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«Konzept zur rechnergestützten Integration von Produktionsund Gebäudeplanung in der Fabrikgestaltung Christian Meierlohr Vollständiger Abdruck der ...»

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Lehrstuhl für Montagesystemtechnik und Betriebswissenschaften

der Technischen Universität München

Konzept zur rechnergestützten Integration von Produktionsund Gebäudeplanung in der Fabrikgestaltung

Christian Meierlohr

Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen

der Technischen Universität München

zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)

genehmigten Dissertation.

Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Zäh

Prüfer der Dissertation:

1. Hon. Prof. Dr.-Ing., Dr. h.c., Dr.-Ing. E.h. J. Milberg

2. Univ.-Prof. Dr.-Ing. U. Lindemann Die Dissertation wurde am 18.03.2003 bei der Technischen Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am 30.07.2003 angenommen.

Forschungsberichte Band 182 Christian Meierlohr Konzept zur rechnergestützten Integration von Produktionsund Gebäudeplanung in der Fabrikgestaltung herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Michael Zäh Prof. Dr.-Ing. G. Reinhart Herbert Utz Verlag Forschungsberichte iwb Berichte aus dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Michael Zäh Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart Technische Universität München Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.

Zugleich: Dissertation, München, Techn. Univ., 2003 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwendung, vorbehalten.

Copyright © Herbert Utz Verlag GmbH 2003 ISBN 3-8316-0292-1 Printed in Germany Herbert Utz Verlag GmbH, München Tel.: 089/277791-00 - Fax: 089/277791-01 Geleitwort der Herausgeber Die Produktionstechnik ist für die Weiterentwicklung unserer Industriegesellschaft von zentraler Bedeutung, denn die Leistungsfähigkeit eines Industriebetriebes hängt entscheidend von den eingesetzten Produktionsmitteln, den angewandten Produktionsverfahren und der eingeführten Produktionsorganisation ab. Erst das optimale Zusammenspiel von Mensch, Organisation und Technik erlaubt es, alle Potentiale für den Unternehmenserfolg auszuschöpfen.

Um in dem Spannungsfeld Komplexität, Kosten, Zeit und Qualität bestehen zu können, müssen Produktionsstrukturen ständig neu überdacht und weiterentwickelt werden. Dabei ist es notwendig, die Komplexität von Produkten, Produktionsabläufen und -systemen einerseits zu verringern und andererseits besser zu beherrschen.

Ziel der Forschungsarbeiten des iwb ist die ständige Verbesserung von Produktentwicklungs- und Planungssystemen, von Herstellverfahren und Produktionsanlagen. Betriebsorganisation, Produktions- und Arbeitsstrukturen sowie Systeme zur Auftragsabwicklung werden unter besonderer Berücksichtigung mitarbeiterorientierter Anforderungen entwickelt. Die dabei notwendige Steigerung des Automatisierungsgrades darf jedoch nicht zu einer Verfestigung arbeitsteiliger Strukturen führen. Fragen der optimalen Einbindung des Menschen in den Produktentstehungsprozess spielen deshalb eine sehr wichtige Rolle.

Die im Rahmen dieser Buchreihe erscheinenden Bände stammen thematisch aus den Forschungsbereichen des iwb. Diese reichen von der Entwicklung von Produktionssystemen über deren Planung bis hin zu den eingesetzten Technologien in den Bereichen Fertigung und Montage. Steuerung und Betrieb von Produktionssystemen, Qualitätssicherung, Verfügbarkeit und Autonomie sind Querschnittsthemen hierfür. In den iwb-Forschungsberichten werden neue Ergebnisse und Erkenntnisse aus der praxisnahen Forschung des iwb veröffentlicht. Diese Buchreihe soll dazu beitragen, den Wissenstransfer zwischen dem Hochschulbereich und dem Anwender in der Praxis zu verbessern.

–  –  –

Die vorliegende Dissertation entstand während meiner Tätigkeit am Institut für Produktionstechnik GmbH (ifp).

Besonders danken möchte ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Michael Zäh, dem Leiter des Lehrstuhls für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) an der Technischen Universität München, sowie Herrn Hon.-Prof. Dr.-Ing., Dr. h.c., Dr.-Ing. E.h. Joachim Milberg, dem ehemaligen Leiter des Lehrstuhls, für die wohlwollende Unterstützung und großzügige Förderung, die entscheidend zur erfolgreichen Durchführung dieser Arbeit beigetragen hat.

