Wartezeiten mindern

Mehrstellenarbeit in Produktion und Logistik mit Ablaufsimulation optimieren. Die Absatzmärkte bestimmen in sehr hohem Maße die Gegebenheiten in den Unternehmen des produzierenden Gewerbes. Um ihre...

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Mehrstellenarbeit in Produktion und Logistik mit Ablaufsimulation optimieren. Die Absatzmärkte bestimmen in sehr hohem Maße die Gegebenheiten in den Unternehmen des produzierenden Gewerbes. Um ihre Anteile am nationalen und zunehmend internationalen Geschäft zu behaupten, müssen sich die Unternehmen hinsichtlich der bestimmenden Marktfaktoren Preis, Lieferzeit und Qualität immer wieder neu positionieren. Manchem Unternehmen erschien die rasche, allerdings manchmal aber auch unstrukturierte Flucht in die sogenannten Billiglohnländer als der Ausweg, ohne aber an eventuelle Folgen gedacht zu haben. Qualitäts- und Lieferprobleme und insbesondere auch beträchtliche logistische Mehraufwendungen konnten durchaus beobachtet werden. Bei lohnintensiven Betrieben, in denen die menschlich-manuelle Arbeit überwiegt, könnte dem beschriebenen Trend mit der konsequenten Optimierung des Mitarbeitereinsatzes begegnet werden. Gemeint ist hier zum einen die Qualifikation und zum anderen die Effizienz des Personaleinsatzes. Hinsichtlich Qualifikation ist der Aspekt der Über- und Unterqualifizierung beziehungsweise der richtigen Anpassung von leistungsgerechter Erledigung des Aufgabenspektrums und mitarbeitergerechter Arbeitsstrukturierung zu betrachten. Betrachtet man aus Sicht der Effizienz zum Beispiel den Mitarbeitereinsatz im Teilefertigungsbereich mit einem hohen Automatisierungsgrad, dann können immer noch beträchtliche ablaufbedingte Wartezeiten für den Maschinenbediener notiert werden. Bei den relativ hohen Lohnkostensätzen lässt sich dahinter ein beträchtliches Kostenreduzierungspotenzial vermuten, das von den Unternehmen erschlossen werden könnte, wenn die Mitarbeiter in dieser Zeit andere wertschöpfende Verrichtungen (zum Beispiel zusätzliche Bedienung einer weiteren Maschine) oder Gemeinkosten reduzierende Arbeiten (zum Beispiel parallele Voreinstellung von Werkzeugen für den nächsten Fertigungsauftrag) ausführen könnten.Die Minderung von ablaufbedingten Wartezeiten der Mitarbeiter kann durch die systematische Mehrstellenarbeit (MSA)und Mehrmaschinenbedienung erreicht werden. Die Auslegung und Planung einer solchen Mehrstellenarbeit ist bei identischen Abläufen mit gleichen Zeitanteilen recht einfach und wenig aufwendig und kann durchaus manuell durchgeführt werden. Sind die Abläufe und die Zeitanteile unterschiedlich und sind zufallsabhängige Störungen zu berücksichtigen, dann ist die gesicherte Planung der Mehrstellenarbeit im Vorfeld nur noch mithilfe der rechnergestützten Ablaufsimulation machbar.Sprachgebrauch ist nicht einheitlichVor der Betrachtung des Planungsprozesses zur Mehrstellenarbeit muss eine exakte Abgrenzung des Begriffs Mehrstellenarbeit vorgenommen werden, weil der betriebliche Sprachgebrauch nicht einheitlich ist. Nach Refa wird der Begriff der Mehrstellenarbeit wie folgt umrissen: ,,Bei Mehrstellenarbeit wird die Arbeitsaufgabe eines Arbeitssystems mithilfe mehrerer gleichzeitig eingesetzter Betriebsmittel oder mehrerer Stellen eines Betriebsmittels erfüllt, wobei dies durch eine Arbeitsperson oder bei mehrstelliger Gruppenarbeit durch mehrere Arbeitspersonen geschieht."Es kann sich also um mehrere, meist gleichartige Betriebsmittel (Bearbeitungsmaschinen) oder um mehrere Bedienstellen in einer größeren Produktionsanlage handeln. Im ersten Fall würde man von Mehrmaschinenbedienung