4. Wertschöpfung in Produktionsunternehmen.PDF

Technik für Menschen Wertschöpfung in Produktionsunternehmen Grundlagen der Betriebs- und Unternehmensführung Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Sebastian Schlund Research Area Human Centered Cyber Physical Production and Assembly Systems (BMK endowed professorship for Industry 4.0) TU Wien – Instit...

Technik für Menschen Wertschöpfung in Produktionsunternehmen Grundlagen der Betriebs- und Unternehmensführung Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Sebastian Schlund Research Area Human Centered Cyber Physical Production and Assembly Systems (BMK endowed professorship for Industry 4.0) TU Wien – Institute of Management Science  Überblick  Kurzvorstellung  Überblick über unternehmerische Wertschöpfungsprozesse  Produktion  Schnittstellen zur Produktion WS 2021/2022 2  Vorstellung Forschungsbereich Team HCCPPAS / MMI Projektnummer 852789 01.06.2017 – 31.05.2022 WS 2021/2022 3  Vorstellung Forschungsbereich Forschungsthemen MMI Manufacturing | Assembly | Industrial Engineering Human Safety Robot Security Interaction Privacy Methods Demo & & Models Teaching Digital Workplace Assistance Based Systems Learning Technology Management | Ergonomics | Human Factors WS 2021/2022 4  Vorstellung Pilotfabrik Pilotfabrik für Industrie 4.0 der TU Wien, Seestadt-Aspern, Wien WS 2021/2022 5  Überblick  Kurzvorstellung  Überblick über unternehmerische Wertschöpfungsprozesse  Produktion  Schnittstellen zur Produktion WS 2021/2022 6  Wertschöpfung Überblick Wie entsteht Wertschöpfung in einem Unternehmen? Bildquelle: Rosenbauer WS 2021/2022 7  Wertschöpfung Überblick Wie entsteht Wertschöpfung in einem Unternehmen? Beschaffungsmarkt Produkt- Industrial Qualitäts- Service/ … entwicklung Engineering management Instandhaltung Absatzmarkt Lieferanten Kunden Produktion Beschaffungs- Fertigung Vormontage Montage Distributions- logistik logistik Materialbereitstellung Entsorgungslogistik Unternehmensgrenze WS 2021/2022 8  Produktion Einordnung in die unternehmerischen Wertschöpfungsprozesse Beschaffungsmarkt Produkt- Industrial Qualitäts- Service/ … entwicklung Engineering management Instandhaltung Absatzmarkt Lieferanten Kunden Produktion Beschaffungs- Fertigung Vormontage Montage Distributions- logistik logistik Materialbereitstellung Entsorgungslogistik Unternehmensgrenze WS 2021/2022 9  Produktion Was ist Produktion?  Wortherkunft: producere = hervor führen (aus dem Lateinischen)  Transformation von Produktionsfaktoren in tangible und nicht-tangible Güter (Produkte und Dienstleistungen)  Produktion umfasst:  Fertigung  Montage, ggf. Vormontage  Direkte Logistiktätigkeiten Montage eines Feuerwehrfahrzeuges, Rosenbauer International AG,  Integrierte Tätigkeiten aus weiteren Werk II Leonding. Bereichen, bspw. aus dem Qualitätswesen WS 2021/2022 10  Unternehmerische Wertschöpfungsprozesse Was ist Wertschöpfung? Kunden- anforderungen Produktion Produkte (Roh-)Material (Güter, Maschine (Wertschöpfungsprozess) Dienstleistungen) Energie Information Arbeitskraft … → Wertsteigerung t0 t1 Quelle: Porter, M. E. (2008). Competitive advantage: Creating and sustaining superior performance. Simon and Schuster. | Erstveröffentlichung: 1985 WS 2021/2022 11  Unternehmerische Wertschöpfungsprozesse An welchen Zielen wird Wertschöpfung gemessen?  