Rainer Bokranz Kurt Landau

Formelsammlung Industrial Engineering Kennzahlen und Formeln in der praktischen Anwendung lung m m a neering s i l g e n m E r l o a F i r e t Di ch Indus u b d n a H zum



Rainer Bokranz/Kurt Landau

Formelsammlung ­Industrial Engineering Kennzahlen und Formeln in der praktischen Anwendung

2014 Schäffer-Poeschel Verlag Stuttgart



Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. E-Book ISBN 978-3-7992-6961-2 Dieses Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. © 2014 Schäffer-Poeschel Verlag für Wirtschaft · Steuern · Recht GmbH www.schaeffer-poeschel.de [email protected] Einbandgestaltung: Willy Löffelhardt/Melanie Frasch Bilder Einband: Montageszene links (Foto): Miele & Cie. KG, Gütersloh; Montageszenen Mitte (Fotos): Daimler AG, Stuttgart; 3-D-Szene rechts (Computermodell): visTABLE®touch – Fabrikplanungssoftware, plavis GmbH, Chemnitz Satz: primustype Hurler GmbH

Oktober 2014 Schäffer-Poeschel Verlag Stuttgart Ein Tochterunternehmen der Haufe Gruppe

V

Vorwort Industrial Engineering wird im Handbuch Industrial Engineering als Mittel des Produktivitätsmanagements verstanden. Dabei geht es um gezieltes Methodenmanagement, d. h. den Einsatz von IEMethoden nach den Gegebenheiten und Erfordernissen der drei Phasen betrieblicher Wertschöpfungsprozesse. Die meisten Methoden sind insofern quantitativer Art, als man dabei Daten handhabt, die Berechnungen erfordern, 1. mit denen in den PEP-Phasen 1 und 2 Planungen quantifiziert und Entscheidungen objektiviert werden oder 2. in der 3. PEP-Phase Arbeitssysteme und Prozesse datenbasiert, kontrolliert und auf der Grundlage akzeptierter Daten gezielt verbessert werden. Rechenergebnisse werden im Industrial Engineering verwendet, um 1. Sachverhalte zu quantifizieren, z. B. wie hoch die Durchlaufzeit und damit die Kapitalbindung bei einem Wertstrom ist, 2. Datenbasierungen vorzunehmen, indem z. B. Arbeitsplätze mit validen Daten versorgt oder Kalkulationsstandards entwickelt werden, 3. Kennzahlen zu bilden, z. B. mit der Gesamtanlageneffektivität (OEE), um damit Vergleiche anzustellen, aus denen dann die gewünschten Schlüsse zu ziehen sind. In dieser Formelsammlung werden die im Handbuch dargelegten Berechnungsvorschriften zusammengefasst. Die Themen sind, wie beim Handbuch, dem Produktentstehungsprozess (PEP) folgend geordnet. Damit sollen die Nutzer der Mühe enthoben werden, im Handbuch zu suchen, wenn sie sich lediglich zu einer Berechnungsvorschrift vergewissern wollen. Die Nutzung dieser Formelsammlung setzt jedoch voraus, dass beim Benutzer das im Handbuch dargelegte Wissen in den Grundzügen vorhanden ist. Rainer Bokranz und Kurt Landau