sprechen, im zweiten Fall eher von Mehrstellenarbeit. Die Voraussetzung für Mehrmaschinenbedienung beziehungsweise Mehrstellenarbeit ist der Arbeitsablauf mit automatisierten Ablaufabschnitten, in denen der Bediener nicht an den Prozess und somit an das Betriebsmittel beziehungsweise an die Bedienstelle gebunden ist. Er darf im Sinne der Ablaufartengliederung nach Refa nicht tätig sein. Für ihn muss ablaufbedingte Wartezeit vorliegen. Die Zeit der automatisch ablaufenden Ablaufabschnitte sollte entsprechend lang sein, so dass mindestens die Tätigkeit an einem zweiten Betriebsmittel beziehungsweise einer zweiten Stelle in hohem Maße davon abgedeckt ist. Kennzeichnend für Mehrmaschinenbedienung beziehungsweise Mehrstellenarbeit ist, dass die Anzahl der Mitarbeiter (Bediener) im MSA-Bereich geringer ist als die Anzahl der Maschinen beziehungsweise geringer ist als die Anzahl der Bedienstellen. Im Folgenden wird bei den weiteren Ausführungen der Begriff Mehrstellenarbeit verwendet, weil er für die dargestellte Anwendung treffender erscheint.Das potenzelle Anwendungsfeld zur Mehrstellenarbeit kann global wie folgt umrissen werden:- Klassische Anwendungsgebiete im Servicebereich wie kurzfristige Beseitigung von kleineren Störungen an verschiedenen Stellen einer Produktionsanlage.- Klassische Anwendungsgebiete in der mechanischen Fertigung in Bereichen mit hohen Maschinenlaufzeitanteilen im Automatikbetrieb, beispielsweise in der Automatendreherei mit Einrichtertätigkeit für mehrere Maschinen, Bedientätigkeit für mehrere Maschinen (zum Beispiel Nachfüllen der Magazine).- Neuere Anwendungsgebiete im Bereich von Fertigungsgruppen und -inseln, in denen automatisierte Maschinen (CNC-Maschinen) betrieben werden. Dabei stellt sich im einfachsten Fall die Frage nach der Anzahl der Maschinen, die von einem Mitarbeiter bedient werden kann, darüber hinaus die Frage nach den kapazitiven Möglichkeiten zur Integration von Umfeldaufgaben (zum Beispiel Werkzeugvoreinstellung).Das Anwendungsfeld für Mehrstellenarbeit ist recht breit gefächert, man muss die Ansatzmöglichkeiten erkennen, die Nutzung richtig planen und betrieblich durchsetzen. Die Durchsetzbarkeit im Betrieb hängt in hohem Maße von den Ergebnissen der Planung ab.Kostenstruktur wird auch beachtetDas Ziel der Planung von Mehrstellenarbeit ist die Optimierung des Verhältnisses von Mitarbeiterwartezeit und Maschinenstillstandszeit bewertet mit der dahinter stehenden Kostenstruktur. Betriebswirtschaftlich formuliert ist das Ziel die Optimierung des betrieblichen Erfolgs im Untersuchungsbereich, der in Mehrstellenarbeit betrieben werden soll.Mitarbeiterwartezeiten resultieren aus komplett automatisierten Abschnitten im Gesamtablauf eines Arbeitsvorganges an einer Maschine. Komplett automatisiert bedeutet, dass der Prozess vom Bediener nicht überwacht werden muss.Maschinenstillstandszeiten treten dann auf, wenn im Ablauf eines Arbeitsvorganges der Bedienereinsatz erforderlich ist, der Bediener aber nicht zur Verfügung steht. Gründe für die Abwesenheit des Bedieners können Verteilzeit sein oder aber die Mehrstellenarbeit, das heißt der Einsatz des Bedieners an einer anderen Maschine im Mehrstellenarbeitsbereich.Mitarbeiterwartezeiten möglichst gering haltenBei der Planung von Mehrstellenarbeit versucht man in der Regel zu ermitteln, welche Anzahl von Stellen beziehungsweise Maschinen von einem Mitarbeiter bedient werden können, so dass Mitarbeiterwarte- und Maschinenstillstandszeiten so gering wie möglich sind. Dies wird im Vorfeld oft grafisch durch das Zeichnen der Maschinen-Zeitbänder oder durch Rechnungen nach Näherungsformeln