Fabrikplanung und Fabrikbetrieb: Methoden für die wandlungsfähige, vernetzte und ressourceneffiziente Fabrik

Von Michael Schenk, Siegfried Wirth und Egon Müller

Die Fabrik der Zukunft muss reaktionsschnell, wandlungs- und vernetzungsfähig sein. Die Methoden der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebs müssen diesen Anforderungen gerecht werden; deshalb haben die Autoren sie den neuen Anforderungen angepasst und weiterentwickelt. Sie stellen eine Typologie von Fabriken, Fabrik- und Kompetenznetzen vor, die den Auswahlprozess von Fabriktypen, deren Dimension und Struktur unterstützt.

Für die Gestaltung wandlungsfähiger Fabriken mit ihren logistischen Prozessen, Produktions- und Fabriksystemen werden Lösungswege auf der Basis flexibler und mobiler Fabrikmodule vorgestellt und geeignete Konzepte und Modelle beschrieben. Eine ganzheitliche Darstellungsmethode wird entwickelt, die auf einem einheitlichen Betrachtungsraum von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb aufbaut. Er ermöglicht über alle Phasen des Fabriklebenszyklus hinweg für die jeweilige Objektebene die Auswahl und Anwendung geeigneter Planungsinstrumentarien. Im Mittelpunkt stehen die wandlungsfähige, segmentierte, vernetzte und kompetenznetzbasierte Fabrik sowie die wandlungsfähigen Fabrikmodelle der virtuellen und digitalen Fabrik.

Die 2. Auflage wurde erweitert und ergänzt durch die Aspekte der ressourceneffizienten Fabrik.

Das Buch enthält viele praktische Beispiele zum Planen und Betreiben wandlungs- und vernetzungsfähiger Fabriken.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Springer Vieweg
• Erscheinungsdatum: 4. Nov. 2013
• ISBN: 9783642054594

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Michael Schenk, Siegfried Wirth und Egon MüllerVDI-BuchFabrikplanung und Fabrikbetrieb2., vollst. überarb. u. erw. Aufl. 2014Methoden für die wandlungsfähige, vernetzte und ressourceneffiziente Fabrik10.1007/978-3-642-05459-4_1

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

1. Einleitung

Michael Schenk¹  , Siegfried Wirth²   und Egon Müller³  

(1)

Otto-von Guericke-Universität Magdeburg, Fraunhofer Instiut für Fabrikbetrieb und -automatisierung, Sandtorstr. 22, 39106 Magdeburg, Sachsen-Anhalt, Deutschland

(2)

Steinbeis-Transferzentrums Fabrikplanung, -ökologie und automatisierter Fabrikbetrieb; Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb, TU Chemnitz, Erfenschlager Str. 73, 09125 Chemnitz, Sachsen, Deutschland

(3)

Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme (IBF), TU Chemnitz, 09107 Chemnitz, Deutschland

Michael Schenk (Korrespondenzautor)

Email: [e-mail]

Siegfried Wirth

Email: [e-mail]

Egon Müller

Email: [e-mail]

Zusammenfassung

Dieses Fachbuch widmet sich der Fabrik in Deutschland und in vergleichbaren, hoch entwickelten Industrieländern. Unternehmen und Fabriken sind hier Ort innovativer, kreativer und wissensbasierter Wertschöpfung von Sach- und Dienstleistungen in effizienten Wertschöpfungsnetzen. Zukünftige Unternehmen unterliegen permanenten Veränderungen und Anpassungen.

Dieses Fachbuch widmet sich der Fabrik in Deutschland und in vergleichbaren, hoch entwickelten Industrieländern. Unternehmen und Fabriken sind hier Ort innovativer, kreativer und wissensbasierter Wertschöpfung von Sach- und Dienstleistungen in effizienten Wertschöpfungsnetzen. Zukünftige Unternehmen unterliegen permanenten Veränderungen und Anpassungen.

Es werden neueste Entwicklungstrends aufgegriffen und Hinweise für Fabrikplaner, für Fabrikbetreiber und für alle, die die Fabrik verstehen und aktiv verändern wollen gegeben. Mit Blick auf die zukünftige Gestaltung von wandlungsfähigen, vernetzten, ressourcenschonenden und -effizienten Fabrik en haben folgende Entwicklungen Einfluss:

Höhere Anforderungen an Kreativität, Kompetenz, Wissen und Innovationsfähigkeit der Menschen zur Rationalisierung, Entwicklung und Herstellung von Produkten, Technologien, Prozessen und Systemen.

Zunehmende Globalisierung der Wirtschaft (global verteilte Märkte)

Zunehmende Individualisierung der Kundenwünsche (Kundennutzen)

Zunehmender Einsatz von neuen Technologien und Werkstoffen (Leichtbau)

Zunehmende Nachhaltigkeit sowie Ressourcenbedarfe (Stoff/Energie)

Demografische Veränderungen (leistungsgewandelte Produktion)

Verkürzte Innovations- und Technologielebenszyklen (Gewinnerneuerung)

Fortschreitende Verbreitung moderner IuK-Technologien (Digitalisierung)

Höhere Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanforderungen (Produkt-/Plagiatschutz)

Integration von Produktions- und Dienstleistungsprozessen (Hybridprodukte)

Zusätzlich sind diese Entwicklungen geprägt durch eine zunehmende partnerschaftliche Kommunikation, Kooperation und Vernetzung von Wissen, Prozessen und Leistungseinheit en (Kompetenzzellen ).

Das vorliegende Buch zeigt die neuen Herausforderungen auf, die sich aus den Trends und Megatrends ergeben sowie ihre Auswirkungen auf die Fabrikplanung und den Fabrikbetrieb :

Schrittweise Umsetzung zu dynamisierten lebenszyklenorientierten Geschäftsmodellen (Produktion und Dienstleistung ) für wandelbare ressourceneffiziente Produktionstechnologien, -systeme und für adaptive Fabriken.

Eine integrative Produktionstechnik zu betrachten, das heißt ergänzend zur Fertigungstechnik sind auch die Verarbeitungstechnik und Verfahrenstechnik zu planen, damit individualisierte Produkt e zu Massenproduktionspreisen bei minimalem Planungsaufwand, hoher Planungsgeschwindigkeit und Planungssicherheit herstellbar sind.

Das Primat der Technologie findet besondere Berücksichtigung in dem Begriff „technologische Fabrikgestaltung". Dieser Kerngedanke findet durchgängig Berücksichtigung.

Eine Auseinandersetzung mit unterschiedlichen Entwicklungen in den Hoch- und Niedriglohnländern bezüglich Kosten, Verfügbarkeit von Energie, Materialien (Leichtbauweise) und Rohstoffen, demografischem Wandel (alternsgerechte Produktion ) und zunehmender Verlagerungen von Wertschöpfungsumfängen.

Es sind gesicherte Erkenntnisse bereits bei der Planung und dem Betrieb einer Fabrik vor dem Produktanlauf über optimierte Wertschöpfungsnetze simulativ und virtuell zu erstellen.

Einsatz von digitalen Entwicklungs-, Planungs- und Steuerungsmethoden sowie Werkzeugen in Verbindung mit den Informations- und Kommunikationstechnologien.

Dieses Fachbuch ist für die unternehmerische Praxis und das höhere Studium bestimmt. Es beinhaltet ausgewählte Modelle, Methoden, Instrumentarien, Vorgehensweisen, Hilfsmittel und Lösungsvorschläge auf dem Weg zur wandlungs- und anpassungsfähigen, vernetzten, ressourcenschonenden und -effizienten Fabrik. Dabei werden die für die Planung und den Fabrikbetrieb bereits angegebenen Trends unter besonderer Berücksichtigung der Ergebnisse des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojekts (2010) „Produktionsforschung 2020" einbezogen und fachspezifisch weiterentwickelt.

Das Buch konzentriert sich auf die Branchen des Maschinen-, Anlagen-, Fahrzeugbaus, der Elektrotechnik/Elektronik, Informatik (IuK), Metallerzeugungs-, Kunststoff- und teilweise auf die Medizintechnik, Nahrungsmittel- und chemische Industrie. Es behandelt Unternehmen mit variantenreicher Serienfertigung ebenso wie kleine und mittlere Unternehmen mit vorwiegend Einzel-, Klein- und Mittelserienproduktion. Die Betrachtungen zur Fabrikgestaltung erfolgen unter marktnahen Bedingungen und global verteilten sowie vernetzten Kompetenz - und Leistungseinheiten in Forschung/Entwicklung, Produktion und Dienstleistung.

Für zukunftsorientierte Unternehmen wird die permanente lebenszyklusorientierte Fabrikplanung und Anpassung/Überplanung des Fabrikbetrieb es bis zur flexiblen Produktions- und Logistiknetzgestaltung zur dominierenden Führungs- und Managementaufgabe.

Das Fachbuch ist in sieben Komplexe gegliedert:

Im ersten Komplex (Kap. 2) werden, ausgehend von der Multidisziplinarität der Fabrikwissenschaften, die Fabrikplanung und der Fabrikbetrieb als integrierende Wissenschaftsdisziplinen beschrieben. Die sich abzeichnenden Trends und Entwicklungen in der zukünftigen Produktion bedingen eine nachhaltige Wandlung der Fabrik und erfordern eine Neuausrichtung mit Konsequenzen für Fabrikplanung und Fabrikbetrieb . Die Wandlungsprozesse beziehen sich auf:

Veränderung der Gestaltungsfelder, Zielkriterien des Unternehmens und zyklenbezogene Planungsprozesse (Fabrik, Produkt, Gewinnerneuerung, Anpassungszeit, Lebensarbeitszeit und Stoffkreislauf),

Präzisierung der Definitionen, Aufgaben und Merkmale der Fabrik, der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes,

Fragestellungen zur Entwicklung der Unternehmen auf dem Weg zur ressourceneffizienten und alternsgerechten Fabrik.

Es werden die Auswirkungen des Wandels der Fabrik auf die ganzheitliche Gestaltung der Wertschöpfungskette n, die Auswahl von Fabrikarten und -typen, die Fabrik als Produkt und vier Etappen der Fabrikentwicklung bezüglich der Produktions-, Kooperation s- und Fabrikstruktur von der funktionalen bis zur ressourceneffizienten Fabrik betrachtet. Dabei werden die inhaltlichen Unterschiede, Gemeinsamkeiten und Besonderheiten herausgestellt.

Der zweite Komplex (Kap. 3) stellt die Herausforderungen und Visionen für zukünftige Fabriken aus technologisch-organisatorischer Sicht. In Verbindung mit dem Wandel der Fabrik werden Anregungen und Lösungen zu folgenden Schwerpunkten gegeben:

Kreativität und Innovationsfähigkeit von der Produkt-, über die Herstellungstechnologie-, Prozess- und Systemgestaltung,

Verfahrens- und Technologie übergreifende Maschinengenerationen und -komponenten durch Produktionsverbunde und -netze,

Addition und Integration von Technologien aus verschiedenen Branchen. Dazu werden in einem besonderen Abschnitt die Haupttechniken Fertigungs-, Verarbeitungs- und Verfahrenstechnik sowie die Energie- und IuK-Technik, erstmals in ihrem synergetischen Zusammenwirken, den Prozesskette n und Besonderheiten der Anlagentechnik abgehandelt. Sie bilden eine wesentliche Grundlage für die Herstellung und Verarbeitung neuer Werkstoffe (Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde). Ausgewählte Beispiele untersetzen die Ausführungen, wie z. B.:

Ressourcen- einschließlich energieeffizienter Produktionstechniken in Recyclingkreisläufen,

Veränderung von Produktionsprofilen durch erneuerbare Energien, neue Logistik- und IuK-Technologien sowie

Veränderung der Stellung des Menschen bei schrittweiser Mechanisierung und Automatisierung von Prozessabläufen.

