: :00 Uhr, H1 Literatur  Dangelmaier, W.: Fertigungsplanung. Planung von Aufbau und Ablauf der Fertigung, Berlin: Springer Alle Unterlagen in Paul ! 2

3 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn W Methoden der Planung und Organisation Prof. Dr.-Ing. habil. W. Dangelmaier Modul Produktionssysteme (W2334)

4 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn W : Methoden der Planung und Organisation Inhalt 1.Einführung/Anwendungsszenarien 2.Planung des Produktionsprogramms 3.Gliederung der Produktionsaufgabe – Organisationskonzepte 4.Planung überbetrieblicher Strukturen – betriebliche Standorte 5.Planung betrieblicher Strukturen 6.Planung von Fertigungssystemen – Abläufe und Dimensionen 7.Fallstudie 8.Arbeitssysteme 9.Planung von Produktionssystemen 4

5 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn 1. Einführung: Worum geht es hier? Einführung: Worum geht es hier? W : Methoden der Planung und Organisation 5

6 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn 1. Einführung: Worum geht es hier? Einführung: Worum geht es hier? W : Methoden der Planung und Organisation 6

7 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn 1. Einführung: Worum geht es hier? Einführung: Worum geht es hier? W : Methoden der Planung und Organisation 7

8 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn 1. Einführung: Worum geht es hier? Einführung: Worum geht es hier? W : Methoden der Planung und Organisation 8

9 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn W : Methoden der Planung und Organisation Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 9

10 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Simulationsstudie Hochregallager BMW AG, Dingolfing Planung eines Hochregallagers  Auslegung der Fördertechnik im Lagervorhof der I-Punkt-Organisation der Lagerstrategie 10 BMW Dingolfing Werk 2.4 Materialfluss Pressteile

11 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation I- I-Punkt Konturenkontrolle Waage PS Beispiel: Funktionsmodell Einlagerung 11

12 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Kontroll- punkt Ausgabe- station 5 Etagen- förderer Ausgabe- station 2 Ausgabe- station 34 Gasse 1Gasse 6Gasse 5Gasse 4Gasse 3Gasse 2 12

13 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Auslagern (Untergeschoss) Einlagern (Obergeschoss) Hochregallager (Ein-Auslagern) 13

14 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Gasse 2Gasse 1 keine Kontrolle Einlager- bereich Konturenkontrolle I-Punkt Beispiel:Gestaltung eines Identifikationspunkts (Variante 1) Kontrollzeit: 14,5 sec. 14

15 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Gasse 2Gasse 1 zusätzliche Kontrollzeit: ~> 23,5 sec. Einlager- bereich Konturenkontrolle I-Punkt Beispiel:Gestaltung eines Identifikationspunkts (Variante 2) Kontrollzeit: 14,5 -> 23,5 sec. 15

16 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Variante 1 Variante 2 Grenzzeit I-Punkt (sec.) Länge der Warte- schlange Ablese- richtung Warteschlangenbildung im Einlagerbereich (Beispiel) 1600 Einlagerungen / Tag 1760 Einlagerungen / Tag 16

17 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation VorteilNachteil Variante 1Knoten ist reversierbar; daher problemlose Behälterausschleusung Sehr geringe und kaum ausreichende Verweildauer zur Behälteridentifizierung Variante 2Ausreichend große Verweildauer zur Behälteridentifizierung, kann durch Hinzunahme der Behälterverweildauer des Vorgängerpunktes vergrößert werden I-Punkt nur bedingt reversierbar, bei Ausschleusungen muss Nachfolgebehälter mit ausgeschleust werden. Gegenüberstellung der beiden Identifikationspunkt-Varianten 17

18 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Gassen-Nr verfügbare Spielzeit (sec.)116,9104,9 87,3104,9 errechnete Spielzeit 70 % DSP (sec.) 95,04 Auslastung (%)81,2790,57 108,8290, Einlagerungen/Tag; 100 % Lagerauslastung Alternative 1 Gassen-Nr verfügbare Spielzeit (sec.)116,9104,9 87,3104,9 errechnete Spielzeit 70 % DSP (sec.) 95,54 Auslastung (%)81,6991, ,3991, Einlagerungen/Tag; 100 % Lagerauslastung Alternative 2 18

19 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Gassen-Nr verfügbare Spielzeit (sec.)116,9104,9 87,3104,9 errechnete Spielzeit 70 % DSP (sec.) 88,06 Auslastung (%)75,3083,91 100,0283, Einlagerungen/Tag; 70 % Lagerauslastung Alternative 1 19

