Wandlungsfahige Produktionsunternehmen: Das Stuttgarter Unternehmensmodell (German Edition)

Wandlungsfähige Produktionsunternehmen

Engelbert Westkämper · Erich Zahn (Hrsg.)

Wandlungsfähige Produktionsunternehmen Das Stuttgarter Unternehmensmodell

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Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper Universität Stuttgart Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) und Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart Nobelstr. 12 70569 Stuttgart [email protected] Prof. Dr. Erich Zahn Universität Stuttgart Betriebswirtschaftliches Institut Keplerstr. 17 70174 Stuttgart [email protected]

ISBN 978-3-540-21889-0

e-ISBN 978-3-540-68890-7

DOI 10.1007/978-3-540-68890-7 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. c 2009 Springer- Verlag Berlin Heidelberg  Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Satz: Digitale Druckvorlage der Autoren Herstellung: le-tex publishing services oHG, Leipzig Einbandgestaltung: WMX Design GmbH, Heidelberg

Gedruckt auf säurefreiem Papier 987654321 springer.de

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Vorwort

Der Wettbewerb, in dem sich produzierende Unternehmen heute befinden, ist häufig verbunden mit starken Schwankungen im Auftragseingang, hohen Variantenzahlen, dem Trend zu kurzfristigen Bestellungen und der Nachfrage nach kundenindividuellen Produkten bei zugleich verkürzten Produktlebenszyklen und rapidem technologischen Fortschritt. Während die Entwicklung ihres Umfelds für Unternehmen immer weniger vorhersehbar wird, sind sie gleichzeitig gezwungen, sich innerhalb kurzer Zeit angemessen auf diese Entwicklungen einzustellen. Unter derartigen Rahmenbedingungen, die als Turbulenzen bezeichnet werden, verändern sich die Anforderungen an die industrielle Produktion. Mit diesen Herausforderungen turbulenter Umfelder und darauf abgestimmten Lösungsansätzen für die erforderliche Wandlungsfähigkeit in allen Unternehmensbereichen beschäftigen sich die Autoren des vorliegenden Buches. Sie sind Wissenschaftler an den Universitäten Stuttgart und Mannheim im Sonderforschungsbereich 467 der Deutschen Forschungsgemeinschaft, in dem bis 2006 unter dem Titel „Wandlungsfähige Unternehmensstrukturen für die variantenreiche Serienproduktion“ aus der Perspektive verschiedenster Disziplinen der Ingenieur-, Informations-, Arbeits- und Wirtschaftswissenschaften Ansätze zur Bewältigung von Turbulenzen erarbeitet wurden. Als Ergebnis entstand das von den Autoren entwickelte „Stuttgarter Unternehmensmodell“, das in diesem Grundlagenwerk nun vorgestellt wird. Es zeigt neue Wege für die Organisation und den Betrieb von Unternehmen in turbulenten Umfeldern. Beschrieben werden wissenschaftlich fundierte Methoden, Instrumente und Lösungsansätze zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit. Das Buch bleibt aber nicht in der Theorie verhaftet: An einem fiktiven Beispielunternehmen, den Schwäbischen Pumpen-Werken, wird das entwickelte theoretische Modell erstmals angewendet. Dabei wird deutlich: Erst die umfassende Betrachtung aller Bereiche eines Betriebes, einschließlich der dort arbeitenden Menschen, bringt das größte wirtschaftliche Erfolgspotential durch kontinuierlichen und raschen Wandel. Wie die hierzu erforderliche Wandlungsfähigkeit erlangt werden kann, zeigt dieses Buch. E. Westkämper, E. Zahn

Stuttgart, im Juli 2008

VII

Inhaltsverzeichnis

Vorwort .......................................................................................... V  Inhaltsverzeichnis ......................................................................VII  Autorenverzeichnis ..................................................................... XI  1 

Einführung ............................................................................ 1  1.1 Zielsetzung .................................................................................... 1  1.2 Anwendungsbereich .................................................................... 4 

2 

Turbulentes Umfeld von Unternehmen ................................ 7  2.1 Wertschöpfung durch industrielle Produktion ......................... 7  2.2 Globale Märkte – Globaler Wettbewerb ................................... 8  2.3 Wandlungstreiber ........................................................................ 9  2.4 Fabriken im Wandel der Zeit ................................................... 12  2.5 Wandlungsfähige Unternehmen ............................................... 13  2.6 Grenzen der Wandlungsfähigkeit ............................................ 15  2.7 Unternehmen kontinuierlich adaptieren ................................. 18  2.8 Der neue Taylorismus................................................................ 19 

3 

Ganzheitliche Produktionssysteme ..................................... 25  3.1 Der Begriff des ganzheitlichen Produktionssystems (GPS) ... 28  3.2 Ansätze eines ganzheitlichen Produktionssystems.................. 29  3.2.1 Umfassender Rahmen für Produktionssysteme ............................... 29  3.2.2. Standardisierung in ganzheitlichen Produktionssystemen ............. 32  3.3. Die Grundstruktur eines Produktionssystems ....................... 33  3.4 Beispiele von ganzheitlichen Produktionssystemen ................ 35  3.4.1 Ganzheitliche Produktionssysteme ................................................. 35  3.4.2 Modell-Ansätze ............................................................................... 36

 

VIII

3.5 Auch die Zukunft benötigt das Modell .................................... 41  3.6 Literatur ..................................................................................... 43 

4 

Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells ........... 47  4.1 Referenzmodell und Leistungseinheiten .................................. 50  4.2 Kennzeichen ............................................................................... 53  4.3 Die Systemtheorie als Basis des Modells .................................. 57  4.4 Das Wirkmodell ......................................................................... 58  4.5 Planung als integraler Bestandteil des Modells ...................... 59  4.6 Das Skalenmodell ....................................................................... 60  4.7 Das Kooperationsmodell ........................................................... 63  4.8 Die wissenschaftliche Fundierung ............................................ 66 

5 

Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie ........ 67  5.1 Führung und Controlling .......................................................... 67  5.1.1 Ausgangssituation ........................................................................... 67  5.1.2 Einsatzgebiete ................................................................................. 68  5.1.3 Instrumente und Lösungsansätze zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit ........................................................................ 69  5.1.4 Zusammenfassung und Ausblick..................................................... 81  5.1.5 Literatur ........................................................................................... 82 

5.2 Planung und Steuerung ............................................................. 84  5.2.1 Ausgangssituation ........................................................................... 84  5.2.2 Anforderungen an wandlungsfähige Planung und Steuerung ......... 85  5.2.3 Instrumente und Lösungsansätze zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit ........................................................................ 86  5.2.4 Zusammenfassung ......................................................................... 112  5.2.5 Literatur ......................................................................................... 113 

5.3 Technik und Strukturen.......................................................... 115  5.3.1 Ausgangssituation ......................................................................... 115  5.3.2 Anforderung an die Wandelbare Produktion ................................. 116  5.3.3 Methoden und Instrumente zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit ...................................................................... 118  5.3.4 Literatur ......................................................................................... 137 

5.4 Humanressourcen für den Wandel ........................................ 139  5.4.1 Ausgangssituation ......................................................................... 139  5.4.2 Allgemeine Anforderungen ........................................................... 141 5.4.3 Einsatzgebiete ...............................................................................142

 

IX 5.4.4 Instrumente und Lösungsansätze zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit ...................................................................... 143  5.4.5 Literatur......................................................................................... 157 

5.5 Informationstechnologien für den Wandel............................ 160  5.5.1 Einführung .................................................................................... 160  5.5.2 Ausgangssituation ......................................................................... 161  5.5.3 Lösungsansätze ............................................................................. 169  5.5.4 Zusammenfassung und Ausblick .................................................. 182  5.5.5 Literatur......................................................................................... 184  5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit......................... 186  5.6.1 Einführung .................................................................................... 186  5.6.2 Anwendung des Stuttgarter Wissensmanagement-Modells .......... 191  5.6.3 Beschreibung der Instrumente zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit ...................................................................... 192  5.6.4 Literatur......................................................................................... 200 

6 

Die digitale Modellfabrik................................................... 203  6.1 Digitale Werkzeuge.................................................................. 203  6.2 Wie ist das Unternehmen auf die Turbulenz vorbereitet? ... 205  6.2.1 Das Unternehmen – Schwäbische Pumpen-Werke (SPW) ........... 206  6.2.2 Produktstruktur.............................................................................. 206  6.2.3 Produktionsstruktur ....................................................................... 208  6.2.4 Vorhandene Informationssysteme ................................................. 209  6.2.5 Unternehmensführung und Controlling......................................... 211  6.2.6 Personal ......................................................................................... 211  6.2.7 Markt ............................................................................................. 212  6.2.8 Auftretende Turbulenz .................................................................. 212  6.2.9 Wandlungsnotwendigkeit .............................................................. 213  6.3 Kurzfristige Reaktionen auf die Turbulenzen ...................... 213  6.3.1 Reaktion der Produktionsplanung ................................................. 213  6.3.2 Ausregelung der Überlastsituation ................................................ 215  6.3.3 Dynamische Arbeitsplanung ......................................................... 217  6.3.4 Rekonfigurierung von Maschinen ................................................. 220  6.3.5 Mitarbeitereinweisung................................................................... 221  6.3.6 Monitoring der Situation ............................................................... 222  6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen .......................... 222  6.4.1 Anwendung von Frühindikatoren.................................................. 222  6.4.2 Propagation der Vertriebszahlen ................................................... 224  6.4.3 Strategieanpassung und Zielkorrektur ........................................... 229  6.4.4 Neuausrichtung der Produktion ..................................................... 230  6.4.5 Neue Anforderungen an das Auftragsmanagement ....................... 232  6.4.6 Gestaltungsvorschläge für die Produktionsstruktur....................... 236

X 6.4.7 Konfiguration der Produktionslogistik .......................................... 238  6.4.8 Generierung von Layoutvarianten ................................................. 243  6.4.9 Folgenbewertung für die Mitarbeiter............................................. 248  6.4.10 Grob- und Feinplanung der Montage .......................................... 253  6.4.11 Anpassung der operativen Steuerungsgrößen.............................. 256  6.4.12 Anpassung der Produktionsregelung ........................................... 259  6.4.13 Umverteilung von Mitarbeitern ................................................... 260  6.4.14 Anpassung der Zielvereinbarungen ............................................. 264  6.4.15 Bewältigung von Interessenkonflikten ........................................ 266 

6.5 Ausblick digitale Modellfabrik ............................................... 268 

7 

Anhang ............................................................................... 271  7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“ ...................... 271  7.1.1 Einleitung ...................................................................................... 271  7.1.2 Management - Summary ............................................................... 272  7.1.3 Die Ergebnisse im Detail............................................................... 274  7.1.4 Literatur ......................................................................................... 294  7.2 Der Sonderforschungsbereich (SFB) 467 .............................. 295  7.2.1 Der SFB im Überblick................................................................... 295  7.3 Lösungsansätze ........................................................................ 298  7.4 Glossar ...................................................................................... 301 

Autoren

311 

Abbildungsverzeichnis

313 

Sachverzeichnis

317 

XI

Autorenverzeichnis

Bantel, Thomas Berger, Stefan Bungard, Walter Brinzer, Boris Constantinescu, Carmen Dunker, Thomas Erke, Alena Fisser, Frank Heinkel, Uwe Heisel, Uwe Horváth, Péter Hummel, Vera Jöns, Ingela Kapp, Ralf Kircher, Christian Kirchner, Sören Klemm, Peter Kornienko, Sergey Kornienko, Olga Kremer, David Langer, Andreas le Blond, Jan Lehr, Patricia Levi, Paul Löffler, Benno Mangold, Christoph Meitzner, Martin Meyer, Sebastian Minning, Frank Mitschang, Bernhard Nowak, Michael Priese, Jörg Pritschow, Günter Racky, Sabine Rantzau, Ralf Rönnecke, Thomas

