Planungsablauf mit Rechnerunterstützung

Planungsbeispiel SPINDELLAGER

Das Planungsbeispiel SPINDELLAGER wurde dem Lehrgang "PROKON Produktionsgerechte Konstruktion" der Deutschen MTM-Vereinigung e.V. entnommen.

Es verkörpert keine montagefreundliche Produktgestaltung:

• zu hohe Teilezahl,
• Schraubvorgänge an Engstellen,
• gegenläufige Zuführung von Schrauben und Scheiben,
• Zuführung von unten.

Für das Beispiel wird nach konstruktiver Änderung erneut geplant. Dabei wird weitgehend auf das vorhandene Projekt mit all seinen Datenbeständen zugegriffen.



Start und Bearbeitung bei Nutzung des Projektnavigators

Mit dem Start eines neuen Projektes und der Vergabe eines Projektnamens werden alle erforderlichen organisatorischen Aufgaben zur Projektnavigation erfüllt (Pfade anlegen, Startdateien entwickeln, ...).

Der Navigator gibt Bearbeitungsschritte nur frei, wenn die erforderlichen Daten und Dateien angelegt bzw. ausreichend gefüllt sind.

Erfassung der Eingangsinformationen

Zu den Eingangsinformationen zählen:

ILMOPLAN orientiert in allen Phasen darauf, 3D-Modelle und Darstellungen für alle Prozesselemente zu nutzen; alle Planungsarbeit kann aber auch mit 2D-Zeichnungen oder im verbalen Umfeld erfolgen.

Hinweis:

Organisatorische Daten (Menge, Arbeitszeitfonds, Auslastung usw.) werden erst später bei der Prozessstrukturierung erfasst.

Produktbewertung FÜGE-Matrix und Bereitstellung GREIF-Matrix

Die Teilesammlung wird in eine FÜGE-Matrix überführt, in der alle Fügestellen zwischen Einzelteilen und Baugruppen markiert und mit Hilfe der Ausprägung der Fügeparameter der Systeme vorbestimmter Zeiten (SvZ) charakterisiert werden; damit wird der Zeitbedarf des Fügevorganges als "produktiver Kern" (Bernd Wünsch) bestimmt.

Im MTM-Verfahren (Methods Time Measurements) sind das:

• der aufzuwendende Druck beim Fügen (3 Stufen),
• die Anzahl von Fügemöglichkeiten aus der Sicht der Fügequerschnitte,
• Erschwernisse bei der Ausführung.

U.U. können noch Prozesszeiten erforderlich werden, z.B. Schraubvorgänge, Lötvorgänge, die nicht mit der Grundausstattung der SvZ beschrieben und bewertet werden können.

In ILMOPLAN werden die Füge-Parameter und ihre Ausprägungen systematisch abgefragt.

Um den Aufwand zur Beschreibung zu reduzieren, können aus den CAD-Modellen (z.B. im CAD-Systems MDT6) des Produktes extrahiert und als Excel-Tabelle eingelesen werden.

Informationen wie:

• Toleranzen der Teile und Passungen der Fügestelle,
• Anzahl und Masse des Teileart,
• Fügerichtung,
• Zielkoordinaten

stehen im weiteren Planungsprozess ständig zur Verfügung.

Hinweis:

Es existiert eine Abstimmung mit der Deutschen MTM-Vereinigung e.V., in der eine Äquivalenz zwischen Toleranzen und Passungen der Konstruktion und den Passungsklassen des MTM-Verfahrens definiert wurde. Damit ergab sich die Möglichkeit einer Kopplung zum virtuellen Produktmodell.

Anmerkung:

Die Änderungen im Funktionsumfang Autodesk Mechanical gegenüber Autodesk Mechanical Desktop MDT6 haben uns veranlasst, die Extraktion konstruktiver Parameter zur Nutzung im technologischen Umfeld jetzt mit AssCE (Assembly Cost Estimation) aus dem INVENTOR 2010 zu schaffen (HILMER, TU Ilmenau, 2010).

So ist es möglich, voraussichtliche Montagekosten im INVENTOR schon während der konstruktiven Entwicklungsetappe abzuschätzen und sogar eine Vermutung zur Zahl erforderlicher Montagestationen zu wagen.

Die extrahierten Daten aus AssCE werden in die Montageplanung übernommen.

AssCE extrahiert auch die Gestaltelemente der Einzelteile und eröffnet so auch die Kostenschätzung für Einzelteile in PartCE (Part Cost Estimation).

