Verlegung des Produktionsstandortes eines Automobilzulieferers. Fabrikplanung mit Werklayout, Produktion, Logistik und Administration

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung
1.3 Aufbau der Arbeit

2. Fabrikplanung und Grundlagen der Fertigungstechnik
2.1 Fabrikplanung
2.1.1. Interne Infrastrukturplanung eines Werkes
2.1.2. Techniken der Fabrikplanung
2.1.3. Personalplan
2.1.4. Maschinenbelegungspläne
2.1.5. Qualitätsprüfung
2.2 Grundlagen der Fertigungstechnik
2.2.1. Oberflächenaktivierung/ Oberflächenvorbehandlung
2.2.2. Spritzguss
2.2.3. Klebetechnik
2.2.4. Löttechnik

3. Fabrikplanung der Lightcar-Simple AG
3.1 Vorgehensweise
3.2 Ergebnisse
3.2.1. Werkslayout
3.2.2. Fertigungsprozess der Spiegeleinheit
3.2.2.1. Vorproduktion Spiegelkappe
3.2.2.2. Vorfertigung – Lackiererei
3.2.2.3. Vorfertigung – Spiegeleinheit
3.2.2.4. Endmontage – Fertigung der Spiegeleinheit
3.2.2.5. Logistik
3.2.2.6. Qualitätssicherung / Funktionsprüfungen
3.2.3. Personalplan / Personalkostenansatz
3.2.4. Maschinenbelegungsplan / Maschinenstundensatz

4. Resümee
4.1 Zusammenfassung
4.2 Interpretation
4.3 Ausblick

Bibliografien

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Anhang A: Wertstromanalyse, Maschinen- u. Personalkostensatz

Anhang B: Exemplarisches 3D Modell eines Außenspiegels (Eigene Darstellung)

Anhang C: Abbildungen zu Logistik Infrastruktur

Anhang E: Außenspiegels

1. Einleitung

1.1 Problemstellung

Seit Beginn der 90er Jahre ist in Deutschland eine intensive Diskussion über die Rolle und Bedeutung der Produktion in der Wissenschaft sowie in der Praxis zu beobachten. Dabei hat sich der Begriff des Computer Integrated Manufacturing (CIM) etabliert, der jedoch nicht den erwünschten Erfolg brachte, um den weltweit höchsten Arbeitskosten zu begegnen. Die Scheinkonjunktur nach der deutschen Wiedervereinigung täuschte über die immer deutlicher werdenden Schwächen des Produktionsstandorts Deutschland hinweg.¹ Dabei ist der europäische Binnenmarkt mit seinen 21 Mio. Unternehmen sowie 500 Mio. Einwohnern einer der stärksten Wirtschaftsräume weltweit.²

Laut einer Studie des deutschen Industrie- und Handelskammertages (DIHK) aus dem Jahr 2015 kündigten 47 % der befragten deutschen Unternehmen an, mehr im Ausland zu investieren. Dabei waren die Kostenersparnisse nicht die Hauptintention dieser Unternehmen, sondern der Ausbau des Kundennetzes sowie die Erschließung neuer Märkte.³

Gleichzeitig dürfen bei der Standortauswahl die Logistikkosten nicht außer Acht gelassen werden, da eines der Hauptkostenprobleme im Bereich der Industrie in der Vergangenheit die Logistikkosten waren und sich diese massiv auf die Unternehmensgewinne auswirkten. So war ihr Anteil dieser Kosten in Abhängigkeit der Branche zwischen 15–35% des Gesamtumsatzes.⁴

Hinzukommt der Begriff der Industrie 4.0, der im Bereich der Digitalisierung industrieller Arbeit Entwicklungsperspektiven mit einem resultierenden Entwicklungsschub stattfindet. Hierbei wird die Vernetzung der Technologien untereinander gefördert und die Möglichkeiten im Bereich der Produktion immens ausgebaut. Die Vision hierbei ist eine vollautomatisierte Produktionsstätte.⁵

1.2 Zielsetzung

Diese Komplexität wird mit einem Fallbeispiel eines fiktiven Unternehmens, der Lightcar-Simple AG, im Bereich der Automotive-Industrie veranschaulicht. Die Lightcar-Simple AG produzierte ihre Außenspiegel in Eigenregie am Gelsenkirchener Standort im Schalker Markt. Aufgrund von Umstrukturierungsmaßnahmen beschloss die Unternehmensleitung, den Produktionsstandort nach Tschechien auszugliedern.

