Produktionslogistik Logistik beginnt beim Produkt

Autor: M. A. Benedikt Hofmann

Eine systematische Planung der Produktionslogistik gewinnt vor dem Hintergrund zunehmend automatisierter Fertigungslinien und vernetzter Produktionsabläufe – Industrie 4.0 ist hier nur eine Facette – zunehmend an Bedeutung.

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In Zukunft soll die Logistik ein integraler Bestandteil der Produktentwicklung sein.
In Zukunft soll die Logistik ein integraler Bestandteil der Produktentwicklung sein.
(Bild: Werner Sobek, Stuttgart)

Es ist noch heute gängige Praxis in vielen Unternehmen: Der Materialfluss folgt der Produktion und passt sich an ihre Bedürfnisse an. Experten sagen allerdings voraus, dass sich das in Zukunft deutlich ändern und die Logistik ein integraler Bestandteil der Produktentwicklung sein wird, denn schon hier entscheidet sich, wie reibungslos die Fertigung später abläuft und ob ein Produkt in der gegebenen Infrastruktur überhaupt gefertigt werden kann.

Grundlage für alle Bemühungen in diese Richtung ist eine strukturierte Planung, die sich mit unterschiedlichsten Zielen und Anforderungen, die an das Fabriklayout gestellt werden, auseinandersetzt. Das beginnt in vielen Fällen schon damit, festzulegen, was ein Unternehmen unter den einzelnen Bereichen versteht, wie Prof. Günther Pawellek vom Institut für technische Logistik der Technischen Universität Hamburg-Harburg erklärt: „Das ist beispielsweise bei der Fabrikplanung der Fall, denn hier ist schon der Begriff die erste Hürde. Dieser ist nicht fest definiert und wird von unterschiedlichen Unternehmen häufig anders ausgelegt. Daher muss zu Beginn der Planung erst einmal abgesteckt werden, welche Bereiche betrachtet werden sollen.“

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Die Hamburger Experten haben sich der „ganzheitlichen Fabrikplanung“ verschrieben und wollen so eine strukturierte und zielorientierte Vorgehensweise über die gesamte Planungsbreite und -tiefe sicherstellen. Dabei ist es wichtig, prozessorientiert vorzugehen und eine systemorientierte Betrachtung aller Komponenten und Wechselwirkungen durchzuführen. Dafür müssen auch neue Anforderungen berücksichtigt werden, die sich heute auf die Fabrikplanung auswirken. Das schließt Turbulenzen der Märkte ebenso mit ein, wie sich verkürzende Produktlebenszyklen und kontinuierliche Anforderungsveränderungen, die Pawellek zufolge den Veränderungsdruck auf das Planungsvorgehen erhöhen. Vor diesem Hintergrund fordert der Markt heute eine Beschleunigung der Fabrikplanungsprozesse.

Ganzheitlicher Ansatz

Für die tatsächliche Strukturplanung sind Daten zum Produkt, der Fertigung und der Montage unerlässlich. Die Reihenfolge, in der die Produkte bearbeitet werden, und in welchem Materialfluss sie bereitgestellt werden sollen, spielt dabei eine ebenso wichtige Rolle wie das Layout der umgebenden Gebäude, die einen großen Einfluss darauf haben, wie sich eine Fabrik entwickeln kann.

„Das Ergebnis dieser Planung ist immer ein Strukturplan, in dem konkrete Maßnahmen und Projekte definiert werden. Ist es das Ziel des Projekts, die Fertigungskapazitäten zu verdoppeln, muss der Strukturplan unter anderem aufzeigen, wo der Platz dafür besteht, wie diese Flächen an bestehende angebunden sind und welche Materialflüsse zu realisieren sind. In diesem Prozess kann aber beispielsweise auch evaluiert werden, ob eine weitere Lagerung oder doch eine Just-in-Time-Lieferung Sinn macht“, erklärt Ingo Martens, Geschäftsführer von ILS Integrierte Logistik-Systeme. Dabei sollten auch die Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Fertigungs- und Lagerbereichen, dem Transport und den Zulieferern dokumentiert und möglichst optimiert werden.