Zeiteinsatz  Lieferzeiten  Durchlaufzeiten Zeit  V.a. ökologische  Ergiebigkeit Nachhaltigkeit  Produktivität  Soziale Nachhaltigkeit  Wirtschaftlichkeit Nachhaltigkeit Kosten  Stückzahlflexibilität  Produktqualität  Variantenflexibilität  Prozessqualität  Resilienz Flexibilität Qualität  Service Levels WS 2021/2022 12  Unternehmerische Wertschöpfungsprozesse Wie wird Wertschöpfung gemessen? Leistung Produktivität  Die Produktivität repräsentiert eine leistungsorientierte Faktoreinsatz Ergiebigkeit (=Output/Input) eines Prozesses. Finanzergebnis Re ntabilität  Die Rentabilität repräsentiert somit eine finanzorientierte Kapitaleinsatz Ergiebigkeit (=Output/Input) eines Prozesses  Wirtschaftlichkeit ist das Verhältnis eines Ergebnisses (Output) in Wertgrößen (Erlöse, Erträge...) zum Mitteleinsatz (Input) in Wertgrößen (Kosten, Aufwendungen...).  Minimalprinzip: der angestrebte Output wird mit einem Minimum an Input erreicht  Maximalprinzip: der Output soll bei gegebenem Input möglichst groß ausfallen WS 2021/2022 13  Unternehmerische Wertschöpfungsprozesse Arten von Produktionsfunktionen Produktionsfaktor Variable Einsatzmenge Es lassen sich zwei Arten von Etikett r1 1Stk Produktionsfunktionen unterscheiden: Faden r2 14cm 1. Substitutionale Produktionsfunktion: Papier für Beutel R3 34,4cm2 bestimmte Produktionsfaktoren können Klammern r4 2Stk. durch andere ersetzt werden ohne dass Tee Sorte1 r5 10-50g Tee Sorte2 r6 10-50g sich dabei die Ausbringung verändert: die Menge eines Faktors kann durch 10 g  r5  50 g Mehraufwand eines anderen Faktors 10 g  r6  50 g x  f ( r1 , r2 )  Ar1a r2b gesenkt werden (bspw. Cobb-Douglas- Produktionsfunktionen) r5  r6  50 g 2. Limitationale Produktionsfunktion: die Produktionsfaktoren stehen in einem fixen r2 Einsatzverhältnis zueinander  Ausbringung steigt nur dann, wenn beide n Faktoren vermehrt zum Einsatz kommen xi   aij r j (bspw. Leontief-Produktionsfunktion) r23 x3 j 1 r22 x2 r21 x1 r11 r12 r13 r1 WS 2021/2022 14  Produktion Wie ist Produktion organisiert?  Produktion wird nach folgenden Aspekten unterschiedlich organisiert:  Arbeitsteilungsverfahren (Mengen- und Artteilung)  Fertigungsverfahren  Fertigungsprinzipien (Verrichtungs- und Flussprinzip)  Fertigungstypen (Einzel-, Serien- und Massenfertigung) Bildquelle: Montage eines Feuerwehrfahrzeuges, Rosenbauer International AG, Werk II Leonding. WS 2021/2022 15  Produktion Mengen- vs. Artteilung (am Beispiel der Herstellung von Schränken) Mengenteilung Artteilung Jeder Arbeiter fertigt an einem Arbeitsplatz Es werden ebenfalls 4 Schränke gefertigt. Die einen Schrank, wobei an jedem