Der dritte Komplex (Kap. 4, 5 und 6) beschreibt die Fabrikprozesse und -systeme aus theoretischer und praktischer Sicht auf Basis des Betrachtungsraum s „Fabrik". Mit den Produktionsanforderungen aus Kundennutzensicht werden die Wertschöpfungs-, Geschäfts-, Produktionsprozesse und -funktionen sowie Grundlagen des Fabriksystem s beschrieben. Sie sind Gegenstand des Betrachtungsraums einer Fabrik, der durch drei Achsen fixiert ist:

Planungsphasen des Fabriklebenszyklus (von der Entwicklung bis zum Abbau),

Planungsobjekte (Arbeitsplatz, Bereich, Gebäude, Standort und Unternehmensnetz) und

drei Planungsstufen.

In Verbindung mit den Planungsinstrument en (Theorien, Modellen, Methoden, Werkzeugen) werden die Grundlagen, Gestaltungsprinzipien und Entwicklungstendenzen systematisch für die Planungsobjekte aufgeführt.

Im Mittelpunkt stehen Vorgehensweisen und Planungsabläufe der Fabrikplanung.

Eine Bewertung von Gestaltungslösungen der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes ermöglicht die Auswahl in Varianten. Die Abarbeitung von Planungsaufgaben mittels Vorgehensmodellen und -prinzipien sowie die systematische Aufbereitung der Planungsschritte (Produktionsprogrammbestimmung, Funktionsbestimmung, Dimensionierung , Strukturierung und Gestaltung ) erfolgt durch integrierte Planungsansätze und -methoden. Sie sind Bestandteil eines ganzheitlichen Projektmanagement s.

Der vierte Komplex (Kap. 7) enthält Grundlagen zur Gestaltung und Steuerung des Fabrikbetriebes. Diese werden ganzheitlich von der Produktentwicklung, Arbeitsvorbereitung, Anlauf- und Ablauforganisation, der Auftragsdurchlaufplanung in Verknüpfung mit der Produktions- und Logistikplanung betrachtet. Dabei spielen moderne Planungs- und Steuerungsmethoden mit Leitständen, Leitwarten für die Prozessüberwachung innerhalb und den kooperativen Netzwerken außerhalb der Fabrik eine wichtige Rolle. Es werden Lösungen zur Einbeziehung von Instandhaltungsmaßnahmen und die Informationssystemplanung angeboten. Letztere befasst sich mit der aufgabenspezifischen Informationssystemauswahl und -einführung über die bekannten Projektierungsschritte. Auf Methode n der Software- und Hardwarebestimmung zur Auslegung serviceorientierter Architekturen als flexible IT-Infrastruktur wird eingegangen. Außerdem werden die Chancen des Einsatzes von Grid und Cloud Computing eingeschätzt.

Ein fünfter Komplex (Kap. 8) beschreibt die wandlungsfähigen Fabrik en. Grundlagen, Gestaltungslösungen und systematischen Vorgehensweisen werden für die funktionale, segmentierte, vernetzte, kompetenznetzbasierte, ressourceneffiziente und altersgerechte Fabrik bereitgestellt. Die beiden letztgenannten Fabriken werden als Konzepte vorgestellt, die einen besonderen Schwerpunkt bilden. Dafür werden den Führungs- und Fachkräften in den Unternehmen, Institutionen und Bildungseinrichtungen Herangehensweisen, Konzepte und Beispiellösungen an die Hand gegeben.

Die wandlungsfähige, ressourceneffiziente Fabrik ist charakterisiert durch Kundenzufriedenheit und -nutzen, Partizipation und Transparenz aller Prozesse als Wesensmerkmale von auf Ressourcenschonung, -einsparung und -effizienz ausgerichteten Produktions-, Kooperations- und Fabrikstrukturen. Sie zeichnet sich durch Kreativität, Wissensbasiertheit, Innovationsfähigkeit des Personals sowie durch Kompatibilität/Rekonfigurierbarkeit, Vernetzungsfähigkeit, Digitalisierbarkeit und Attraktivität aus. Die Konzepte zur Ressourceneffizienz werden nach Stoff-/Materialeffizienz und Energieeffizienz gegliedert.

Die Materialeffizienz konzentriert sich auf Strategien zur ressourcenschonenden Produktentwicklung, Prozess- und Technologiegestaltung, ressourcenschonenden Produktgebrauch bis zu Recyclingkreisläufen (Abfallaufbereitung, -wiedereinsatz und -entsorgung). Die Kreislaufwirtschaft wird an Beispielen mit Technologien, technischen Anlagen und den erforderlichen Projektierungsschritten erläutert.

Die Energieeffizienz konzentriert sich auf die Modelle, Energieverlustreduzierung, Energieeffizienzplanung und energieeffiziente Prozesskette n. Entsprechende Konzepte für Produktion und Logistik werden vermittelt. Nachhaltigkeits-, Risiko-, Ökobilanzkonzepte mit ökonomischen Bewertungen sowie Abfalllebenszyklen und Planung ergänzen den Inhalt.

Die alternsgerechte Fabrik (demografieorientierte Fabrik ) gewinnt an Bedeutung in Verbindung mit dem demografischen Wandel. Dieser unterscheidet sich bezüglich der Altersstruktur in den hoch entwickelten Industrieländern (älter werdende Belegschaft) und den kinderreichen Schwellenländern. In Europa besteht das Problem der altersbedingten Veränderungen der menschlichen Anpassungs- und Leistungsfähigkeit für Produktions- und Dienstleistungsunternehmen. Hierfür werden Modelle und Methode n für Handlungs- und Gestaltungsfelder bereitgestellt. Dies betrifft allgemein produktionsorientierte und arbeitsorganisationsorientierte Modelle. Gestaltungslösungen zur Produkt- und Prozessergonomie sowie zur sicherheitsgerechten ergonomischen Arbeitsgestaltung (z. B. Arbeitsplatz, Bereich) und bei automatisierten Prozessabläufen (Maschine, Mensch, Roboter) werden vermittelt. Auf „strategische" Demografiekonzepte, demografieorientierte Fabrikplanungsmodelle mit Planungsschritten, Kompetenzaneignungsmodelle und Gestaltungsprinzipien für leistungsverändernde Arbeitspersonen (innovative Lernformen, Weiterbildung, lebenslanges Lernen) wird eingegangen. Speziell wird auf die Definition der Arbeitsaufgabe und der ergonomischen Arbeitsplatz - (Betriebs- und Hilfsmittel) und Arbeitssystemgestaltung sowie auf das Erfahrungswissen und entsprechende Lernformen, die zu einer verbesserten Potenzialnutzung der leistungsverändernden Arbeitspersonen eingegangen.

Damit eng verbunden ist der sechste Komplex (Kap. 9) mit dem Schwerpunkt wandlungsfähiger Fabrikmodelle, der die Grenzen und Anwendungsmöglichkeiten der virtuellen und digitalen Fabrik aufzeigt. Dem Anwender werden ganzheitliche Lösungsansätze angeboten, die die gesamte Wertschöpfungskette vom Kunden, der Produktentwicklung, die integrierte Produkt-, Prozess- und Produktionssystemgestaltung mit den Lebenszyklen bis zur Entsorgung/Verwertung berücksichtigen. Damit werden erste Ansätze zur virtuellen Gestaltung der Fabrik, ihre Inbetriebnahme und Steuerung der Fabrikationsprozesse über alle Flusssystem e hinweg bereits in der Planungsphase möglich. Dies ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zur Integration von virtuellen und realen Welten unter Nutzung von Datenbanken, -netzen und Plattform en (IuK, Web, Internet) für unterschiedliche Partner. Ein besonderer Schwerpunkt bildet die digitale Fabrik, in der die Aufgaben von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb miteinander vernetzt bzw. integriert sind.

Im siebten Komplex sind als Anhang die Methoden und praktische Beispiele enthalten, die spezifische Probleme und Lösungen zu den einzelnen Kapiteln ergänzen. Dies sind z. B.: Produktionsprozess e und -funktionen der Fertigungs-, Verfahrens- und Verarbeitungstechnik, synergetische Industrieparkgestaltung, Recyclingtechnologien und -anlagen, Facility Management, Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen sowie Projektblätter für realisierte Fabriken.

Michael Schenk, Siegfried Wirth und Egon MüllerVDI-BuchFabrikplanung und Fabrikbetrieb2., vollst. überarb. u. erw. Aufl. 2014Methoden für die wandlungsfähige, vernetzte und ressourceneffiziente Fabrik10.1007/978-3-642-05459-4_2

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

2. Trends und Entwicklungen

Michael Schenk¹  , Siegfried Wirth²   und Egon Müller³  

(1)

Otto-von Guericke-Universität Magdeburg, Fraunhofer Instiut für Fabrikbetrieb und -automatisierung, Sandtorstr. 22, 39106 Magdeburg, Sachsen-Anhalt, Deutschland

(2)

Steinbeis-Transferzentrums Fabrikplanung, -ökologie und automatisierter Fabrikbetrieb; Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb, TU Chemnitz, Erfenschlager Str. 73, 09125 Chemnitz, Sachsen, Deutschland

(3)

Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme (IBF), TU Chemnitz, 09107 Chemnitz, Deutschland

Michael Schenk (Korrespondenzautor)

Email: [e-mail]

Siegfried Wirth

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Egon Müller

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2.1 Wurzeln von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb

2.2 Neuausrichtung von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb

2.2.1 Veränderungen

2.2.2 Aufgaben und Partner

2.3 Konsequenzen

2.3.1 Fabrik

2.3.2 Fabrikplanung

2.3.3 Fabrikbetrieb

2.3.4 Unternehmen

2.4 Betrachtungsrahmen

Literatur

Zusammenfassung

Seit es Fabriken gibt, werden sie den jeweiligen Herausforderungen angepasst. Die Fabriken sind insbesondere in den Hochlohnländern dem globalen Wettbewerb und den anderen Mega-Trends ausgesetzt (Abele und Reinhart 2011). Die nachfolgenden Ausführungen widmen sich aktuellen Themen aus der Sicht Fabrikplanung und Fabrikbetrieb.

Seit es Fabriken gibt, werden sie den jeweiligen Herausforderungen angepasst. Die Fabriken sind insbesondere in den Hochlohnländern dem globalen Wettbewerb und den anderen Mega-Trends ausgesetzt. (Abele und Reinhart 2011) Die nachfolgenden Ausführungen widmen sich aktuellen Themen aus der Sicht Fabrikplanung und Fabrikbetrieb.

Die Fabrik ist Ort innovativer, kreativer und effizienter Wertschöpfung industrieller Güter.

Die Fabrikplanung steht für das Vorausdenken dieser kreativen, industriellen Wertschöpfung, während sich der Fabrikbetrieb allen Fragen des realen Betreibens, d. h. des Nutzens von Fabriken widmet.

Auf dem Wege von der wandlungs- und vernetzungsfähigen zur ressourceneffizienten Fabrik zeichnen sich Entwicklungen ab, die großen Einfluss auf die Fabrikplanungs- und Fabrikbetriebsprozesse haben. Dies geschieht unter Berücksichtigung verkürzter Innovations-, Gewinnerneuerungs- und Markteinführungszyklen. Die so gestalteten Fabriken sind in der Lage, eine strategische Neuausrichtung ihrer Tätigkeitsbereiche und Kompetenz en vorzunehmen. Mit wettbewerbsbestimmenden Produkten und neuartigen Werkstoffen, Technologien und Dienstleistungen können die veränderten Bedürfnisse der Kunden sowie der Kundennutzen befriedigt werden. Bei der Umgestaltung bestehender und der Gestaltung neuer Fabriken ist die gesamte Wertschöpfungskette lebenszyklusorientiert und ressourcenschonend zu gestalten.