20 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 1 W : Methoden der Planung und Organisation Lagerauslastung (%) Höhe (m) 28,2823,4736,8840 Länge (m) 81,3296,23106,02115 Mittl. Zeit pro Auftrag (sec.) 81,0688,0692,6395,04 Mittl. Einlagerzeit/Auf. (sec.) 80,5187,4992,0494,44 Mittl. Auslagerzeit/Auf. (sec.) 81,6088,6293,2195,65 Verbesserung der mittl. Zeit pro Auftrag absolut gegenüber 100 % Lagerauslastung (sec.) 13,986,982,41- Verbesserung der mittl. Zeit pro Auftrag prozentual gegenüber 100 % Lagerauslastung (%) 14,717,342,54- 20

21 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn 1. Einführung: Worum geht es hier? Einführung: Worum geht es hier? W : Methoden der Planung und Organisation 21

22 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn W : Methoden der Planung und Organisation Einführung: Worum geht es hier? 22

23 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn 1. Einführung: Worum geht es hier? Einführung: Worum geht es hier? W : Methoden der Planung und Organisation 23

24 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 2 W : Methoden der Planung und Organisation 24

25 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 2 - Fertigung von Waffen W : Methoden der Planung und Organisation Zweizeilige Lagerzone in Halle A und Anbau 25

26 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 2 - Fertigung von Waffen W : Methoden der Planung und Organisation Dreizeilige Lagerzone in Halle A 26

27 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 2 - Fertigung von Waffen W : Methoden der Planung und Organisation 27

28 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 2 - Fertigung von Waffen Werkfoto Mauser-Werke Oberndorf GmbH Produktionslager mit FTS als Regalbediengerät W : Methoden der Planung und Organisation 28

29 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Werkfoto Mauser-Werke Oberndorf GmbH Das FTS als flexible Verknüpfung zwischen Produktionslager und Bearbeitungsstationen Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 2 - Fertigung von Waffen W : Methoden der Planung und Organisation 29

30 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Werkfoto Mauser-Werke Oberndorf GmbH Flexible Anlieferung von Werkzeugen, Material und Vorrichtungen an die Bearbeitungsstationen Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 2 - Fertigung von Waffen W : Methoden der Planung und Organisation 30

31 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Werkfoto Mauser-Werke Oberndorf GmbH Warenein- und -ausgang des Materialflusssystems Anwendungsszenario Fabrikplanung Beispiel 2 - Fertigung von Waffen W : Methoden der Planung und Organisation 31

32 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Einführung Grundlagen W : Methoden der Planung und Organisation Die Produktion ist der betriebliche Umwandlungs- und Transformationsprozess, durch den aus den Einsatzgütern andere Güter oder Dienstleistungen erstellt werden“. Produktion als Input-/Output-Prozess Output der Produktion sind die Produkte (materielle und immaterielle Produkte sowie Dienstleistungen). Input der Produktion sind Produktionsfaktoren. Rosenberg differenziert hier in Anlehnung an Gutenberg zunächst nach Werkstoffen, Betriebsmitteln und ausführungsorientierten Arbeitskräften, um dann die beiden letztgenannten Kategorien zu Potentialfaktoren zusammenzufassen und diese nach [verschleißabhängig] und [nicht verschleißabhängig] zu unterteilen. Es hängt vom Untersuchungszweck ab, ob und wie eine Einwegpalette als Potentialfaktor oder eine Werkzeugmaschine in ihrem Verschleißverhalten betrachtet werden muss. 32

33 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Einführung Grundlagen W : Methoden der Planung und Organisation Definition Fertigung Die Fertigung umfasst alle technischen Maßnahmen zur Herstellung von Material oder Erzeugnissen. Sie ist grundsätzlich ein diskontinuierlicher Prozess. Fertigung wird demnach als eine spezielle Form der Produktion betrachtet, die im wesentlichen nur den Bereich der Herstellung von Einzelteilen und der Montage umfasst (s. auch [Ker96]). Hilfstechniken sind Förder-, Mess- und Informationstechnik zu nennen. Die Differenzierung zwischen industrieller und handwerklicher Produktion tritt in den Hintergrund; die Abkehr von der kundenanonymen Massenfertigung hin zur Kundenauftragsfertigung führt dazu, dass die Charakteristika der handwerklichen Produktion als beispielhaft für die industrielle Produktion übernommen werden. 33