Kapitel 5.2, 6.4.6 Kapitel 5.6, 6.3.5 Kapitel 5.4 Kapitel 5.2, 5.2, 6.3.2, 6.4.12 Kapitel 5.5, 6.2.4, 6.4.2 Kapitel 5.2, 6.4.6 Kapitel 5.4, 6.2.6, 6.3.5, 6.4.9, 6.4.13 Kapitel 5.3, 6.4.10 Kapitel 5.5, 6.2.4, 6.4.2 Kapitel 5.3 Kapitel 5.1 Kapitel 3, 4 Kapitel 5.4, 6.2.6, 6.3.5, 6.4.9, 6.4.13 Kapitel 5.2, 6.3.1, 6.4.4, 6.4.5, 6.4.7, 6.5 Kapitel 5.3 Kapitel 7 Kapitel 5.2, 5.3 Kapitel 5.5, 6.2.4, 6.3.3 Kapitel 5.5, 6.2.4, 6.3.3 Kapitel 5.4, 6.2.6, 6.4.9, 6.4.14 Kapitel 5.1, 6.4.1, 6.4.11 Kapitel 5.3, 6.4.8 Kapitel 5.3, 6.4.3 Kapitel 5.5 Kapitel 5.2, 6.2.1, 6.2.8, 6.2.9, 6.3.1, 6.4.4 6.4.5, 6.4.7, 6.5 Kapitel 5.6, 6.3.5 Kapitel 5.3 Kapitel 5.6, 6.3.5 Kapitel 5.1 Kapitel 5.5 Kapitel 5.1, 6.4.3, 6.2.5, 6.4.9 Kapitel 5.2 Kapitel 5.2, 5.3 Kapitel 5.4, 6.2.6, 6.3.5, 6.4.9, 6.4.13 Kapitel 5.5 Kapitel 3

XII

Schön, Michael Spath, Dieter von Briel, Ralph Westkämper, Engelbert Wiendahl, Hans-Hermann Winkler, Ralph Wurst, Ulrich Zahn, Erich

Kapitel 5.1, 6.2.5, 6.4.3, 6.4.9 Kapitel 5.4 Kapitel 7 Kapitel 1, 2, 3,4, 5.2, 5.3, 5.6 Kapitel 5.2, 7 Kapitel 7 Kapitel 5.3 Kapitel 5.1, 5.6

1.1 Zielsetzung

1

1 Einführung

„Alles ist im Fluss“, lautet eine alte griechische Weisheit von Heraklit. Dies gilt auch für industrielle Unternehmen. Doch die Entwicklung der Unternehmen, die von Menschen geschaffene Systeme sind, hängt nicht nur von externen, nicht oder nur schwer beeinflussbaren Faktoren ab, sondern in hohem Maße von den eigenen Handlungsweisen ab. Die vielen inneren und äußeren Einflussfaktoren auf Unternehmen bewirken Turbulenzen und wie in turbulenten Strömungen auch hohe Ineffizienzen und Verluste. Aus den Beispielen der Natur und Technik ist bekannt, dass nur die Organisationen langfristig lebensfähig sind, die sich an die Bedingungen anpassen können, wandlungsfähig und zugleich robust gegenüber den sich verändernden Umgebungsbedingungen sind. Diese Gedanken liegen dem Konzept eines „Wandlungsfähigen Unternehmens“ zugrunde. Es werden darin technische und organisationale Lösungswege gesucht, welche die permanente und schnelle Anpassung der inneren Organisation und Technik unterstützen.

1.1 Zielsetzung Wandlungsfähigkeit ist ein wichtiger Wettbewerbsfaktor für Unternehmen. Manche Experten setzen auf globale, zentral geführte Unternehmen, um durch Marktbeherrschung eine hohe Robustheit zu erzeugen. Viele Großkonzerne folgen diesem Ansatz. Andere setzen auf offene, sich permanent verändernde oder sogar hierarchielose Netzwerke autonomer Unternehmen, die spezifische Kompetenzen in die Ketten der Produktentstehung einbringen. Die Vernetzung hat zu einer drastischen Reduzierung der eigenen Wertschöpfung geführt und der außerbetrieblichen Logistik starke Impulse gegeben. Sie geben den Unternehmen zweifellos eine höhere strukturelle Wandlungsfähigkeit, verursachen jedoch auch höhere Aufwendungen in der Organisation und Ineffizienzen in den Schnittstellen. Die innere Wandlungsfähigkeit der Unternehmen verlangt ein grundlegendes Verständnis der industriellen Wertschöpfung, das sich an den Prozessketten von der Produktentstehung bis zur Herstellung und an der Kette

2

1 Einführung

vom Kundenauftrag bis zur Lieferung oder gar bis zum Lebensende des Produktes orientiert. Ändern sich Produkte, so müssen sich auch die Prozesse anpassen. Änderungen der Nachfrage sollten unmittelbar zur Veränderung der Abläufe genutzt werden. Aus der Produktion selbst kommen weitere Wandlungstreiber, wie beispielsweise Verbesserungen der Prozesse, Investitionen oder zufällige Ereignisse, wie Fehler oder Abweichungen von geplanten Aktionen. Schließlich induziert das Verhalten der Menschen selbst in den Unternehmen Turbulenzen. Die Zustände und laufenden Operationen eines Unternehmens können letztlich nur dann als befriedigend gelten, wenn zu jedem Zeitpunkt sichergestellt ist, dass das gesamte System am wirtschaftlich optimalen Betriebspunkt arbeitet. Die Unternehmen sind heute davon weit entfernt, da die Anpassung (vgl. Abb. 1.1) gar nicht oder zeitlich verzögert erfolgt. Input und Ziele sind dynamische Größen, die sich permanent verändern. Wandlungsfähige Unternehmen kennzeichnet dementsprechend die Geschwindigkeit der Veränderungen des Transformationsprozesses durch Anpassung (Adaption) an Veränderungen von Zielen und Input. Wandlungsfähigkeit muss in Technik und Organisation verankert werden. Künftige Strukturen müssen eine kontinuierliche Umplanung und Konfiguration des gesamten Produktionssystems ermöglichen. Veränderungsprozesse, die durch die Dynamik der Märkte und Technologien ausgelöst werden, sollten in kürzester Zeit und mit hoher Effizienz erfolgen. Diese Aufgabe ist mit herkömmlichen Methoden der Organisation nicht mehr zu bewältigen.

Störungen

Input

Transformation

Anpassung

Abb. 1.1 Anpassung des Transformationsprozesses „Produktion“

Output

Ziele

1.1 Zielsetzung

3

Keime für Turbulenzen in Unternehmen sind z.B. die zeitliche Entwicklung von Auftragseingängen, das Wegbrechen eines kompletten Absatzmarktes, das Auftreten von Konkurrenzprodukten, Verbesserung und Änderungen der Produkte, laufende Verbesserungen oder Änderungen in den Produktionsprozessen, Fehler und Abweichungen aus instabilen Prozessen, Verfügbarkeit und Leistungsschwankungen der personellen und maschinellen Ressourcen. Einen Lösungsansatz, der eine ausreichende Robustheit auch in turbulenten Umgebungen bietet, haben Wissenschaftler aus den Bereichen Betriebswirtschaft, Produktionstechnik, Arbeitswirtschaft und Betriebspsychologie sowie der Informatik entwickelt: das Stuttgarter Unternehmensmodell. Der Kern dieses Modells, die theoretischen Grundlagen und Ansätze sowie die exemplarische Anwendung in einer Modellfabrik, den Schwäbischen Pumpen-Werken SPW, werden in diesem Buch beschrieben. Dieses Buch soll nicht nur das Wissen über die entwickelten Methoden, Instrumente und Vorgehensweisen vermitteln, die Leser erhalten zudem das Hintergrundwissen zum turbulenten Umfeld, die theoretischen Grundlagen, auf welchen das Stuttgarter Unternehmensmodell erarbeitet wurde, weiterführende Literatur sowie – in der im Anhang aufgeführten Studie – bis heute unveröffentlichte Zahlen, Daten und Fakten in Bezug auf Wandlungsfähigkeit und Veränderungsbedarf. Anhand der im Kapitel 6 beschriebenen Modellfabrik kann logisch nachvollzogen werden, wie die einzelnen Methoden, Instrumente und Vorgehensweisen ihre Anwendung finden. Das vorliegende Buch richtet sich an mehrere Zielgruppen. Angesprochen sind Manager und Ingenieure sowie Experten aus den Bereichen Unternehmensplanung, Arbeits- und Prozessplanung, Unternehmensorganisation oder dem Industrial Engineering, die an der Gestaltung und Veränderung der Produktion beteiligt sind und fachliche Anregungen für die Weiterentwicklung ihrer Unternehmen suchen. Andererseits sind Studenten des Maschinenbaus, der Arbeitswissenschaften, angehende Wirtschaftsingenieure und Studenten der Betriebswirtschaftslehre angesprochen, die sich vorlesungsbegleitend oder auch im Selbststudium über die grundlegenden Ansätze der Wandlungsfähigkeit informieren wollen.

4

1 Einführung

1.2 Anwendungsbereich Ziel des Buches ist die Beschreibung und Erläuterung von Modellen, Methoden und Verfahren zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit in produzierenden Unternehmen. Im Fokus steht dabei die Wandlungsfähigkeit des Produktionsprozesses in der variantenreichen Serienproduktion. Entwicklungsprozesse und Distributionsprozesse wurden nur an den Schnittstellen betrachtet. Die Produktion wird als ein hierarchisches sozio-technisches System verstanden. In diesem System bewirken Menschen unter Nutzung von Maschinen, Informationen und Material eine Transformation vom Input zum Output. Das heißt, dass alle direkten und indirekten Prozesse einbezogen werden. Ganzheitliche Systeme unterstützen das Management und sind gleichzeitig Werkzeugkasten und Methodenkoffer für die Mitarbeiter eines Unternehmens, mit denen eine Wertschöpfung auf möglichst effiziente Weise erzielt werden soll. Effizienz wird nicht allein durch die Prozesse, sondern auch durch das in der Regel arbeitsteilige System erzeugt. Vorrangiges Ziel der in der Wirtschaft eingesetzten ganzheitlichen Produktionssysteme ist die Zusammenfassung, Integration und Anwendung von Methoden, Werkzeugen und Optimierungsstrategien sowie Best Practices zur erfolgreichen Lenkung und Verbesserung des Produktherstellungsprozesses hinsichtlich Kosten, Qualität und Zeit. Neben den technischen Konzepten im Bereich der Fabrik- und Prozessgestaltung enthalten Produktionssysteme auch die Methoden und Werkzeuge, welche eine optimale Betriebsorganisation im Bereich der Planung und Steuerung sicherstellen. Das Stuttgarter Unternehmensmodell formuliert ein ganzheitliches Produktionssystem mit einem Grundmodell für das Erzeugen von struktureller Wandlungsfähigkeit. Es liefert Methoden, Instrumente und Vorgehensweisen für die wesentlichen Problemstellungen im Betrieb des Unternehmens zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit mit: • Strategien, Führungs- und Controllingkonzepten, • Planung von Strukturen und von adaptiven Montage- und Bearbeitungssystemen, • Nutzung von Potentialen der Mitarbeiter, • Prozessen der Planung und Steuerung wandlungsfähiger Strukturen, • Informationssystemen, • Wissensmanagement.