Vorbereitungen zur Bereitstellung

In einer GREIF-Matrix (ähnlich FÜGE-Matrix) werden die Teile mit Behältern verknüpft, die Behälterabmessungen und der Ordnungsgrad beschrieben und die Greifvorgänge nach SvZ charakterisiert.

Definition, Gestaltung und Beschreibung/Bewertung von Montageschritten

Montageschritte bzw. Verrichtungen sind die Bausteine von Arbeitststationen und eines arbeitsteiligen Prozesses.

Zur Verrichtungsdefinition wird die Fügematrix angezeigt. Aus ihr werden die Fügestellen in die Handlungszone der Maske gezogen (linke Hand/rechte Hand). Damit sind gleichzeitig alle Informationen zum Teil, zur Fügestelle, zum Bereitstellungsmittel durch Verlinkung aufgerufen.

Bei diesem Aufruf sind die ergonomischen Regeln zur Handlung (Beidhändigkeit, Aufeinanderfolge, ...) zu berücksichtigen.

Es gilt als gute Empfehlung, Verrichtungen inhaltlich und zeitlich möglichst kurz zu halten; damit wird die spätere Strukturierung des Prozesses besser gestaltbar. Es ist aber darauf zu achten, dass mit jedem Schritt auch ein abgeschlossener transportfähiger Zustand des Zwischenproduktes entsteht.

Da Montagehandlungen selten eindeutig vorgegeben werden können, sollten auch Varianten definiert und gestaltet werden.

Anmerkung:

Die Gestaltung/Anordnung der Behälter mit den Teilen im Handlungsraum wird bei der Gestaltung von Arbeitsstationen ausführlicher gezeigt.

Strukturierung arbeitsteiliger Montageprozesse (Leistungsabstimmung)

Sind alle Montageschritte definiert und gestaltet, stehen auch die Verrichtungszeiten zur Verfügung.

Die Verrichtungen wurden bis zu diesem Planungsschritt ohne Festlegungen von Reihenfolgen entwickelt, wobei auch Varianten entstehen konnten, weil selten nur eine Möglichkeit zur Ausführung der Montageschritte existiert.

Vorarbeiten zur Leistungsabstimmung

Reihenfolgen und ihre Variation z.B. in einem Vorranggraphen sind wichtige Elemente der Strukturierung des arbeitsteiligen Montageprozesses.

Deshalb sind jetzt Reihenfolgen festzulegen und ein Vorranggraph zu entwickeln, mit dessen Hilfe Prozessvarianten ausgearbeitet und nach Prozesskriterien, ergonomischen und betriebswirtschaftlichen Bewertungen eine Lösung gewählt werden muss:

• Doubletten in der Verrichtungsliste muss der Planer unterdrücken.
• Die Reihenfolge, die nach seinem Ermessen die sinnvollste ist, stellt er durch Verschieben in der Liste nach oben oder untenzusammen.
• Ein Vorranggraph ermöglicht eine technologisch zulässige Variation der Reihenfolge. Er spiegelt freie Folgen und Zwangsfolgen wider. Die Entwicklung des Vorranggraphen wird in der Matrix rechts am Ende der Verrichtungsliste unterstützt.

Der Vorranggraph wird gemeinsam mit weiteren Informationen rechenfähig in Dateien gespeichert, die zur Leistungsabstimmung notwendig sind.

Zur Entwicklung des Vorranggraphen werden die Vorgänger-Nachfolger-Beziehungen durch Klick festgelegt.

Die erforderlichen Dateien werden angezeigt und die Funktion Prozessstrukturierung aktiviert.

Prozessstrukturierung/Leistungsabstimmung

In der Prozessstrukturierung erfolgt die Zuordnung von Montagekapazitäten im Montageprozess und Kapazitätsanforderungen aus den Produktmengen, was meist zu arbeitsteiligen Prozessen führt.

Dafür ist es notwendig, den Ausstoßrhythmus des Prozesses aus der Relation von Arbeitszeitfonds und Produktmenge zu bestimmen.

Leistungsabstimmung zum Beispielprojekt

Zur Strukturierung des arbeitsteiligen Prozesses wird der Graph zur Variantenbildung jeweils wie eine Perlenkette gestreckt und in Zeitabschnitte gegliedert.