Im Gegensatz zur Fabrikplanung gibt es bei der Produktionslogistik keine Unklarheiten bei der Begrifflichkeit. Sie umfasst alle Aktivitäten, die mit der Versorgung der Produktion mit Einzelgütern (Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe sowie Halbfertigzeuge und Kaufteile) und der Weitergabe der Halbfertigzeuge und Fertigprodukte an das Absatzlager in Verbindung stehen. Zu den größten Herausforderungen im Zusammenhang mit der Produktionslogistik gehört, dass die Objekte innerhalb der Fertigung durch die Be- und Verarbeitung einem ständigen Wandel unterliegen. Das hat natürlich zum Ergebnis, dass die Teile im Verlauf des Güterflusses unterschiedliche Anforderungen an die Logistik stellen.

Die direkte Verbindung zwischen Fabrikplanung und Produktionslogistik zeigt sich unter anderem bei der Wahl der verschiedenen Arten der Materialbereitstellung. Zu den Fragen, vor denen Unternehmen im Rahmen der Fabrik- und Produktionsplanung stehen, gehört hier unter anderem, ob eine bedarfs- oder eine verbrauchsgesteuerte Materialbereitstellung genutzt werden soll und welche Lagertypen sich für die angewandten Produktionstypen eignen.

„Hier kann die teiledifferenzierte Logistikoptimierung (TDL) eine große Hilfe sein“, erklärt Martens. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, mit dem den genutzten Teilen geeignete Beschaffungs-, Lagerhaltungs- und Bereitstellungsstrategien zugeordnet werden. Grundlage dafür sind Kriterien wie Jahresverbrauch, Teilewert, Lagerkosten, Größe, Gewicht und Wiederbeschaffungszeit. Für diese Zuordnung hat ILS ein IT-Tool entwickelt, das den Prozess für Unternehmen vereinfachen soll. „Wir sind überzeugt davon, dass die TDL-Methode schnell objektive Ergebnisse bezüglich der Auswahl von geeigneten Logistikstrategien für die jeweiligen Tiele liefert“, ergänzt Martens.

Hilfe aus der virtuellen Welt

Hilfe versprechen in diesem Zusammenhang auch digitale Simulationen, die in der Lage sind, den Istzustand darzustellen und die Auswirkungen von Veränderungen zu berechnen. Gerade um bei den am Projekt beteiligten Parteien, seien es Lieferanten, Projektverantwortliche oder Entscheider, zu Beginn einer neuen Planung ein größeres Verständnis für die Vorteile einer neuen Produktionslogistik zu vermitteln, sollen Softwareprogramme für virtuelle Realität (VR) ein wertvolles Werkzeug sein. Zu ihren Aufgaben gehört es unter anderem, allen Beteiligten das Verständnis für die komplexen Abläufe zu erleichtern. So können die Maschinen, Betriebseinrichtungen und Fördermittel dreidimensional abgebildet werden. Anschließend ist es möglich, die Warenströme bei verschiedenen Taktzeiten zu visualisieren, zu optimieren und zu präsentieren.

Beim Tara-VR-Builder von Tarakos kann der Nutzer beispielsweise mit einem 2D-Grundriss, der aus einem CAD-System übernommen werden kann, beginnen. Anschließend werden Maschinen, Materialbehälter und Förderstrecken, Handarbeits- und Montageplätze sowie Lager und Versandbereiche platziert. Die meisten dieser 3D-Objekte lassen sich im nächsten Schritt über einstellbare Parameter verändern. „Verschiedene Fertigungs- und Materialfluss-Alternativen lassen sich so risikolos evaluieren. Jede Lean-Initiative beispielsweise bezweckt, vermeidbare Verschwendung zu eliminieren und die Produktivität des Betriebes zu steigern – die virtuelle Realität gibt Auskunft darüber, ob dies mit der gewählten Strategie tatsächlich gelingt“, sagt Herbert Beesten, Geschäftsführer Tarakos.

Der Experte führt weiter an, dass dezentral einsetzbare 3D-Werkzeuge den industriellen Alltag effizienter gestalten. Voraboptimierungen in virtueller Realität reduzieren demzufolge Nacharbeiten bei der Umsetzung von Planungsaufgaben und leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Kostenreduzierung in Unternehmen.

