Simulationsintegrierte Grobplanung von Montagesystemen für die Serienmontage am Beispiel der Automobilzulieferindustrie:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Chemnitz
Techn. Univ. Chemnitz, Inst. für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme
2005
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| Schriftenreihe: | Wissenschaftliche Schriftenreihe des Institutes für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme
44 |
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VORWORT
INHALTSVERZEICHNIS I
ABBILDUNGSVERZEICHNIS III
TABELLENVERZEICHNIS V
ARBEITSDEFINmONEN VI
1 PROBLEMSTELLUNG 1
2 STAND DER PLANUNGSSYSTEMATIK UND EINSATZ DER ABLAUFSIMULATION IN
DER MONTAGE 4
2.1 Fabrikplanung und Fabrikbetrieb 4
2.2 Montagesystemsynthese 6
2.2.1 Aufbereitung des Produktionsprogramms 6
2.2.2 Funktionsbestimmung 8
2.2.3 Dimensionierung 9
2.2.4 Strukturierung 11
2.2.5 Bewertung der Montagesystemplanung 12
2.3 Besonderheiten der Entwurfsplanung 12
2.4 Erklarungsmodelle zu Montagesystemen 21
2.4.1 Deterministische Modelle 22
2.4.2 Warteschlangenmodelle 23
2.4.3 Kennlinien 23
2.4.4 Simulation 23
2.5 Simulationseinsatz in der Montagesystemplanung 27
2.6 Zielsetzung für die simulationsintegrierte Montagesystemplanung 32
3 ENTWICKLUNG EINER SIMULATIONSINTEGRIERTEN PLANUNGSMETHODE ZUR
DYNAMISCHEN ANALYSE VON MONTAGESYSTEMEN IN DER GROBPLANUNG 35
3.1 Bestimmung des Produktionsprogramms 36
3.2 Funktionsbestimmung 39
3.3 Systemdimensionierung 43
3.3.1 Zeitwirtschaft 45
3.3.2 Bestimmung des Kapazitätsfeldes 46
3.3.3 Bestimmung des Automatisierungsgrades der Arbeitsstationen 48
3.3.4 Bestimmung der Puffer zwischen Arbeitsstationen 49
3.4 Systemstrukturierung 50
3.4.1 Produktionsnetze in der Montage 50
3.4.2 Materialflussstrukturierung 52
3.4.3 Arbeitsstrukturierung 55
3.4.4 Bestimmung des Montagesystemlayouts für Vor- und Endmontage 58
3.5 Grundlagen offener und geschlossener Montagesysteme 60
3.6 Aufbau der Planungsmethodik 65
Inhaltsverzeichnis , 3.6.1 Methodik der simulationsintegrierten Grobplanung ^
3.6.2 Funktionsbestimmung mit Hilfe des Montagevorranggraphen 69
3.6.3 Prozesstechnologische Vorbereitung ®
3.6.4 Organisatorische Vorbereitung 73
3.6.5 Durchführung der Modellsimulation und Auswertung von Kennwerten 73
3.7 MODEUBIBLIOTHEK FOR DIE MONTAGEGROBPLANUNG 73
3.7.1 Aufbau von Montagesystemen 73
3.7.2 Aufbau bestehender Modellbibliotheken für Montagesysteme 75
3.7.3 Aufbau der Modellbibliothek für die Grobplanungsmethodik 76
3.7.4 Schnittstellenmodellelemente 78
3.7.5 Voreinstellende Modellelemente 79
3.7.6 Bearbeitende und prüfende Modellelemente ^
3.7.7 Lagernde Modellelemente ^
3.7.8 Transportierende Modellelemente (Fördermittel) 87
3.7.9 Transportierende Modellelemente (Förderhilfsmittel) 89
3.7.10 Steuernde bzw. informationstechnische Modellelemente 90
3.7.11 Auswertende Modellelemente 94
3.8 Ergebnis der Planungsmethodik 96
4 ANWENDUNG DER PLANUNGSMETHODIK ANHAND VON FALLBEISPIELEN 97