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Inhalt Vorwort ................................................................................................................................ V 1 Grundsachverhalte.................................................................................................. 1 1.1 Produktivität............................................................................................................. 1 1.1.1 Betriebswirtschaftliche Sicht ..................................................................................... 1 1.1.2 Technisch-organisatorische Sicht................................................................................ 2 1.2 Betriebswirtschaftliche Erfolgskenngrößen................................................................. 3 1.2.1 Liquidität.................................................................................................................. 3 1.2.2 Kapitalrentabilität ..................................................................................................... 5 1.2.3 Ertragsrentabilität...................................................................................................... 6 2 Menschliche Arbeit und Leistung............................................................................. 9 2.1 Eigenschaften und Fähigkeiten des Menschen............................................................ 9 2.1.1 Maximale Haltedauer bei statischer Arbeit.................................................................. 9 2.1.2 Sensorische Schwellen .............................................................................................. 10 2.1.3 Brechwert des Auges................................................................................................. 11 2.2 Belastung und Beanspruchung................................................................................... 13 2.2.1 Belastungsgrößen, Belastungsfaktoren und Beanspruchungsgrößen............................. 13 2.2.2 Grenzkräfte und Grenzdrehmomente........................................................................ 14 2.2.3 Empfohlene Grenzkraft nach NIOSH.......................................................................... 16 2.3 Leistung.................................................................................................................... 18 2.3.1 Kenngrößenberechnung nach MTM-MAST................................................................ 18 2.3.2 Lern- und Übungskurven........................................................................................... 20 3 Entstehung von Produkten...................................................................................... 21 3.1 Product Engineering.................................................................................................. 21 3.2 Kalkulation................................................................................................................ 22 4 Qualitätsaspekte bei der Gestaltung von Prozessen............................................... 27 4.1 Risikobewertung mit Hilfe der FMEA ........................................................................ 27 4.2 Prozessfähigkeit ........................................................................................................ 27 5 Zeitwirtschaftliche Algorithmen.............................................................................. 29 5.1 Allgemeine Arbeitssysteme........................................................................................ 29 5.1.1 Auftragsbezug........................................................................................................... 29 5.1.2 Periodenbezug.......................................................................................................... 30 5.1.3 Durchlaufbezug......................................................................................................... 31 5.1.4 Verteilzeitzuschläge................................................................................................... 33 5.2 Nichtlineare Ablaufstrukturen.................................................................................... 34 5.3 Spezielle Arbeitssysteme............................................................................................ 37 5.3.1 Gruppenarbeit .......................................................................................................... 37 5.3.2 Mehrstellenarbeit ..................................................................................................... 38 5.3.3 Fließarbeitssysteme ................................................................................................... 38 5.3.4 Wartesysteme............................................................................................................ 39

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Inhalt

6 MTM-Verfahren........................................................................................................ 43 6.1 Gewichtungsfaktoren................................................................................................ 43 6.2 Kraftaufwand und Gewichtshandhabung.................................................................... 43 6.3 Blickfunktionen......................................................................................................... 44 6.4 Betriebliche Prozessbausteine.................................................................................... 44 7 Ergänzungstechniken zum MTM-Verfahren............................................................. 47 7.1 Schätzverfahren........................................................................................................ 47 7.2 Zeitmessung.............................................................................................................. 49 7.3 Multimomentverfahren............................................................................................. 51 8 Arbeitsplatzgestaltung............................................................................................ 53 8.1 Beleuchtung.............................................................................................................. 53 8.1.1 Lichtstärke und Lichtstrom........................................................................................ 53 8.1.2 Beleuchtungsstärke................................................................................................... 53 8.1.3 Leuchtdichte............................................................................................................. 55 8.1.4 Kontraste.................................................................................................................. 58 8.2 Klima und Lüftung..................................................................................................... 59 8.3 Schall........................................................................................................................ 61 8.3.1 Schallintensitätspegel................................................................................................. 61 8.3.2 Beurteilungspegel...................................................................................................... 63 8.4 Informationstechnische Arbeitsgestaltung................................................................... 64 8.4.1 Information............................................................................................................... 64 8.4.2 Skaleneinteilung........................................................................................................ 66 8.4.3 Schriftgröße.............................................................................................................. 67 9 Gestaltung komplexer Arbeitssysteme.................................................................... 69 9.1 Grundsachverhalte.................................................................................................... 69 9.2 Telefertigung............................................................................................................. 71 9.2.1 Zerspanungszeit ....................................................................................................... 71 9.2.2 Fertigungskosten ...................................................................................................... 72 9.2.3 Maschinenarbeitsplatzfläche .................................................................................... 75 9.2.4 Fertigungs- und Werkstattfläche ................................................................................ 76 9.3 Montagesysteme....................................................................................................... 78 9.3.1 Wirtschaftlicher Nutzungsgrad .................................................................................. 78 9.3.2 Taktzeit und Anzahl Arbeitsstationen in Montagesystem............................................. 78 9.3.3 Kapazitätsabgleich..................................................................................................... 80 9.3.4 Technische Verfügbarkeit und Puffergröße ................................................................ 81 9.3.5 Anzahl Werkstückträger............................................................................................ 83 9.4 Logistik in Arbeitsprozessen....................................................................................... 84 9.4.1 Kooperationsgrad...................................................................................................... 84 9.4.2 Flächennutzungsgrad................................................................................................ 86 9.4.3 Umschlagleistung...................................................................................................... 87 9.4.4 Blocklagerabmessungen............................................................................................. 88 9.4.5 Spielzeiten und erforderliches Fahrpersonal................................................................ 89 9.4.6 Kommissionierleistung.............................................................................................. 91