Die Zielsetzung dieser Arbeit ist es, die Infrastruktur der Produktionsstätte zu dimensionieren. Hierbei soll ein vollständiger Plan der Produktion, Logistik sowie Administration aufgezeigt und detailliert geplant werden.

1.3 Aufbau der Arbeit

Die Arbeit beschäftigt sich im Theorieteil mit den Erkenntnissen der aktuellen Literatur aus dem Bereich der Fabrikplanung sowie mit den für den im Hauptteil beschriebenen Grundlagen im Bereich der Fertigungstechniken. Der Praxisteil der Arbeit erfolgt in fünf Schritten. Im ersten Schritt wird für die Ermittlung des TA u. Maschinenparks für die notwendige Ausbringung, sowie die benötigten Lagerflächen sowie Flächen für die Verwaltung und Qualitätsmanagement eine Wertstromanalyse angelegt und deren Ablauf beschrieben.

Anschließend wird die Berechnung des notwendigen Personalbedarfs und der Maschinenbelegungspläne sowie Lagerflächen (In- und Output) erstellt. Nachfolgend wird eine Berechnung der Mindestproduktionsgröße als Grundlage eruiert (dabei wird eine positive Ausbringung in der Zukunft berücksichtigt). Abschließen wird diese Planung der benötigten Infrastruktur – Positionierung der Fertigungsstufen, Qualitätsprüfung sowie Lagerflächen im Sinne eines strukturierten Materialflusses im Supplier Management vorgenommen. Hierbei wird zusätzlich ein Verladekonzept entwickelt.

Die Arbeit endet mit einem kurzen Ausblick, in dem vorab die aus der Arbeit resultierenden Erkenntnisse zusammengefasst werden, sowie sich kritisch mit dem Thema auseinandergesetzt wird.

2. Fabrikplanung und Grundlagen der Fertigungstechnik

2.1 Fabrikplanung

Die Wahl eines Produktions- sowie Lagerstandortes bestimmen zum einen großen Teil die Kosten, die Lieferzeit und die Lieferzuverlässigkeit eines Unternehmens. Hat die Unternehmensführung sich erst einmal für einen Standort entschieden, kann diese Entscheidung nur noch unter großen Kosten revidiert werden. Welches die richtigen Entscheidungen für einen Standort sind, hängt von einer Reihe von Entscheidungen ab. Diese werden in der folgenden Abbildung gekennzeichnet:⁶

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1 Standortfaktoren⁷

Aufgrund der Gegebenheiten soll in dieser Arbeit nur detailliert auf die Serienfertigung verwiesen werden. Im Hinblick auf die Ausbringungsmenge können Fertigungsprozesse in Einzelfertigung, Serienfertigung und Massenfertigung unterschieden werden. Bei der Einzelfertigung werden Unikate, wie etwa eine nach individuellen Kundenvorstellungen entworfene Jacht, hergestellt. Die Serienfertigung hingegen zeichnet sich dadurch aus, dass die produzierten Güter in ihrer Häufigkeit begrenzt sind. Die Fertigungsanlagen müssen nach der Fertigstellung einer Serie technisch umgerüstet werden, um die neuen Spezifikationen der weiteren Serie zu erfüllen. Ein Beispiel einer Serienproduktion ist die Automobilindustrie, bei Mazda, bei der unterschiedliche Modelle gefertigt werden.⁸