durchgeführt. In einigen Anwendungsfällen bei gleichmäßiger Mehrstellenarbeit mit zeitgleichen Ablaufabschnitten und der Gleichwertigkeit von Maschinen- und Lohneinsatz an den einzelnen Maschinen reicht das aus. In anderen Fällen werden MSA-Konfigurationen bei laufendem Betrieb untersucht. Mittels Multimoment-Häufigkeitsstudie (MMH-Studie) werden die Warte- und Stillstandszeiten aufgenommen. Die Durchführung solcher MMH-Studien ist in der Regel immer noch zeit- und auch kostenintensiv. Erfasst wird immer nur der Ist-Zustand, mögliche Auswirkungen durch Änderungen der Parameter können kaum abgeschätzt werden. Bei gleichen oder sehr ähnlichen Maschinen- und Lohnkostensätzen reicht die Zeitoptimierung meist aus, bei stark differierenden Kostensätzen muss eine Leistungs-Kosten-Optimierung im Sinne der Erhöhung des betrieblichen Erfolgs durchgeführt werden. Die Planung von Mehrstellenarbeit kann in den meisten Fällen als äußerst daten- und arbeitsintensiv eingruppiert werden. Bei zum Beispiel unregelmäßiger Mehrstellenarbeit mit Zeit-ungleichen Ablaufabschnitten, mit stark variierenden Kostensätzen von Maschinen und Mitarbeitergruppen und dem Einfluss von mehr stochastisch geprägten Ablaufarten wie Maschinenstörungen und Verteilzeiten im Untersuchungsbereich kann die Aufgabenstellung bei Erwartung brauchbarer Ergebnisse nur noch durch den Einsatz der rechnergestützten Ablaufsimulation bewältigt werden.Die Möglichkeiten der Simulation von Mehrstellenarbeit werden an Anwendungsfällen in einem Unternehmen der Armaturenbranche vorgestellt. Die Produktpalette des Unternehmens setzte sich zusammen aus Massenartikeln (Fittings) und kundenbezogenen Bauteilen in kleineren Losgrößen. Im Unternehmen wurden mehrere Simulationsstudien durchgeführt, beispielsweise in der mechanischen Bearbeitung im Fittingsbereich. Dort sollten neue Konzepte hinsichtlich ihrer Wirksamkeit überprüft werden, zum Beispiel die Integration von Qualitäts- und Produktionsverantwortung (Werkerselbstkontrolle).Der Fertigungsbereich setzt sich zusammen aus sechs Maschinengruppen mit jeweils fünf bis sieben Bearbeitungsautomaten (Sondermaschinen), in denen die unterschiedlichen Teiletypen (beispielsweise Krümmer und T-Stücke) bearbeitet wurden. Einrichten des Automaten steht am AnfangDer Ist-Ablauf in den Maschinengruppen stellt sich grob skizziert so dar:- Einrichten des Automaten durch den Einrichter,- Abnahme des Einrichtergebnisses durch die Qualitätskontrolle,- Rohteileingabe durch den Maschinenbediener,- Fertigteileentnahme durch den Maschinenbediener und - zwischenzeitige Störbehebung durch den Einrichter.Zukünftig soll die Abnahme durch die Qualitätssicherung entfallen, die Verantwortung wird dem Einrichter übertragen. Bei der Simulationsstudie wurde nun wie folgt vorgegangen :- Maschinengruppenoptimierung im ersten Schritt, - Maschinengruppenbündelung im zweiten Schritt.Betrachtet man die Thematik im Detail, dann kann sie als Mehrstellenarbeit eingeordnet werden, also auf die Analyse von Maschinenstillstand und Werkerwartezeit. Zur Untersuchung wurde der bausteinorientierte Simulator Dosimis-3 eingesetzt, der sich insbesondere durch Nutzerfreundlichkeit und Geschwindigkeit auszeichnet. Er gestattet äußerst zügiges Modellieren und Simulieren. Man kommt somit sehr schnell zu ersten Ergebnissen. Mit dem Bausteinangebot von Dosimis-3 kann man nahezu jede Aufgabenstellung aus Produktion und Logistik modellieren. Die Quellen und Senken im betrachteten System (sechs Bearbeitungsautomaten) stehen für das Einbringen und das Ausbringen von Material. Hinter den Quellen (Anlieferungsbehälter) angeordnet sind die