FORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr. 2693/Fachgruppe Mathematik/Informatik Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Heinz Kühn vom Minister für Wissenschaft und Forschung Johannes Rau o. Prof. Dr. -Ing. Dip!. -Wirtsch. -Ing. Walter Eversheim Dipl. -Ing. Michael Steudel Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen Lehrstuhl für Produktions systematik Montagearbeitsplanerstellung für Unternehmen der Einzel- und Kleinserienfertigung mit Hilfe der EDV WESTDEUTSCHER VERLAG 1977 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Eversheim, Walter Montagearbeitsplanerstellung für Unternehmen der Einzel- und Kleinserienfertigung mit Hilfe der EDV / Walter Eversheim; Michael Steudel. - 1. Aufl. - Opladen: Westdeutscher Verlag, 1977. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westfalen; Nr. 2693 : Fachgruppe Mathematik, Informatik) ISBN 978-3-531-02693-0 ISBN 978-3-322-88596-8 (eBook) DOI1O.1007/978-3-322-88596-8 NE: Steudel, Michael: © 1977 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag Inhalt 1. Einleitung und Problemstellung 1 2. Situation der Montage 8 2.1 Einordnung der Montage in den Produktionsablauf 8 2.2 Analyse der Montage 15 2.2.1 Istzustand der Montagedurchführung 15 2.2.2 Istzustand der Montagearbeitsplanerstellung 24 3. Entwicklung eines Anforderungsprofils für die 34 automatische Montagearbeitsplanerstellung 3.1 Vergleich der Arbeitsplanerstellung für Fertigung und Montage 34 3.2 Ermittlung des erforderlichen Planungsumfangs 40 3.3 Anforderungen an ein EDV-System zur automatischen Montagearbeitsplanerstellung 44 3.4 Analyse bestehender Systeme zur automatischen Montagearbeitsplanerstellung 48 4. Entwicklung einer Systematik zur automatischen Montagearbeitsplanerstellung nach dem Ähnlichkeitsplanungsprinzip 60 4.1 Montageobjektbeschreibung 60 4.2 Variantenklassen 66 4.2.1 Varianten in der Montage 67 4.2.2 Bildung von Variantenklassen 70 4.3 Montagearbeitsplanerstellung 74 4.3.1 Bestimmung des Planungsbereichs 76 4.3.2 Bestimmung der Montagearbeitsvorgangsfolge 80 4.3.2.1 Planungsphase 1: Ermittlung der Arbeitsvorgangsfolge 82 4.3.2.1.1 Arbeitsvorgangsstruktur 83 4.3.2.1.2 Beschreibung der Arbeitsvorgangsstruktur 87 4.3.2.1.3 Ablauf der Arbeitsvorgangsbestimmung 92 4.3.2.2 Planungsphase 2: Bildung von Hauptarbeitsvorgängen 95 4.3.3 Bestimmung der Montagearbeitsvorgangsdaten 97 4.3.3.1 Montageplatz 99 4.3.3.2 Montagehilfsmittel 104 4.3.3.3 Vorgabezeiten 108 5. Programmsystem zur automatischen Montage arbeitsplanerstellung 112 5.1 Aufbereitung der Planungsinformationen 113 5.2 Gliederung der Software 119 5.3 Programmstruktur 122 6. Fallbeispiel 127 7. Zusammenfassung 135 8. Literatur 138 - 1 - 1. Einleitung und Problemstellung Die derzeit angespannte Wirtschaftslage, verbunden mit einer zunehmenden Stagnation des Wirtschaftswachstums, führt zu einer immer härter werdenden Konkurrenzsituation. Aufgrund der Variation und des häufigen Wechsels von Produkten und damit auch von Produktionsabläufen sind in besonderem Maße Unterneh men mit auftragsgebundener Einzel- und Kleinserienproduktion gezwungen, alle Rationalisierungsmöglichkeiten auszuschöpfen, um ein Optimum hinsichtlich der Preisgestaltung zu erzielen. Daneben wird die direkte Lieferbereitschaft von den Unterneh men als wirksames Wettbewerbsmittel genutzt. Wichtigste Voraussetzung sowohl für die Kalkulation als auch für die Terminplanung ist die Kenntnis aller vorn Auftrag beanspruch ten Kapazitäten. Während man dafür schon in fast allen mechani schen Fertigungsbereichen auf eine ausreichende Datengrundlage in Form von detaillierten Arbeitsplänen zurückgreifen kann, fin det man in der Montage oft statt auftragsspezifischer Arbeits pläne nur globale Vorgabezeitwerte vor /1/. Als Ursache für die zunehmende Divergenz in der Fortentwicklung der Planungsmethoden und -hilfsmittel für die Fertigung und Montage wird häufig die Komplexität der Montageobjekte angeführt. So ergibt sich aus der Gliederung des Teilespektrums einer Werk zeugmaschine als typisches Beispiel für ein in Kleinserie herge stelltes komplexes Produkt, daß im Zuge der Montage über 3.000 Einzelteile zum Endprodukt zusammengebaut werden müssen (Bild 1) /2/. Die Vielgestaltigkeit der Montagetätigkeiten, die aus der Kom plexität derartiger Produkte resultiert, führt in vielen Firmen dazu, seitens der Arbeitsvorbereitung nur grobe Vorgaben für die Montage zu erarbeiten bzw. Montagearbeiten zu dem Arbeitsvorgang "Komplett montieren" zusammenzufassen. Die Festlegung des Montage ablaufs ebenso wie die Entscheidung über den Einsatz bestimmter Werkzeuge und Vorrichtungen wird weitgehend dem mit Zeichnung und Stückliste ausgestatteten Monteur überlassen. - 2 - 39 ,. 