1.2 Anwendungsbereich 5

Die Einsetzbarkeit der entwickelten Methoden, Instrumente und Vorgehensweisen als Reaktion auf Turbulenzen wurde in einer digitalen Modellfabrik, den Schwäbischen Pumpen-Werken, nachgewiesen und ist in Kapitel 6 anhand zweier Szenarien detailliert dokumentiert. Das grundlegende Modell kann in vielen Unternehmen mit variantenreicher Fertigung technischer Produkte eingesetzt werden. Es zielt zwar auf die innere Wandlungsfähigkeit, kann aber auf vernetzte Produktionen mit hoher Dislozierung und hoher Autonomie übertragen werden. Das Buch stellt zunächst die wesentlichen und grundlegenden Faktoren vor, welche Turbulenzen erzeugen. Es folgt dann eine Darstellung ganzheitlicher Produktionssysteme, bevor das Stuttgarter Modell beschrieben wird. In der Folge werden die Kernelemente der Wandlungsfähigkeit und methodische Ansätze beispielhaft erläutert. Die Umsetzung in einer Modellfabrik soll das Konzept veranschaulichen. Den Abschluss bildet die Dokumentation einer umfangreichen Unternehmensstudie über Wandlungsfähigkeit.

2.1 Wertschöpfung durch industrielle Produktion

7

2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen

2.1 Wertschöpfung durch industrielle Produktion Die Produktion trägt entscheidend zur gesamten Wertschöpfung in Deutschland mit mehr als einem Drittel aller Beschäftigten bei. Die direkte Wertschöpfung ist dabei für ein rohstoff- und energiearmes Land allein durch Veredelung und technisches Know-how sowie mit der Herstellung von Produkten für den Binnen- und Weltmarkt möglich. Die Produktion hat die zentrale Aufgabe, die primären Bedarfe der Haushalte sowie die sekundären Bedarfe der produzierenden Unternehmen an Produkten und Dienstleistungen zu decken. Der primäre Bedarf entsteht in den Haushalten. Sie benötigen Nahrung und Energie, Dienstleistungen und industriell oder handwerklich hergestellte Produkte. Die Produktion versteht sich in diesem Kontext als Lieferant von Produkten und Leistungen an die Haushalte und an weiterverarbeitenden produzierenden Unternehmen. Die Produktion innerhalb der gesamten Wertschöpfungskette und ihre Beziehungen wird in Abb. 2.1 dargestellt. Dienstleistung für die Haushalte

Dienstleistung für die Produktion

Primärer Bereich

Haushalte

Produktion

Material

ƒ Land-, Forstwirtschaft ƒ Fischerei

ƒ Bedarf ƒ Verbrauch

ƒ Be- und Verarbeitung ƒ Montage

ƒ Urproduktion ƒ Veredelung

Energie

Abb. 2.1 Die Produktion in der Wertschöpfungskette

Produktionsausrüstung

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2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen

Die Produktion umfasst nicht den primären Bereich, sondern die industrielle und handwerkliche Fertigung, den Materialbereich, die produktionsnahen Dienstleistungen und die Ausrüstung. Es wird dabei von einem ganzheitlichen Ansatz ausgegangen, welcher der zunehmenden Integration und Verflechtung von Unternehmen, Kunden und Märkten Rechnung trägt. Die produzierende Wirtschaft ist die Basis einer Volkswirtschaft, die durch ihre Wertschöpfung mit technischen Produkten und produktbegleitenden Dienstleistungen allein den Wohlstand der Gesellschaft erzeugen kann.

2.2 Globale Märkte – Globaler Wettbewerb Die Märkte sind heute global. In einer Zeit des schnellen Transfers von Information, Material und Finanzen musste sich zwangsläufig eine Globalisierung einstellen. Die Globalisierung entstand dabei durch eine Vielzahl von neuen Gegebenheiten, wie die folgenden: • Informationen lassen sich heute nahezu unkontrolliert in kürzester Zeit um die Welt schicken. • Der Handel mit Produkten wurde durch internationale Vereinbarungen und durch große Wirtschaftsräume (Triade: USA, EU, Japan) geöffnet. • Logistische Systeme sind längst globalisiert, so dass Produkte in großen Mengen schnell von den Herstellern zu nahezu allen Orten der Welt transportiert werden können. • Die Finanzen fließen dahin, wo besondere Profite erzielbar sind. In dieser Welt verschiebt sich die Wertschöpfung dahin, wo die großen Märkte und die günstigsten Produktionsvoraussetzungen gegeben sind. Die wichtigsten Absatzmärkte und der größte Teil der Weltproduktion konzentrieren sich auf die Triade. In Abb. 2.2 erkennen wir, dass die Verlagerung der Produktion immer schneller zu den Schwellenländern hin erfolgt und in den Zentren der Triade strukturelle Veränderungen bewirkt. Die Sicherheit und die Offenheit des Transfers von Informationen, Material und Finanzen sind maßgebliche Faktoren der Verschiebung von Produktion und Konsum. Wir können heute davon ausgehen, dass Produktionsstandards (Systeme, Methoden, Technologien) in kürzester Zeit an nahezu jedem Ort der Welt, an dem die Rahmenbedingungen stabil sind, auf globalem Niveau, d.h. in der geforderten Zeit, mit der benötigten Qualität und in dem bereitgestellten Kostenrahmen, realisierbar sind.

Anteil am Gesamtkonsum

2.3 Wandlungstreiber

100 % 80

9

Triade USA,EU,Japan Schwellenländer

n tio a r g Mi

60 40 20

Entwicklungsländer 20

40

60

80 % 100

Anteil an der Gesamtproduktion Abb. 2.2 Wertschöpfung und Konsum in der Triade

Da wir in Deutschland in den meisten Wirtschaftssektoren Nachteile in den Rahmenbedingungen wie verfügbaren Ressourcen und Kosten der Arbeit haben, setzt für uns der Erhalt der internationalen Wettbewerbsfähigkeit in der direkten Wertschöpfung eine permanente Innovations- und Wandlungsfähigkeit von Strukturen, Organisation und Technik voraus.

2.3 Wandlungstreiber Die Unternehmen der verarbeitenden Industrie operieren heute in einem turbulenten Umfeld, welches vor allem durch die Technik, die Internationalisierung der Märkte und die permanente Veränderung von Angebot und Nachfrage bestimmt wird. Nahezu alle Faktoren außerhalb der Unternehmen verändern sich dynamisch. Aufgrund der Vielzahl der Faktoren und deren Wirkung auf die Produktion kann deshalb von einem turbulenten Umfeld gesprochen werden. Aber auch das innerbetriebliche System ist als turbulent zu bezeichnen. Veränderungen der inneren Organisation, die Verfügbarkeit von Ressourcen und Leistungsschwankungen destabilisieren das „System Produktion“. Dabei gibt es Szenarien, die in besonderem Maße Wandlungen und Veränderungen treiben, wie beispielsweise:

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2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen

• Verschärfung der Turbulenzen im Hinblick auf Produktvarianten, Mengen (Stückzahlen, Losgrößen), sowie Auftragseingang, Auftragszusammensetzung, Lieferfristen und Termine; • Zunahme der Änderungen und Neuerungen in laufenden Produktprogrammen infolge differenzierter Nachfrage und Varianten sowie infolge technisch/wirtschaftlich bedingter Verbesserungen und Änderungen in laufenden Serien; • späteste Festlegung der Produktkonfigurationen und kürzere Einführungs- und Anlaufphasen neuer Produkte; • Druck auf Preise und Kosten infolge der Marktsituationen; • Druck auf kurzfristige positive Ergebnisse aus den Kapitalmärkten; • Regularien, Gesetze, Vereinbarungen mit Wirkung auf Produkte und Produktionsabläufe; • lokale Einflüsse an den Standorten. Produkte Märkte Auftragsentwicklung

Organisation Management Methoden I&K-Systeme Technische Innovationen

(Globale) Wettbewerber

Industrielle Fertigung Standort Gebäude Maschinen Betriebsmittel Prozesse

Mitarbeiter - Qualifikation - Motivation - Kosten

Tarifliche Vereinbarungen Gesetze, Richtlinien Betriebsvereinbarungen

Finanzierung Kapitalmärkte

Abb. 2.3 Wandlungstreiber in der industriellen Fertigung

Die äußeren und inneren Wandlungstreiber tragen die Merkmale von Turbulenzen, die auf starre und wenig änderungsbereite Organisationen und Techniken treffen (Abb. 2.3). In der Vergangenheit lag das Interesse des Managements vor allem in der Beruhigung der internen Prozesse durch eine funktionale Organisation und durch Vorhalten von Reserven. Die Märkte ließen längere Lieferzeiten zu, so dass die Kapazitäten abgeglichen werden konnten. Längere Zeiträume von der Produktentwicklung bis zur Markteinführung gestatteten ein sequentielles Vorgehen. Personelle Reserven schufen den Spielraum für Unvorhergesehenes. Flexibilität wurde durch hohe und breite Eigenfer-

2.3 Wandlungstreiber

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Relative Entwicklung des Auftragseingangs 120 %

Vorjahr

100 80 60 vor 2 Jahren

Vor 1 Jahr

40

100%=Planwert Vorjahr

tigung gewährleistet. Reserven an Material und unfertigen Erzeugnissen könnten Engpässe überwinden. Ein typisches Beispiel für Turbulenzen in den Unternehmen ist die zeitliche Entwicklung der Auftragseingänge. Geht man davon aus, dass Unternehmen immer besser auf die Bedürfnisse der Märkte und die Anforderungen der Kunden reagieren müssen und die Produkte in immer kürzerer Frist mit niedrigsten Beständen zu fertigen und zu liefern sind, dann können Auftragsschwankungen nicht mehr zeitlich ausgeglichen werden. Abb. 2.4 zeigt den Verlauf der Auftragseingänge eines Unternehmens.

20 0 Jan. Febr. März April Mai

Juni Juli

Aug. Sept. Okt. Nov. Dez.

Abb. 2.4 Relativer Verlauf des Auftragseingangs in einem Unternehmen

Unternehmen gelten als wandlungsfähig, wenn sie die Strukturen der Organisation und der Ressourcen permanent an veränderte Bedingungen und Situationen der Auftragslage kurz- mittel- und langfristig anpassen können. Es sind also insbesondere die Skalen der Strukturen der Ressourcen von einzelnen Prozessen, Arbeitsplätzen und Einrichtungen bis hinauf zu den Strukturen der Standorte und Netzwerke zu betrachten. Die zeitlichen Skalen beziehen kurzfristige Veränderungen der Prozesse, der Maschinen und Systeme, der Fabriklayouts und des Auftragsmanagements ein. Langfristig geht es um die Gestaltung der Netzwerke und Fabriken. Ziel ist es, die Veränderungsprozesse in kürzester Zeit mit höchster Effizienz und ausreichender Detaillierung zu planen und auszuführen. Heute und noch mehr in der Zukunft stehen die Kunden und kundenspezifischen Leistungen im Zentrum des Wettbewerbs. Ein vollständiges „Customizing“ mit extrem verkürzten Fristen (five days car) und die Ausweitung der Bandbreite von Technologien in modernen Produkten bis hin

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2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen

zu komplexen mechatronischen Systemen lassen die indirekten und nicht wertschöpfenden Anteile (Rüsten) extrem ansteigen. Gleichzeitig werden den Produzenten die Reserven an Ressourcen genommen, um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen und die Fristen der Ausführung zu verkürzen. „Time to Market“, „Just in Time Manufacturing” oder „Lean Manufacturing” sind Begriffe, die die Organisation prägen. Da die Einflussfaktoren auf die Unternehmen sich permanent ändern und zugleich die Anforderungen an die Qualität und Rentabilität steigen, wächst die Notwendigkeit der schnellen Adaption des gesamten Produktionssystems.