4.1 Grobplanung und Simulation von Montagesystemalternativen 97
4.1.1 Offenes Montagesystem ohne Förderhilfsmittel 99
4.1.2 Geschlossenes Montagesystem mit Förderhilfsmittel 102
4.2 Personalorientierte Simulation mit flexiblem Personaleinsatz 1 **
4.2.1 Simulation des konventionellen Planungsszenarios - Lauf 1 107
4.2.2 Simulation des personalreduzierten Planungsszenarios - Lauf 2 108
4.2.3 Simulation des durchsatzorientierten Planungsszenarios - Lauf 3 110
4.2.4 Interpretation der Simulationsläufe 111
5 PLANUNGSGRUNDSÄTZE 113
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 117
7 LITERATURVERZEICHNIS 119
8 ANHANG 132
8.1 Modellelemente 132
8.2 Fallbeispiel: Montage eines TelefonendgerAtes 133
8.2.1 Simulation als offenes Montagesystem 135
8.2.2 Simulation als geschlossenes Montagesystem 137
8.3 Praxisbeispiel: Personalorientierte Simulation mit aExiBLEM Personaleinsatz 140
— ~~ Ü ~ ~~
Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Betrachtungsraum - Fabrikplanung und Fabrikbetrieb (nach /SCHE-04/) 5
Abbildung 2: Semantisches Produktstrukturmodell (in Anlehnung an /GAUS-98b/) 7
Abbildung 3: Zusammenhang Trichtermodell, Durchlaufdiagramm und Betriebskennlinie
(in Anlehnung an /WIEN-95/) 21
Abbildung 4: Abläufe von Simulationsstudien (in Anlehnung an /SPlE-91 / und /VDI-3633/) 24
Abbildung 5: Aufwandsverteilung einer Ablaufsimulation (nach /FEL.D-97/) 25
Abbildung 6: Zielsetzung bei Ablaufsimulationsprojekten /FELD-97/ 27
Abbildung 7: Analyse bestehender Verfahren zur Integration von Montageplanung und
Simulation 28
Abbildung 8: Einsatz der Simulation innerhalb der Montagesystemplanung 32
Abbildung 9: Arbeitssystemmodell (in Anlehnung an /DIN 33400/) 35
Abbildung 10: Strukturbaum eines Produktes 36
Abbildung 11: Ablaufvariantenkomplexität in der Produktionsprogrammplanung 38
Abbildung 12: Prozesskettenelement (nach /KUHN-95/) 41
Abbildung 13: Restriktionen bei der Funktionsbestimmung 42
Abbildung 14: Kennzahlenermittlung bei der Dimensionierung 43
Abbildung 15: Ermittlung des Kapazitätsfelds 46
Abbildung 16: Beispielhafte Qualitativbewertung Artteilung - Mengenteilung 47
Abbildung 17: Erfüllungsgrade verschiedener Kriterien von Arbeitsstationstypen 49
Abbildung 18: Modell einer Kompetenzzelle (in Anlehnung an /WIRT-01/) 51
Abbildung 19: Materialflusstechnische Anordnung von Vor- und Endmontagen 53
Abbildung 20: Materialbereitstellungsformen an Montagearbeitsplätzen 55
Abbildung 21: Struktur der Flusssystema (nach /FÖRS-83/) 58
Abbildung 22: Erfüllungsgrade von Arbeitssystemkriterien verschiedener Layoutgrundtypen 59
Abbildung 23: Materialflussklassifizierung von Montagesystemen (in Anlehnung an /STET-77/) 60
Abbildung 24: Betriebskennlinien (DLZ-/leistungs-Bestandsdiagramm) 64
Abbildung 25: Simulationsintegrierte Grobplanungsmethodik 65
Abbildung 26: Grobplanungsmethodik innerhalb des Simulators 67
Abbildung 27: Beispiel eines Montagevorranggraphen 69