Arbeitsplatz Aufteilung in Zuschneiden, Hobeln, Fräsen, alle Arbeitsgänge ausgeführt werden Schlitzen, Bohren, Zusammenbauen erfolgt jedoch so, dass jeder eine andere Art von Arbeit an der Gesamtmenge durchführt. ( Spezialisierung erhöht Mengenleistung) Arbeitsplatz 1 Zuschneiden Fräsen Bohren Arbeitsplatz 2 Hobeln Schlitzen Zusammenbauen Rohstoffe für 4 fertige Rohstoffe für 1 2 3 4 5 6 4 fertige 4 Schränke Schränke 4 Schränke Schränke Arbeitsplatz 3 Arbeits- Arbeits- Arbeits- Arbeits- platz 1 platz 2 platz 3 platz 4 1 2 3 4 5 6 Zuschneiden Fräsen Bohren Hobeln Schlitzen Zusammenbauen WS 2021/2022 16  Produktion Fertigungstypen  Das Merkmal Fertigungstyp charakterisiert die Häufigkeit der Leistungswiederholung im Produktionsprozess. Als maßgebendes Kriterium zur Differenzierung des Merkmals dient die durchschn. Wiederholungshäufigkeit der Erzeugnisse pro Jahr.  Folgende grundlegende Fertigungstypen werden unterschieden:  Einzelfertigung  Serienfertigung  Massenfertigung WS 2021/2022 17  Produktion Fertigungstypen Fertigungstyp Merkmale Einzelfertigung Serienfertigung Massenfertigung begrenzte unbegrenzte Stückzahl keine Wiederholung Wiederholung Wiederholung minimal durch niedrig durch Stückkosten hoch hohe Kostendegression Kostendegression Facharbeiter und vorwiegend vorwiegend Mitarbeiterqualifikation angelernte angelernte und Facharbeiter Arbeiter ungelernte Arbeiter Universal- und vorwiegend Maschinen Universalmaschinen Spezialmaschinen Spezialmaschinen Automatisierungsgrad sehr niedrig mittel sehr hoch Flexibilität sehr hoch begrenzt sehr gering programm- und Produktvorgabe auftragsorientiert programmorientiert auftragsorientiert Produktions- keine möglich hoch standardisierung Aufwand für PPS hoch mittel gering Großmaschinenbau, Normteile, Anwendungsgebiete PKW-Produktion Schiffsbau Tabakindustrie WS 2021/2022 18  Produktion Fertigungsprinzipien  Das Fertigungsprinzip charakterisiert die räumliche Anordnung und die zeitliche Bindung der Produktionsmittel zueinander, die Einbindung des Menschen und die Art des Durchlaufs der Werkstücke durch die Produktion.  Grundsätzliche Unterscheidung in:  Verrichtungsprinzip: Ähnliche Betriebsmittel zusammenfassen, je nach Arbeitsfolge durchlaufen Produkte mehrere Bereiche  Werkstatt-, Werkbankfertigung  Flussprinzip: Die Arbeitsstationen/Betriebsmittel D: Drehen sind in der Reihenfolge des Materialflusses F: Fräsen B: Bohren angeordnet, sodass ein gerichteter Materialfluss S: Schleifen entsteht  Reihen-, Fließfertigung WS 2021/2022 19  Produktion Fertigungstypen vs. Fertigungsprinzipien Grad der Grad der Speziali- Einmalfertigung Speziali- Serienfertigung Massenfertigung sierung sierung Reihenfertigung Fließfertigung Werkstattfertigung Stückzahl je Fertigungsprinzipien Fertigungstypen Zeiteinheit WS 2021/2022 21  Produktion Industrial Engineering (Arbeitsvorbereitung) Industrial Engineering/ Arbeitsvorbereitung Die Arbeitsvorbereitung umfasst alle Maßnahmen der methodischen