Mit dem Wandel der Tätigkeitsbereiche und Kompetenzen der Fabriken beim Übergang von der Industrie- zur Informationsgesellschaft sind auch die zur Planung und Steuerung genutzten Methoden zu überprüfen und anzupassen. Der Wandel im Tätigkeits- und im Methodenbereich ist permanent. Er vollzieht sich auf der Grundlage von Wissen und realen Lösungen, was stets zu einer Neubestimmung des Betrachtungsgegenstandes und der -felder von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb führt.

Nach (Nefiodow 1999, S 139), werden folgende Aussagen zitiert, die in den weiteren Ausführungen Beachtung finden:

Die Arbeitsproduktivität hängt nicht nur von der Fachausbildung, den manuellen Fähigkeiten, der Arbeitsorganisation, der Qualität von Maschinen/Anlagen, Computer, sondern von der Kompetenz in der Gewinnung, im Austausch und der Verwertung von Informationen ab.

[…] Der wichtigste Produzent, Anbieter, Träger, Übermittler und Konsument von (Produkten) Informationen ist der Mensch.

[…] Seine Weiterbildung, seine Motivation, seine kreativen Potenziale und seine Beteiligung an den Entscheidungsprozessen sind gefragt. Und sie sind in der Informationsgesellschaft nicht, wie in der Industriegesellschaft, eine primär moralische Forderung, auf die man sich einlässt oder auch nicht, sondern eine unumgehbare Notwendigkeit.

[…] Kapital kann jeder auf dem weltweiten Kapitalmarkt aufnehmen – stellt Lester Thurow fest – Maschinen kann jeder überall kaufen und überall hinbringen. Rohstoffe sind überall verfügbar. Doch das Know-how, um neue Technologien und Produkte zu entwickeln und herzustellen, bekommen sie nur von den Menschen (nach Nefiodow 1999).

Dies setzt komplexes Denken unter Einbeziehung von Wissen und Kompetenz en aller am Problemlösungskonzept beteiligter Partner voraus, die ihr Wissen immer mehr miteinander problem-, ziel- und aufgabenbezogen vernetzen. Unter Beachtung dieser Entwicklungen wird auf folgende Schwerpunkte eingegangen:

Veränderung der Unternehmensziele und demografischer Wandel

Vernetzung von Partnern, Prozessen, Maschinen/Anlagen und Fabriken

Ressourceneffiziente Produktionstechnik mit Rückgewinnung von Rohstoffen („Deproduktion")

Einsatz erneuerbarer Energien

Anwendung neuer Logistik- und IuK-Technologien

Zyklenorientierte Planungs- und Produktionsprozesse im Sinne von Life Cycle Engineering

Entwicklung von ressourceneffizienten Produktions-, Koopertions- und Fabrikstrukturen

Integration von Produktionsstrukturen der Fertigungs-, Verarbeitungs- und Verfahrenstechnik

2.1 Wurzeln von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb

Die Wurzeln der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes reichen bis in das 18. Jahrhundert und stehen in direkter Verbindung mit dem Entstehen der ersten Fabriken. Ab 1920 entwickelte sich die Betriebswissenschaft mit dem Teilgebiet Fabrikbetrieb als aufstrebende Wissenschaft (vgl. Spur 1994, S. 7 ff. und 12 ff.). Die Forschung und damit die wissenschaftliche Durchdringung von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb begann Mitte des 20. Jahrhunderts. Sie nahm ihren Anfang an Hochschulen und Universitäten mit ingenieurtechnischer Prägung (Spur 1994, 2003).

Auf einige ausgewählte herausragende Vertreter dieser Epoche, die die Weiterentwicklung auf diesem Gebiet vorangebracht haben, soll nachfolgend eingegangen werden.

Der Fabrikplanungsbegriff wurde bereits von Rockstroh aus funktioneller Sicht als „Betriebsprojektierung bzw. „Betriebsgestaltung (Planen und Betreiben) geprägt. Er ging über den traditionellen Inhalt der Fabrikplanung hinaus. Eingeführt wurden die Begriffe „Technologische Betriebsgestaltung und „Technologische Betriebsprojektierung. Hierbei standen die technologisch-funktionellen Abläufe und Anlagen in ihrer Ganzheit, d. h. die „überdimensionale Produktionsmaschine Fabrik, mit ihren Verknüpfungen im Vordergrund. „Das Projektieren ist immer auf die Zukunft orientiert; es ist das Vorausdenken, das Strukturieren und Gestalten zu realisierender oder rekonstruierender (zu wandelnder) Prozesse der Produktion materieller, energetischer oder informationeller Güter (Rockstroh 1973, S. 9).

Auch Kettner definierte die Aufgabe der Fabrikplanung aus einer ähnlichen Sichtweise heraus: „Aufgabe der Fabrikplanung ist es, unter Berücksichtigung zahlreicher Rahmen- und Randbedingungen zur Erfüllung der betrieblichen Ziele sowie der sozialen und volkswirtschaftlichen Funktionen eine Fabrik zu schaffen" (Kettner et al. 1984, S. 3).

Aggteleky hat die Fabrikplanung als ein vielseitiges, komplexes und weitläufiges Planungsfeld, in dem die verschiedenen Teilaufgaben durch eine einheitliche Zielstellung zu einem geschlossenen Ganzen zusammengefasst werden, beschrieben und stellte dabei das Unternehmen in den Vordergrund (Aggteleky 1987).

Während die Fabrikplanung zu dieser Zeit vorrangig der Gestaltung „großtechnischer Systeme" diente, befasste sich die Fabrikorganisation mit der Gestaltung der Aufbau- und Ablauforganisationen innerhalb einer vorgegebenen Fabrik- und Unternehmensstruktur.

Die Betriebswissenschaften, wozu auch die Industriekultur gehört, nehmen an Bedeutung zu. Es wird immer Fabriken und Produktionsstätte n geben, die lebenszyklusorientiert geplant, betrieben und gewandelt werden müssen.

Wettbewerbsdominierende Produkte, Technologien und Prozess e sind das Ergebnis von Visionen und Forschungsergebnissen aus unterschiedlichen Branchen und Wissenschaften sowie vom Know-how der Mitarbeiter von Unternehmen. Ein forschungsorientierter Innovationsansatz für Technologien liegt zur Diskussion vor (Spur 2011, S. 781; Spur et al. 2012).

Das Primat besitzen innovative Produktionstechnologien, die die direkte materielle Wertschöpfung bestimmen, dies in Verbindung mit den produktionsnahen und -integrierten Dienstleistung en. Die Fabrikwissenschaften (Spur 1994) sind im Verbund mit den anderen Wissenschaften (Abb. 2.1) herausgefordert, relevante Ergebnisse für die Entwicklung bestehender und zukünftiger Fabriken in multidisziplinärer, kooperativer und vernetzter Arbeitsweise zu lösen. Dies setzt ein branchenübergreifendes Zusammenwirken von hoch qualifizierten Fachkräften aus verschiedenen Forschungsgebieten voraus.

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Abb. 2.1

Multidisziplinarität der Fabrikwissenschaft. (Spur 1994, S. 14)

Für die zukünftige Fabrikplanung und den Fabrikbetrieb gewinnen die Fabrikwissenschaften unter den Bedingungen der Ressourceneffizienz des Einsatzes neuer leicht bauender Werkstoffe sowie des Ausbaues regenerativer Energien und IuK-Technologien in ihrer Multidisziplinarität für Forschung, Lehre und Praxis an Bedeutung. Die Multidisziplinarität der Fabrikwissenschaften und damit die Fabrikplanung und der Fabrikbetrieb als integrierende Wissenschaftsdisziplinen haben sich dieser Herausforderung zu stellen.

2.2 Neuausrichtung von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb

Die Verschmelzung von Aufgaben der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes resultiert aus den Überlegungen, neben dem Planen und Projektieren auch das Betreiben, Erhalten und Verwerten der Fabrikanlagen verstärkt zum Inhalt dieses Gebietes zu machen. Spur führte dazu aus: „Fabrikbetriebe (gemeint sind Fabriken) als Untermenge der Industriebetriebe sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass ihre Betriebsfunktionen in besonderen zweckorientierten baulichen Anlagen nach vorgegebenen Organisationsprinzipien erfolgt" (Spur 1994, S. 19).

Schmigalla fasste in seinem Buch „Fabrikplanung" die Aufgaben, Inhalte, Begriffe und Methode n der Fabrikplanung zusammen (Schmigalla 1995). Sowohl Spur als auch Schmigalla stellten dabei schon Ansätze einer sich wandelnden Fabrik in den Mittelpunkt der Betrachtungen.

Erst sehr langsam setzte sich der ganzheitliche Ansatz der Einheit von Planung und Steuerung durch. Dieser Ansatz bezog sich zunächst auf die Funktion der Fabrik mit weitergehender klassischer Fabrikorganisation und mehr oder minder starren Produktionsstrukturen. Dementsprechend waren auch die Planungs- und Steuerungsmethoden ausgelegt. Die Produktionsplanung und -steuerung (PPS) dient zu ganzheitlichen Ressourcenplanungsbetrachtungen in der Fabrik bzw. im Wertschöpfungsnetz . Damit umfasst sie die gesamten Ressourcen der Fabrik sowie auch Lieferketten und -netze. Die Produkt-, Prozess- und Systemlebenszyklen aller Teilsysteme eines Fabriksystems wurden zunächst vorwiegend punktuell, später umfassender und integriert betrachtet.

Zum Thema Fabrik und Fabrikplanung existieren eine Vielzahl von einschlägigen Veröffentlichungen. Sie beschreiben die Planungsphase von der Auftragsakquisition bis zum Projektabschluss. Dieser endet mit der Hochlaufbetreuung der realisierten Produktion. Die Vorgehensweisen und Modelle konzentrierten sich dabei vorwiegend auf Stückgutprozesse der Fertigungsindustrie.

In den 70er bis 90er Jahren wurden dafür umfangreiche Arbeiten u. a. zur funktionalen, modularen und segmentierten Fabrik publiziert.

Zurzeit sind Fachbücher mit den Schwerpunkten zur Planung einer vernetzten, flexiblen und wandlungsfähigen Fabrik erschienen. Eine Auswahl von Autoren, die auch entsprechende wissenschaftliche Schulen präsentieren, sollen in zeitlicher Folge beispielhaft genannt werden: Eversheim und Schuh (1999), Grundig (2000), Schenk und Wirth (2004), Pawellek (2008), Wiendahl et al. (2009), Felix (2010), Helbing (2010), Schenk et al. (2010) und Bracht et al. (2011).

Es ist der Verdienst des VDI ADB-Fachausschusses „Fabrikplanung", die relevanten Erkenntnisse sowie das Planungsvorgehen im VDI 5200 (2010) systematisch aufbereitet und zur Diskussion gestellt zu haben. Dies betrifft insbesondere die Begriffe, die Planungsfälle, -ziele, -disziplinen und -inhalte sowie die Planungsphasen mit ihren speziellen Zielfestlegungen. Für Fabrikplanungsprojekte im Anwendungsbereich der Produktion von Stückgütern stellen diese Erkenntnisse in der derzeitigen Praxis eine gute Grundlage dar.