Abbildung 28: Aufbau der Produkt- und Prozesstabelle - Haupt- und Nebenprozesse planen 70
Abbildung 29: Aufbau der Produkt- und Prozesstabelle - Prozesse detaillieren und
Kapazitätsteilung vornehmen 71
Abbildung 30: Aufbau der Produkt- und Prozesstabelle - Prozesse Arbeitsstellen und
Mitarbeitern zuordnen 72
Abbildung 31: Aufbau des Modellelements „Personalpool 83
Abbildung 32: Aufbau des Modellelements .Arbeitsstation 85
Abbildung 33: Steuerungsalgorithmen für das Modellelement .Arbeitsstation 92
Abbildung 34: Steuerungsalgorithmen für das Modellelement .Rundtisch 93
Abbildung 35: Montagereihenfolge für weiteren Planungsablauf 97
Abbildung 36: Systembestand - offenes System 99
Abbildung 37: Durchlaufzeit - offenes System 100
Abbildung 38: spezifische Ausbringungszeit - offenes System - alle Simulationsläufe 101
Abbildung 39: Gesamtdurchsatz (1 Schicht ä 8h) - offenes System 102
Abbildung 40: Durchlaufzeit - geschlossenes System (Maximal- und Mittelwerte) 103
Abbildung 41: spezifische Ausbringungszett - geschl. System - alle Simulationsläufe 104
iii
Abbildungsverzeichnis Abbildung 42: Gesamtdurchsatz (1 Schicht ä 8h) - geschlossenes System 105
Abbildung 43: Montagesystemlayout des Simulationsmodells 106
Abbildung 44: Qualifikationszuordnung der Mitarbeiter im Lauf 1 107
Abbildung 45: Zeitanteile der Mitarbeiter im Lauf 1 108
Abbildung 46: Qualifikationszuordnung der Mitarbeiter im Lauf 2 109
Abbildung 47: Zeitanteile der Mitarbeiter im Lauf 2 109
Abbildung 48: Qualifikationszuordnung der Mitarbeiter im Lauf 3 110
Abbildung 49: Zeitanteile der Mitarbeiter im Lauf 3 111
Abbildung 50: Strukturstückliste Telefonendgerät 133
Abbildung 51: Montagevorranggraphalternativen Telefonendgerät 133
Abbildung 52: spezifische Ausbringungszeit - off. System - 90 % Stationsverfügbarkeit 136
Abbildung 53: spezifische Ausbringungszeit - off. System - 95 % Stationsverfügbarkeit 136
Abbildung 54: spezifische Ausbringungszeit - off. System - 100 % Stationsverfügbarkeit 136
Abbildung 55: spezifische Ausbringungszeit - geschl. System - 90% Stationsverfügbarkeit 138
Abbildung 56: spezifische Ausbringungszeit - geschl. System - 95% Stationsverfügbarkeit 138
Abbildung 57: spezifische Ausbringungszeit - geschl. System -100% Stationsverfügbarkeit 138
Abbildung 58: Systemleistung - geschlossenes System - Abhängigkeit vom Bestand 139
Abbildung 59: Systemleistung - geschlossenes System - 90% Stationsverfügbarkeit 139
Abbildung 60: Systemleistung - geschlossenes System - 95% Stationsverfügbarkeit 139
Abbildung 61: Systemleistung - geschlossenes System -100% Stationsverfügbarkeit 139
_ - —
Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Technologische Montageplanung (in Anlehnung an /SCHI-89/) 6
Tabelle 2:6-Stufen-Methode (nach /REFA-87/) 13
Tabelle 3: Planung von Montagesystemen - Vor- und Grobplanung (nach /PFEI-90/) 13
Tabelle 4: Planung von Montagesystemen - Feinplanung (nach /PFEI-90/) 14