Eingabemagazine der Automaten (Eingabestation mit Staustrecke), die darauf folgende Arbeitsstation steht für die automatische Bearbeitung. Nach der Bearbeitung wird das gefertigte Teil dem Ausgabemagazin zugeführt. Die Kapazität der Magazine beträgt jeweils 25 Werkstücke. Hinter den Ausgabemagazinen mit Ausgabestation sind die Senken (Auslieferungsbehälter) angeordnet, in denen die im Ausgabemagazin angesammelten Fertigteile abgelegt werden. Der Prozess wird somit verteilt auf Entnahme aus Quelle und Einlegen an Einlegestation, Speichern und Weiterführung vor Bearbeitung mittels Staustrecke, Bearbeiten in Bearbeitungsstation, Speichern und Weiterführung nach Bearbeitung mittels Staustrecke und Entnahme und Ablegen in Senke an der Entnahmestation.Der Automatengruppe sind zwei Arbeitsbereiche zugeordnet. Der Arbeitsbereich 1 steht für die Gruppe der Einrichter, der Arbeitsbereich 2 für die Gruppe der Automatenbediener. In diesen Werkerbausteinen ist die Anzahl der Werker mit ihrer Qualifikation festgelegt, es sind weiterhin die an den Arbeitsplätzen auszuführenden Tätigkeiten mit den zugeordneten Prioritäten festgelegt. Werker- und Tätigkeitszuordnungsprioritäten ergänzen das Regelwerk für den Werkereinsatz. In der zugehörigen Wegeliste können die Wegzeiten zwischen den Einsatzstellen abgebildet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit der Pausenvorgabe. Die Eingabe und Ausgabe von Material wird über den Füllstand der Magazine gesteuert. Bei einem Füllstand des Eingabemagazins von 10% wird der Werker zum Nachfüllen angefordert, bei einem Füllstand von 90% wird er wieder freigegeben für andere Tätigkeiten. Analog zu betrachten ist das Ausgabemagazin. Dort wird der Werker beim Füllstand von 90% angefordert. Die Steuerung der Magazine ist in den beiden Entscheidungstabellen programmiert. Der Einrichter, auch für die Störbehebung zuständig, wird von den Automatikstationen beim Loswechsel zum Rüsten aufgerufen. Über die Tätigkeitspriorität kann das Rüsten oder die Störbehebung vorrangig gestellt werden. Im Beispiel wird die Störbehebung mit der höheren Priorität versehen, das heißt, ein laufender Rüstvorgang darf unterbrochen werden, wenn an einem anderen Automaten eine Störung gemeldet wird.Von sehr großem Vorteil für die anstehende Aufgabenstellung ist die integrierte Excel-Schnittstelle, über die Daten zwischen Dosimis-3 und Excel ausgetauscht werden können. Dazu kann ein Script zur automatisierten Simulationsdurchführung geschrieben werden. Dieses Script kann Dokumentationskommentare, Anweisungen zum Setzen von Parametern in den Modell-Bausteinen, zum Starten des Simulators und zum gezielten Holen von Ergebnissen aus dem Modell aufweisen. Somit können gezielte Experimente (Simulationsläufe mit veränderten Parametern) in direkter Folge ohne manuellen Eingriff durchgeführt werden. Zur Simulationsdurchführung wird das Script von Dosimis-3 über die Schnittstellenanweisung ,,Excel-Extern ausführen" gestartet und abgearbeitet.Neben dem Aspekt der Automatisierung der Simulationsdurchführung ist die direkte Möglichkeit der Weiterverarbeitung der Ergebnisse in Excel hervorzuheben. Auf weiteren Blättern der Excel-Arbeitsmappe können die Ergebnisse individuell in Form von formatierten Listen und in Excel möglichen Grafiken präsentationsgerecht aufbereitet und dargestellt werden. Darüber hinaus können weitergehende Berechnungen zur Bewertung der Ergebnisse in Excel programmiert werden, zum Beispiel Kostengrößen aus beziehungsweise zu den simulierten Prozessen. Bei der Studie wurde wie folgt vorgegangen: Zunächst wurde der vermeintlich kostenungünstigste Fall