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Intelligente Fabrik
Chinesische „Smart Factory“ made in Germany

Durch eine komplexe Vernetzung von Elektronik und Mechanik soll in China eine Smart Factory der neuen Generation entstehen.
Durch eine komplexe Vernetzung von Elektronik und Mechanik soll in China eine Smart Factory der neuen Generation entstehen.
( Bild: Bartsch )

Das Großprojekt wurde im Rahmen eines internationalen Bench-Marking- Wettbewerbs vergeben. Aufgrund einer intelligenten Vernetzung von Elektronik und Mechanik soll die Smart Fac- tory den zukünftigen internationalen Entwicklungen in der Industriefertigung gewachsen sein und äußerst flexibel auf Veränderungsprozesse reagieren.

Insgesamt sollen 48 Maschinen mit 80 Spindeln automatisiert werden. Der Auftraggeber wird damit jährlich rund 1,8 Mio. Getriebeteile produzieren. Durch eine spezielle Programmierung im Rahmen eines optimierten Produktionsprozesses der Anlage soll eine Umsatzsteigerung von 20 bis 40 % ermöglicht werden. „Beim Bau der Produktionsanlage in Tianjin werden Automationslösungen für die Fertigung, Reinigung, Montage und Prüfung von Gehäuseteilen zum Einsatz kommen“, berichtet Metin Kilic, Produktionsleiter bei Bartsch. „Diese ermöglichen eine sichere Logistik und Bauteilverfolgung sowie eine hohe Flexibilität im Produktionsprozess.“ Ziel der Planung ist es, die Idee der Industrie 4.0 und eine vernetzte Industrieproduktion umzusetzen. Dazu werden in der Anlage mechanische und elektronische Komponenten verknüpft, was eine hohe Flexibilität und Verfügbarkeit gewährleistet.

Eine Besonderheit der Anlage ist, dass bei der Planung zu 90 % auf sicherheitstechnische Absperrungen verzichtet werden konnte. Da die Roboter oberhalb der Maschinen montiert werden, kann die Maschinenbeladung erfolgen, ohne dass die Fertigungslinie durch sperrige Schutzzäune abgesichert werden muss. Dadurch ist die gesamte Fabrikanlage begehbar und der eingesparte Platz kann als zusätzliche Produktionsfläche genutzt werden.

Die Planung der kundenspezifischen Fabrikhalle erfolgte in mehreren Schritten: An erster Stelle stand ein Konzept des Produktionsablaufs. Anschließend wurden der Bedarf an Maschinen und Produktionseinrichtungen ermittelt und Sondermaschinen, Sondereinrichtungen und Handhabungssysteme festgelegt. Nach einer genauen technischen Spezifikation erfolgte eine 2D/3D-Visualisierung der Anlage inklusive aller Gegebenheiten in der Halle. Ein Maschinenaufstellplan, bei dem besonderes Augenmerk auf die Schnittstellen der Anlagenteile gelegt wurde, bestimmt die Position der Maschinen. Zum Abschluss wurden eine Taktzeit- und Materialfluss- analyse durchgeführt. Der Kunde ist während dieses Prozesses in alle Schritte, vom Bauteil bis zur vollständigen Fabrikplanung, miteinbezogen. „Neben der Auswahl der Maschinen sind dabei viele weitere Faktoren zu berücksichtigen“, erläutert Kilic. „So müssen unter anderem Taktzeiten, Machbarkeitsanalysen und behördliche Auflagen, wie zum Beispiel Umweltschutz, einkalkuliert werden. Abhängig von Aufgabenstellung, Produktionsmenge, Taktzeiten und Produkt kann daher die Dauer der Planung stark variieren.“