3417 Einzelteile :.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.;.:.:.;.;.:.;.;.:.:.;.:.:.:.:. 73,0 " Bild 1: Gliederung des Teilespektrums einer Werkzeugmaschine (Beispiel: Mehrspindelautomat) Die Vernachlässigung der Montage bei der Produktionsplanung hat dazu geführt, daß dieser Produktionsbereich in den letzten Jah ren zunehmend zum Engpaß im betrieblichen Durchlauf der Produkte geworden ist. Berücksichtigt man gleichzeitig, daß im allgemei nen in der Montage von Unternehmen des Maschinenbaus mit Klein serienfertigung noch Rationalisierungsreserven von durchschnitt lich 30 % vorhanden sind /1/, so stellt sich die Frage, wie die ses Potential genutzt werden kann. Eine Steigerung der Produktivität der Montage ist prinzipiell möglich durch technische Weiterentwicklung der Montagemittel und -hilfs mittel organisatorische Maßnahmen im Bereich der Montageplanung und -steuerung. - 3 - Sowohl zur Entwicklung spezifischer, an die Montageaufgabe an gepaßter Montagemittel als auch zur Automatisierung der Montage durchführung ergeben sich für den hier betrachteten Bereich der Einzel- und Kleinserienproduktion nur begrenzte Möglichkeiten /3/. Unternehmensexterne Einflüsse, wie der Trend zu mehr kun denspezifischen Aufträgen und die immer schnellere technische Verwirklichung wissenschaftlicher Erkenntnisse, die sich in einem wachsenden Auftreten von Innovationen am Markt nieder schlagen, führen zu einem häufigen Wechsel der Produkte. Hier aus resultiert eine laufende Änderung der Montageaufgaben, wo durch in der Regel der Einsatz von maschinellen Montageeinrich tungen verhindert wird. Daneben erschwert die erwähnte Komple xität der Montageobjekte sowie das bei Betrieben mittlerer Grö ßenordnung meist begrenzte Kapitalvolumen eine wirtschaftliche Automatisation der Montagetätigkeiten. Wenn man jedoch in Rechnung stellt, daß durchschnittlich 35 % der gesamten Produktionszeit in Form von Montagearbeiten an fällt (Bild 2) /4/, wird deutlich; welche Bedeutung einer inten siven Planung und Vorbereitung der Montage zukommt. Aus den ent sprechend langen MontagedurChlaufzeiten resultiert aufgrund des hohen Teilewertes der zu montierenden, mechanisch bereits fer tiggestellten Einzelteile bzw. Baugruppen eine hohe Umlaufmittel bindung und somit eine erhebliche Zins- und Liquiditätsbelastung. Dieser Effekt wird durch hohe Platz- und Lagerkosten verstärkt, da die Montage im allgemeinen flächenorientiert ist. Ein hoher Anteil der Produktionszeit bedingt in der Regel einen entsprechend hohen Anteil der Produktionskosten. Eine in England durchgeführte Untersuchung bei einer repräsentativen Auswahl von Unternehmen der Elektro- und Haushaltsgeräteindustrie hat erge ben, daß als Lohn- und Lohngemeinkosten für die Montage und Prü fung der Erzeugnisse etwa 60 % der gesamten Fertigungskosten an fallen /5/. Dieser hohe Anteil an Lohnkosten läßt aufgrund der Lohnentwicklung ständige und überproportionale Kostensteigerungen - 4 - 1 E-.;> roC % Q)ro ~ 70 ~:::J cro 60 :0:'"~ Angaben gelten nur(ür ..... .-c Betr iebs montagearbeiten Q) ..... 50 'Oro =E Q)ro -C.Q") ~c.:> 30 20 10 nach G. Woithe Bild 2: Montagezeitaufwand in verschiedenen Industriezweigen für den Bereich der Montage erwarten (Bild 3). Die Statistik zeigt, daß es in der Automobilindustrie, d. h. bei der Großseri enfertigung mit ihren hochmechanisierten, kapitalintensiven Pro duktionsmethoden bisher zu einem wesentlich geringeren Preisan stieg gekommen ist, als beispielsweise im arbeits- und damit lohnintensiven Werkzeugmaschinenbau. - 5 - BruttolOhne J I / J I 260 ~. / 240 / 220 11 V 200 }1 pWree~iksez eugmasch inen /' ~.' Ia:> -~ V 160 ~ ~l ~.' 140 v V - . .... -....... ....:. 1' &. ..... ./ ~ ~. 112000 ~ :-:-.:.-.: ~o..' -" r-..." - •.-. .-. -..- .. .....+ t.-. ... Automobllpreise a:> ~ 1-.... 1-.... t-.... 1--0" 1-...... ef felcllve ArbeHszeit 1958 1960 1962 1964 1966 1968 1970 1972 1973 Jahr_ Bezugsjahr 1958 Quellen: Stal. Bundesamt VOMA Bild 3: Preis-, Lohn- und Arbeitszeitentwicklung in der Bundesrepublik Deutschland Da die Kostensteigerungen wegen der starken internationalen Konkurrenz nur beschränkt auf die Preise abgewälzt werden können, sind Unternehmen mit Einzel- und Kleinserienfertigung gezwungen, durch detaillierte Planung des Montageablaufes und die genaue Bestimmung der Vorgabezeit alle Rationalisierungsreserven in der Montage auszuschöpfen. Dies ist zu erreichen durch die Ein führung systematischer Planungsmethoden zur Erstellung aussage fähiger Montagearbeitspläne in Verbindung mit dem Einsatz ent sprechender technischer und organisatorischer Hilfsmittel.