Bei Herrn Prof. Dr.-Ing. Udo Lindemann, dem Leiter des Lehrstuhls für Produktentwicklung der Technischen Universität München, möchte ich mich für die Übernahme des Koreferates und die aufmerksame Durchsicht der Arbeit sehr herzlich bedanken.

Des Weiteren danke ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Christoph Maier und Herrn Dipl.-Ing. Ulrich Kohler, den Geschäftsführern des ifp, für die stete Unterstützung und berufliche Förderung sowie die langjährige gute Zusammenarbeit. Dieser Dank gilt auch allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des ifp für die kollegiale Zusammenarbeit.





Besonderer Dank gilt weiterhin Herrn Dr.-Ing. Manuel Geyer und Herrn Dipl.-Ing. Bernd Hartmann, deren wertvolle Anregungen meine Arbeit wesentlich unterstützt haben.

Bei meinen Eltern möchte ich mich ganz besonders herzlich bedanken. Sie haben mich stets in meiner Ausbildung unterstützt und damit den entscheidenden Grundstein zu dieser Arbeit gelegt.

–  –  –

Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung und Zielsetzung

1.1. Geänderte Anforderungen an die Fabrikplanung

1.2. Zielsetzung und Aufbau der Arbeit

2. Situationsanalyse: Methoden und Werkzeuge der Fabrikgestaltung... 6

2.1. Planungsinhalte der Fabrikgestaltung

2.1.1. Fabrikplanung und Fabrikgestaltung

2.1.2. Themenfelder der Produktions- und Gebäudeplanung............ 8 2.1.3. Wechselwirkung von Produktions- und Gebäudeplanung....... 9 2.1.4. Planungsfälle Neu- und Umplanung

2.2. Methoden und Vorgehensweisen

2.2.1. Methoden zur Planung des Produktionssystems

2.2.1.1. Bekannte Methoden und Ansätze

2.2.1.2. Weiterentwicklungen

2.2.1.3. Merkmale und Schwerpunkte

2.2.2. Ablauf der Gebäudeplanung

2.2.2.1. Planungsphasen gem. HOAI

2.2.2.2. Planung von Industriebauten

2.2.2.3. Charakteristische Merkmale der Gebäudeplanung.. 22 2.2.3. Beteiligte Personengruppen und Informationsfluss............... 23 2.2.3.1. Beteiligte Personengruppen

2.2.3.2. Informationsfluss

2.3. Rechnergestützte Werkzeuge zur Fabrikgestaltung

2.3.1. Planung des Produktionssystems

2.3.1.1. Systeme zur Unterstützung von Einzelaufgaben..... 28 2.3.1.2. Systeme zur integrierten Planung

-IInhaltsverzeichnis 2.3.2. Planung des Gebäudes

2.3.2.1. Einsatzbereiche

2.3.2.2. Einzelfunktionen und integrierte Bearbeitung von Planungsaufgaben

2.3.2.3. Entwicklungstendenzen

2.3.2.4. Schnittstellen und Datenaustausch

2.3.3. Merkmale und Schwerpunkte

2.4. Zusammenfassung und Bewertung

3. Konzept zur Integration von Produktions- und Gebäudeplanung...... 43

3.1. Anforderungen und Gestaltungsgrundsätze

3.1.1. Berücksichtigung der Ist-Situation

3.1.2. Bedarfsorientierte Integration der Gebäudeplanung.............. 44 3.1.3. Förderung von Informationsfluss und Datentransparenz....... 45 3.1.4. Erweiterte Rechnerunterstützung

3.1.5. Vorverlagerung von Planungsaspekten

3.1.6. Einordnung in den Planungsablauf

3.2. Entwurf eines Gesamtkonzepts

3.2.1. Konzeptdarstellung

3.2.2. Erweiterung der Produktionsplanung

3.2.3. Kopplung von Produktions- und Gebäudeplanung................ 50

3.3. Zusammenfassung

4. Erweiterte systemische Unterstützung des Planers

4.1. Bereitstellung von Nicht-Produktionswissen

4.1.1. Begriffe und Unterscheidungsmerkmale

4.1.1.1. Nicht-Produktionswissen

4.1.1.2. Unterscheidung nach Herkunft

4.1.1.3. Unterscheidung nach Inhalten

4.1.2. Informationsquellen

4.1.3. Klassifizierung des Nicht-Produktionswissens

- II Inhaltsverzeichnis 4.1.4. Möglichkeiten zur Wissensbereitstellung

4.1.4.1. Erfassung und Aufbereitung des Wissens............... 60 4.1.4.2. Rechnergestützter Zugriff auf NichtProduktionswissen