Inhalt

10 Projektmanagement................................................................................................ 93 10.1 Netzpläne................................................................................................................. 93 10.2 Paretoanalyse............................................................................................................ 95 10.3 Wirtschaftlichkeitsrechnungen................................................................................... 97 10.4 Rentabilitäts- und Amortisationsrechnungen............................................................... 100 10.5 Nutzwertanalyse....................................................................................................... 102 10.6 Umgang mit Unsicherheit.......................................................................................... 104 11 Werkstattmanagement............................................................................................ 109 11.1 Leitungsspannen....................................................................................................... 109 11.2 Engpassmanagement................................................................................................. 110 11.3 Personalbedarfsermittlung und -controlling................................................................. 114 11.4 Entgelt...................................................................................................................... 116 Stichwortverzeichnis.............................................................................................................. 119

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1 Grundsachverhalte 1.1 Produktivität 1.1.1 Betriebswirtschaftliche Sicht Handbuch: Band 1, S. 8 f. Sachverhalt In der Betriebswirtschaftslehre wird, dem klassischen Ansatz von Gutenberg folgend, die (Durchschnitts-) Produktivität als Ergiebigkeit des Einsatzes der drei Produktionsfaktoren (Einsatzfaktoren) menschliche Arbeit, Betriebsmittel und Material bestimmt. Wir haben es in Gutenbergs Modell zwar mit drei Einsatzfaktoren zu tun, aber das bedeutet nicht, dass man die zwingend auch alle verwenden muss. Verbreitet sind die Bezüge zu den beiden Ressourcen menschliche Arbeit und Betriebsmittel, wie sie auch im Arbeitssystem-Modell verwendet werden. Ressourcenpreise – und damit Kosten – bleiben ausgeklammert, weil es nur um die »Ergiebigkeit« der Ressourcen geht, also um eine Mengenrelation. Der Produktionsfaktor »Material« kann, muss aber nicht einbezogen werden, wenn das zu keinen sinnvollen Schlüssen führt. Das ist bei Aufgabenstellungen im Industrial Engineering oft der Fall. Die Produktionsbedingungen und das Know-how werden ebenso wenig berücksichtigt wie die erzeugte Qualität, z. B. in Form notwendiger Nacharbeit. m   ​ ​P  =  ___ ​ ​m ​  ​ R

Formel

P =  (Durchschnitts-) Produktivität m = Arbeitsergebnismenge mR =  Ressourceneinsatzmenge In einem Automobilwerk 1 mit 6.000 Beschäftigten (Besch) werden werktäglich 1.200 Fahrzeuge Beispiel (Fz), in einem anderen Werk 2 mit 4.700 Beschäftigten 1.100 Fahrzeuge hergestellt. P1 = 1.200 Fz / 6.000 Besch = 0,200 Fz pro Besch P2 = 1.100 Fz / 4.700 Besch = 0,234 Fz pro Besch Danach ist das zweitgenannte produktiver als das erstgenannte Werk. Das Beispiel zeigt jedoch, dass so hochaggregierte Kennzahlen nur begrenzten praktischen Nutzen haben, weil dabei eine Reihe wichtiger Produktionsbedingungen unbeachtet bleiben, z. B. Variantenzahlen, Fertigungsumfang und Fertigungstiefe. Diese einfache Produktivitätskennzahl dient deshalb nur zum Gewinnen erster Indikationen. Handbuch: Teil 1, S. 23 f. Sachverhalt Im Regelfall wird mit Durchschnittsproduktivitäten argumentiert, wie beschrieben. Wenn es darum geht, Veränderungseffekte aufgrund von Veränderungsmaßnahmen zu beschreiben, ist es zweckmäßiger, Grenzproduktivitäten zu verwenden. ​m​ 2​− m​ 1​ ​P​ G​  =   ​ _______    ​​  ​m​ R2​− m​ R1 PG = Grenzproduktivität m1 =  Arbeitsergebnismenge vor der Veränderungsmaßnahme m2 =  Arbeitsergebnismenge nach der Veränderungsmaßnahme mR1 =  Ressourceneinsatzmenge vor der Veränderungsmaßnahme mR2 =  Ressourceneinsatzmenge nach der Veränderungsmaßnahme