2.4 Fabriken im Wandel der Zeit Unter dem Eindruck der technischen Möglichkeiten und der Anforderungen an Rationalität und Effizienz haben sich die Ansätze der Gestaltung von Fabriken grundlegend verändert. Abb. 2.5 zeigt in schematischer Form verschiedene Ziele, wie Optimierung von Zeit und Kosten oder einer Nullfehler-Produktion. Lange Zeit beherrschte die Rationalisierung die Strategien zur Verbesserung der Effizienz. Zeiten und Kosten waren dominierende Zielkriterien. Automatisierung war schon immer ein Mittel zur Verbesserung der Produktivität. Aber erst durch den Einsatz von Rechnern in den Fabriken wurde es möglich, eine flexible Automatisierung zu erreichen. Es folgten dann andere Leitlinien wie die Lean-Fabrik, die Fraktale Fabrik, die humanorientierte Fabrik oder die qualitätsorientierte Fabrik. Heute liegt das Anliegen der Gestalter im Bereich schnell veränderbarer Fabriken als atmende oder temporäre Fabrik. Neue Werkzeuge der Planung führen zu Begriffen wie der digitalen Fabrik und es ist abzusehen, dass in der zukünftigen wissensorientierten Fabrik die Verfügbarkeit von Informationen zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort (Ubiquitous Computing) zu einer neuen Generation von Fabriken, der „Smart Factory“ führen wird. In der fernen Zukunft werden Fabriken sich nochmals strukturell stark verändern, da sich aus dem Bemühen um höchste Effizienz Einsatzfelder für Höchstleistungstechnologien und zugleich energiesparender Verfahren entwickeln. Fabriken der Zukunft werden zu intelligenten Systemen, die aus der Vergangenheit lernen (Erfahrungswissen) und zugleich die Zukunft präziser als bisher prognostizieren können. Treiber sind die Informations- und Kommunikationstechniken sowie die Verankerung von Wissen in Prozessmodellen und Simulationssystemen. Sie werden ein Lernen auch aus der Zukunft ermöglichen.

2.5 Wandlungsfähige Unternehmen

Kostenoptimal Automatisiert

Nutzungsoptimal

Zeitoptimal

Flexibel Wandlungsfähig

Humanzentriert Umweltverträglich Null-Fehler

• • • • • • • • • • • • • •

13

Rationelle Fabrik Flexible Fabrik Automatisierte Fabrik Segmentierte / Modulare Fabrik Schlanke Fabrik (Lean) Fraktale Fabrik Agile / Vitale Fabrik Humane Fabrik Null Fehler Fabrik Schnelle Fabrik Temporäre Fabrik Digitale Fabrik Virtuelle Fabrik Smarte Fabrik

Abb. 2.5 Fabriken im Wandel der Zeiten

Festzustellen bleibt, dass die grundlegenden Paradigmen zu strukturellen Veränderungen führen, denn sie betreffen die Aufgaben und Arbeitsweisen sowie die einzusetzenden Ressourcen.

2.5 Wandlungsfähige Unternehmen Im Zusammenhang mit Wandlungsfähigkeit läge es nahe, erneut auf die alte Forderung nach höherer Flexibilität und die früheren Konzepte der flexiblen Fertigung und Montage aus den 90er Jahren zurückzukommen, um z.B. den Umrüstaufwand für wechselnde Produktionsaufgaben zu senken. Viele Unternehmen haben mit diesen Konzepten insgesamt umfangreiche Erfahrungen gemacht und überwiegend große Erfolge erzielen können. Sie stellten jedoch oftmals fest, dass der Flexibilität und Automatisierung Grenzen gesetzt waren. Die alten Ansätze erweisen sich heute nicht mehr als ausreichend, da sie sich zu sehr auf einzelne Arbeitsvorgänge und auf die Maschinen mit ihrer technischen und logistischen Peripherie sowie auf die informationstechnische Integration konzentriert haben. Flexible Fertigung war auf Maximierung der technischen und zeitlichen Nutzung für kleine und mittlere Stückzahlen ausgerichtet. Im Zentrum standen technische Entwicklungen. Heute und in der Zukunft benötigen Unternehmen eine strukturelle Wandlungsfähigkeit. Sie bezieht sich auf die Organisation und die Technik und wird entscheidend durch moderne Informations- und Kommunikationstechnik geprägt.

14

2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen 50 % 45%

Anteil der Nennungen

45 %

47%

40 % 35 % 30 % 25 % 20 % 15 % 10 % 5%

6% 1%

2%

unwichtig

überaus wichtig

Abb. 2.6 Wichtigkeit von Wandlungsfähigkeit als Erfolgsfaktor

Wie Abb. 2.6 zeigt, ergab eine Umfrage, dass die Unternehmen die Wandlungsfähigkeit als ein zentrales Element im globalen Wettbewerb einschätzen.Ausgehend von einer Definition und Beurteilung der Wandlungsfähigkeit von Unternehmen in turbulenter Umgebung, sollen im Folgenden Strategien und Methoden diskutiert werden, welche zu einer neuen Dynamik beitragen. Wie schon in Kap. 2.3 gezeigt, sind – neben der Technik – ökonomische Zwänge, Veränderungen der Auftragsentwicklung und Auftragszusammensetzung wie auch interne Prozesse der Verbesserung von Abläufen und Organisation sowie neue Technologien Treiber der Wandlungsfähigkeit. Wie auch immer die Veränderungsprozesse betrieben werden, sie müssen in kurzer Zeit mit geringsten Aufwendungen erfolgen. Wandlungsfähigkeit hat einen zeitlichen Aspekt. Es ist nicht die Frage, ob die Bereitschaft zum Wandel im Management vorhanden ist. Dies streben sicher alle Verantwortlichen im Management permanent an. Entscheidend ist, in welcher Zeit und mit welchem Aufwand Veränderungen erreichbar sind und wie nah das Unternehmen in den jeweiligen Situationen an das betriebswirtschaftliche Optimum herankommt. Ein System wird als wandlungsfähig bezeichnet, wenn es aus sich selbst heraus über gezielt einsetzbare Prozess- und Strukturvariabilität sowie Verhaltensvariabilität verfügt. Gelingt es, einen Weg zu beschreiten, der eine kontinuierliche Anpassung der Unternehmensstrukturen ermöglicht, so werden erhebliche Effizienzverbesserungen erreicht.

2.6 Grenzen der Wandlungsfähigkeit

15

Produktionsnetzwerk

Ökonomische Entwicklung Auftragsentwicklung

Wandlungsfähigkeit der Unternehmensstrukturen

Interne Veränderungen Technologie Methoden

Arbeitsplätze Kurzfristig

Mittelfristig

Langfristig

Abb. 2.7 Bilanzgrenze der Wandlungsfähigkeit

2.6 Grenzen der Wandlungsfähigkeit Wandlungsfähigkeit kann Unternehmen große Vorteile im kundenorientierten Wettbewerb bringen, da die Strukturen heutiger Unternehmen im Allgemeinen nur begrenzt wandlungsfähig sind. Abb. 2.7, zeigt die zeitlichen Grenzen des Handlungsspielraums zur Veränderung der Strukturen bezüglich der Immobilien und Mobilien, ebenso wie in Bezug auf die personellen Ressourcen und die in den Informationssystemen etablierten Methoden. Es stellt sich zunächst im Grundsatz die Frage, ob diese Strukturen überhaupt und, falls ja, in welchen Zeiträumen veränderbar sind. Heute zählen die Gebäude, Anlagen und Maschinen zu den langlebigen strukturellen Komponenten der Unternehmen. Ihre Veränderung bedarf intensiver Planung und langer Entscheidungswege. Fabriken werden mit Perspektiven von mehr als 30 Jahren gebaut. Maschinen und Anlagen haben eine technische Lebensdauer von mehr als 15 Jahren. Nur sehr wenige Produkte erlauben eine sichere Prognose über die kommende Entwicklung der technischen Anforderungen oder der langfristigen Nachfrage. Zu den beharrenden strukturellen Elementen zählen aber auch die personellen Ressourcen. In diesen manifestiert sich das Potential der Mitarbeiter über lange Zeit. Eine Veränderbarkeit ohne tief greifende Einschnitte in die Organisation, die Qualifikation oder gar die Beschäftigung ist offensichtlich bei einem Primat der Beschäftigung nur in extremen Situationen möglich.

16

2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen

Dem Paradigma der nachhaltigen Nutzenmaximierung von Ressourcen folgend, entwickeln sich Unternehmensstrukturen zu starren und unflexiblen Einrichtungen. Organisation, Immobilien, Mobilien, Systeme und Personalstrukturen lassen sich in der Regel nur langfristig an die Erfordernisse der Auftragssituationen anpassen. Daraus kann prinzipiell der Schluss gezogen werden, dass Unternehmen nur gelegentlich im Bereich des betriebswirtschaftlichen Optimums operieren. In der Regel findet die Anpassung der Strukturen im Rahmen der Geschäftsplanung statt. Die Entwicklung der Ergebnisse veranlasst das Management zu Veränderungen wie beispielsweise Investitionen oder Projekten der Anpassung von Personalkapazitäten. Im Hinblick auf die kurzfristigen Veränderungen der Auftragssituationen und der Auftragszusammensetzung wäre eine kontinuierliche Planung – in situ-Planung – die richtige Strategie. Sie müsste aber eine Vorausschau oder Prognose enthalten, welche die mittel- und langfristigen operativen Ziele berücksichtigt. Die Forderung nach einer kontinuierlichen Veränderung und Anpassung der eingesetzten Ressourcen steht im Widerspruch zu der Forderung nach gleichmäßiger und abgleichbarer Auslastung. Es handelt sich hier also um einen Zielkonflikt. Lösungswege finden sich nur dann, wenn es gelingt die Planungszeiten und Aufwendungen extrem zu reduzieren und mit einem strengen Bezug zur Realität ablaufen zu lassen. Simulationstechniken werden deshalb in der Zukunft eine wesentliche Bedeutung bekommen, um die Strukturen der Produktion permanent zu optimieren. Fazit: Permanente Rekonfiguration und Adaption der Strukturen durch eine partizipative und permanente Planung ist die Aufgabe des zukünftigen „Industrial Engineering“. Selbst die in den Informationssystemen enthaltenen Methoden der Organisation lassen sich heute nur mittel- bis langfristig verändern, obwohl gerade auf diesem Gebiet hohe Innovationsraten kennzeichnend sind. Elemente der Unternehmensstrukturen

Organisation

Immobilien

• Aufbauorganisation

• Liegenschaften - Art, - Standort - Bebauung • Flächen, Gebäude • Infrastruktur • Medienver- und -entsorgung

• Ablauforganisation • Methoden

Mobilien • Maschinen/ Anlagen - Art, Anzahl - Alter • Betriebsmittel • Material • Betriebsstoffe • Fahrzeuge

Systeme • IV- Hardware • Netzwerke • IV- Software • Kommunikation Anlagen und Systeme

Personal • Anzahl Alterstruktur • Altersstruktur • Qualifikation • Soft-Skills

Veränderbarkeit in Abhängigkeit von der Unternehmensentwicklung ?

