Modellierung und Simulation von Tätigkeitsstrukturen in der Teilefertigung

Methoden zur Modellierung und Simulation von Tätigkeitsstrukturen in der Teilefertigung Dr.-Ing. / MBA (Leeds Metropolitan Univ., U.K.) Dieter Hofferberth Gliederung Problemstellung Zielstellung Lösungsweg Ergebnisse Schlussfolgerungen © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 2 Problemstellung Gruppenarbeit in Fertigungsinseln ist als soziotechnisches Arbeitssystem weitgehend anerkannt. Die Strukturierung von Gruppenarbeit ist ein anspruchsvoller Gestaltungsprozess. Ein wichtiger Aspekt bei der Gestaltung von Gruppenarbeit insbesondere in der Teilefertigung ist die Organisation und Ausprägung von Mehrmaschinenbedienung. Es existieren verschiedene analytische, statische Verfahren zur Planung von Systemen mit Mehrmaschinenbedienung. Lediglich die bedienungstheoretische Methode berücksichtigt die Verhältnisse in der Teilefertigung in angemessener Weise. Mit der Simulationstechnik steht eine experimentelle dynamische Planungsmethode zur Verfügung, mit der sich Gestaltungsalternativen vor deren Realisierung ausgiebig untersuchen und bewerten lassen. © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 3 Gliederung Problemstellung Zielstellung Lösungsweg Ergebnisse Schlussfolgerungen © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 4 Zielstellung Erprobung und Bewertung der bedienungstheoretischen und der simulationsexperimentellen Methode zur Gestaltung und Bewertung von Arbeitssystemen mit Mehrstellenarbeit in der Teilefertigung Ein Praxisbeispiel wurde sowohl mit dem bedienungstheore- tischen Ansatz als auch mit einem speziellen Simulationssystem untersucht. Die beiden eingesetzten Methoden wurden anhand ihrer Anwendung auf ein Praxisbeispiel evaluiert. Die spezifischen Vor- und Nachteile der Methoden sowie die Art der erzielten Ergebnisse hinsichtlich Qualität und Quantität wurden herausgearbeitet. Daraus wurde abgeleitet, wie die Methoden in der Praxis sinnvoll einzusetzen sind. © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 5 Gliederung Problemstellung Zielstellung Lösungsweg Ergebnisse Schlussfolgerungen © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 6 Lösungsweg Theoretische Grundlagen Arbeitswissenschaft Arbeits- und Organisationspsychologie Gestaltung von soziotechnischen Arbeitssystemen Bedienungstheoretischer Ansatz zur Gestaltung von Mehrstellenarbeit Experimentelle Behandlung des Problems anhand der Simulation Operative Planung der Mehrstellenarbeit in der Teilefertigung Praxisbeispiel Fertigungsinsel Analytische Planung der Mehrstellenarbeit Systematische Simulationsexperimente zur Gestaltung der Mehrstellenarbeit © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 7 Theoretische Grundlagen Bedienungstheoretischer Ansatz zur Gestaltung von Mehrstellenarbeit q q ∑t ti ∑ (t tbH i + t tbN i + tWegi )n Los i + t r i Verkehrsintensität ψ = i =1 q = i =1 q ∑t i =1 gB i ∑ (t i =1 hi + t n i )n Los i m! pK = ψ K ⋅ p 0 für 1 ≤ K ≤ n K!⋅(m − K)! Zustandswahrscheinlichkeit m! p K = K −n ψ K ⋅ p 0 für n < K ≤ m n ⋅ n!⋅(m − K)! Wartezeitanteile der 1 n −1 w = ∑ (n − K ) p K Maschinenbediener n K =0 1 m Stillstandzeitanteile der Maschinen s= ∑ (K − n ) p K m K = n +1 n m ∑ w ⋅ KP + ∑ s ⋅ KM i =1 i =1 Verlustkosten KV = ⇒ Min. m(1 − s ) sm s − m +1 KP 1 − s m 1 − s m +1 Kostenverhältnis = KM  w m +1 wm   © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 8  m + 1 − (m + 1) ⋅ s − ⋅n  m +1 (1 − s m ) ⋅ m   Theoretische Grundlagen Experimentelle Behandlung des Problems anhand der Simulation Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. (VDI-Richtlinie 3633) © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 9 Theoretische Grundlagen Simulationsmodell zur Mehrmaschinenbedienung © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 10 Praxisbeispiel Fertigungsinsel 1. CNC-Bearbeitungs- zentrum 2. CNC-Bohr- 5. zentrum 1 CNC-Drehen 2 4. 3. CNC-Drehen 1 CNC-Bohr- zentrum 2 © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 11 Ermittlung der optimalen Stellenzahl sowie der Warte- und Stillstandzeitanteile für eine kollektive (n=3) Mehrstellenarbeit (vgl. Enderlein / Sager, 1998). W Mopt=f(Ψ,KP/KM,n) KP KM Ψ S Beispiel: n=3; Ψ = 0,7; Kp/KM = 0,3 Ergebnis: Mopt = 5 W = 33% © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 12 S = 3% Ψ Operative Planung der Mehrstellenarbeit Systematische Simulationsexperimente zur Gestaltung der Mehrstellenarbeit Anhand eines Experimentplanes wurden systematisch Simulationsläufe durchgeführt. Die Maschinen- und Technologiedaten wurden als unveränderbar angenommen. Die Qualifikation der Bediener, die Losgrößen, die Bedienstrategien u.a. wurden in verschiedenen Ausprägungen variiert. Hinsichtlich der Anzahl der erforderlichen Bediener wurde auf Basis der Ergebnisse der bedienungstheoretischen Berechnung mit Werten zwischen 2 und 4 bei unterschiedlichen Qualifikationsstrukturen experimentiert. © 2004 – Dr. Dieter Hofferberth – Bremen – 13 Gliederung Problemstellung Zielstellung Lösungsweg Ergebnisse Schlussfolgerungen © 2004 – Dr.