34 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Einführung Planungsaufgabe und Verfahren W : Methoden der Planung und Organisation Das Produktionssystem ist nach [Kurb93] in der „strategischen Produktionsplanung“ bzw. nach [Refa] in der „Fertigungsplanung“ bzw. nach [Sche94] in der „Arbeitsplanung“ festgelegt worden. „Planung“ ist dabei die gedankliche Vorwegnahme des zukünftigen Geschehens durch systematische Entscheidungsvorbereitung und Entscheidungsfindung [Hah96]. Da wir uns hier auf Produktionssysteme konzentrieren wollen, sei definiert: Definition Produktionsplanung Die Planung der Produktion umfasst alle einmalig zu treffenden Maßnahmen bezüglich der Gestaltung eines Produktionssystems und der darin stattfindenden Produktionsprozesse. Definition Produktionsplanungs-Aufgabe Eine Produktionsplanungs-Aufgabe ist die Aufgabe, für ein Produktionssystem vorausschauend Plandaten über die qualitative, quantitative und zeitliche Gestaltung und Zuordnung der Elemente dieses Produktionssystems, die in sich und mit den Ausgangsdaten konsistent sind, für einen definierten, zielgerichteten Produktionsprozess festzulegen. 34

35 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Einführung Parametrisierungsaufgabe – Festlegung von Flüssen und Beständen W : Methoden der Planung und Organisation Der Materialfluss wird nach VDI 3300 in vier Stufen eingeteilt. Kriterium zur Einteilung ist dabei der Bereich, in dem der Materialfluss betrachtet wird. Damit lässt sich jeder Materialfluss-Stufe eine Produktionsplanungsaufgabe zuordnen. Materialfluss 1. Stufe: Der Materialfluss 1. Stufe umfasst die Transporte zwischen einem Betrieb und seinen Lieferanten und Abnehmern. Mit dieser Stufe setzt sich die Standortplanung auseinander. Materialfluss 2. Stufe: Der Materialfluss 2. Stufe betrachtet die Bewegungen innerhalb des Betriebsgeländes zwischen verschiedenen Bereichen des Betriebes (z. B. Werkhallen, Funktionsbereiche). Ergebnis der korrespondierenden Produktions- Planungsaufgabe ist der Bebauungsplan. Materialfluss 3. Stufe: Der Materialfluss 3. Stufe umfasst die Bewegungen zwischen den Abteilungen eines Betriebsbereiches und innerhalb der Abteilungen zwischen den einzelnen Betriebsmitteln (Arbeitsplätze, Maschinengruppen, Lager usw.). Ziel der hier angesprochenen Untersuchungen ist ein optimaler Maschinenaufstellungsplan. Materialfluss 4. Stufe: Der Materialfluss 4. Stufe umfasst die Bewegungen des Materials am Arbeitsplatz selbst. Auf dieser Stufe werden vor allem Handhabungseinrichtungen zur Automatisierung des Materialflusses am Arbeitsplatz betrachtet. 35

36 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Einführung Parametrisierungsaufgabe – Festlegung von Flüssen und Beständen W : Methoden der Planung und Organisation Fördern und Transportieren: Jede bewusste Ortsveränderung von Gütern oder Personen  Transportieren: Das Bewegen in horizontaler Richtung über große Entfernungen  Fördern: Das Bewegen in horizontaler und vertikaler Richtung über begrenzte Entfernungen. Damit bezieht sich das Fördern auf innerbetriebliche und das Transportieren auf zwischenbetriebliche Bewegungen. 36

37 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Simulation des geplanten Fabriklayouts Anordnung der Maschinen und Arbeitsplätze Transportwege zwischen den Arbeitsschritten Frühes Erkennen von Problemen im Layout-Design Vermeidung von hohen Kosten bei Umstrukturierungen Digitale Fabrik - Layoutsimulation W : Methoden der Planung und Organisation 37

38 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Personaleinsatzplanung Zusammen-/Gruppenarbeit –Auch unter Berücksichtigung der Qualifikation der einzelnen Mitarbeiter Ergonomiesimulation –Simulation von manuellen Arbeitsgängen Physische-/psychische Belastung Zugänglichkeitsprüfung Digitale Fabrik - Personalsimulation W : Methoden der Planung und Organisation 38

39 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Digitale Montageprozessplanung und Prozessüberprüfung 3D-Visualisierung und Simulation der Montagesequenz Frühzeitige Abstimmung von Produkt, Prozess und Ressource Planung der Produktmontagesequenz und optimalen Fügefolge Planung von Füge- und Entnahmewegen Überprüfung der Verbaubarkeit Schrittweise Animation der Prozessfolgen auf Basis des Prozessablaufplans zur Prozessverifikation statische und dynamische Kollisionskontrolle 3D-Visualisierung dient auch der Kommunikation und Schulung der Beteiligten Digitale Fabrik – Montagevisualisierung und -simulation W : Methoden der Planung und Organisation 39

40 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn NC-Simulation –Durchlauf des NC-Programms –Test ob es zu Konflikten/Kollisionen zwischen Werkzeugen kommen kann –Optimierung der Laufwege Roboter-Simulation –Simulation der Bewegung des Roboterarms –Verbesserung der Programmgenauigkeit –Kollisionstest –Planung von Roboterarbeitszellen Digitale Fabrik - Maschinensimulation W : Methoden der Planung und Organisation 40


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