Abb. 2.8 Begrenzende Faktoren der Wandlungsfähigkeit von Fabriken

2.6 Grenzen der Wandlungsfähigkeit

17

Je höher die Kapitalbindung durch Investitionen ist, umso geringer ist die Bandbreite der Auslastung, in der wirtschaftlich operiert werden kann. Moderne Produktionskonzepte, welche aus wirtschaftlichen Gründen immer weiter in die Grenzbereiche der Beherrschbarkeit der Technologien und Abläufe vordringen, grenzen den Handlungsspielraum weiter ein (Abb. 2.8). Unternehmen, die ihre Produktion vollständig neu strukturiert und dabei Teilbereiche aufgelöst und fremd vergeben haben, konnten neue Potentiale aktivieren. Sie konnten durch das Outsourcing eine Bindung an vorhandene strukturelle Bereiche und deren Auslastung reduzieren. Wenn andere Technologien gebraucht wurden, fanden sie diese in den Zuliefermärkten. In der Folge hat sich in vielen Unternehmen die Eigenfertigung deutlich verringert. Dadurch wurden einerseits Freiräume in Bezug auf Kapazitäten geschaffen, andererseits aber die Wege zur Durchführung von Veränderungsprozessen verlängert. Es sind vor allem die fixen Kosten, welche den strukturellen Handlungsspielraum der Unternehmen begrenzen. Hohe Kapitalkosten an den Arbeitsplätzen verlangen eine hohe zeitliche Auslastung. Dies trifft insbesondere für die kapitalintensiven Bereiche der Produktion zu, die durch Automatisierung und durch Technologien bedingt sind. Der Zwang zur Maximierung der Auslastung und Nutzung der Ressourcen ist in Abb. 2.9 dargestellt. Fixe Kosten, zu denen die Kapitalkosten und Kosten für die Instandhaltung zu zählen sind, zwingen Unternehmen zur konstanten und hohen Auslastung. Dies verträgt sich nur schwer mit schwankender Nachfrage und schwankender Auftragslage bei kurzen Lieferfristen. Bei kapitalintensiver Produktion verflacht die Linie der auslastungsabhängigen Kosten. Das Toleranzfeld aus Kosten und Erlösen wird auf hohem Niveau eng und zwingt zum zeitlichen Ausgleich der Kapazitäten. Personalkosten zählen zwar nicht zu den fixen Kosten, da die Anpassung der Beschäftigung an schwankende Auftragsentwicklungen aber nur verzögert erfolgen kann, muss man diese auch zu den fixen Kosten zählen. Sie begrenzen die Dynamik der Wandlung in mehrfacher Hinsicht. Ein weiterer Ansatz für die Steigerung der Dynamik von Unternehmen ist die Aktivierung der Flexibilitäts- und Leistungspotentiale der Mitarbeiter. Neue Formen der Führung und Arbeitsorganisation setzen auf Selbstorganisation und Selbstoptimierung. In vielen Projekten konnte nachgewiesen werden, dass durch diesbezügliche Methoden überdurchschnittliche Leistungssteigerungen erzielbar waren. Solange der Spielraum für flexible Arbeitszeiten aber durch tarifliche oder betriebliche Bindungen begrenzt ist, wird auch damit kein spürbarer Gewinn zur Ausweitung der Wandlungsfähigkeit erreicht.

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2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen Begrenzung der Dynamik durch die Fixkosten …

Kosten

Erlös variable Kosten Fixkosten - Kapital - Personal

untere Grenze Kosten

Arbeitsbereich obere Grenze Kapazität

Auslastung

Abb. 2.9 Maximierung der Auslastung und Nutzung von Ressourcen

Deshalb liegen begrenzende Faktoren sicherlich in der Flexibilisierung der Arbeit und der Arbeitszeiten sowie in spezifischen Betriebsvereinbarungen, welche einen Wechsel von Arbeitsplätzen entsprechend der Auftragssituation erschweren oder sogar verhindern. Schließlich sei noch auf die Begrenzung der Kompetenzen durch das Qualifikationsprofil verwiesen.

2.7 Unternehmen kontinuierlich adaptieren Es wurde deutlich, dass die Aufgabe der Gestaltung von Unternehmen zu einem kontinuierlichen Prozess werden muss. Er ist auf die kurzfristige Optimierung der Strukturen in Abhängigkeit der Veränderungen von Auftragszusammensetzungen, auf die Anpassung der Kapazitäten, auf Umrüstungen und Anlaufprozesse während des laufenden Betriebes und auf eine durch die Produktlebensdauer bestimmte Perspektive auszurichten. Unter den realen Bedingungen der industriellen Produktion liegt in der Effizienz der Anpassungsprozesse ein entscheidender Faktor der Wettbewerbsfähigkeit. Fabriken müssen heute und in der Zukunft permanent an die kurzfristigen Aufgabenstellungen angepasst, verändert und mit dem Wissen um neue Technologien optimiert werden. Hieraus resultiert eine neue und wachsende Aufgabenstellung für die Planungsprozesse mit neuen Paradigmen und Zielsetzungen. Eine periodische Planung kann den Anforderungen nicht gerecht werden, da sie zu hohe Zeitverluste verursacht. Der kontinuierlichen Planung mit kurzen Planungszeiten, flexiblen Zeithorizonten und hoher Realitätsnähe gehört die Zukunft. Es muss wieder möglich werden, Fabriklayouts und Systemumrüstungen an einem Tag zu pla-

2.8 Der neue Taylorismus

19

nen und mit allen Beteiligten abzustimmen. Anlaufprozesse müssen bei laufendem Betrieb und ohne Verluste erfolgen. Voraussetzung für eine kontinuierliche Planung ist die Verfügbarkeit aller für Planungsprozesse benötigten Daten (Digitalisierung der Fabrik) sowie von Systemen, welche die partizipative und kontinuierliche Planung unterstützen. Ferner erweisen sich die Simulationstechniken als ein wirksames Hilfsmittel zur Bewertung dynamischer Veränderungen in den verschiedenartigsten zeitlichen und räumlichen Skalen. Dieser Technik muss in der Zukunft eine weit höhere Bedeutung beigemessen werden, wenn man sie zur Optimierung der Produktion kontinuierlich einsetzen will. Wandlungsfähigkeit ist eine Herausforderung für alle Ebenen der Produktion von den Prozessen bis zu den Produktionsnetzwerken. Um sie voranzutreiben bedarf es der Initiativen des Managements und der Integration der Planung. Es scheint sinnvoll, ein neues Verständnis von Industrial Engineering in den Unternehmen zu etablieren, welches sowohl die strategischen als auch die unmittelbaren operativen Aufgaben der Prozessplanung (Mikro-Makro) übernimmt.

2.8 Der neue Taylorismus Vor fast einem Jahrhundert begann die Industrialisierung bei der Herstellung technischer Produkte. Sehr früh wurde von Taylor und anderen erkannt, dass Technik und Organisation aufeinander abzustimmen sind, um eine höhere Effizienz zu erreichen. Taylor formulierte dazu vor nahezu 80 Jahren seine grundlegenden Thesen zur wissenschaftlichen Betriebsführung. (Abb. 2.10) Er ging davon aus, dass durch eine wissenschaftlich fundierte Analyse der Arbeit und durch Planung ein hohes Rationalisierungspotential erschlossen werden kann. Wissenschaftliche Methoden

Scientific Management (Planung)

Analyse

Anweisung

Arbeiter Maschine

Arbeitsteilung bis auf elementare Prozesse

Abb. 2.10 Das Taylorsche Prinzip der wissenschaftlichen Betriebsführung

20

2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen

Die Analyse der Arbeit auf Basis der elementaren Arbeitseinheiten sollte mit Anweisungen an die Mitarbeiter verbunden sein, damit diese – ihren individuellen Fähigkeiten entsprechend – eine optimale Leistung erbringen können. Taylor richtete seine Gedanken insbesondere an das Management der Produktion und forderte im Grundsatz eine Planung der Fertigung auf Basis wissenschaftlicher Methoden und den Ausgleich der Interessen von Arbeitern und Unternehmen. Taylor spricht von „scientific management“ und versteht darunter die Anwendung von wissenschaftlich gesicherten Methoden zur Optimierung der Arbeit in industriellen Unternehmen. Er sah in der Skalierung der Prozesse bis hin zu elementaren Operationen den Schlüssel einer rationellen Leistungserbringung. Dieses Ansinnen der wissenschaftlichen Durchdringung hat bis heute seine Gültigkeit. Der sogenannte Taylorismus wurde als ein Mittel der Rationalisierung durch Arbeitsteilung verstanden. Aus diesem Gedankengut heraus entwickelten sich eine Methodenlehre und eine Arbeitsvorbereitung, die vor allem den Arbeiter und die Maschinen in den Mittelpunkt der Optimierung rückten. Es entstanden ausgeklügelte Zeit- und Lohnsysteme, Kalkulations- und Steuerungsverfahren sowie neue Formen der Organisation, die wir heute als Taylorismus bezeichnen. Zweifellos förderte der Taylorismus die Entwicklung und Anwendung neuer wissenschaftlich begründeter Methoden und trug maßgeblich zum Ausgleich der Interessen von Arbeitgebern und Arbeitnehmern bei. Heute benötigen wir die Fähigkeit zur Arbeitsteilung ebenfalls, um die Prozesse beherrschbar und zuverlässig (Performance) zu machen. Wir müssen aber außerdem die Produktion als ein skaliertes und komplexes System verstehen, das insgesamt optimiert werden muss. Auch steht nicht mehr alleine die manuelle Arbeit im Vordergrund sondern die an Maschinen und Anlagen durchgeführte Arbeit sowie die Organisation ganzer ja sogar global verteilter Prozesse der Produktentstehung. Taylors grundlegende Ansätze, verbunden mit dem systemtechnischen Modell, ergeben das, was man als den „neuen Taylorismus“ bezeichnen könnte. In diesem spielen Automatisierung und vernetzte Information auf detailliertester Ebene eine wichtige Rolle. In einer Zeit des globalen Wettbewerbs und turbulenter Einflussfaktoren auf die Produktion, einer verteilten und vernetzten Fertigung mit hochautomatisierten und integrierten Maschinen sowie extremen Anforderungen an Qualität und Präzision stellt sich die Frage, ob eine moderne Fertigung noch nach taylorschen Prinzipien aufgebaut sein kann. Insbesondere aber stehen heute andere Methoden der Planung zur Verfügung und das Qualifikationsniveau der Mitarbeiter ist weit höher als noch vor Jahrzehnten.

2.8 Der neue Taylorismus

21

In vielen Unternehmen wurden die Arbeitsvorbereitungen drastisch verringert. Veränderungen der Arbeitsinhalte sind heute im kurz- und mittelfristigen Bereich festzustellen. Wir verfügen über eine Hochleistungstechnik und über hochqualifizierte Mitarbeiter. Integrierte Planungssysteme bis hin zur digitalen Fabrik, adaptive technische Systeme mit hoher interner technischer Intelligenz, Operationen in Genauigkeits- und Geschwindigkeitsbereichen, die sich der menschlichen Wahrnehmung entziehen, stehen uns zur Verfügung. Andererseits kennzeichnen schnell wechselnde Fertigungsaufgaben kleiner Stückzahlen und kooperative Arbeitsteilung mit peripheren, selbständigen Unternehmen die hohe Dynamik in der industriellen Fertigung. Trotz der umfangreichen Erfahrungen und hervorragenden Methoden erreichen viele Unternehmen dennoch nicht die erwartete Effizienz, weil ihre Organisation noch immer viel zu stark durch traditionelle Formen und Methoden des Taylorismus geprägt ist und Veränderungen nur reaktiv vollzogen werden. Dennoch soll eine auf taylorschen Prinzipien beruhende These aufgestellt werden. Nach Taylor können durch eine wissenschaftlich fundierte Analyse und Synthese Rationalisierungspotentiale erschlossen werden. Dies gilt in besonderem Maße für die maschinelle Arbeit und trägt der Veränderung der manuellen Arbeit durch die moderne Technik und den Einsatz analytischer Werkzeuge (Simulation) bereits vor Beginn der Ausführung Rechnung (Abb. 2.11).