Es zeichnen sich jedoch einige, bereits heute erkennbare Entwicklungen ab, die beim Planen und Betreiben „wandlungsfähiger und ressourceneffizienter Fabrik en" auf Grund zusätzlicher Anforderungen zu berücksichtigen sind. Die erweiterte Betrachtungsweise bezieht sich u. a. auf die lebenszyklusorientierten Planungsphasen, Inhalte und Definitionen. Auf der Basis des vorliegenden Entwurfes der VDI-Richtlinie 5200 werden dazu einige ergänzende Anmerkungen und Vorschläge zur Fabrik, Fabrikplanung und zum Fabrikbetrieb unterbreitet.

In jüngster Zeit setzte sich die partizipative, produkt- und prozessorientierte Planung und Steuerung in Verbindung mit der wandlungs-, vernetzungsfähigen, ressourceneffizienten Fabrik, dem Hauptanliegen dieses Buches, durch. Im Zentrum stehen Methoden, die durch Kreativität und vernetztes Wissen von Partnern verschiedener Fachgebiete, und insbesondere auch durch die Industriekultur geprägt sind.

2.2.1 Veränderungen

Die Neuausrichtung von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb muss nachfolgende Veränderungen berücksichtigen.

a.

Veränderungen der Gestaltungsfelder

Die Ziele und Gestaltungsfelder von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb verändern sich im Laufe der Zeit. Dies erfordert eine permanente Anpassung, die durch Veränderungstreiber ausgelöst und durch menschliche Kreativität zu bewältigen ist. Nachfolgend werden Beispiele für Veränderungstreiber benannt.

Beispiele für gesamtgesellschaftliche Veränderungen:

Es gibt spürbare Veränderungen zwischen Produktion, Umwelt und Gesellschaft im Einklang von Ökonomie und Ökologie. Abbildung 2.2 zeigt die globalen Wechselwirkungen untereinander im Sinne der Nachhaltigkeit und der gesamtgesellschaftlichen Zielstellung. Alles was in eine Fabrik hineinkommt, muss auch „veredelt" wieder herauskommen.

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Abb. 2.2

Wechselwirkung zwischen Produktion, Umwelt und Gesellschaft. (Löffler 2003)

Konsequenzen:

Das zunehmende Umweltbewusstsein erfordert nachhaltige, umweltgerechte Lösungen. Das betrifft ganzheitlich die Fabrik mit allen Komponenten, den angewendeten Verfahren und den erzeugten Abprodukten. Die Sicherstellung der Ressourceneffizienz ist eine umfassende Aufgabe für die Fabrikplanung und den Fabrikbetrieb, die bisher nur punktuell behandelt wurde, aber zukünftig ganzheitlich gemanagt werden muss. Die Bedeutung des Themas in den nächsten Jahren wird bereits heute im Begriff „Total Resource Management" deutlich.

Energieeffizienzbetrachtungen haben gleichzeitig eine globale Dimension und sollen daher nachfolgend separat betrachtet werden.

Die weltweite Verknappung von Ressourcen zwingt die Wirtschaft, Produkte und Prozesse material- und energieeffizienter sowie umweltverträglicher zu gestalten.

Konsequenzen:

Dies führt zu Anstrengungen zur Reduzierung des Ressourcengebrauchs (Rohstoffe, Material/Werkstoffe, Maschinen, Anlagen, Energie, Kapital und Arbeit), zur Reduzierung stofflicher Emissionen und zur Steigerung des generierten Nutzens bei gleichbleibendem bzw. reduziertem Ressourceneinsatz und Emissionen (Schuh et al. 2012, S. 29–40).

Die Erzeugung und Nutzung von Energie ist aufgrund der Energieknappheit eine globale Aufgabe.

Konsequenzen:

Betrachtungen der Energieeffizienz revolutionieren die Lösungen in der Fabrikplanung und im Fabrikbetrieb. Viele derzeit noch hinsichtlich der Kosten gefundenen, „optimale" Lösungen verbieten sich zukünftig aus Gründen der Energieeffizienz. Die Fabrik wird dort, wo es sinnvoll ist, selbst dezentral Energie erzeugen (Sonne, Wind, Biomasse, Flussstrom) und diese nutzen. Dies erfordert veränderte Betreiberkonzepte für Energieerzeugungs- und Energienutzungsanlagen.

Demografische Veränderungen sind in den entwickelten Industrieländern deutlich sichtbar und als Trend erkannt und beschrieben.

Konsequenzen:

Der demografische Wandel erfordert neue Lösungskonzepte und Gestaltungsvarianten für die Fabrikplanung und den Fabrikbetrieb. Er hat massive Auswirkungen auf zukünftige Produkte und Dienstleistungen sowie auf die Arbeitsorganisation und die Arbeitsplatzergonomie. Auch bestimmen Automatisierungslösungen diese Entwicklung, was zu neuen adaptiven Formen der Organisation und der Mensch-Maschine-Schnittstellen führt.

Es gibt eine spürbare Zunahme von Bedrohungen durch Klimaveränderungen (Extremwettersituationen, Naturereignisse), von Störfällen, Streiks, Terror, Spionage, Sabotage. Früher blieben regionale Ereignisse auf die Region begrenzt, heute wirken sich regionale Ereignisse über die globalen Liefer- und Produktionsnetze global aus.

Konsequenzen:

Fabriken müssen heute robust und sicher angelegt werden. Dies betrifft die Auswahl der Einzelelemente, deren Verknüpfung und alle relevanten Prozesse. Robustheit und Sicherheit sind wichtige Eigenschaften von Fabriken.

Die Globalisierung der Wirtschaft wird begleitet durch eine Zunahme temporärer Vernetzung . Die Vernetzung verknüpft kompetenzbasierte Leistungseinheit en über materiell-technische, informationelle, partnerschaftliche und betriebswirtschaftliche Beziehungen.

Konsequenzen:

Dies erfordert vernetzte, wandlungsfähige Unternehmen, Fabriken und Fabrikmodelle. Fabriken müssen für eine temporäre Vernetzung fit gemacht werden. Dies bildet die Basis für eine marktnahe Kooperation in Netzen. Die Netzwerkfähigkeit betrifft dabei alle Flusssystem e. Alle beschriebenen Trends sind zusammenfassend in Abb. 2.3 dargestellt. Mit den Stichwörtern (z. B. umweltgerecht) sind exemplarisch Anforderungen an die Fabrik benannt.

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Abb. 2.3

Trends, die sich auf Fabriken sowie auf Fabrikplanung und Fabrikbetrieb auswirken

Beispiele für Veränderungen der Kundenanforderungen (vgl. Abb. 2.3) sind:

Es entstehen permanent Kundenforderungen nach neuen Produkten mit neuen oder verbesserten Leistungseigenschaften

Konsequenzen:

Forschung und Entwicklung sind Bestandteil der industriellen Wertschöpfung. Neue Produkte erfordern häufig auch neue Technologien und Technik. Der Wandel von Fabriken und damit Fabrikplanung und Fabrikbetrieb werden zu Dauerthemen für Unternehmen. Das Kundenpotenzial orientiert nicht nur auf den Produkt- sondern zunehmend auf den Nutzenverkauf.

Es gibt eine Zunahme produktrelevanter Dienstleistung en für Produkte mit unterschiedlichen Lebenszyklen.

Konsequenzen:

Neuentwicklung, Einführung, Produktion, Auslauf und Nachbetreuungsphase von Produkten mit den in diesen Phasen typischen Dienstleistungen sind, verbunden mit einer starken Änderungsdynamik, zeitlich parallel zu beherrschen. Ohne Digital Engineering ist dies nicht mehr qualitätsgerecht zu leisten. Hochinvestive Produkte haben auch heute noch Nachbetreuungszeiten von bis zu 25 Jahren. Bei gleichzeitig hohen Produktinnovationsraten explodieren die potenziell bereitzustellenden Ersatzteile und das erforderliche Know-how des Instandhaltungspersonal s.

Im Verhältnis zu den Sachleistungen für den Absatz von Konsum- und Investitionsgütern steigt der Absatz von Dienstleistungen an.

Konsequenzen:

Dienstleistungen sind Geschäftsfelder mit hohen Potenzialen für Ingenieurleistungen. Klassisch sind dies Analyse-, Gutachter- und Beratungstätigkeiten. Neben der eigentlichen Produktion müssen aber auch viele Dienstleistung sprozesse geplant, geeignet verknüpft und wirtschaftlich betrieben werden. Während Dienstleistungen früher nur als Zusatz in der Fabrikplanung/im Fabrikbetrieb behandelt wurden, erfordert diese Entwicklung eine entsprechende Qualifizierung von Ingenieuren (vgl. Abb. 2.4). Ein Beispiel ist die Hervorhebung durch Fettdruck für ein Unternehmen, welches das Ersatzteilmanagement und die Instandhaltung der ausgelieferten Systeme als Dienstleistungsgeschäft betreibt.

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Abb. 2.4

Ingenieur-Dienstleistungen (produktionsintegriert, -nah oder -fern)

Es ist eine Zunahme individueller Kundenwünsche mit differenzierten, wettbewerbsbestimmenden Produkten und Produktionsprogramm en für einen Marktbedarf zu verzeichnen, der global verteilt ist.

Konsequenzen:

Globale Bedarfe erfordern globale Beschaffungs-, Produktions-, Liefer- und Servicenetze. Fabriken agieren heute international. Dies vergrößert den Lösungsraum für die Fabrikplanung und den Fabrikbetrieb. Die Individualität erfordert intelligente Lösungen zur Schaffung von Standardprozessen, Mengeneffekten und Lösungen zur Beherrschung der Komplexität.

Beispiele für technische Innovationen (vgl. Abb. 2.3)

Innovative Produkte aus neuen Werkstoffkombinationen, mit neuen Be- und Verarbeitungstechnologien und entsprechenden Anlagen kommen verstärkt zum Einsatz.

Konsequenzen:

Es entsteht ständig neues Wissen zu neuen Materialien, zu neuen Technologien, zu neuen Bearbeitungsfolgen und zu neuen Anlagen. Dies vergrößert den Lösungsraum. Dieses Wissen muss für Fabrikplaner zweckmäßig aufbereitet werden.

Es gibt permanent Innovationen im IuK-Bereich mit weitreichenden Konsequenzen und Möglichkeiten.

Konsequenzen:

Dies betrifft sowohl Hardware- als auch Softwarelösungen. IuK-Entwicklungen ermöglichen z. T. erst bestimmte Prozesse (Bsp. Navigation ermöglicht die Selbststeuerung mobiler Objekte) oder leisten einen Beitrag zu ihrer Verbesserung (Auto-ID-Systeme ermöglichen das sichere Identifizieren und folgend auch das Nachvollziehen kompletter Lebensläufe von Produkten). Für Fabrikplaner erleichtern Technologiematrizen im Bereich Identifikation, Ortung, Kommunikation und Navigation eine zweckmäßige Technologieauswahl.

Es ist eine weitere Verkürzung von Innovationszyklen festzustellen.

Konsequenzen:

Prozess e der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes verschmelzen miteinander. Zur Verkürzung der Anpassungszeit kommen für die Produktion und Logistik neueste Methoden und Verfahren der Informations- und Kommunikationstechnologien einschließlich des Internets zum Einsatz. Das Digital Engineering stellt dafür neue Entwicklungs-, Test- und Lernplattformen insbesondere für die Gestaltung realitätsnaher Fabriken auf virtueller, digitaler Grundlage zur Verfügung.