Trotz aller Möglichkeiten, bestehende Layouts zu optimieren und Neubauten möglichst ideal zu gestalten, wird eine perfekte Produktionslogistik aber nur dann möglich, wenn ihre Anforderungen bereits bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden. „Die Produktstruktur beeinflusst unter anderem die Beschaffung, die Produktion, den Materialfluss und die Distribution. Deshalb muss bereits die Entwicklungsphase fokussiert werden, wenn logistische Prozesse positiv beeinflusst werden sollen“, erklärt Andreas Schramm, Geschäftsführer der Gesellschaft für Unternehmenslogistik (GfU). Werden die Vorgaben aus dem Materialfluss bei der Produktentwicklung nicht beachtet, kann dies nicht nur zu gestörten Abläufen führen, sondern auch Mehrkosten nach sich ziehen. Das ist unter anderem der Fall, wenn die einzelnen Teile eines zu montierenden Produkts zu groß geplant werden und deshalb nicht in die Standardladungsträger passen. In diesem Fall entstehen zusätzliche Kosten bei der Handhabung, der Lagerung und beim Transport.

Das Hauptziel einer logistikgerechten Produktstruktur hingegen ist natürlich, Kosten zu senken und die Effizienz in den logistischen Prozessen zu steigern. „Die Voraussetzung hierfür ist, dass auch ein Nicht-Logistiker mit geeigneten Instrumenten in kurzer Zeit die Auswirkungen der eigenen Maßnahmen auf die Logistik abschätzen kann“, ergänzt Schramm. Die fehlenden Materialfluss-Kenntnisse vieler Produktentwickler mögen auch ein Grund sein, dass der GfU zufolge nur bei etwa 20 % der Unternehmen in den Phasen der Konzeption bis zur Planung logistisches Fachwissen einbezogen wird.

Schramm und seine Kollegen haben ein Konzept zu einer idealtypischen Vorgehensweise zur Optimierung der Produktstruktur entwickelt, das an die Ansprüche der verschiedensten Produkte angepasst werden kann. Es besteht aus den folgenden Punkten:

  • Aufbau der Datenbasis und Analyse der Anwendungsfälle,
  • Abgrenzung des Untersuchungsbereichs,
  • Herleitung eines Matrixsystems der Abhängigkeiten,
  • Validierung und Identifikation der Schlüsselelemente,
  • Szenarien der Anwendung,
  • Darstellung der Ergebnisse.

Flexible Steuerung der Produktion

Bei der Steuerung der tatsächlichen Produktionsprozesse setzen Unternehmen wie Siemens, Liebherr, Arburg und ABB auf die sogenannte marktsynchrone Produktion. „Konzepte, Verfahren und Technologie der marktsynchronen Produktion sind so flexibel, dass sie sich in den Einführungsprojekten sehr feingranular an beliebige, auch sehr spezielle Fertigungsprozesse von Einzel- und Kleinserien anpassen lassen“, erklärt Oliver Kayser, Experte für den Bereich Produktion bei Inform, einem Spezialisten für Software mit intelligenter Optimierungslogik zur Produktivitätssteigerung von Betriebsprozessen. Dabei wird die gesamte Fertigung vom aktuellen Bedarf aus, der sich aus bereits eingegangenen Aufträgen und Prognosen ergibt, durchgängig über alle Prozessschritte hinweg von intelligenten Methoden und Verfahren geplant und umgesetzt.

Die technische Basis für die marksynchrone Produktion ist dabei eine Software, die bei den automatischen Planungsfunktionen mit intelligenten Entscheidungsverfahren aus den Bereichen Operations Research und Fuzzy Logic arbeitet. „Wir haben die erste Software für die marktsynchrone Produktion zur Marktreife gebracht und unter dem Namen Felios in mehreren Hundert Unternehmen eingeführt“, so Kayser. Die Software ergänzt als Add-on die gängigen ERP- und PPS-Systeme und bezieht von dort die notwendigen Stamm- und Bewegungsdaten von Teilen und Material, um die Auftragsnetze zu bilden und abzuarbeiten. Aus dem Auftragsnetz leitet sie dann automatische konkrete Arbeits- und Beschaffungspläne für die Fertigung und den Einkauf ab. So sollen Unternehmen der wachsenden globalen Nachfrage nach innovativen Produkten mit kürzeren Durchlaufzeiten und niedrigeren Kosten – trotz komplexer Produktionsabläufe – gewachsen sein. MM

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Über den Autor

M. A. Benedikt Hofmann

M. A. Benedikt Hofmann

Chefredakteur MM MaschinenMarkt