2.1.1. Interne Infrastrukturplanung eines Werkes

Die Standort-Infrastruktur umfasst die peripheren Hilfsbetriebe, wie z.B. den Werkzeug- und Vorrichtungsbau und die Instandhaltung, im Weiteren die Ver- und Entsorgungssysteme für die in der Produktion benötigten Medien. Hierbei sollte ein General-Bebauungsplan mit Ausbaustufen zugrunde liegen. Von hoher strategischer Bedeutung sind hierbei die Netzwerke oder Informations- und Kommunikationssysteme sowie die Energieversorgung. Sie brauchen eine langfristige Ausbauperspektive inklusive der Verknüpfung zu öffentlichen Netzwerken. Die Ressourcenentwicklungspläne sollten mit Partizipation aller Organisationseinheiten gemeinsam entwickelt sowie abgestimmt werden und bedürfen der Zustimmung der Aufsichtsgremien (Betriebsrat etc.).⁹

Ebenso sind hierbei Aspekte des kontinuierlichen Produktionscontrollings notwendig. Das Produktionscontrolling befasst sich mit der Planung, Steuerung und Kontrolle der in Produktion sowie Logistik ablaufen Wertschöpfungsaktivitäten. Die Ursprünge liegen in der Produktionstheorie, welche die Produktion als einen Transformationsprozess klassifiziert. Hierbei werden Werkstoffe, Betriebsmittel und Arbeitskraft in materielle Produkte und Dienstleistungen transformiert.¹⁰

2.1.2. Techniken der Fabrikplanung

Um die Planung und kontinuierliche Verbesserung eines Produktionsprozesses zu visualisieren/ voranzutreiben, bedient man sich u.a. der Wertstromanalyse. Die Wertstromanalyse setzt sich aus drei Teilen zusammen: Wert (value), Strom bzw. Prozess (stream) und Analyse bzw. Darstellung (mapping). Als wertschöpfend gelten alle Arbeitsschritte, die den Marktwert eines Produktes steigen lassen. Im Umkehrschluss gelten Arbeitsschritte als nicht förderlich, wenn sie dem Produkt keinen Mehrwert bringen. Die Wertstromanalyse bezieht alle Schritte der Produktherstellung mit ein, vom Ausgangspunkt bis zum Wertangebot. Dabei setzt sie sich aus einer chronologischen Abfolge von Prozessen zusammen, die auf einem der Lead Time (Durchlaufzeit) entsprechenden Zeitstrahl angeordnet sind.¹¹

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2 Schemata einer Wertstromanalyse¹²

Die zeitliche Gliederung eines Fertigungsprozesses dient der Visualisierung des geplanten zeitlichen Prozessablaufes und fördert hierbei eine einheitliche Transparenz des Fertigungsprozesses. Sie ist eine wichtige Voraussetzung für die Fertigungssteuerung und ermöglicht Zeit- sowie Kostenrechnung zur ökonomischen Bewertung der Prozesse (Rüstzeit, Hauptzeit, Nebenzeit, Stückzeit, Brachzeit, Transportzeit etc.).¹³

2.1.3. Personalplan

Bei der Personalplanung ist die Unterscheidung der Tätigkeit entscheidend. Der Mitarbeiter kann z.B. mit mehreren Aufgaben betreut werden, falls er eine überwachende Aufgabe erfüllt. Angenommen die Anlage fertigt autark, dann besteht die Aufgabe drin, dass der Mitarbeiter Störungen quittiert und bewertet. Bei seiner Pflichterfüllung entstehen Leerphasen, in denen er beispielsweise die Materialbevorratung oder die Rohstoffzufuhr überwachen muss. Um die Mitarbeitermotivation aufrechtzuerhalten, wird eine Job Rotation angewendet, dies steigert die Qualifikation und der Mitarbeiter ist flexibel einsetzbar. Die Unterforderung bei einer monotonen Arbeitsweise wird so umgangen und der Mitarbeiter ist motivierter und konzentrierter bei der Arbeit.¹⁴

2.1.4. Maschinenbelegungspläne

Die Maschinenplanung wird nach der zu erreichenden Stückzahl durchgeführt. Wenn die Produktion einer Serienfertigung mit wenigen unterschiedlichen Varianten erfolgt und einem stabilen Mengengerüst gleicht, können die Maschinen stark ausgelastet werden, da die Umrüstzeit gering ist. Bei der Maschinenplanung ist eine Risikoanalyse vorteilhaft, um evtl. auftretende Störungen bewerten zu können.¹⁵