Arbeitsplanung und Arbeitssteuerung mit dem Ziel, ein Optimum aus Aufwand und Arbeitsergebnis zu erreichen. PPS (Produktionsplanung Arbeitsplanung und -steuerung) Die Arbeitsplanung umfasst alle einmalig Die PPS unterstützt die gesamte Auftragsabwicklung auftretenden Planungsmaßnahmen, welche unter von der Angebotsbearbeitung bis zum Versand und ständiger Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit berührt die Betriebsbereiche Konstruktion , Verkauf, die fertigungsgerechte Gestaltung eines Einkauf, Fertigung, Montage, Ersatzteilwesen und Erzeugnisses oder die ablaufgerechte Gestaltung Versand. einer Dienstleistung sichern. Produktbezogen & Einmalige Tätigkeit Auftragsbezogen & Routinetätigkeit WS 2021/2022 22  Produktion Zielkonflikte der PPS Die Produktionsplanung und -steuerung erfordert eine fein austarierte Beantwortung hohe der Fragen: WIEVIEL, WANN, WO, durch Auslastung WEN hergestellt wird. hohe kurze hohe Wirtschaft- Marktziele  Klassische Zielkonflikte, bspw.: Lieferzeit lichkeit Liefertreue  Hohe Liefertreue vs. Geringe Bestände?  Hohe Auslastung vs. Geringe Bestände? niedrige Bestände  Kurze Lieferzeit vs. Hohe Auslastung?  Hohe Auslastung vs. Hohe Liefertreue? Betriebsziele WS 2021/2022 23  Auftragsabwicklung & Produktionsplanung Case Study Rosenbauer  Auftragseingänge ca. 1 Jahr vor Auslieferung  Ca. 10 Wochen vor Liefertermin keine Änderungen mehr („Order Freeze Point“)  Abnahme vor Ort „ab Werk“  Allg. Prozess: Order Auftrags Grobplanung Freeze Feinplanung Produktion Auslieferung -eingang Point WS 2021/2022 24  Produktion Lean Production Als Lean Production bezeichnet man einen Zustand, der Verschwendung in jeder Form vermeiden soll, um Unternehmen effektiver und wettbewerbsfähiger zu machen.  7 Arten der Verschwendung: Überproduktion | Bestände | Wartezeiten Ausschuss | Bewegung | Transport Bearbeitung | (8. Information)  LVA Produktions- und Qualitätsmanagement 1 Bildquelle: Montage eines Feuerwehrfahrzeuges, Rosenbauer International AG, Werk II Leonding. WS 2021/2022 25  Logistik Bereiche der Logistik Beschaffungsmarkt Produkt- Industrial Qualitäts- Service/ … entwicklung Engineering management Instandhaltung Absatzmarkt Lieferanten Kunden Produktion Beschaffungs- Fertigung Vormontage Montage Distributions- logistik logistik Materialbereitstellung Entsorgungslogistik Unternehmensgrenze WS 2021/2022 26  Logistik Orientierung an Material- und Informationsflüssen Materialfluss Informationsfluss Beschaffungsmarkt Produkt- Industrial Qualitäts- Service/ … entwicklung Engineering management Instandhaltung Absatzmarkt Lieferanten Kunden Produktion Beschaffungs- Fertigung Vormontage Montage Distributions- logistik logistik Materialbereitstellung Entsorgungslogistik Unternehmensgrenze WS 2021/2022 27  Logistik Logistik als Querschnittsfunktion Lieferanten Beschaffung Produktion Absatz Entsorgung Kunden Planung und Steuerung Logistik Material- und Informationsflüsse gesamte Logistikkette – vom ersten bis