Automatisierung und Integration erfordert Taylorismus Detaillierung und Elementarisierung der Arbeitselemente durch spezialisierte Systeme

Informations-Maschine Bauteilkonstruktion

Manuelle Arbeit erfordert Scientific Management Planen Programmieren Optimieren

Arbeitsfolgen Arbeitsoperationen Programme

Ausführung nach Anweisung (Programme)

Abb. 2.11 Taylorismus für die maschinellen Prozesse

Einstellen Rüsten Überwachen Pflegen Warten Instandhalten

22

2 Turbulentes Umfeld von Unternehmen

Deshalb lautet die These: • Maschinelle Arbeit erfordert ein elementares auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhendes Studium der Prozesse und Abläufe (Programme). • Die verbleibende manuelle Arbeit erfordert von Mitarbeitern ein „scientific management“ um extreme Leistungen (Performance) mit den Maschinen zu erzielen. • Das „scientific management“ bedarf eines expliziten und impliziten Wissens, das auf die konkreten Fertigungsaufgaben und Gegebenheiten vor dem Beginn der Fertigung anzuwenden ist. • Die These soll noch um einen systemtechnischen Aspekt ergänzt werden: nicht allein die Leistung einzelner Maschinen sondern die Leistung des Produktionssystems ist relevant für das Optimum an Effizienz. In Abweichung zu den taylorschen Prinzipien der Optimierung auf der Basis von Arbeitselementen sind wir in Teilbereichen der Fertigung bereits in der Lage auf atomarer Ebene Prozesse zu analysieren und zu optimieren. Prozessmodelle beinhalten das explizite Wissen um die Wirkzusammenhänge. Es gelingt uns in der technologischen Forschung von der früheren rein experimentellen Forschung zu einer Analytik und Synthese von Prozessen zu gelangen, die auf grundlegenden naturwissenschaftlichen Phänomenen und Gesetzen beruht. Ohne dieses Wissen könnten wir heute nicht in die technologischen Grenzbereiche von Leistung und Präzision vorstoßen. Modelle sind die Basis für Simulationen. Durch Simulation nehmen wir das detaillierte Studium der Arbeitsabläufe vorweg und optimieren es im Hinblick auf die relevanten Zielkriterien. Modellierung, Simulation und Programmierung entsprechen dann den grundlegenden taylorschen Prinzipien, wenn sie auf wissenschaftlich begründeten Erkenntnissen aufbauen. Der Automatisierungsgrad der Fertigung steigt – trotz aller gegenteiligen Behauptungen – weiter an. Hinweise ergeben sich aus den Investitionen in Maschinen und Anlagen. Beispielsweise ist die Anzahl der in der Fertigung eingesetzten Roboter in den vergangenen Jahren überproportional zum allgemeinen Wachstum auch in Krisenzeiten gewachsen. Die Automatisierungstechnik ist robuster, vielseitiger, sicherer und vor allem insgesamt billiger geworden. Weiteres Wachstum wird prognostiziert. Allerdings haben Unternehmen gelernt, die Automatisierung vor allem auf die Kernprozesse der Fertigung zu konzentrieren. Automatisierte Prozesse finden sich aber nicht nur in der Werkstatt sondern an allen Arbeitsplätzen, an denen Computer eingesetzt

2.8 Der neue Taylorismus

23

werden. In den Computern laufen die Prozesse auf elementarer Basis automatisch ab. Die Mitarbeiter werden auch hier zum Systemmanager. Wir sollten dem Aspekt der Optimierung von technischen Prozessen mit wissenschaftlichen Methoden besonders Rechnung tragen und die Erkenntnisse der Systemtechnik berücksichtigen. Die unmittelbar mit der Maschinenbedienung beauftragten Mitarbeiter sind eher die Manager der Prozesse als Betreiber, Planer, Logistiker, Evaluator etc.. Die Betreiber sorgen für die optimale Einstellung der Maschinen, die Verfügbarkeit, die Einrichtung und die Einbindung in das Gesamtsystem – wie Taylor das vom Management gefordert hat. Hier setzt auch das moderne Wissensmanagement an. Es hebt zunächst auf das implizite Wissen – also das gelernte Wissen der Mitarbeiter ab. Die Betreiber und Planer an modernen Werkzeugmaschinen müssen heute entsprechend geschult sein, um Höchstleistungen in Bezug auf Kosten und Effizienz sowie Qualität zu erzielen. Sie werden zur permanenten Verbesserung aufgefordert und erhalten dazu Lohnanreize. Das Wissen, das sie unmittelbar zur Planung und zum Betrieb der Maschinen und Anlagen benötigen, haben sie gelernt oder lernen es permanent. Explizites Wissen kann ihnen der Einsatz moderner IT-Techniken beschaffen. Informations- und Kommunikationssysteme erreichen heute jeden Arbeitsplatz zu jedem Zeitpunkt. Sie können also mit der gesamten Bandbreite multimedialer Techniken (Text, Graphik, Video, Audio, Sprache) zum Zweck der Optimierung der einzelnen Operationen und der Fertigungssysteme eingesetzt werden. Die Gestaltung und der Betrieb der dazu passenden Organisation mit heutigen und zukünftigen Techniken ist eine herausragende neue Aufgabenstellung des „scientific management“ nach Taylor.

3.1 Der Begriff des ganzheitlichen Produktionssystems (GPS)

25

3 Ganzheitliche Produktionssysteme

Nicht allein die Leistung einzelner Maschinen sondern die Leistung des Produktionssystems ist relevant für das Optimum an Effizienz von Fabriken. Sie sind komplexe, langlebige und sich permanent verändernde Produkte, die intern und extern miteinander vernetzt sind. Der neue Taylorismus bezieht sich also nicht mehr nur auf die manuelle Arbeit, sondern auf Systeme in den strukturellen Skalen vom Netzwerk bis zu den elementaren Prozessen. Elemente des Systems sind sowohl die Betriebsmittel als auch die Ressourcen. Sie sind durch Relationen und Interaktionen miteinander verbunden. Elemente können wiederum eigene Systeme (Produktionssysteme) sein – sie werden in diesem Buch als Leistungseinheiten bezeichnet. Eine Fabrik kann auf diese Weise als ein komplexes und hierarchisches System beschrieben werden, dessen Wirkungsgrad nicht allein durch die Effizienz seiner Elemente, sondern durch die Effizienz des gesamten Systems bestimmt wird. (Abb. 3.1)

Abb. 3.1 Die Fabriken sind komplexe Systeme

26

3 Ganzheitliche Produktionssysteme

Ganzheitliche Produktionssysteme setzen auf eine Skalierung in Raum und Zeit und binden Methoden der Selbstoptimierung ein. In diesem Kapitel werden deshalb die ganzheitlichen Produktionssysteme unter dem Gesichtspunkt der Wandlungsfähigkeit behandelt und der Stand der Technik vorgestellt. Neben den Elementen und Relationen enthalten Produktionssysteme auch die Methoden und Werkzeuge, welche eine optimale Betriebsführung unter dem Einfluss einer permanenten Veränderung der Randbedingungen und Anforderungen sowie der Zustände der Fabriken sicherstellen. Große Unternehmen sind bereits dazu übergegangen, Produktionssysteme zu standardisieren, um auf diese Weise zentrale Elemente der Strukturierung, der Organisation und der Technik einschließlich der Prozesse zu verankern. Ganzheitliche Produktionssysteme (GPS) liefern vor allem in Hochlohnländern einen Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit. In globalen Unternehmen unterstützen sie die Standardisierung der Produktherstellungsprozesse und stellen so ein weltweit einheitliches Qualitätsniveau sicher. Die Abbildung 3.2 beschreibt einige Merkmale ganzheitlicher Produktionssysteme eines Segmentes „Mechanische Teilefertigung“. Es nimmt Bezug auf heutige Anforderungen der Qualität und Umwelt ebenso wie auf den Einsatz neuer Techniken zur Verbesserung der Wandlungsfähigkeit. High speed High volume High precision Maschinen- und Prozessfähigkeit Cp >2,0 Fehlerkompensation - Mechanik - Thermik Systemsimulation Prozesssimulation Look ahead

Clean Manufacturing

Produktionssystem • Maschine(n)/Zelle(n) • Peripherie • Ver- und Entsorgung • Informationsverarbeitung • Kommunikation

Virtueller Betrieb Teleoperation

Abb. 3.2 Ansätze zur Steigerung der Leistungsfähigkeit

Autonomie Flexibilität

Rekonfigurierbarkeit Anpassungsfähigkeit Plug & Play Selbstlernfähigkeit Selbstoptimierung

Selbstdiagnose - System - Prozess

3.1 Der Begriff des ganzheitlichen Produktionssystems (GPS) 27

Hohe Prozessleistung, sichere Prozesse (Prozessfähigkeit), Teilautonomie, permanente Verbesserung, der Kontinuierliche Verbesserungsprozess (KVP), Lernfähigkeit, aber auch Werkzeuge der Diagnostik und Simulation sowie des Teleservice werden zum Bestandteil der Systeme. Der Nutzen der verwendeten Ansätze in Produktionssystemen konnte bereits in Studien (Sautter 1998; Lay 1996) und in der Praxis belegt werden. Qualitativ wird der Nutzen vor allem in einer Verschlankung der Prozessketten sichtbar. Die mit ganzheitlichen Produktionssystemen erschließbaren Nutzenpotentiale sind beachtlich und werden von der Praxis beispielsweise mit folgenden Angaben quantifiziert (Spath 2003c): • Erhöhung der Produktivität um Ø 40%, • Verkürzung von Durchlaufzeiten um Ø 60%, • Minimierung von Beständen um Ø 40%. Es zeigt sich immer mehr, dass die Optimierung – ganz nach dem Taylorschen Prinzip – bis auf einzelne Prozesse und elementare Operationen herunter gebrochen werden muss, um die Grenzen des stabilen und sicheren Arbeitsbereiches zu beherrschen und möglichst bis in den Höchstleistungsbereich (High-Performance) auszudehnen. ‚Back to the roots’ wird zur neuen Triebkraft der Aktivierung von Leistungspotentialen: • • • •

Basismethoden zur Arbeitsplanung und -gestaltung, Methoden der Zeitwirtschaft, Methoden zur Vereinfachung ganzer Prozessketten, Methoden der Wertstromanalyse.

Die Arbeits- und Prozessplanung mit neuen Werkzeugen führt zu einem „advanced Industrial Engineering“ und unter Einbeziehung der Automatisierungstechnik zu einem „New Taylor“. „advanced Industrial Engineering“ verknüpft das Grundlagenwissen der Arbeits- und Prozessplanung des Industrial Engineering – mit den Methoden, Modellen und Verfahren zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit. Dazu kommen die Aspekte der partizipativen und vernetzten Planung mit der Anwendung von digitalen Werkzeugen und IT.

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

3.1 Der Begriff des ganzheitlichen Produktionssystems (GPS) Im Allgemeinen stimmen neuere Quellen darin überein, dass sich der Begriff der Produktion „auf alle Vorgänge, bei denen mit Hilfe von Sachgütern und Dienstleistungen andere Sachgüter und Dienstleistungen hergestellt werden“ (Fandel 1991) erstreckt. Die beiden großen Enzylopädien Meyer und Brockhaus stützen diese Definition, jeweils unter expliziter Abgrenzung des Produktionsbegriffs, der auch die Herstellung immaterieller Güter einschließt, gegen die Fertigung. Produktion im technischen Sinn umfasst alle Aktivitäten, die darauf abzielen, ein Gut in wenigstens einer seiner Eigenschaften zu verändern (Kahle 1986). Wenn dies auch keinesfalls von allen Autoren, die den Begriff von der technischen Seite her erörtern, so gesehen wird (Fandel 1991), erweist sich dieses engere Verständnis dennoch als das dem GPS implizit zu Grunde liegende (Feggeler und Neuhaus 2002; MTM 2002). Unter einem System ist eine „Menge von geordneten Elementen mit Eigenschaften, die durch Relationen verknüpft sind“ zu verstehen (Gabler 2001), wobei „ihre Wechselbeziehungen untereinander diejenigen mit der Umwelt im Allgemeinen stark überwiegen (Meyer 1977). Was man heute als ein System definiert, ist deshalb ein System, weil es miteinander in Beziehung stehende Teile umfasst und in gewisser Hinsicht ein Ganzes bildet (Beer 1962 in Steins 2000; Henrich 2002). Technische Systeme sind im Allgemeinen Zusammenfügungen unterschiedlicher Bauelemente, die auf Grund der Eigenschaften ihrer Bestandteile ein bestimmtes Verhalten zeigen und bei Einwirkung von äußeren Kräften [...] mit einer Reaktion [...] antworten (Meyer 1977). In Bezug auf Unternehmen bestehen die Beziehungen unter den einzelnen Teilen darin, dass sie „share the same pool of human, material, information, infra structure and financial resources, and are all aimed towards the fulfillment of set goals (Karapetrovic u. Jonker 2003). Führt man diese beiden Begriffsdefinitionen zusammen, so sind also Produktionssysteme als eine geordnete Menge stark voneinander abhängiger Einzelfunktionen zu definieren, die gemeinsam der Leistungserstellung unter Nutzung des Faktors Werkstoff dienen. Ganzheitlich bedeutet „auf eine Ganzheit (= eine aus zusammengehörigen Teilen bestehende Einheit) bezogen, über einzelne Fächer o.ä. hinausgreifend und so einen größeren Zusammenhang darstellend (Meyer 1977). Dieser Zusatz enthält jedoch keine Aussagen, die nicht schon den Begriff ‚Produktionssystem’ abgedeckt worden wären.