2.1.5. Qualitätsprüfung

Der Begriff des Qualitätsmanagements kommt ursprünglich vom Versuch die Qualität eines Produktes durch Kontrollmaßnahmen sicherzustellen, sodass fehlerhafte Produkte identifiziert und aus dem Fertigungsprozess ausgesondert werden können. Da der Aufwand für Komplettprüfungen immens sein kann, werden statistische Auswahlmethoden eingeführt, die Rückschlüsse darauf zulassen, inwieweit eine ganze Serie oder nur einzelne Teile fehlerhaft sind. Hierbei werden Stichproben in Vorfertigungsstufen entnommen, sodass Fehler frühzeitig entdeckt und eliminiert werden können.¹⁶ In einigen Unternehmen werden sog. Qualitätszirkel eingerichtet. Diese sind moderationsgeleitete, ständige Gesprächsrunden in kleinen Gruppen, die sich in einem regelmäßigen Turnus treffen, um mit geeigneten Methoden problemlösend Qualitätsthemen zu besprechen und den Qualitätsprozess zu optimieren.¹⁷

Davon ausgehend entwickelte sich der Begriff des Total Quality Managements (TQM) als Übereinstimmung von spezifizierten mit tatsächlichen festgestellten Merkmalswerten von Produkten.¹⁸ Hierbei wird das TQM als „umfassendes Qualitätsmanagement“ übersetzt und als ein unternehmensumfassender Prozess der Mitwirkung aller am Wertschöpfungsprozess beteiligter Mitglieder einer Organisation verstanden. Das Ziel ist es, die Qualität sowie die langfristige Kundenzufriedenheit in den Vordergrund zu stellen.¹⁹

2.2 Grundlagen der Fertigungstechnik

2.2.1. Oberflächenaktivierung/ Oberflächenvorbehandlung

Zur Steigerung des Sauerstoffaustauschkoeffizienten kann eine Oberflächenvergrößerung durch Aufbringen einer homogenen, möglichst nanoporösen Funktionsschicht erzielt werden.²⁰ Gerade für die Weiterverarbeitung von Polymeren müssen die Oberflächen vorbehandelt werden, um das Fügen zu begünstigen. Eine bewusste Einstellung eines Sauerstoffüberschusses zum Beispiel beim „Beflammen“ (Kreindl-Verfahren) eines zu bearbeitenden Werkstoffes wird die Oberflächenhaftung, mit der in einem weiteren Fertigungsschritt aufbringenden Beschichtung, erhöht. Gerade in der Automobilindustrie wird dieses Verfahren verwendet, um das Fügen von Teilen (z.B. beim Kleben) zu erhöhen.²¹ Eine weitere physikalische Prozessmethode stellt die Plasmaaktivierung dar. Kübler beschreibt die Methode der Plasmaaktivierung folgendermaßen:

Bei der „Plasmaaktivierung“ werden zu aktivierende Oberflächen mit einem reaktiven Plasma behandelt. Als Reaktivgas werden in der Regel Sauerstoff oder Luft verwendet.²²

Zu beachten ist die rasche Weiterverarbeitung nach der Aktivierung, um Umwelteinflüsse zu verhindern und somit eine direkte negative Einwirkung auf die Produktqualität zu vermeiden. Daher wurde beim Produktionslayout auf eine möglichst kurze Zwischenstrecke zwischen der Oberflächenaktivierung und dem folgenden Prozessschritt geachtet. Kübler beschreibt in seinem Werk ebenso, dass es sich bei der Plasmaaktivierung um eine der effektivsten Methoden der Oberflächenaktivierung handelt, da hier mithilfe weniger Einflussparameter ein breites Spektrum an Werkstoffen bearbeitet werden kann, was einer möglichen Erweiterung des Produktsortiments zu Gute kommt.²³