zum letzten Kunden Finanzen Personal WS 2021/2022 28  Qualitätsmanagement Historische Entwicklung Systematische Qualitätssicherung  Qualität durch Kontrolle im Umfassendes Qualitätsmanagement Qualitätskontrolle Entwicklungs-/Herstellungsprozess  Verpflichtung des Managements  Qualität durch Endkontrolle  Qualitätsverbesserung durch  Einbeziehung aller Mitarbeiter  Qualitätsverbesserung durch Vorbeugung  Kundenorientierung Einengung der  Schwerpunkt bei technischen Bereichen  Prozessorientierung Prüfanforderungen  Beginnende Prozessorientierung Stichprobensystem,  Produktorientierung Qualitätsregelkarten Einführung der „DIN EN ISO 9000 ff.“ „Economic Control (1987) of Quality“ (1934) W. Edwards Deming publiziert den PDCA-Kreis (1950) Walter A. Shewhart TQM Six Sigma IMS Fredrick. W. Taylor Gründung der EFQM – Excellence Modell KVP (1988) Lean Thinking „The Principles of … Scientific Management“ Taiichi Ohno (1911) Entwicklung des Kaizen-Modells Wissenschaftliche (1950) Betriebsführung, 1911 WS 2021/2022 29  Qualitätsmanagement Qualitätskontrolle  Bemühungen um Qualität zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren ursprünglich sehr produktbezogen  Produkt musste Kostenanteilige bestimmte Eigenschaften (Q-Merkmale) Fehlerquote Behebung von 80% Entstehung von 75% der Fehler der Fehler erfüllen Fehler-  Systematische Fehlersuche geschah in 70 Fehler- behebung 60 der Regel erst nach deren Auftreten 50 entstehung (Qualitätskontrolle) 40  Später erkannte man, dass: 30 20  der überwiegende Anteil aller Fehler 10 in den planenden Phasen vor der 0 Definition Entwicklung Arbeits- Fertigung Endprüfung Einsatz Fertigung entsteht vorbereitung Entwicklungs- und Planungsphase  die Aufdeckung derartiger Fehler und ihren Auswirkungen meist erst sehr spät erfolgt  erhebliche Kosten für das Unternehmen WS 2021/2022 30  Qualitätsmanagement Qualitätskontrolle  Qualitätssicherung ist „der Effekt der vorbeugenden Verhütung von Fehlern schon während der Entwicklung und Fertigung durch Planen Erfassung und Beherrschung von Einflüssen (plan) auf die Qualität.“ Dies kann mit Hilfe von speziellen Methoden erreicht werden. Verbessern Durchführen (act) (do)  Qualitätsmanagement sind „Führungsmaßnahmen in Richtung des Ziels „Qualität“ in allen Phasen der Prüfen Leistungserstellung zu erreichen“, d.h. (check) Einflussnahme auf alle Qualitätselemente des sogenannten Qualitätskreis. WS 2021/2022 31  Qualitätsmanagement Overall Equipment Effectiveness (OEE)  Auch Gesamtanlageneffektivität: weit verbreitete Unternehmenskennzahl, um Prozessperformance bzw. Prozessqualität zu messen (und zu verbessern)  𝑂𝐸𝐸 = 𝑉𝑒𝑟𝑓ü𝑔𝑏𝑎𝑟𝑘𝑒𝑖𝑡 ∗ 𝐿𝑒𝑖𝑠𝑡𝑢𝑛𝑔 ∗ 𝑄𝑢𝑎𝑙𝑖𝑡ä𝑡 𝑇𝑎𝑡𝑠ä𝑐ℎ𝑙𝑖𝑐ℎ𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑧𝑒𝑖𝑡  𝑉𝑒𝑟𝑓ü𝑔𝑏𝑎𝑟𝑘𝑒𝑖𝑡 = 𝑀ö𝑔𝑙𝑖𝑐ℎ𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠𝑧𝑒𝑖𝑡 𝑇𝑎𝑡𝑠ä𝑐ℎ𝑙𝑖𝑐ℎ𝑒 𝐴𝑢𝑠𝑏𝑟𝑖𝑛𝑔𝑢𝑛𝑔  𝐿𝑒𝑖𝑠𝑡𝑢𝑛𝑔 = 𝑇ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝐴𝑢𝑠𝑏𝑟𝑖𝑛𝑔𝑢𝑛𝑔 𝐸𝑖𝑛𝑤𝑎𝑛𝑑𝑓𝑟𝑒𝑖𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑡𝑒  𝑄𝑢𝑎𝑙𝑖𝑡ä𝑡 = 𝐺𝑒𝑠𝑎𝑚𝑡𝑒 𝐴𝑢𝑠𝑏𝑟𝑖𝑛𝑔𝑢𝑛𝑔  Wichtig (1): Verluste eindeutig berücksichtigen, bspw. lassen sich Verluste im Produktionsanlauf sowohl zu Leistungsverlusten als auch zu Qualitätsverlusten zuordnen  Wichtig (2): Die Ausgangsbasis klären (Geplante Betriebszeit) WS 2021/2022 32  Qualitätsmanagement Overall Equipment Effectiveness (OEE)  Wichtig (1): Verluste eindeutig berücksichtigen, bspw. lassen sich Verluste im Produktionsanlauf sowohl zu Leistungsverlusten als auch zu Qualitätsverlusten zuordnen  Wichtig (2): Die Ausgangsbasis klären (Geplante Betriebszeit)  Beispiel:  Verfügbarkeit: Zielwert: >90 %  Leistung: Zielwert: > 95%  Qualität: Zielwert: > 99 %  OEE: Zielwert: > 85 % Bildquelle: Kletti, J. (Hg.). (2015). MES - Manufacturing Execution System: Moderne Informationstechnologie unterstützt die Wertschöpfung (2. WS 2021/2022 Auflage). Springer Vieweg. https://repositum.tuwien.at/retrieve/17231 https://doi.org/10.1007/978-3-662-46902-6 33  Industrial Engineering Case Study Rosenbauer Werkerinformationssystem „Montage-Cockpit“ Umfassende Arbeitsinformationen / -anweisungen „Crystal Reports“ u.a. jährliche Auswertung der Maschinenzeiten um Rüstzeiten, Stillstandzeitenentwicklung vergleichen zu können Bildquelle: Papierlose Fertigung, Rosenbauer International AG. WS 2021/2022 34  Industrial Engineering Case Study Rosenbauer Werkerinformationssystem „Montage-Cockpit“ um Arbeitsinformationen / - anweisungen anzuzeigen Beispielanwendung: Tracking der Fahrzeuge Früher Heute Bildquelle: Papierlose Fertigung, Rosenbauer International AG. WS 2021/2022 35  Qualitätsmanagement Case Study Rosenbauer Beispiel Quality Gate Oberflächenstandard Farbtöne dürfen nicht abweichen, werden als RB Colorcodes definiert Schichtstärken müssen eingehalten werden, z.B. Grundierung + Deck Lack auf Stahl 100-120µm Vielzahl an technischen Standards muss eingehalten werden Bildquelle: Auszug Dienstanweisung Oberflächenstandard, Rosenbauer International AG. WS 2021/2022 36  Produktentwicklung und Produktion Produktentstehungsprozess (PEP)  Produktentwicklung vs. Produktentstehung  Produktentstehungsprozess (PEP): Integrierte Betrachtung von der Idee zum industrialisierten Produkt (in Serie!) Produkt- Idee/Kunden Produkt- entwicklung Testphase Produktion wunsch konzept i e.S. Produktentwicklung Produktentstehung WS 2021/2022 37  Produktentwicklung und Produktion Prozessentwicklung: Schnittstelle zwischen PE und Produktion Die Entwicklungsabteilung liefert:  Produktzeichnung (CAD)  Stückliste Beispielhafter Aufbau einer Stückliste Zeichnung eines Feuerwehrfahrzeuges, chicagoareafire.com WS 2021/2022 38  KONTAKT Univ. Prof. Dr.-Ing. Sebastian Schlund Forschungsbereichsleiter Human Centered Cyber Physical Production and Assembly Systems (BMK Stiftungsprofessur für Industrie 4.0) Technische Universität Wien Institut für Managementwissenschaften Theresianumgasse 27, A-1040 Wien Telefon: +43 (1) 58801-33054 [email protected] 10.11.2021 39