Die Gestaltung der wandlungsfähigen, ressourcenschonenden einschließlich energieeffizienten Fabrik, die alle relevanten Prozesse und Objekte innerhalb und außerhalb des Unternehmens einschließt, ist die primäre Herausforderung, die für alle Produktions- und Dienstleistungsunternehmen zu bewältigen ist.

b.

Veränderungen der Zielkriterien und ihrer Bedeutung (Auswahl)

Die Zielkriterien eines Unternehmens verändern sich ständig. Die zukünftigen Zielkriterien für die aufgezeigten Entwicklungen sind neben der Kreativität des Menschen in Abb. 2.5 dargestellt.

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Abb. 2.5

Zukünftige Zielkriterien i. A. a. (Hernandes 2002, S. 14; Günther 2005)

Die Wirtschaftlichkeit bezieht sich auf die Gestaltung der Geschäftsprozess e der gesamten Wertschöpfungs- und Lieferkette bezüglich Gewinn, unter Beachtung von Durchlaufzeit und Beständen als wichtige Indikatoren.

Die Flexibilisierung und Wandlungsfähigkeit bezieht sich sowohl auf allgemeine ökonomische, soziale und ökologische als auch betriebsspezifische Probleme, die Arbeitskraft, Technik (Objekte) und Organisation (Abläufe) im Sinne der Nachhaltigkeit einschließt.

Die Ressourceneffizienz bezieht sich auf alle technischen und organisatorischen Prozesse, deren Flusssystem e und Objekte in Verbindung mit der Kreislaufwirtschaft.

Die Attraktivität bezieht sich auf das Erscheinungsbild (z. B. Markt, Produkte, Technologien, Ausrüstungen, Gebäude), Nachhaltigkeit, Umweltbelastung (z. B. Ökobilanz, Umweltverträglichkeit, CO2-Ausstoß) sowie die Industriekultur und Arbeitsgestaltung (z. B. Unternehmenskultur, Sozialverhalten, ergonomische, menschgerechte Arbeitsplatzgestaltung für Produkte und Prozesse). Die Kreativität, das Wissen und die Innovationsfähigkeit des Personals sind Wesensmerkmale attrak und ganzheitlicher Gestaltungslösungen.

Die aktuellen Ziele der Fabrikplanung umfassen neben der Wirtschaftlichkeit auch gleichberechtigt Wandlungsfähigkeit, Vernetzungsfähigkeit, Ressourceneffizienz sowie Attraktivität der Fabrik. Es ist zudem ein Trend zur Erhöhung der Robustheit und Sicherheit festzustellen.

c.

Veränderung der Planungsprozesse

Die wesentlichen Planungsprozesse sind auf Prozesse orientiert und auf verschiedene Lebenszyklen bezogen (lebenszyklenbezogene Planung).

Konsequenzen:

Dies führt zu einer Veränderung der Planungsprozesse von der separaten zur ganzheitlichen Planung des Fabriklebenszyklus bezüglich des Produkt-, Prozess-, Anlagen-/Gebäude- und Flächennutzungszyklus, über alle Planungsphasen von der Entwicklung, Aufbau, Anlauf, Betrieb/Nutzung und Abbau/Verwertung hinweg. Dies führt zu einer Veränderung der Planungsprozesse von der separaten zur ganzheitlichen Betrachtung von Produktlebens- und „Gewinnerneuerungszyklen". Der Gewinnerneuerungszyklus ist die Zeitspanne von der Idee bis zur gewinnbringenden Produkterstellung, wobei der erwirtschaftete Gewinn die Basis für die Herstellung neuer Produkte (produktlebenszyklusorientiert) bildet (vgl. Abb. 2.5).

Abbildung 2.6 verdeutlicht die Veränderungen der Planungs- und Realisierungsabläufe, die durch die Zeitachse des Produkt- und Gewinnerneuerungszyklus bestimmt werden. Während der Kreativitäts- und Kommunikationsspielraum in den ersten Entscheidungsetappen am größten sind, nimmt er zur „individuellen" Lösung hin ab.

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Abb. 2.6

Zeitliche Veränderungen der Planungs- und Realisierungsabläufe i. A. a. (Erfurth 2011 – Eigendarstellung)

In Zukunft verkürzen sich die Zeitspannen der Entscheidungsetappen zwischen Produktlebens- und der Gewinnerneuerungszyklus sehr stark.

Konsequenzen:

Fabrikplanung und -betrieb können nur noch durch Anwendung geeigneter Methoden z. B. der IuK-Technologie beherrscht werden.

Kreativitätsspielraum ist der Entwicklungs- und Planungszeitraum, in dem durch menschliche Kreativität neueste Lösungen generiert und permanent den veränderten Bedingungen angepasst werden.

Kommunikationsspielraum ist der Entwicklungs- und Planungszeitraum, in dem Innovationen zur Problem- und Aufgabenlösung sowie Entscheidungen durch transparenten Informationsaustausch erzielt werden.

Kommunikation und die Ressource „Zeit" sind mitentscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens.

Konsequenzen:

Für das Planen und Betreiben der Fabrik sind eine Vielzahl von Partnern erforderlich, die in einer bestimmten Zeit das Planungs- und Betreiberkonzept sowie die Realisierung der Fabrikanlagen zu gewährleisten haben. Dafür sind Ideen, Kreativität, Kommunikation zwischen den Partnern und Leistungen in immer kürzeren Zeiträumen notwendig. Dieser Prozess wird durch die Instrumentalisierung von Information und Kommunikation immer effizienter gestaltet.

Es gibt eine Entwicklung hin zu verkürzten Reaktions- und Anpassungszeitzyklen. Art, Umfang, Häufigkeit und Zeitpunkt bestimmen den Zyklus der situationsgetriebenen Anpassung. Er erstreckt sich von der Wahrnehmung bis zur Wirkung notwendiger Anpassungsprozesse.

Konsequenzen:

Die Anpassungsplanung wird zur Haupttätigkeit des Fabrikplaners. Abbildung 2.7 zeigt die Verkürzung der Teilzeiten vom Ist-Zustand im Vergleich zum Soll-Zustand, wobei die aufgeführte Reihenfolge bei jedem Anpassungsvorgang abzuarbeiten ist (Kuhn et al. 2011).

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Abb. 2.7

Anpassungszyklus. (Kuhn et al. 2011)

Durch die Verkürzung der Vorbereitungs- und Anpassungszeit wird Spielraum für die Vorlaufzeit und damit zur Reduzierung der Reaktionszeit geschaffen. Dies geschieht durch permanenten Abgleich gebündelter Maßnahmen, Verbesserung der Ausgangsdaten und Datensituation, eventuelle Eliminierung der Wirkungszeit sowie durch proaktive Aktivierung und Implementierung von Vorzugslösungen (z. B. Typenlösungen). Bewährt haben sich „Step by Step"-Lösungen, bei dem jede Anpassung unter Einbeziehung kompetenter Partner protokolliert und simulationsgestützt konjugiert wird.

Die alternsgerechten Lebensarbeitszeitzyklen sind zu beachten. Das starre Nacheinander von Ausbildung, Erwerbsarbeit und Privatleben wird zukünftig durch flexiblere und an die Lebensphasen des Menschen angepasste Lösungen ausgelöst. Der Lebensarbeitszeitzyklus besteht aus der Kombination verschiedener Arbeitsleistungen, Weiterbildung, Sabbatical (Auszeit) und Arbeitszeitmodellen, die für bestimmte Lebensabschnitte zu fixieren sind. Abbildung 2.8 zeigt Modelle von Lebensarbeitszeitzyklen.

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Abb. 2.8

Modell e der Lebensarbeitszeitzyklen. (Krüger 2007, S. 77)

Konsequenzen:

Durch die Kombination verschiedener Lebensarbeitszeitmodelle (vgl. Variante 1, 2 und 3) kann die Arbeitsperson eigenverantwortlich mitbestimmen, zu welchem Zeitpunkt sie die erwerbswirtschaftliche Arbeit unterbrechen oder einstellen will. Dies muss in der Fabrikplanung u. a. bei der Dimensionierung und bei der Gestaltung der Arbeitsplätze Berücksichtigung finden.

Es gibt eine Entwicklung von den Rohstoffversorgungs- zu Sekundärrohstoffzyklen mittels Sekundärrohstofflogistik und Gestaltung der Unternehmensprozesse im Sinne einer Kreislaufwirtschaft entsprechend Abb. 2.9.

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Abb. 2.9

Sekundärrohstofflogistik. (Specht 2009)

Konsequenzen:

Das hat erheblichen Einfluss auf die Bewertungskriterien von Fabrikplanungs- und Fabrikbetriebslösungen.

Die ganzheitliche, lebenszyklusorientierte Produkt-, Prozess-, Betriebsmittel-, Anlagen- und Fabrikgestaltung benötigt eine adäquate Fabrikplanung, die auf Lösungen der integrierten Produkt-, Prozessentwicklung und -gestaltung aufbaut.

Konsequenzen:

Zur Qualifizierung der Planung und zur Verkürzung der Planungszeiten erfordert dies den Einsatz des Digital Engineering. Digital Engineering ist die durchgängige Nutzung digitaler Methode n und Werkzeug e über den Produktentstehungs- und Produktionsprozess und zielt auf eine verbesserte Planungsqualität sowie auf die Prozessbeherrschung über den gesamten Produktlebenszyklus ab. Es ist daher die konsequente Fortsetzung des Virtual Engineering. Dabei erfolgt eine physikalisch korrekte Abbildung aller problemrelevanten Merkmal e sowie der softwaretechnischen Eigenschaften (z. B. eingebettete Systeme). Für die frühzeitige Simulation des Produktionsprozesses in der Planungsphase sowie für die prozessbegleitende Simulation in der Betriebsphase ist die Interoperabilität der verwendeten Werkzeuge eine wesentliche Voraussetzung. Digital Engineering muss daher in der Aus- und Weiterbildung von Ingenieuren pflichtmäßig angeboten werden.

Wandlungsfähigkeit und Ressourceneffizienz verändern Wertschöpfungs-, Produktions- und Fabrikstrukturen.

Konsequenzen:

Dies erzeugt notwendigerweise eine Offenheit für Veränderungen. So sind z. B. Strukturänderungen kurzfristig planungs- und steuerungsseitig umzusetzen.

Geschäfts- und technologische Prozesse werden entlang der ganzheitlichen Wertschöpfungskette durch geeignete Methoden der permanenten Anpassungsplanung optimiert.

Konsequenzen:

Für diese Aufgabe sind planerisch Advanced Planning Systeme (SCM-Systeme) entwickelt wurden.

Die Tab. 2.1 fasst die verbalen Erläuterungen von a) bis c) bezüglich Gestaltungsfeldern, Zielen und Veränderungen im Planungsprozess in Stichworten zusammen, um Verständnis und Kommunikation zu erleichtern. Robuste und sichere Fabriken werden im Rahmen dieses Buches nicht explizit betrachtet.

Tab. 2.1

Veränderungen der Fabrikplanung und des Fabrikbetrieb es (Auswahl)

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Die Gestaltungsfelder der Fabrikplanung umfassen lebenszyklusübergreifend die Entwicklung, den Aufbau, den Anlauf, den Betrieb und den Abbau. Fabrikplanung und Fabrikbetrieb verschmelzen zunehmend miteinander.

In Ergänzung zur wandlungsfähigen, segmentierten, vernetzten, kompetenznetzbasierten Fabrik wird die ressourceneffiziente (Material-, Energieeffizienz) und die alternsgerechte Fabrik erstmals ausführlich betrachtet. Bezüglich der notwendigen Entwicklung zur robusten und sicheren Fabrik werden erste Ansätze aufgeführt, die die Gefahr der Instabilität von Unternehmen mindern sollen. Konzepte und Netzwerkstrategien bei vorhersehbaren und unvorhergesehenen Veränderungen der Unternehmensumwelt sind zu erarbeiten (Abele und Reinhart 2011, S. 19).