2.2.2. Spritzguss

Grundrohstoff des Spritzgussverfahrens sind Polymere, welche aus „Monomeren“ bestehen. Diese Monomere bestehen hauptsächlich aus Erdöl und Erdgas. Für die Herstellung dieser Monomere ist allein der Kohlenstoff von Bedeutung. Kunststoffe unterteilen sich in drei Hauptgruppen:

1- Thermoplaste (amorph, teilkristallin)
2- Elastomere (Etylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Styrol-Butadin-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk)
3- Duroplaste (Ungesättigtes Polysterharz, Vinylesterharz, Epoxidharz, Phenol-Formaldelhyd-Harz, Melamin-Formaldlhyd-Harz)²⁴

Kunststoffe eignen sich, wie keine andere Werkstoffklasse für eine wirtschaftliche, automatisierte Fertigung. Dabei können auch komplex gestaltete sowie funktionsorientierte Bauteile gefertigt werden.²⁵

Die ersten Entwicklungen zum Thema Spritzguss wurden 1869 von dem damaligen Drucker John Wesley Hyatt getan, in dem er auf einen Elfenbeinersatzstoff, dem sog. Celluloid erfand. Die Elefanten wurden somit vor der Ausrottung bewahrt. Die erste Spritzgussmaschine wurde 1872 von den Gebrüdern Hyatt (US Patent 133229) erfunden. Diese Maschine zeigte alle Eigenschaften einer vertikalen Spritzgießmaschine.²⁶ Prinzipiell ist Spritzguss ein Herstellungsverfahren für Kunststoffartikel, bei dem Kunststoffgranulat aufgeschmolzen und im nächsten Schnitt in den Hohlraum (Formnest, Kavität) eines Werkzeugs eingespritzt wird. Die Kunststoffschmelze verfestigt sich anschließend, sodass das gespritzte Werkstück anschließend entnommen werden kann.²⁷ Im Folgenden wird der Prozess veranschaulicht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4 Prinzip Skizze zum Verfahrensablauf des Spritzgießens²⁸

2.2.3. Klebetechnik

Als einheitlicher Oberbegriff, der die anderen gebräuchlichen Begriffe (Klebe, Kleister, Leim etc.) für die verschiedenen Klebstoffarten umschließt, definiert die DIN EN 923 einen Klebstoff als einen „nichtmetallischen Stoff, der Fügeteile durch Flächenhaftung und innere Festigkeit (Adhäsion und Kohäsion) verbinden kann. Die Klebstoffe werden dabei in drei Kategorien eingeteilt: chemisch reagierend, reaktive Schmelzklebstoffe und physikalisch abbindend.²⁹

2.2.4. Löttechnik

Das Löten ist ein thermisches Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden und Beschichten von Werkstoffen, wobei eine flüssige Phase durch schmelzen des sog. Lots (Schmelzlöten) oder durch Diffusion³⁰ an den Grenzflächen entsteht. Die Schmelz- oder Solidustemperatur des zu bearbeitenden Werkstoffes wird nicht erreicht. Dieses Verfahren wird aufgrund seiner technischen Leistungsfähigkeit und wirtschaftlichen Vorteilen zum stoffschlüssigen Verbinden der unterschiedlichsten Werkstoffe in allen Bereichen der Industrie angewandt. Der Prozess wird wie folgt abgehandelt: Benetzungs- und Ausbreitungsvorgänge von Lot und Flussmittel sowie Bindung zwischen Lot und Grundwerkstoff als Folge wechselseitiger Diffusion von Lot und Grundwerkstoffatomen.³¹

3. Fabrikplanung der Lightcar-Simple AG

3.1 Vorgehensweise

Dem Aufbau der Produktionsanlagen zur Produktion des Spiegels wohnt eine immense Bedeutung inne. Mit einem durchdachten Aufbau kann ein positiver Einfluss auf wesentliche Produktionskennzahlen wie etwa die Ausschusskosten oder der OEE genommen werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5 Swimlane-Diagramm³²

Eine Möglichkeit diesen Aufbau zu visualisieren ist die Wertstromanalyse. Da es sich in diesem Fall um mehrere parallel ablaufende Wertströme handelt, ist eine Swimlane-Darstellung geeignet, um alle Prozesse übersichtlich darzustellen. Zwar können Elemente aus der Wertstromanalyse wie beispielsweise Bestände, Durchlaufzeiten oder Informationsflüsse nicht dargestellt werden, jedoch ist ein gesamtheitlicher Überblick über alle Produktionsschritte möglich. In der Abb. 5 ist die Wertstromanalyse anhand einer Swimlane-Darstellung abgebildet.

