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Komplexität & Flexibilität
Kostenoptimale Produktvarianz in der Montage

Fragestellung
Am Standort eines 1st Tier Automobilzulieferers bestand die Produktvarianz aus einigen hundert physischen Derivaten der zwei Baureihen des hergestellten Produktes. Ziel eines Projektes zur variantengerechten Produktionsgestaltung in dem Unternehmen war, die notwendigen Investitions- kosten der zum Teil hochautomatisierten Anlagen zu verringern und Produktivitäts- steigerungen zu erschließen.


Methodik
Im Mittelpunkt eines solchen Projektes steht die Entflechtung der Komplexität das heißt Schaffung des Verständnis darüber, was die Produktvarianz in der Produktion tatsächlich auslöst, um diese Auswirkungen systematisch aufzulösen. Das Vorgehen gliedert sich in vier Teilschritte: Ausgehend von der Aufnahme der Produktstruktur werden in der so genannten Produktions-Struktur-Matrix die Einflüsse der Produktvarianz auf Prozesse und Ressourcen analysiert. Dadurch wird die für einen systematischen Gestaltungsprozess notwendige Transparenz geschaffen und es können Optimierungspotenziale und Verbesserungen aufgedeckt werden. Letzter Schritt im Vorgehen ist die Bewertung der Gestaltungslösungen auf der Basis von Lebenszykluskosten. Da auch anfangs kostengünstigere Lösungen durch mangelnde Flexibilität oder höhere Betriebskosten mit der Zeit sehr teuer werden können, ergeben sich hier zum Teil für das Unternehmen überraschende Ergebnisse.


Ergebnis
Der im Projekt identifizierte Veränderungsbedarf am Produktionssystem umschließt sowohl technische als auch organisatorische Lösungsbestandteile:

  • Einführung kundenneutraler Vormontagebereiche

  • Konstruktive Produktveränderungen

  • Vereinheitlichung von Montagestationen

  • Umverteilung manueller und automatisierter Arbeitsgänge

  • Konstruktive Optimierung der Betriebsmittel und Werkzeuge


Lebenszyklus und Szenarioplanung in der Produkion (Automobilhersteller)

Fragestellung
Grundlage für eine Optimierung der Produktion ist die Kenntnis über die Entwicklung des Produktprogramms über der Zeit. Neben Aussagen zum Produktprogramm müssen mögliche Nachfrageentwicklungen ermittelt werden. Insbesondere werden minimale und maximale Kapazitätsanforderungen an die Produktion sowie Aussagen zum Variantenmix benötigt. Weiterhin sind Einführungen neuer Produkte zu berücksichtigen.


Methodik
Die Entwicklung des Produktionsprogramms ist an Hand von Szenarien abzubilden. Diese Szenarien sind mit Hilfe von Experten aus Marketing und Vertrieb aufzubauen und mit Eintrittswahrscheinlichkeiten zu hinterlegen. Als Hilfsmittel dafür wurde der Scenario Wizard entwickelt. Grundlage für die Ermittlung der Marktunsicherheit ist die Prognose des Produktionsvolumens der zu fertigenden Produkte
durch den Vertrieb. In einem nächsten Schritt müssen mögliche Ereignisse identifiziert werden, die die Produktionsvolumina der einzelnen Produkte beeinflussen. Jedes Ereignis wird mit Eintrittswahrscheinlichkeiten hinterlegt. Aus den erhobenen Daten werden mit Hilfe des Scenario Wizard Prognosen über zu erwartende Absatzverläufe für die Zukunft erstellt; sie enthalten für jedes Produkt in jeder Periode die zu fertigende Stückzahl.


Ergebnis
Erfahrungen aus dem praktischen Einsatz zeigen, dass ein IT-Tool für diese Aufgabe eine wesentliche Hilfe darstellt und damit die Einbeziehung von Unsicherheiten in die Planung fördert.
Die so aufbereiteten Daten bilden die Basis sowohl für die Planung des Produktionssystems als auch für die sich anschließende Bewertung und Auswahl.


Skalierbares Anlagenkonzept in der Montage

Fragestellung
Ein verbreitetes Problem in Unternehmen mit investitionsintensiver Produktion ist das Dilemma, langfristig Kapital in Produktions- anlagen festlegen zu müssen, jedoch nur über unsichere Planungsgrößen zu verfügen: Wie werden sich der Kapazitätsbedarf und die Variantenverteilung entwickeln? Wie kann eine Produktionslinie investitionsarm an Produktupdates angepasst werden? Wie kann die Wiederverwendbarkeit von Anlagen sichergestellt werden, wenn die folgenden Produktgenerationen noch nicht bekannt sind?