Tabelle 5: Grobplanung der Montage (in Anlehnung an /ZUEL-01/) 14
Tabelle 6: Arbeitssystemplanung (in Anlehnung an /LENT-92/) 15
Tabelle 7: Konstruktionsintegrierte Montageplanung (in Anlehnung an /SCHU-92/) 15
Tabelle 8: Grobplanung von Modulen (in Anlehnung an /GART-93/) 16
Tabelle 9: Systematik zur Planung einer flexiblen Montage (In Anlehnung an /LAUC-95/) 16
Tabelle 10: 5-Schichten-Schema (in Anlehnung an /FELD-96/) 17
Tabelle 11: Partizipative simulationsgestützte Layoutplanung (in Anlehnung an /WIRT-01/) 18
Tabelle 12: Integrierte Logistik- und Montageplanung (in Anlehnung an /REIN-99/) 18
Tabelle 13: Planungsmethode wandlungsfähiger Logistiksysteme (in Anlehnung /MILB-02/) 19
Tabelle 14: Digitale Planungsprozesskette mit ,PI@Net (in Anlehnung an /SCHR-03/) 19
Tabelle 15: Modellierungsebenen für die Simulation bei produktionstechnischen Anwendungen
(in Anlehnung an /FELD-99/) 24
Tabelle 16: Basis- und Erweiterungsflexibilität in der Grobplanungsmethodik 34
Tabelle 17: Erzeugnisgliederung (in Anlehnung an /SEID-98/) 37
Tabelle 18: Produkthierarchieebenen am Beispiel des Produkts .Fahrzeug 37
Tabelle 19: Produktbeispiel Funktionsbestimmung mittels Montagevorranggraph 41
Tabelle 20: Theoretische Variationskomplexität des Produktbeispiels 42
Tabelle 21: Methoden zur Zeitermittlung von Arbeitsabläufen (nach /LAND-01/) 45
Tabelle 22: Materialflussklassifizierung (in Anlehnung an ) 52
Tabelle 23: Aufgaben der Materialwirtschaft (in Anlehnung an /EVER-90/) 54
Tabelle 24: Merkmale der Strukturtypen (nach /FÖRS-83/) 59
Tabelle 25: Hauptgruppen von Modellelementen (in Anlehnung an /ABEL-93/) 75
Tabelle 26: Gliederung standardisierter und neuer Modellelemente 77
Tabelle 27: Gliederung der Schnittstellenmodellelemente 78
Tabelle 28: Gliederung der voreinstellenden Modellelemente 79
Tabelle 29: Beispiel für eine Produkt- und Prozesstabelle 80
Tabelle 30: Gliederung der bearbeitenden und prüfenden Modellelemente 84
Tabelle 31: Gliederung der lagernden Modellelemente 87
Tabelle 32: Gliederung transportierende Modellelemente - Basiselemente (Fördermittel) 87
Tabelle 33: Gliederung transportierende Modellelemente - neue Elemente (Fördermittel) 88
Tabelle 34: Kombinationen des Modellelements .Verzweigung 89
Tabelle 35: Gliederung transportierende Modellelemente (Förderhilfsmittel) 90
Tabelle 36: Gliederung steuernde bzw. informationstechnische Modellelemente 91
Tabelle 37: Gliederung auswertende Modellelemente - Basiselemente 94
Tabelle 38: Gliederung auswertende Modellelemente - neue Elemente 95
Tabelle 39: Kennwertvergleich der Simulationsläufe 112
Tabelle 40: Anforderungen und Funktionen des Modellelements .Arbeitsstation 132
Tabelle 41: Prozessschrittplanung in der Produkt- und Prozesstabelle 134
Tabelle 42: Versuchsläufe offenes System ohne Werkstückträger 135
Tabelle 43: Versuchsläufe geschlossenes System mit Werkstückträgem 137
Tabelle 44: Taktzeiten des Montagebeispiels 140
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