3.2 Ansätze eines ganzheitlichen Produktionssystems

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Begriff GPS

Produktion

System

Ganzheitlich

Leistungserstel lung, die auch den Faktor Werkstoff enthält

Zusammen fügungen unterschiedlicher Bauelemente , mit starken Wechsel beziehungen untereinander

über einzelne Fächer o. ä. hinausgreifend und so einen größeren Zusammenhang darstellend

Führt einzelne Elemente zu einer Einheit zusammen = Produktionsbereich

Verschiebt Akzentu ierung auf größeren Zusammenhang = Unternehmen

Abb. 3.3 Begriffsverständnis für GPS

Somit beinhaltet der Zusatz ‚ganzheitlich’, zunächst keine sprachliche Veränderung im Vergleich zum Begriff ‚Produktionssystem’. Manche Autoren benutzen die Worte ‚Produktionssystem’ und ‚GPS’ daher sogar austauschbar (Winnes 2002). Die folgende Darstellung fasst das erörterte Begriffsverständnis zusammen (vgl. Abb. 3.3).

3.2 Ansätze eines ganzheitlichen Produktionssystems 3.2.1 Umfassender Rahmen für Produktionssysteme Aussagen zum Ansatz des ganzheitlichen Produktionssystems (GPS) lassen sich jedoch aufgrund des zwangsläufig stark praxisorientierten Charakters der existierenden Literatur, nur indirekt aus vorhandenen Beschreibungen ableiten.

30

3 Ganzheitliche Produktionssysteme

Westkämper und Hinrichsen sind unter den Wenigen, die den Ansatz des GPS explizit als solchen untersuchen. Sie leiten diesen jedoch indirekt ab, und stellen fest, dass das GPS „implizit [...] auf dem soziotechnischen Systemansatz und dem Standardisierungsgedanken (Hinrichsen 2003, Westkämper et al. 2002a+b) basiert, vgl. dazu auch die Ansätze des „Stuttgarter Unternehmensmodells“ in Kapitel 4. Sie verstehen unter dem sozio-technischen Systemansatz die Fähigkeit, „sowohl technisch-organisatorische als auch personell-organisatorische Konzepte zu einem Gesamtsystem integrieren zu können. Dies geschehe „mit dem Anspruch, Mensch, Technik und Organisation so miteinander in Einklang zu bringen, dass das Unternehmen seinen Anforderungen seitens seiner aktuellen und potentiellen Kunden, seiner Mitarbeiter und Shareholder möglichst weitgehend gerecht wird und seine Ziele erreicht (Hinrichsen 2003; Westkämper et al 2002a+b; Westkämper et al 2004). Damit liegt der Schwerpunkt auf der Integrationsfähigkeit eines Produktionssystems, das heißt seiner Fähigkeit als ordnender Rahmen für verschiedenste Konzepte zu funktionieren. Dies ist ein wesentlicher Aspekt des GPS-Ansatzes, den auch andere Autoren hervorheben. So sieht Spath etwa „die wesentliche Innovation in der sorgfältigen Abstimmung und Integration überwiegend bekannter Organisationskonzepte zu einer umfassenden, unternehmensspezifischen Gesamtlösung (Spath et al 2003). Fischer u. Salwiczek formulieren ähnlich, das GPS bedeute „eine Systematisierung die das im Produktionssystem vereinte Instrumentarium in seinen komplexen Wechselwirkungen zielorientiert handhabbar macht“ (Fischer u. Salwiczek 2002). Hinrichsens und Westkämpers Definition des Ansatzes betont zusätzlich, dass das GPS – zumindest vom Ansatz her – in der Lage sei, technische und personelle Konzepte gleichermaßen zu berücksichtigen. Obgleich dieser Aspekt bei den anderen Autoren nicht ausdrücklich hervorgehoben wird, schließen sie diese funktionsübergreifende Integrationsfähigkeit des Ansatzes nicht aus. Zumal Spath und Fischer u. Salwiczek im weiteren Verlauf ihrer Ausführungen technische und personelle Elemente des GPS nennen, ist davon auszugehen, dass auch sie, um bei Hinrichsens und Westkämpers Terminologie zu bleiben, von einem sozio-technischen Ansatz ausgehen (Fischer u. Salwiczek 2002, Spath 2003). Der bedeutsame Vorteil dieser Fähigkeit des GPS, verschiedene Konzepte mit verschiedenen Zielrichtungen in einen gemeinsamen Kontext einzubinden, liegt auf der Hand: neben der erwähnten Möglichkeit zur zielgerichteteren Ausrichtung von Verbesserungsbemühungen, kann auch deren Konsolidierung erfolgen. So können nicht nur alle Unter-

3.2 Ansätze eines ganzheitlichen Produktionssystems

31

nehmensbereiche, die von einem Programm betroffen sind, bestimmt und in dessen Planung sowie Umsetzung adäquat einbezogen werden. Es ist ebenfalls möglich, existente aber redundante Programmteile zu identifizieren, und zu einer zentralen Bemühung zusammenzuführen. Mit der so gezeigten Integrationsfähigkeit des „ganzheitlichen Produktionssystem-Ansatzes“ ist also zumindest ein Teil der ‚Ganzheitlichkeit’ erklärt. In der Erläuterung des sozio-technischen Systemansatzes eines ganzheitlichen Produktionssystems ist diese Integrationsfähigkeit jedoch um einen weiteren Aspekt zu ergänzen. Die deutsche MTM-Vereinigung, Spath, Wengler und Westkämper definieren im Zusammenhang mit dem Begriff ‚Ganzheitliches Produktionssystem‘: „Ganzheitlich bedeutet, dass der Betrachtungsumfang die gesamte Wertschöpfungskette umfasst“ (MTM 2002, Spath 2003, Wengler 2003, Westkämper et al 2004), und beziehen sich dabei also auf die Ausdehnung des sozio-technischen Systems. Wengler spricht sogar davon, dass die gesamte Prozesskette berücksichtigt werden solle (Wengler 2001). Somit wird deutlich, dass nicht nur die Möglichkeit zur Integration unterschiedlichster Methoden zum Ganzheitlichen Produktionssystem-Ansatz gehört, sondern ganz im Sinne der eingangs erwähnten rein wörtlichen Definition auch der weite Umfang der betrachteten Bereiche und Funktionen. Am weitesten geht hier Winnes: „Was [...] konzeptionell als Ganzheitliches Produktionssystem beschrieben wurde, trägt diesen Namen etwas unglücklich. Auch wenn es sich in erster Linie mit der Produktion beschäftigt, ist das Konzept, das dahinter steht, doch ein unternehmensweites. Der wesentliche Inhalt bezieht sich auf die Sicherung und Stabilisierung von Prozessen. Vielleicht wird deshalb in einigen Jahren nur noch von einem Prozessorientierten Unternehmenssystem (PUS) gesprochen (Winnes 2002). Bei Spath wird deutlich, dass das Ziel eine Entwicklung ist, die zunächst „mindestens den Produktionsprozess“, also „alle Aktivitäten die zur Erstellung von Produkten erforderlich sind“, umfasst. Langfristig versteht er den Ansatz eines Ganzheitlichen Produktionssystems dann ebenfalls als einen umfassenderen, da mit zunehmender Prozessintegration eine Ausdehnung in alle relevanten Unternehmensbereiche stattfinden solle. „Dies bedeutet die Ausdehnung auf den Auftragserfüllungsprozess, den Beschaffungsprozess, den Produktentwicklungsprozess und/oder den Vertriebsprozess“ (Spath et al 2003). Etwas weniger weit gehend und weniger differenziert bestätigt Krämer diese Interpretation, wenn er Ganzheitlichkeit damit gleichsetzt, dass „Ganzheitliche Produktionssysteme [...] den fertigungszentrierten Ansatz auf die Aspekte der Entwicklung und Planung“ erweitern (Krämer 2001).

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

Somit ist neben dem Schwerpunkt der ‚Integrationsfähigkeit’, dem sozio-technischen Systemansatz, ein zweiter Aspekt hinzuzufügen, die umfassende Betrachtung der gesamten Unternehmensprozesse. Dieser Aspekt stellt einen weiteren Bestandteil der Ganzheitlichkeit dar. 3.2.2. Standardisierung in ganzheitlichen Produktionssystemen Ein zusätzliches Charakteristikum des Ganzheitlichen Produktionssystem-Ansatzes ist der Standardisierungsgedanke. Zur wirtschaftlichen Bearbeitung komplexer Aufgaben ist oftmals eine Arbeitsteilung erforderlich. Diese benötigt wiederum Prozesse der Kooperation. Durch eingehende Untersuchungen konnte bestätig werden, dass Kooperationsfähigkeit zum wirtschaftlichen Erfolg eines Unternehmens beiträgt (Hummel et al 2003). Ein Management der Kooperationsprozesse bewältigt dieses sogenannte Dualproblem der Organisation und erfolgt mit Hilfe von Regeln, die auch als Standards bezeichnet werden können. Ein GPS bildet somit auch ein System aus Standards (Hinrichsen 2002, Spath 2003). Bestätigt wird dies dadurch, dass „viele Unternehmen unter dem Begriff GPS auch eine Best-Practice-Sammlung verstehen, die den einzelnen Werken an die Hand gegeben wird (Winnes 2002). Eine solche Sammlung entspricht in ihrem Wesen einer Standardisierung und legt die besten bekannten Vorgehensweisen als Standard fest. Abb. 3.4 zeigt im Ergebnis den Ansatz des GPS: Integrationsfähigkeit und umfassende Betrachtungsweise. Zusammenfassend kann man damit sagen, dass ganzheitliche Produktionssysteme (GPS) der Unterstützung des Managements dienen und gleichzeitig Werkzeugkasten und Methodenkoffer für die Mitarbeiter eines Unternehmens sind. Ihr vorrangiges Ziel ist die Zusammenfassung, Integration und Steuerung mannigfaltiger Methoden, Werkzeuge und Optimierungsstrategien sowie Best Practices zur erfolgreichen Lenkung und Verbesserung des Produktherstellungsprozesses hinsichtlich Kosten, Qualität und Zeit (Brocker 2002, Hinrichsen 2002, Pries 2002). Produktionssysteme bestehen in der Regel aus organisatorischen Konzepten (z.B. Prozessgestaltung), aus Modellen (z.B. Entgeltmodelle) sowie aus Prinzipien (z.B. Just-in-time), welche jeweils durch Methoden (z.B. Wertstromdesign) und Werkzeuge (z.B. standardisierte Diagramme) unterstützt werden.