Zeitunterschiede für die Verrichtungen und unterschiedliche Zusammenführung von Ausrüstungen schaffen Montagestationen mit unterschiedlichen Inhalten, Zeiten, Ausrüstungen und Kosten.

Die Entscheidungen zu einer Lösung, die am Ende umgesetzt werden soll, sind im Rahmen dieses Entscheidungsfeldes zu treffen.

Zur Unterstützung der Entscheidung werden die Varianten als Auslastungsdiagramme dargestellt.

Möglichkeiten zur Verbesserung sind grundsätzlich im Vorfeld der Planungsaufgabe Leistungsabstimmung zu suchen:

• Reduzierung der Verrichtungszeiten, z.B. durch feinere Gliederung der Montageschritte,
• Mengenteilung mit Mehrfachaufbau der Montagelinie und höherem Investitionsaufwand,
• Verbesserung der Auslastung und besserer Organisationsgrad,
• Erhöhung des Schichtfaktors und (eventuell) Zahlung von Zuschlägen.

Der Rechnereinsatz und die schnelle Bereitstellung von alternativen Lösungen erlaubt die Variation der Prozessparameter, weil die Lösungen spätestens nach 2 s berechnet sind.

Für die Variantenbildung im Rechner sind Mengenteilung und Schichtregime gleichbedeutend; im Beispiel wird der Schichtfaktor auf 2 erhöht.

Nach der Variantenbildung ergibt sich die folgende Auflistung der Varianteneitsstationen. mit drei oder vier Arbeitsstationen:

Nach kritischer Durchsicht und Beurteilung der vorgeschlagenen Varianten fällt die Entscheidung für die Variante 7 vor bei einschichtiger Arbeit.

Für diese Variante wird eine Reihe von Listen generiert, u.a. zur Teilebereitstellung, zur Handlungsbeschreibung, zur Vollständigkeitskontrolle.

Die kreative Bearbeitung führt zu folgender Prozessstruktur:

Feingestaltung der Montagestationen

Die Zusammenfassung von Verrichtungen führt zur Anhäufung von Teilen in der Arbeitsstation und zur Aufweitung des erforderlichen Anordnungsraumes; auch die Grenzung der Verrichtungen werden aufgehoben.

Um dem Rechnung zu tragen, sind die Montagefolgen innerhalb der Stationen und auch die Zuordnung zur ausführenden Hand zu überprüfen.

Auf jeden Fall ist die Anordnung neu zu gestalten, was auch zu veränderten Entfernungen für alle Handlungen führen wird.

Die Anzahl der Greifbehälter und ihre Abmessungen sollten nicht zur Überschreitung der Greifraumgrenzen der Mitarbeiter führen. Im Falle der Überschreitungen (siehe Warnung) können Behälter in andere Ebenen gesetzt werden.

Die Darstellung zeigt auch die Fügerichtungen (blau: von oben, rot: von unten).

Die Fügerichtungen und die Zielkoordinaten in der Montagevorrrichtung stammen aus dem virtuellen Produktmodell des CAD-Systems.

Die entstehende Handlung in dieser Anordnung ist z.B. mit dem MTM-Verfahren zu beschreiben und zeitlich zu bewerten.

In ILMOPLAN wird diese Beschreibung mit dem Modul ILMOSVZ sekundenschnell generiert.

Die Beschreibung kann mit einer Grafik z.B. zum Arbeitsplatz oder zum Montagezustand des Produktes ergänzt und direkt als Handlungsbeschreibung für die Unterweisung und zur Information ausgedruckt werden.

In ILMOPLAN ist die Planung und Beschreibung/Bewertung auch mit dem WORK FACTOR Schnellverfahren (WF) oder mit einer Globalen Montage-Ausarbeitung (GMA) vorbereitet und möglich.

Die Liste mit den Montagestationen enthält für jede Station eine Einarbeitungskurve, die sich nach BOSCH (ca. 1968) aus den beteiligten GREIF- und FÜGE-Vorgängen bestimmt.

Die Anordnungsergebnisse werden gespeichert. Aus den Daten können dann die erforderlichen Zeichnungsunterlagen der Stationen und der Montagelinie generiert werden; sie treiben das CAD-System an.

Grafische Dokumentationen

ILMOPLAN bietet die Möglichkeit, konstruktive Änderungen in der Teileliste und in der Fügematrix einzupflegen; die Änderungen werden in den nachgelagerten Planungsschritten weitgehend automatisch nachgeführt.

Zusamenfassung eines Planungsablaufs