4.1.4.3. Pflege des Wissens

4.1.5. Einbindung in das Gesamtkonzept

4.2. Rechnerunterstützung bei planerischen Tätigkeiten

4.2.1. Identifizierung und Charakterisierung der Tätigkeiten........... 68 4.2.2. Routinetätigkeiten

4.2.3. Gestaltende Tätigkeiten

4.2.4. Bewertende Tätigkeiten

4.2.5. Einbindung in das Gesamtkonzept

4.3. Zusammenfassung

5. Durchgängige Nutzung der Informationen

5.1. Informationserzeugung und -speicherung

5.1.1. Merkmale der Planungsinformationen

5.1.1.1. Unterscheidung nach Funktion und Inhalt............... 86 5.1.1.2. Planung mit unvollständigen und unsicheren Informationen

5.1.1.3. Explizite und implizite Erzeugung von Informationen

5.1.2. Bestehende Datenmodelle zur Speicherung

5.1.2.1. Objektorientierte Datenmodelle

5.1.2.2. Modelle für die Produktionsplanung

5.1.2.3. Modelle für die Gebäudeplanung

5.1.3. Erweitertes Datenmodell in der Produktionsplanung............. 97 5.1.3.1. Grundüberlegungen

5.1.3.2. Entwurf eines erweiterten Datenmodells.................. 98 5.1.4. Einbindung in das Gesamtkonzept

5.2. Bedarfsorientierte Informationsbereitstellung

5.2.1. Nutzerorientierte Informationsbedarfe

5.2.1.1. Allgemeine Anforderungen

5.2.1.2. Empfänger- und phasenbezogene Merkmale....... 103

- III Inhaltsverzeichnis 5.2.2. Möglichkeiten zur Informationsbereitstellung

5.2.2.1. EDV-technische Kopplung von Planungssystemen

5.2.2.2. Schnittstellen und Formate zur Informationsbereitstellung

5.2.2.3. Funktionen zur bedarfsorientierten Bereitstellung von Daten

5.2.3. Einbindung in das Gesamtkonzept

5.3. Zusammenfassung

6. Illustration anhand von Praxisbeispielen

6.1. EDV-Systemumgebung

6.2. Bereitstellung von Nicht-Produktionswissen

6.2.1. Beispiel: Gestaltung von Wandöffnungen

6.2.2. Übersicht: Nicht-Produktionswissen für den Einsatz in der Fabrikgestaltung

6.3. Unterstützung bei planerischen Tätigkeiten

6.4. Speicherung und Weiternutzung zusätzlicher Planungsinformationen

6.5. Zusammenfassung

7. Bewertung des Konzepts

7.1. Risiken und Zusatzaufwendungen

7.1.1. Technische Voraussetzungen

7.1.2. Einfluss auf die Tätigkeiten des Planers

7.1.3. Risiken in der Planungsmethodik

7.2. Darstellung von Nutzen-Potenzialen

7.2.1. Direkter Einfluss auf die Tätigkeit des Planers

7.2.2. Schnittstelle zwischen Produktions- und Gebäudeplanung. 141 7.2.3. Potenziale in der Planungsmethodik

7.3. Vergleich von Vor- und Nachteilen

8. Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

–  –  –

Abbildungsverzeichnis Abb. 1-1: Geänderte Anforderungen an die Fabrikplanung der Zukunft.......... 2 Abb. 1-2: Schnittstelle zwischen Fabrik- und Gebäudeplanung als wesentlicher Erfolgsfaktor der Fabrikgestaltung

Abb. 2-1: Fabrikplanung als Teil der Unternehmensplanung nach [FELIX1998, BILD 4]

Abb. 2-2: Planungsebenen der Fabrikplanung nach [WIENDAHL2001, S. 189]

Abb. 2-3: Aufgaben in Produktions- und Gebäudeplanung

Abb. 2-4: Wechselwirkungen von Produktions- und Gebäudeplanung.......... 10 Abb. 2-5: Potenziale einer partizipative Fabrikplanung nach [WIENDAHL2000B, BILD 11]

Abb. 2-6: Integration von Planungsaufgaben in der Fabrikgestaltung........... 16 Abb. 2-7: Methoden zur Planung von Produktionssystemen



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