Die zyklenbezogenen Planungsprozess e: Fabriklebens-, Produkt-, Gewinnerneuerungs-, Anpassungszeit-, Lebensarbeitszeit- und Sekundärrohstoffzyklen verändern die Planungsmethoden und -instrumente im Sinne einer permanenten Planungs- und Veränderungsbereitschaft.

Der Weg von einer statischen hin zu einer lebenszyklenorientierten Arbeitsweise zeichnet sich ab.

2.2.2 Aufgaben und Partner

a.

Aufgaben aus technisch-organisatorischer Sicht

Die Fabrik ist nicht nur in Verbindung mit ihrem Umfeld durch den Menschen zu planen, sondern auch der durch den Menschen zu gestaltende Fabrikbetrieb selbst. Fabrikplanung und Fabrikbetrieb sind unter Beachtung der Zielkriterien und Anpassungsprozesse auf die wirtschaftliche Herstellung von Gütern (Produkten) und die Durchführung von Dienstleistungen ausgerichtet. Die Aufgaben von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb sind aus technisch-organisatorischer Sicht in Abb. 2.10 ersichtlich.

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Abb. 2.10

Aufgaben von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb aus technisch-organisatorischer Sicht

Die Organisation des Zusammenwirkens der Aufgaben hinsichtlich einer vorgegebenen Zielstellung erfordert die Kommunikation zwischen den Partnern zu Inhalten, das Fixieren der Ressourcen, der Kosten und der zeitlich-terminlichen Abläufe. Dies sind wichtige Aufgaben des Projektmanagement s, das Kooperation en und Netze aufzubauen und zu koordinieren hat. Dies kann durch persönliche (Face to face) und/oder durch virtuelle Kommunikation erfolgen, um alle Partner an einem Tisch zusammen zu führen.

b.

Partner und Kompetenz en

Die ganzheitliche Fabrik ist Gegenstand von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb und Kern der Betriebswissenschaften. Dabei handelt es sich häufig um sehr komplexe Prozesse, die nur durch die Einbeziehung unterschiedlicher Fachkompetenzen beherrscht werden und hohe Anforderungen an die fachliche, methodische, soziale und kommunikative Kompetenz aller beteiligten Partner stellen. Eine besondere Rolle spielen z. B. Fachgebiete der Arbeitswissenschaft in Form der Arbeitsgestaltung, für die es gesonderte Fachliteratur gibt (Luczak 1998).

Die Vielschichtigkeit der Beteiligten verdeutlicht Abb. 2.11 (Schulte 2003) und setzt Kompetenzen im Projektmanagement voraus.

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Abb. 2.11

Beteiligte eines Fabrikplanungsprojektes i. A. a. (Schulte 2003, S. 10)

Fabrikplanung und Fabrikbetrieb sind stets als Einheit zu betrachten. Sie erfordern Ideen, Kreativität, Innovations-, Kommunikations- und Anpassungsfähigkeit sowie Teamarbeit der beteiligten Partner für die Planungsphase n des Fabriklebenszyklus von der Entwicklung (Neu-), dem Aufbau (Realisierungs-), dem Anlauf (Anpassungs-), dem Betrieb (Verlagerungs-) bis zum Abbau (Stilllegungsplanung).

2.3 Konsequenzen

Aus der Entwicklung zur „vernetzten, wandlungsfähigen, ressourceneffizienten Fabrik" ergeben sich einige Konsequenzen. Sie betreffen die Definition, Aufgaben und Merkmale von Fabrik, Fabrikplanung und Fabrikbetrieb sowie Fragen zur Entwicklung der Unternehmen.

Auf der Basis des vorliegenden Entwurfes der VDI-Richtlinie 5200 werden dazu einige ergänzende Vorschläge unterbreitet, die die Grundlage der weiteren Ausführungen sind.

2.3.1 Fabrik

a.

Definition

Fabrik (nach VDI 5200, 2009, Bl. 1, S. 2)

Die Fabrik bezeichnet den Ort, an dem Wertschöpfung durch arbeitsteilige Produktion industrieller Güter unter Einsatz von Produktionsfaktoren stattfindet.

Ergänzungsvorschlag:

Die Fabrik ist Ort innovativer, kreativer, ressourceneffizienter Wertschöpfung von industriellen Gütern mittels Produktion und Dienstleistung (Wirth et al. 2012).

Kurzbezeichnung:

Fabrik ist Ort innovativer und kreativer industrieller Wertschöpfung.

b.

Aufgaben

Sie sind als Fabrikeigenschaften mit Messgrößen in Tab. 2.2 aufgeführt. Auf die Fabrikeigenschaft der Wandlungsfähigkeit und Wandlungsbefähiger wird in Abb. 2.2 ausführlich eingegangen.

Tab. 2.2

Fabrikeigenschaften mit Messgrößen (beispielhaft)

c.

Merkmal e

Sie werden von Menschen für bestimmte Zwecke und unter bestimmten Zielsetzungen und Bedingungen zeitlich befristet geschaffen und betrieben.

Sie ist ein räumlich, organisatorischer und infrastruktureller Zusammenschluss von Produktions-/Dienstleistungsbereichen.

Sie unterliegen einem Fabriklebenszyklus , bestehend aus Entwicklung, Aufbau, Anlauf, Betrieb und Abbau (Stilllegung).

Sie bestehen aus den Objektebenen: Arbeitsplatz, Bereich (Segment), Gebäude, Standort und sind Bestandteil von dauerhaften oder temporären Unternehmensnetzwerk en.

Sie sind vorwiegend dem verarbeitenden Gewerbe (neue statistische Systematik der Wirtschaftszweige in der Europäischen Gemeinschaft, Gruppe C) zuzuordnen.

Sie sind produktionsorientiert und beinhalten neben der fertigungstechnischen auch z. B. die verarbeitungstechnische und verfahrenstechnische Industrie.

Sie erzeugen neben Produkten auch zunehmend Dienstleistungen.

Sie sind ressourceneffizient, wandlungs- und vernetzungsfähig.

Sie beinhalten Ressourcen als Elemente der Flüsse: Personal, Material/Stoff (inklusive Betriebsmittel, Hilfs- und Organisationsmittel), Energie, Information/Wissen und Kapital sowie die knappen Ressourcen der Logistik wie Fläche/Raum, Zeit und Bestände.

Sie lassen sich aus Markt-, Unternehmens-, Prozess- bis zur Ressourcensicht und nach Entwicklungsetappen gliedern.

2.3.2 Fabrikplanung

a.

Definition

Fabrikplanung nach (VDI 5200 2009, Bl. 1, S. 3)

Fabrikplanung ist der systematische, zielorientierte, in aufeinander aufbauende Phasen strukturierter und unter Zuhilfenahme von Methode n und Werkzeug en durchgeführte Prozess zur Planung einer Fabrik von der ersten Idee bis zum Anlauf der Produktion. Sie kann ebenso die später folgende Anpassung im laufenden Betrieb beinhalten. Der Fabrikplanungsprozess kann verschiedene Anlässe haben sowie unterschiedliche Planungsfälle umfassen. Die Aufgaben werden in Form von Projekten durch ein Team bearbeitet und mit Methode n des Projektmanagement s gesteuert.

Im Rahmen dieses Verständnisses von Fabrikplanung wird ein erweiterter Planungsbegriff verwendet, der neben der Planung im engeren Sinn auch die Begleitung und Realisierung mit umfasst.

Ergänzungsvorschlag:

Fabrikplanung ist ein systematischer, ziel- und prozessorientierter in aufeinander aufbauende Phasen strukturierte und unter Zuhilfenahme von Theorien, Modellen, Methoden und Werkzeugen durchgeführter kreativer Prozess zur Gestaltung und zum Betreiben (z. B. auf Basis eines Betriebskonzeptes) einer Fabrik von der Idee über alle Planungsphasen und -strukturen des Fabriklebenszyklus (Entwicklung, Aufbau, Anlauf, Betrieb, Abbau) einschließlich des Fabrikgebäudes. Fabrikplanung schließt die permanente Anpassung bei Veränderungen in der Planung der Fabrik und des Fabrikbetriebes mit ein. Der Planungsprozess kann verschiedene Anlässe haben sowie unterschiedliche Planungsfälle umfassen. Die Aufgaben werden in Form von Projekten und Lösungen durch ein Team bearbeitet sowie durch Kommunikation mit den beteiligten Partnern und Anwendung von Methoden des Projektmanagements gesteuert (optimiert).

Kurzbezeichnung:

Fabrikplanung ist vorausgedachte wettbewerbsfähige Wertschöpfung zur Herstellung von industriellen Gütern.

b.

Aufgaben

1.

Fabrikplanung ist vorausgedachte, wettbewerbsfähige Produktion. Zu den Aufgaben der Fabrikplanung zählen u. a. die personelle, technisch-organisatorische Gestaltung der Prozesse und deren Elemente, der Strukturen und Systeme in Verbindung mit der Aufbauorganisation.

2.

Die Fabrik ist nicht nur nach wirtschaftlichen Zielen sondern auch nach perspektivischen Erfordernissen des Unternehmens einschließlich ihrer Mitarbeiter und der Umweltschonung zu planen.

3.

Fabrikplanung muss mit geeigneten wissenschaftlichen Methode n, Modellen und Instrumentarien über Analyse und Zielausrichtung die Bestimmung der Funktion, Dimension und Struktur wandlungsfähiger und ressourceneffizienter Fabriken gestalten, deren Strukturen und Leistungseinheiten anpassungs- und entwicklungsfähig auslegen sowie Wettbewerbsfähigkeit temporär vernetzter Prozesse in und zwischen Fabriken sichern.

c.

Merkmal e

Sie umfasst den gesamten Fabriklebenszyklus, bestehend aus Entwicklung, Aufbau, Anlauf, Betrieb und Abbau.

Sie schließt die permanente Anpassung bei Veränderungen in der Planung der Fabrik und des Fabrikbetriebes mit ein. Sie betrachtet die Planungsebenen: Einzelplatz, Bereich (Segment), Gebäude, Standort sowie auch die Nebenebene der Fabrik als Bestandteil von dauerhaften oder temporären Unternehmensnetzwerken.

Sie ist ein kreativer Prozess zur Gestaltung und zum Betreiben einer Fabrik, z. B. auf Basis eines Betriebskonzeptes, von der Idee über alle Planungsphase n und -strukturen, der verschiedene Anlässe haben, sowie unterschiedliche Planungsfälle umfassen kann.

Sie sollte eine Art „Betriebskonzept" für den Fabrikbetrieb beinhalten, welches die Gestaltung der Fabrik aus Prozesssicht bis hin zur Produktionsplanung und -steuerung berücksichtigt (vgl. Wiendahl et al. 2009, Kap. 10).

Sie erfolgt im Idealfall mit minimalem Aufwand an Ressourcen, einer hohen Planungsgeschwindigkeit und großer Planungssicherheit .

Sie ist eine systematische, ziel- und prozessorientierte, in aufeinander aufbauende Phasen strukturierte Vorgehensweise.

Sie ist stark wissensbasiert. Dies erfordert die Verwertung von vorhandenem Planungswissen durch abrufbare Speicherung (Dokumentation) und Auswahlmöglichkeiten sowie Anpassung von bereits bekannten Daten und Lösungen. Neue Ansätze integrieren den „Open Source" Gedanken in den Planungsprozess.