Methodik
Das Vorgehen beruht auf einem Ansatz aus der Produktentwicklung: Modularisierung und Plattformentwicklung. Erster Schritt der Methodik ist eine Varianzanalyse des Produktions- systems. Untersucht wird welche "Veränderungstreiber" auf die Produktion wirken sowie welche Prozesse und Anlagen von welchen Veränderungseinflüssen abhängen. Diese Analyse wird in der so genannten Produktions-Struktur-Matrix durchgeführt, die im nächsten Schritt einen systematischen Gestaltungsprozess anleitet. Durch die Bildung von Modulen und stabilen Plattformen werden Veränderungseinflüsse konzentriert und die komplexen Abhängigkeiten in der Produktionsstruktur gezielt entflochten.


Ergebnis
Der Nutzen eines skalierbaren Linienkonzeptes liegt im Beispiel des Automobilzulieferers in einer drastischen Reduzierung des Investitionsrisikos: Mit dem neuen Anlagenkonzept kann die Kapazität der Anlage über mehrere Investitionen in kleinen Schritten skaliert werden. Die Variantenflexibilität wurde drastisch erhöht; die vorher produktspezifischen Produktionslinien können im neuen Konzept durch Umrüstung angepasst werden, so dass der Invest für ganze Produktionslinien, etwa für kleine Serien, entfällt.


Flexibilitäts- und Effizienzoptimierung

Fragestellung
Auslastung und Lieferfähigkeit sind für eine Mix-Model-Produktion, in der sich die Nachfrage nach einzelnen Produktmodellen und -varianten schnell verändern kann, kritische Größen der Systemauslegung. In einem Projekt bei einem Automobilhersteller war die Auslegung mehrerer parallel angelegter Montagelinien durchzuführen.


Methodik
Für die Beantwortung der zentralen Fragestellung "Welche Produkte sollen auf welcher Montagelinie in welcher Stückzahl hergestellt werden?" sind zwei gegenläufige Zielgrößen zu berücksichtigen: Je mehr unterschiedliche Produkte auf jeder Linie hergestellt werden können, um so flexibler kann auf Marktschwankungen reagiert werden; desto höher ist jedoch der Aufwand für Betriebsmittel, der in der Linie zu leistende Taktausgleich und der Steuerungsaufwand.
Zur Auflösung dieses Zielkonfliktes wurde im Projekt auf ein am WZL entwickeltes Simula- tionswerkzeug zurückgegriffen, mit dem in einer iterativen Optimierung der optimale Kompromiss zwischen Flexibilität und Produktentmischung auf den Montagelinien gefunden werden kann.


Ergebnis
Die entwickelten Szenarien werden mit Hilfe einfacher Kriterien bezüglich ihrer Flexibilität beurteilt: Wie hoch ist die Auslastung, die Lieferfähigkeit und die Wahrscheinlichkeit, dass trotz freier Kapazität die Lieferfähigkeit durch mangelnde Flexibilität beschränkt wird?
Bezüglich der Kosten- und Effizienzsituation werden der notwendige Taktausgleich, Flächen- mehrbedarfe und Mehrkosten für redundante oder flexibilisierte Betriebsmittel für die Auslegungsszenarien ermittelt.


Bewertung der Lebenszykluskosten in der Produktionsauslegung

Fragestellung
Ständig steigende Dynamik und Unsicherheit der Märkte fordern zunehmende Flexibilität von produzierenden Unternehmen. Deshalb lohnt es ich zu wissen: Was kostet Flexibilität? Wie viel Flexibilität braucht eine Produktion? Und an welchen Stellen?
Bisher sind Flexibilität und Risiko bei der Planung von Produktionssystemen allerdings nicht adäquat bewertbar.


Methodik
Für die Optimierung der Flexibilität von Produktionssystemen wurde am WZL ein IT-Tool, der LifecycleEvaluator, entwickelt. Dieses Tool errechnet und bewertet schnell und einfach die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Produktions- systemalternativen für verschiedene Zukunfts- entwicklungen und hilft so bei der Bestimmung des optimalen Kosten-Nutzen-Verhältnisses von Flexibilität. Neben der durchschnittlichen Wirtschaftlichkeit lassen sich auch Best-Case- und Worst-Case-Wirtschaftlichkeit, Schwank- ungsbreiten usw. berechnen. Auf Basis dieser Daten kann das Risiko für jede der bewerteten Produktionssystemalternativen eingeschätzt werden.


Ergebnis
Die vom WZL entwickelte Lösung ermöglicht durch die explizite Einbeziehung von Dynamik und Unsicherheit in Entscheidungsprozesse langfristig optimale Entscheidungen:

  • Schnelle Bewertung alternativer Produktionskonzepte

  • Identifikation kritischer Entscheidungsgrößen (Sensitivitätsanalysen)

  • Identifikation und Quantifikation von Unsicherheiten und Risiken

  • Aufdeckung von Potenzialen bestehender Produktionssysteme

  • Standardisierung und Erhöhung der Transparenz im Planungsprozess


eine Initiative der