[...]

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¹ Wiendahl et. al. – Handbuch Fabrikplanung S. 5

² Böckmann - VDI Nachrichten (Ausgabe 12 - 22.03.2019) S. 21

³ Creutzburg – Frankfurter Allgemeine Zeitung: Deutsche Unternehmen verlagern Investitionen ins Ausland (Artikel v. 13,04.2015)

⁴ Pawellek – Produktionslogistik S. 17

⁵ Hirsch-Kreinsen u. ten Hompel - Digitalisierung industrieller Arbeit: Entwicklungsperspektiven und Gestaltungsansätze in Vogel-Heuser - Handbuch Industrie 4.0 Bd. 3 Logistik S. 357-374

⁶ Vgl. Thonemann - Operations Management – Konzepte, Methoden und Anwendungen S. 94f.

⁷ Eigene Darstellung in Anlehnung an ebda. S. 94

⁸ Vgl. Hutzschenreuter – Allgemeine Betriebswirtschaftslehre - Grundlagen mit zahlreichen Praxisbeispielen S. 251

⁹ Vgl. Westkämper/ LöfflerS. 276

¹⁰ Vgl. Steven – Produktionscontrolling S. 2

¹¹ Vgl. Dumser - Die Wertstromanalyse S.3ff

¹² Quelle: Liker – Praxisbuch der Toyota Weg S. 82

¹³ Vgl. Hofbauer – Professionelles Produktmanagement S. 462

¹⁴ Vgl. Lotter - Montage in der industriellen Produktion S.412ff

¹⁵ Vgl. Schuh - Produktionsplanung und -steuerung 2 S. 126ff

¹⁶ Vgl. Bloesch et. al - Einführung in die Produktion S. 300

¹⁷ Vgl. Pepels – Produktmanagement S. 861

¹⁸ Vgl. Staal/ Buch – TQM – Leitfaden für Produktions- und Verfahrenstechnik S. 4

¹⁹ Vgl. Hummel/ Malorny – Total Quality Management – Tipps für die Einführung S. 5

²⁰ Vgl. Unger - Phasenstabilisierung und Oberflächenaktivierung von Sauerstoffseparationsmembranen aus dotiertem Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3−δ S. 147

²¹ Vgl. Kübler – Verfahrensentwicklung zur Herstellung gebrauchsbeständiger kleinststrukturierter Kunststoffbauteile S. 32ff.

²² Ebda. S. 35.

²³ Vgl. Ebda. S. 35ff.

²⁴ Vgl. Hopmann et. al. – Technologie der Kunststoffe S. 7

²⁵ Vgl. Warnecke/ Volkholz – Moderne Spritzgussfertigung - Automatisierung und Arbeitsgestaltung S.2

²⁶ Vgl. Johannaber/ Michaeli – Handbuch Spritzgießen S. 7

²⁷ Vgl. Jaroschek – Spritzgießen für Praktiker S. 1f

²⁸ Quelle: Poetsch/ Michaeli – Injection Molding S.2

²⁹ Habenicht – Kleben – Grundlagen, Technologie, Anwendungen S. 5f.

³⁰ Diffusion: Die Diffusion stellt bei allen Hochtemperaturvorgängen den entscheidenden Elementarprozess dar. Alle Werkstoffzustandsänderungen basieren auf den Platzwechsel von Atomen. Vgl. dazu Maier et. al. – Handbuch Hochtemperatur Werkstofftechnik S.11

³¹ Vgl. Fritz – Fertigungstechnik S. 487

³² Eigene Darstellung