Sie umfasst auch Vorgehensweisen für den dynamischen Zustand eines Fabriksystem s, die eine permanente und prozessorientierte Anpassung ermöglichen. Die statische Fabrikplanung schafft den Rahmen aus Strukturen und Ressourcen, in dem sich die dynamische – permanente – Fabrikplanung während des Fabrikbetriebes bewegt. (Beller 2009, S. 70)

Sie nutzt Theorien, Modelle, Methoden und Werkzeuge für ein zyklusbezogenes Planen und Betreiben.

Sie werden mit ihren Aufgaben in Form von Projekten und Lösungen von einem Team bearbeitet sowie durch Kommunikation mit den beteiligten Partnern und durch Anwendung von Methoden des Projektmanagements gesteuert.

Sie unterliegen mit ihren Projekten einem Verständniswandel von der einmaligen, projektbezogenen zur permanenten Planung und Anpassung in den Betriebs- und Abbauphasen des Fabriklebenszyklus . Damit wird Fabrikplanung eine permanente Managementaufgabe.

Sie nutzt bereits gesicherte Erkenntnisse zum Betrieb der Fabrik vor dem Produktanlauf unter Beachtung von Produktions- und Logistiktechnologien verschiedener Branchen.

Für den zukünftigen Fabrikplanungsprozess schlägt Prof. H. Schulte folgendes vor:

Wie wäre es, wenn bei einer komplexen Fabrikplanungsaufgabe der Unter nehmer/Auftraggeber Einladungen an eine (beliebige) Zahl von Experten aussprechen würde, die mit eigenen, ver schiedenen Ideen, Methoden und Lösungen gleichzeitig in einem Projektraum (real oder virtuell) arbeiten bis eine gemeinsame Lösungen gefunden wird und sozusagen weißer Rauch aufsteigt?

2.3.3 Fabrikbetrieb

a.

Definition

Fabrikbetrieb mit den Aufgaben Betreiben, Lenken und Steuern der Abläufe (einschließlich Instandhaltung und Service) in der Fabrik muss die Zielvorgaben des Unternehmens durch eine sozial-ökonomische und ökologische (ressourcen-) effiziente Aufbau- und Ablauforganisation im partizipativ-transparenten Zusammenwirken der Komponenten Mensch, Technik und Organisation sowie Kooperation innerhalb und außerhalb der Fabrik sichern.

Kurzbezeichnung:

Fabrikbetrieb ist die Realisierung einer wettbewerbsfähigen Wertschöpfung von industriellen Gütern.

b.

Aufgaben

1.

Der Fabrikbetrieb mit den Aufgaben Betreiben, Lenkung und Steuerung sowie Instandhaltung und Service hat das Ziel, effiziente Ablauforganisationen zu gestalten. Dies erfolgt auf der Basis der, durch die Fabrikplanung fixierten, Gestaltungslösungen.

2.

Der Fabrikbetrieb muss unter vorgegebenen Rahmenbedingungen entlang der Wertschöpfungskette eine kundenwunschgerechte effiziente Produktion von Gütern in vernetzten Leistungseinheit en wirtschaftlich realisieren. Über eine ereignis- und bedarfsgerechte Planungs- und Betriebsbereitschaft sowie -fähigkeit der Unternehmen mit ihren Mitarbeitern sind die ständigen Veränderungen durch Lernprozess e über geeignete Instrumentarien beherrschbar zu machen.

c.

Merkmale

Er umfasst die Aufgaben Betreiben, Lenken und Steuern einer Fabrik unter den Zielvorgaben des Unternehmens oder eines Unternehmensnetzwerkes. Damit ist Fabrikbetrieb eine Form der Umsetzung von unternehmerischen Produktions- und Fabrikstrategien.

Er umfasst im klassischen Sprachgebrauch die Aufbau- und Ablauforganisation einer Fabrik.

Er erfolgt auf der Basis der durch die Fabrikplanung fixierten Gestaltungslösungen und gibt der Fabrikplanung gesicherte Erkenntnisse zum Betrieb zurück.

Er gewährleistet im Idealfall mit minimalem Aufwand eine robuste und sichere, ressourceneffiziente, emissionsarme (-neutrale) und industrielle Wertschöpfung.

Er definiert die integrierenden Produktions- und Logistikprozesse sowie sichernden Prozesse (z. B. Instandhaltung) einer Fabrik.

Fabrikbetrieb organisiert das Zusammenwirken von Mensch, Technik und Organisation innerhalb und außerhalb der Fabrik bei vorwiegend vernetzter Arbeitsweise.

Fabrikbetrieb nutzt Theorien, Modelle, Methoden und Werkzeuge. Neu ist die Integration von partizipativen Planungs- und Steuerungsmethoden sowie von Werkzeug en in Verbindung der Einheit von Planung und Steuerung dynamischer Prozesse und Fabriksysteme. Es werden Methoden und Modell e des „Digital Engineerings und der „Digitalen Fabrik (Modelle und IT-Plattformen) angewendet. Dabei zeichnet sich eine teilweise Integration von Lösungen und Daten der Fabrikplanungs- und Fabrikbetriebsprozesse ab.

Wesentliche Aufgaben von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb

1.

Die Fabrikplanung muss aus personeller, technisch-organisatorischer, ökonomischer und ökologischer Sicht Gestaltungslösungen und Potenziale bereit stellen, die durch den Fabrikbetrieb für unterschiedliche Zielausrichtungen genutzt und ausgeschöpft werden können.

2.

In der Fabrikplanung und im Fabrikbetrieb sind in den jeweiligen Phasen und Stufen der Fabriklebenszyklen (Entwicklung, Aufbau, Anlauf, Betrieb und Abbau), bezogen auf die unterschiedlichen Planungsobjekte (Arbeitsplatz-, Bereichs-, Gebäude-, General-, Standort- und Unternehmensnetzstruktur), geeignete Planungsinstrumente in Form von Methoden, Modellen, Verfahren und Werkzeugen anzuwenden.

2.3.4 Unternehmen

Das Gebot der wirtschaftlichen Vernunft und anhaltender Wettbewerbsfähigkeit ist für jedes (Produktions-)Unternehmen die schrittweise Entwicklung hin zur ressourceneffizienten Fabrik. Im Zusammenhang sollten sich die Unternehmen folgende zehn Fragen beantworten:

1.

Welche Konzepte hat das Unternehmen, damit durch Kreativität und Innovation in Krisenzeiten und bei Absatzproblemen auf neue Produkte und Prozesse mit einem positiven Gewinnerneuerungszyklus umgesteuert werden kann? Mit welchen Wertschöpfungsketten will das Unternehmen seine Zukunft gestalten?

(z. B. Intelligente Massen- und Serienprodukte sowie kreative Produkte in Kleinserien und Einzelfertigung mit hohem Aufwand für Forschung und Entwicklung)

2.

Wie lassen sich Kreativität, Kompetenz en und Ressourcen effizienter verknüpfen und nutzen; Liegen dazu Produkt- und Technologieanalysen zur Identifizierung von Entwicklungspotenzialen vor? Welche Schritte zur Ressourcen- einschließlich Energieeffizienz und Qualifizierung der Mitarbeiter werden unternommen?

(z. B. Entwicklung und Realisierung ressourceneffizenter Produkte, Prozesse und Anlagen)

3.

Wie und mit welchen Produkten sowie Technologien können Produktionsunternehmen ein weiteres Standbein aufbauen, wenn derzeitige Produkte nicht mehr absetzbar sind; gibt es Potenziale für neue marktfähige Produkt- und Maschinengenerationen?

(z. B. Mobilität , Gesundheit, bezahlbare Lebensbedingungen in Verbindung mit Infrastruktur , regionale Selbstversorgung und dezentrale Zellarstrukturen zur synergetischen Ressourcennutzung)

4.

Wie können durch zielgerichtete Kombination von neuen Technologien und Maschinenkomponenten verschiedener Branchen neue Geschäftsfelder für neue Produkte erschlossen, Arbeitsplätze erhalten und neue geschaffen werden?

(z. B. Nutzung von Produktionsprozessen und -systemen für relevante ergänzende Produkte als zweites Standbein)

5.

Wie wirken sich neue Werkstoffe und die Verwendung von Sekundärstoffen sowie Anlagen für erneuerbare Energien auf die Entwicklung innovativer Be- und Verarbeitungstechnologien und deren Betriebsmittel aus?

(z. B. verstärkter Einsatz neuer, leicht bauender Werkstoffe mit entsprechenden Technologien und Ausrüstungen)

6.

Wie können sich Einzelunternehmen mit ihren Kompetenzen und Leistungseinheiten vernetzen und sich als regionaler Unternehmensverbund dem globalen Wettbewerb stellen?

(z. B. sinnvolle Balance zwischen Globalisierung und Regionalisierung sowie Vernetzung )

7.

Wie können zukünftig Abwanderungslücken durch neue Technologien, Produkte und Maschinen geschlossen werden?

(z. B. anspruchsvolle Arbeitsplätze mit hoher Attraktivität)

8.

Wie gewährleistet das Unternehmen bei Schließung (z. B. Insolvenz) die Revitalisierung des Produktionsstandortes (Rücknahmegarantie aller Fabrikanlagen einschließlich Gebäude)?

(z. B. Einführung gesetzlicher Regelungen zur lebenszyklusorientierter Verantwortung des Investors bis hin zur Rekultivierung)

9.

Welche Veränderungen plant das Unternehmen zur Einführung neuer Logistik- und IuK-Technologien?

(z. B. Integration von Produkt-, Prozess- und Systemmodellierung als integrierte Systementwicklung)

10.

Wie stellt sich das Unternehmen vom quantitativen zum qualitativen Wachstum um und wie sollen die Veränderungsprozesse bewältigt werden?

(z. B. Herstellung von individualisierten Produkten zu Massenproduktpreisen durch Minimierung der Ressourcen, des Planungsaufwandes sowie Erhöhung der Planungs- und Realisierungsgeschwindigkeit)

Die Unternehmen sind herausgefordert, nach Möglichkeit eine integrative Produktionstechnik (Fertigungs-, Verarbeitungs-, Verfahrenstechnik) zu planen, damit individualisierte Produkte zu Massenproduktionspreisen bei minimalem Planungsaufwand, hoher Planungsgeschwindigkeit und Planungssicherheit herstellbar sind. Sie sollten eine Auseinandersetzung mit den weiteren Entwicklungen zwischen Hoch- und Niedriglohnländern bezüglich Kosten, Verfügbarkeit von Energie, Materialien und Rohstoffen (neue leichtere Werkstoffe), demografischem Wandel (alternsgerechte Produktion) und zunehmender Verlagerungen von Wertschöpfungsumfängen (Outsourcing ) (Becker et al. 2011, S. 3 ff.) führen. Dabei sind gesicherte Erkenntnisse bereits bei der Planung zum Betrieb einer Fabrik vor dem Produktanlauf z. B. durch Anwendung virtueller Methoden zu gewährleisten.

2.4 Betrachtungsrahmen

Dieses Fachbuch stellt sich dem Anspruch, Neues zu erkennen und in seiner Bedeutung für Fabrikplanung sowie Fabrikbetrieb zu erklären und zu systematisieren. Darüber hinaus sollen Musterlösungen und Hilfestellungen die praktische Nachnutzung der Erkenntnisse erleichtern. Dabei konzentrieren sich die nachfolgenden Ausführungen auf vier Handlungsschwerpunkte.

a.