unterstellt. Jedem Automaten wurde ein Bediener zugeordnet, im Excel-Script wurde die Anzahl der Automateneinrichter je Simulationslauf beginnend bei einem schrittweise um einen weiteren erhöht. Im sechsten Lauf wären dann zwölf Personen in der Automatengruppe im Einsatz. Es wurde festgelegt, dass die Einrichter nur Einrichtertätigkeiten ausführen dürfen (das heißt Überqualifizierung = ÜQ ist nicht erlaubt). Die Simulation zeigte, dass der Einsatz von vier Einrichtern das Durchsatzmaximum von 73 456 Teilen in der Produktionswoche (2400 min) bringt. Betrachtet man die Wartezeiten und die damit verknüpften ,,Kosten", dann sind zunächst fallende Kosten aus Maschinen- und Werkerstillstand zu notieren. Über Experiment 2 hinaus steigen die Werte allerdings bis auf 5625 Euro und weitere an (Bild 1). Im Weiteren wurden dann bei sechs Automaten folgende Konstellationen des Personaleinsatzes untersucht: Modell 99: ein Einrichter, ein bis sechs Bediener, ÜQ nicht erlaubt, Modell 100: ein Einrichter, ein bis sechs Bediener, ÜQ erlaubt, Modell 101: zwei Einrichter, ein bis sechs Bediener, ÜQ erlaubt, Modell 102: drei Einrichter, ein bis sechs Bediener, ÜQ erlaubt. Der Durchsatzvergleich (Bild 2) weist die Modelle 98, 101 und 102 mit Stückzahlen über 70 000 aus, die Spitze liegt bei Modell 102 mit 74 040 Stück in der Produktionswoche. Es stellt sich nun natürlich die Frage nach dem Kostenoptimum. Maximale Mengenleistung bedeutet nicht unbedingt, wie in der Praxis vielfach unterstellt, kostengünstigste Produktion. Der klassische Ansatz zur Mehrstellenarbeit geht vielfach von den Stillstandszeiten aus, weist aber auch auf die Kosten durch Stillstand (sprich Kosten durch Wartezeiten) hin, insbesondere bei sehr unterschiedlichen Maschinen- und Werkerstundensätzen. Die Stillstandskosten aus der Variation des Personaleinsatzes zeigt Bild 1. Man kann sehr eindeutig den becherförmigen Verlauf erkennen, zum Beispiel beim Modell 99 von 6120 Euro über das Minimum von 2113 Euro wieder aufsteigend bis 3727 Euro. Die günstigste Konstellation weist das Modell 102 aus. Dort liegen die Stillstandskosten im Minimum bei 812 Euro, das wäre bei der Konfiguration der Automatengruppe mit drei Einrichtern und drei Automatenbedienern.Ein weiteres und aus betriebswirtschaftlicher Sicht sehr wichtiges Kriterium zur Beurteilung der konfigurierten Mehrstellenarbeit sind die Stückkosten (Bild 3). Dabei werden die im betrachteten Zeitraum angefallenen möglichen Mengen und die damit verknüpften Kosten in Relation gesetzt. Sind Sollmengen zu beachten, dann ergeben sich Maximal- und Minimalwerte, die zu beachten sind. Im vorliegenden Fall der Großserienfertigung standen Mengen und Stückkosten in der ersten Betrachtung gleichermaßen im Vordergrund, ausschlaggebend waren jedoch die Stückkosten. Somit war das Modell 101 mit Herstellkosten von 0,19 Euro je Stück zu bevorzugen. Das ist dann die Konfiguration mit zwei Einrichtern (Überqualifizierung erlaubt) und vier Maschinenbedienern (reines Materialhandling). Simulatoren stehen heute auch für mittelständische Unternehmen zu erschwinglichen Konditionen zur Verfügung. Die Nutzerfreundlichkeit der auf einem Standard-PC einsetzbaren Simulationsprogramme gestattet die rasche Einarbeitung in die rechnergestützte Ablaufsimulation. Schwellenängste dürften hinsichtlich EDV-Anwendung nicht mehr vorhanden sein. Wenn doch, dann sollte zumindest das Dienstleistungspotenzial der Systemanbieter genutzt werden. Im aktuellen Anwendungsfall zur Simulation zur Thematik Mehrstellenarbeit zeigte sich außerdem, dass die Verknüpfung von Simulator und Excel von Microsoft sehr vorteilhaft ist.