Formel

2 Beispiel

Grundsachverhalte

Angesichts der vorstehend angeführten Daten wurde im Werk 1 ein Verbesserungsprojekt geplant, bei dem man den Output auf werktäglich 1.280 Fahrzeuge steigern und die Beschäftigtenzahl um 500 Personen reduzieren will. 1280 Fz  − 1.200 Fz  ​  =  0,16 Fz​ ​P​ G​  =   ​ __________________       6.000 Besch − 5.500 Besch Der Veränderungseffekt prägt sich in der Grenzproduktivität aus. Bei diesem Beispiel darin, dass sich die Produktivität beim 1.280sten Fahrzeug, gegenüber der Ist-Produktivität, um 0,16 Fahrzeuge pro Beschäftigtem erhöht. Die Durchschnittsproduktivität beträgt dann 0,327 Fahrzeug pro Beschäftigtem – eine Steigerung von 16 %. So lange sie eine positive Grenzproduktivität induziert, ist eine Maßnahme produktivitätswirksam.

1.1.2 Technisch-organisatorische Sicht Sachverhalt

Handbuch: Band 1, S. 26 f. Die Arbeitssystemproduktivität OEE (Over all Equipment Effectiveness) ist, neben dem Zeitgrad, die verbreitetste Rechenvorschrift zur Produktivität. Over all soll heißen, unter Einbeziehung aller relevanten, produktivitätsbeschreibenden Aspekte. Das sind bei diesem Ansatz die Verfügbarkeit, die Effizienz und die Qualität. Die theoretisch maximale Produktivität (= 100-%-OEE) wird um Verluste (Wertschöpfungsausfälle) bei diesen drei Aspekten korrigiert und dann die (Ist-) Arbeitssystemproduktivität OEE ausgewiesen. Die ausgewiesenen Daten sind zu hinterfragen. Beispielsweise sinkt mit steigenden Losgrößen der Rüstzeitanteil und die OEE steigt. Aber das wäre kein »Verdienst« der Produktion. Werden Sollzeiten in den Arbeitsplänen im Rahmen des Änderungsdienstes reduziert, führt das c. p. über eine gestiegene Effizienz zu einer höheren OEE, obwohl gar keine Outputwirkung vorliegt.

Formel

OEE = VF · EF · QF OEE = Arbeitssystemproduktivität VF =  Verfügbarkeitsfaktor = V / 100-%-OEE V = Verfügbarkeit [= 100-%-OEE – (Rüst-, Nacharbeits-, Störungsstunden)] EF =  Effizienzfaktor = 1 – E/V E =  Effizienz = Ist-Arbeitszeit – Soll-Arbeitszeit, auch als Zeitgrad bezeichnet QF =  1 / (1 + Ausschussfaktor)

Beispiel

100-%-Kapazität in Std. 352 Rüstzeiten 29 Störungsunterbrechungen 28 Nacharbeit 11 Verfügbarkeitsverlust 68 Verfügbarkeit 284 Verfügbarkeitsfaktor = 284 / 352 = Sollstunden lt. Arbeitsplan 266 erfasste Iststunden 282 Effizienzverlust 16 Effizienzbereinigung 268

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