Hilfestellungen

Neues (neue Trends, neue Merkmale, neue Werkstoffe, neue Produkte, neue Technologien, neue Dienstleistungen)

Systematisches (Begriffserklärungen, Merkmalquantifizierung, Fabriktypen, Verknüpfung von Fabriken und Dienstleistungen

Methodisches (Vorgehensweise für integrierte Fabrikgestaltung und –betrieb)

Musterlösungen (exzellent) = Was ist besonders empfehlenswert?

Musterlösungen (breitenwirksam) = Was ist für viele gut nutzbar?

Verbesserungspotenziale = Wo haben bestimmte Unternehmen Nachholbedarfe, wie können sie besser agieren?

b.

Branchen- und Industriezweigbetrachtung

Werden die Zahlen des Statistischen Bundesamtes für 2010 zu Grunde gelegt, kann man eine Charakteristik der Fabriken bzgl. des Investitionsgeschehens in Deutschland ableiten. Die Investitionsfreudigkeit (Hinweis: bezogen auf Maschinen, ohne Bau) wurde dabei sowohl über die Anzahl der Fabriken als auch über den Bezug zum Mitarbeiter der Fabrik relativiert und damit nominiert. In die Gruppe der Fabriken mit hohen Investitionen in Maschinen (A-Gruppe) gehören z. B. die Automobilbranche (Kraftwagen und -teile, Sonstiger Fahrzeugbau), die Metallerzeugung und -bearbeitung sowie pharmazeutische und chemische Erzeugnisse. In die Gruppe mit mittleren Investitionen in Maschinen (B-Gruppe) gehören z. B. der Maschinenbau, elektrische Ausrüstungen sowie Gummi- und Kunststofferzeugnisse. Für dieses Buch wurde bewusst der Schwerpunkt auf diese beiden Gruppen (hoch- und mittelintensiv bezogen auf Maschineninvestitionen) gelegt, weil das Investitionsgeschehen in Maschinen und damit in Betriebsmittel ein wesentlicher Indikator für die Fabrikplanung ist. Als Aufgaben ergeben sich die Auswahl der Betriebsmittel, ihre Dimensionierung und die Strukturierung der Fabrik.

c.

Komponenten zur ManuFuture-Roadmap „Produktion "

Die Roadmap vermittelt den Schulterschluss zwischen Industrie und Wissenschaft (Abb. 2.12).

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Abb. 2.12

ManuFuture-Roadmap für die Produktion der nächsten Generation. (Jovane et al. 2009)

Sie zeigt die Entwicklungen mit kurz-, mittel- und langfristige Maßnahmen für die Produktion der nächsten Generation auf. Diese Tendenzen resultieren aus Ergebnissen von Forschungsprogrammen auf internationaler (EU) und nationaler Ebene (Abele und Reinhart 2011, S. 223 ff.). Im Sinne der Roadmaps zeichnen sich Entwicklungen ab, die punktuell aufgegriffen und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Fabrikplanung und -betrieb mit aufbereitet werden (z. B. neue Technologien, Digitalisierung, Vernetzung und Ressourcen). Dabei rücken die kurzfristigen und mittelfristigen Entwicklungen in den Mittelpunkt der Betrachtungen, während die langfristigen Entwicklungen tendenziell angedeutet werden.

d.

Ganzheitliche nachhaltige ressourcenschonende (effiziente) Produktion entlang der Wertschöpfungsprozess e

Abbildung 2.13 zeit den ganzheitlichen Ansatz des Wertschöpfungsprozesses von der wissensbasierten Innovation, der Produktentstehung über die Produkterstellung bis zur -entsorgung. Dies unter Beachtung des Kundenpotenzials, welches sich unter Berücksichtigung der zukünftigen Herausforderungen zu erschließen gilt. Wissen, Visionen, Ideen und Kreativität sind Voraussetzungen für Innovationen. Partnerschaftliche Kooperationen und Vernetzung dienen der Potenzialbündelung für eine effiziente Wertschöpfung. Sie ermöglichen eine integrierte Betrachtung für die Produkt-, Prozess- und Produktionssystementwicklung sowie für Produktions-, Fabriksystementwicklung und -gestaltung. Dabei stellt der Übergang von der Produktentstehungs- zum Produktherstellungsprozess eine sensible Schnittstelle dar, die es zu beherrschen gilt.

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Abb. 2.13

Ganzheitliche wertschöpfungs- und lebenszyklusorientierte Fabrikgestaltung. (Wirth 2013 – Eigendarstellung)

Diese komplexe Betrachtung verlangt ganzheitliches Denken als Voraussetzung für eine durchgängige Produkt-, Prozess(Technologie-), Anlagen- und Fabriksystemgestaltung. Unter Beachtung des Produktentstehungsprozesses bildet die dynamische Lebenszyklusbetrachtung des Herstellungs- und Entsorgungsprozesses den Hauptteil nachfolgender Ausführungen. Dies unter Anwendung von Methode n für die Gestaltung realer Lösungen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Optimierung von Wertschöpfungsprozessen unter Berücksichtigung von Digitalisierung und der Integration von realen und virtuellen Welten.

Alle Überlegungen gehen vom ganzheitlichen wissensbasierten Ansatz aus:

Die Fabrik ist Ort innovativer und kreativer ressourceneffizienter Wertschöpfung.

Die Struktur des Buches basiert auf einem dreidimensionalen Betrachtungsraum der Fabrikplanung und des Fabrikbetriebes, der die Lebenszyklusphase der Fabrik, bezogen auf unterschiedliche Fabrikobjekte mit den für die Projektierung notwendigen Planungsinstrumenten vereint. Über diesen wird eine Möglichkeit gesehen, die Komplexität von Fabrikplanung und Fabrikbetrieb beherrschbar zu machen. Die Schwerpunktsetzung des Buches erfolgt auf diesen hochinvestiven Bereich.

Weiterführende praktische Beispiele und Übungen sind im Buch: „Schenk M, Wirth S, Müller E (2010) Factory planning manual. Springer, Berlin" enthalten.

Literatur

Abele E, Reinhart G (2011) Zukunft der Produktion. Hanser, München

Aggteleky B (1987) Fabrikplanung, Bd. 1–3. Hanser, München

Becker C, Klocke F, Schmitt R, Schuh G (2011) Das 27. Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium, TOOLs. Rhiem Druck GmbH, H1, S 2–5

Beller M (2009) Entwicklung eines prozessorientierten Vorgehensmodells zur Fabrikplanung. In: Kuhn A (Hrsg) Reihe Fabrikorganisation, Dissertation Praxiswissen. Dortmund

Bracht U, Geckler D, Wenzel S (2011) Digitale Fabrik. Springer, BerlinCrossRef

Eversheim W, Schuh G (Hrsg) (1999) Gestalten von Produktionssystemen. Springer, Berlin

Felix H (2010) Fabrikplanung. Hanser, Leipzig

Grundig CG (2000) Fabrikplanung. Hanser, München

Günther U (2005) Methodik zur Struktur und Layoutplanung wandlungsfähiger Produktionssysteme. Dissertation, IBF, TU Chemnitz

Helbing K (2010) Fabrikprojektierung. Springer, BerlinCrossRef

Hernandes MR (2002) Systematik der Wandlungsfähigkeit in der Fabrikplanung. Dissertation, Universität Hannover, In: Fortschrittsberichte VDI. Düsseldorf, 2003, 16/149

Jovane F, Westkämper E, Williams D (2009) The ManuFuture road – Towards competivitive and sustainable high-adding-value manufacturing. Springer, Berlin

Kettner H, Schmidt J, Greim HR (1984) Leitfaden der systematischen Fabrikplanung. Hanser, München

Krüger W (2007) Theoretische und empirische Beiträge zur Fabrikplanung unter dem Aspekt des demografischen Wandels. Dissertation, Fakultät Maschinenbau, TU Chemnitz

Kuhn A, Klingebiel K, Schidt A, Luft N (2011) Modellgestütztes Planen und kolloboratives Experimentieren für robuste Distributionssysteme. In: Spath D (Hrsg) Wissenschaft zwischen strengen Prozessen und kreativem Spielraum. HAB Schriftenreihe. Gito, Berlin

Löffler T (2003) Integrierter Umweltschutz bei der Produktionsstättenplanung. Dissertation, Wissenschaftliche Schriftenreihe des Instituts für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme, H 37, Chemnitz

Luczak H (Hrsg) (1998) Arbeitswissenschaft. Springer, Berlin

Nefiodow LA (1999) Der sechste Kondratieff. Rein-Sieg, St. Augustin

Pawellek G (2008) Ganzheitliche Fabrikplanung. Springer, BerlinCrossRef

Schenk M, Wirth S (2004) Fabrikplanung und Fabrikbetrieb. Springer, Berlin

Schenk M, Wirth S, Müller E (2010) Factory planning manual. Springer, BerlinCrossRef

Schmigalla H (1995) Fabrikplanung – Begriffe und Zusammenhänge. REFA-Fachbuchreihe Betriebsorganisation. Hanser, München

Schuh G (1999) Virtuelle Fabrik. Hanser, München

Schulte H (2003) Planung von Fabrikanlagen I. Vorlesungsskript. WBK Karlsruhe, Karlsruhe

Specht D, Braunisch D (2009) Logistische Netzwerke im Bereich der Sekundärlogistik. In: Stroh-hecker J, Größler A (Hrsg) Strategisches und operatives Produktionsmanagement. Gabler, Wiesbaden

Spur G (1994) Handbuch der Fertigungstechnik. Bd. 6 – Fabrikbetrieb. Hanser, München

Spur G (2003) Produktionstechnische Forschung in Deutschland. Hanser, München

Spur G (2011) Innovation als Begriff - Forschungsorientierter Innovationsansatz. ZWF 106(10): 781.

Spur G (2011) Herausforderung zur Erneuerung der Produktionswissenschaft. ZWF 106(11): 790–791

Spur G, Gleich H, Eßer G (2012) Problemorientierte Kreativität im Innovationsprozess der Produktion. ZWF 107(6): 383–386

VDI 5200 (2010) VDI-Richtlinie 5200. Entwurf Fabrikplanung-Planungsvorgehen. VDI, Düsseldorf

Wiendahl HP, Reichardt J, Nyhuis P (2009) Handbuch Fabrikplanung. Hanser, München

Wirth S, Schenk M, Müller E (2012) Wandlungsfähige und ressourceneffiziente Fabriken. ZWF 107(6):391–397

Michael Schenk, Siegfried Wirth und Egon MüllerVDI-BuchFabrikplanung und Fabrikbetrieb2., vollst. überarb. u. erw. Aufl. 2014Methoden für die wandlungsfähige, vernetzte und ressourceneffiziente Fabrik10.1007/978-3-642-05459-4_3

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

3. Die Fabrik im Wandel

Michael Schenk¹  , Siegfried Wirth²   und Egon Müller³  

(1)

Otto-von Guericke-Universität Magdeburg, Fraunhofer Instiut für Fabrikbetrieb und -automatisierung, Sandtorstr. 22, 39106 Magdeburg, Sachsen-Anhalt, Deutschland

(2)

Steinbeis-Transferzentrums Fabrikplanung, -ökologie und automatisierter Fabrikbetrieb; Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb, TU Chemnitz, Erfenschlager Str. 73, 09125 Chemnitz, Sachsen, Deutschland

(3)

Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme (IBF), TU Chemnitz, 09107 Chemnitz, Deutschland

Michael Schenk (Korrespondenzautor)

Email: [e-mail]

Siegfried Wirth

Email: [e-mail]

Egon Müller

Email: [e-mail]

3.1 Veränderungsprozess e

3.1.1 Anforderungen an die Fabrik

3.1.2 Gestaltungsfelder der Fabrik

3.1.3 Fabrikarten