3.3 Die Grundstruktur eines Produktionssystems

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GPS Ansatz: soziotechnisches System

Integrationsfähigkeit

Umfassende Betrachtung

GPS ist fähig, Konzepte unterschiedlichster Art und Zielsetzung aufzunehmen

GPS betrachtet die gesamte Prozesskette des Unternehmens

dynamisch, offen, konsolidierungsfähig

vollständig, koordinierungsfähig, flexibel

„Ganzheitlich“ Abb. 3.4 GPS: sozio-technisches System

3.3. Die Grundstruktur eines Produktionssystems Das Metamodell lässt sich sowohl auf manuelle und von Menschen ausgeführte Arbeiten, auf Arbeitsgruppen und Organisationseinheiten wie auch auf die Steuerung technischer Automaten wie beispielsweise Fertigungs- und Montagesysteme übertragen. Entscheidend für die Modellierung ist die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen einzelnen Leistungseinheiten im Informations- und Materialfluss. Die Systemtechnik liefert dazu den Bauplan und die Wirkzusammenhänge. Abbildung 3.5 zeigt die Betriebsprinzipien eines ganzheitlichen Produktionssystems mit den Abhängigkeiten der Prozesse von den Organisations- und Arbeitsprinzipien. Es sind grundlegende Gesetzmäßigkeiten, welche das Systemverhalten bestimmen. Nach heutigem Kenntnisstand führt das Modell, wenn es auf Fertigungssysteme angewandt wird, zu Systemen mit integrierter technischer Intelligenz. Systeme stellen sich selbständig auf wechselnde Fertigungsaufgaben ein und kooperieren selbständig in den horizontalen und vertikalen Strukturen.

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

Abb. 3.5 Ganzheitliches Fertigungssegment einer Teilefertigung

Für derartige Systeme gelten grundlegende Gesetzmäßigkeiten: • Produktionssysteme bestehen aus Elementen und Relationen • Die Effizienz des Systems ist eine Funktion der Effizienz der Elemente und ihrer Kooperation • Fehlende Ressourcen und Störungen reduzieren die Effizienz • Überflüssige Ressourcen verbessern die Effizienz nicht Ein wesentliches Element der Leistungseinheiten ist ihre Fähigkeit zu lernen. Lernen in der industriellen Produktion beruht auf Wissen, das durch Analyse und Planung sowie durch Erfahrung gewonnen werden kann. Wissen kann sowohl explizit und formalisiert gesammelt und verarbeitet werden als auch implizit durch die in der Leistungseinheit tätigen Mitarbeiter entwickelt werden.

3.4 Beispiele von ganzheitlichen Produktionssystemen

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3.4 Beispiele von ganzheitlichen Produktionssystemen Öffentlich zugängliche Beschreibungen von ganzheitlichen Produktionssystemen existieren im deutschen Sprachraum in der Regel in Form von Praxisbeschreibungen, Beispiel-Sammlungen und Eigendarstellungen großer Unternehmen. Zudem gibt es verschiedene publizierte Modell-Ansätze zu Produktionssystemen. Beide Arten werden im Folgenden getrennt dargestellt. 3.4.1 Ganzheitliche Produktionssysteme Meist basierend auf dem Toyota Produktionssystem haben Produktionssysteme vor allem in der Automobilbranche Fuß gefasst (Ohno 1993; Toyota 1998; Winnes 2002; Becker et al. 2002; MTM 2001). Grundsätzlich beinhalten sie Prinzipien, Methoden und Werkzeuge zur Optimierung und sind punktuell um organisatorische und humane Aspekte erweitert. Ziel dieser Bündelung ist die umfassende und ganzheitliche Optimierung und Konsolidierung aller Prozesse hinsichtlich Kosten, Qualität und Zeit. Nahezu alle Großunternehmen der Automobil- und Automobilzulieferindustrie, aber auch einige Unternehmen anderer Industriezweige setzen Produktionssysteme ein. Die veröffentlichten individuellen Darstellungen sind sehr unterschiedlich bezüglich Umfang und Qualität, was die Beschreibung von Vorgehen und Zusammenhängen anbelangt.

Toyota Produktionssystem Total Quality Control TQC

Just-in-Time JIT

Jidoka (Autonomation)

Total Quality Control TQC

Flexible Produktion Kostenreduzierung durch Vermeidung von Verschwendung

Abb. 3.6 Schema des Toyota-Produktionssystems

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

Beispiel: Robuste Prozesse

Ebene 1

Säulen

Ebene 2

Gestaltungsprinzipien / Methoden

Beispiel: ABC-Analyse

Ebene 3

Werkzeuge

Beispiel: Lorenzkurve für Mengen-/ Wertdarstellung

Abb. 3.7 Die 3 Ebenen eines Produktionssystems

Das Toyota-Produktionssystem (vgl. Abb. 3.6) hat sich quasi als Standard in der Automobilindustrie durchgesetzt. Seine wesentlichen Erfolge beruhen auf der konsequenten Anwendung von Methoden in der Gestaltung, Optimierung und Betrieb. Die Konsequenz führt zu einer sehr frühen Anwendung im Produktanlauf und in der Ausdehnung auf alle Leistungseinheiten im gesamten Netzwerk der Produktion (Eigenfertigung und Zulieferung). Ganzheitliche Produktionssysteme sind in der Regel modular aufgebaut. Wie in Abb. 3.7 dargestellt, werden ihre Bestandteile in Abhängigkeit der Unternehmensziele ausgewählt und meist in drei gekoppelten Ebenen organisiert: Auf der obersten Ebene befinden sich die Säulen, welche die übergeordneten Bereiche der Verbesserungsbemühungen darstellen. In der zweiten Ebene sind die Gestaltungsprinzipien bzw. Methoden zusammengefasst. Diesen werden in der dritten Ebene entsprechende Werkzeuge zugeordnet, die als konkrete Hilfsmittel zur Umsetzung der Gestaltungsprinzipien im operativen Bereich dienen (Ohno 1993+2002; Toyota 1998; Dunkler 2001; Feggeler u. Neuhaus 2002; Hinrichsen 2002; Hinrichsen 2003; Deutsche MTM-2001a, Deutsche MTM-2001b, Spath et al 2003a+b; Winnes 2002). Hinter der unterschiedlichen Ebenenbezeichnung durch verschiedene Autoren verbergen sich keine inhaltlichen, sondern vorwiegend terminologische Unterschiede. 3.4.2 Modell-Ansätze Heute existieren neben den vielfältigen Produktionssystemen aus der Praxis auch verschiedene Modell-Ansätze und Konzepte zu Produktionssystemen deren Ansinnen es in der Regel ist, eine Grundstruktur für die Gestaltung eines unternehmensindividuellen Produktionssystems bereit zu stellen.

3.4 Beispiele von ganzheitlichen Produktionssystemen

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Ein Modell-Ansatz mit der Zielsetzung, den Unternehmen ein branchenneutrales, konfigurierbares Produktionssystem zur Verfügung zu stellen, ist das der Deutschen MTM-Vereinigung (DMTM-2001a; DTMT 2001b). Ihr ganzheitliches Produktionssystem setzt sich aus einem Zielsystem (in Anlehnung an die Balanced Scorecard), aus Prozessstufen (Produkt-Tryout, Planungs-Tryout, Fertigungs-Tryout), die den Zugriff auf die Methoden regeln, aus zehn Gestaltungsprinzipien und aus einem Methodenbaukasten zusammen. Die zehn Gestaltungsprinzipien: Arbeitsorganisation, Gesundheits-, Arbeits- und Umweltschutz, Gestaltungsoptimierung, Führung, Just-in-time, Kontinuierliche Verbesserung, Qualitätsmanagement, Robuste Prozesse, Standardisierte Arbeit sowie Visuelles Management werden über eine Matrix mit den Methoden und Werkzeugen über Zielrelevanz bzw. Zielbeiträge verknüpft. Der Methodenbaukasten enthält über 80 Methoden und über 60 Werkzeuge zur Produktions- und Prozessoptimierung. Das Fraunhofer IAO führte 2002 eine Studie zu „Ganzheitlichen Produktionssystemen“ durch, in der der Forschungs- und Verbreitungsbedarf bezüglich Produktionssystemen deutlich wurde (Becker et al 2002). Auf die Erkenntnisse dieser Studie baut die Publikation „Ganzheitlich produzieren“ von Spath auf (Spath et al 2003b). Die Autoren heben hervor, dass ein Produktionssystem jeweils unternehmensindividuell aufgesetzt werden muss. Sie gehen dabei von einer einmaligen Grundanalyse des Unternehmens aus, um dann in einer ebenfalls einmaligen Planungsaktion ein Produktionssystem zu implementieren. Die Publikation versteht sich als Handlungsanleitung für die Ersteinführung eines individuellen ganzheitlichen Produktionssystems. Die dabei dargestellte Grundstruktur für die Ordnung der beschriebenen Prinzipien, Bausteine und Werkzeuge basiert auf fünf möglichen Modulen (Säulen des Produktionssystems): Prozess- und Arbeitsorganisation, JIT-Logistik, Robuste Prozesse, KVP, Professionelle Arbeitsroutinen sowie Visuelles Management. Hierarchisch werden so die prinzipielle Ausgestaltung des Systems (Prinzipien), die konkrete Ausgestaltung des Systems durch Vorgehensweisen (Bausteine) sowie die konkreten Hilfsmittel zur Umsetzung der Bausteine (Werkzeuge) beschrieben. Takeda beschreibt, den Grundgedanken des Toyota Produktionssystems folgend, ein „Synchrones Produktionssystem“ (Takeda 1995). Die stark automobilindustrieorientierte Publikation ist als Implementierungsleitfaden zu verstehen und beinhaltet zahlreiche Praxisbeispiele. Grundlage für ein synchrones Produktionssystem ist die Umstellung auf eine ziehende Produktion (Pull-System) und die Orientierung am OnePiece-Flow-Prinzip. Die Basis bilden zwölf definierte, untereinander in Beziehung stehende Schritte, welche parallel und/oder sequenziell um-

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

gesetzt das synchrone Produktionssystem ausmachen. Bis zur vollständigen Umsetzung des synchronen Produktionssystems gibt es fünf Niveaustufen. Takeda benennt folgende Schritte: 6S, Nivellieren und Glätten der Produktion, Einzelstücksatzfluss, Fließfertigung, Verkleinerung von Losgrößen, Adressen und Stellflächen, Produktion in Taktzeit, Stückzahlenmanagement, Standardisierte Arbeit, Produkt-Qualität, Anlagen sowie Kanban. Die Methoden der jeweiligen Schritte werden ausführlich und praxisnah beschrieben. Wildemann stellt in seinem Leitfaden zu Produktionssystemen Basisstrategien zur Optimierung von Veränderungsdynamik und Kostenpositionen von Unternehmen dar (Wildemann 2004). Ebenso werden Gestaltungsfelder sowie erforderliche Bausteine und Methoden zur Integration von Produktionssystemen beschrieben. Der Leitfaden versteht sich als Einführungskonzept mit Fallstudien. Das GPS nach Definition von Wildemann richtet sich an elf strategischen Leitlinien aus und wird mit fünf Gestaltungsfeldern, denen entsprechende Methoden, Werkzeugen, Instrumenten zugeordnet sind, untersetzt. Die strategischen Leitlinien sind: Total Quality, Just-in-time, Asset-Light, Flexibilitätssteigerung, Effizienzsteigerung, Standardisierung, Synergien, Transparenz, Konsistenz, Eigenverantwortung sowie Nachhaltigkeit. Diesen folgen die Gestaltungsfelder: Materialflusssystem, Bearbeitungssystem, Personalsystem, Planungs- und Steuerungssystem sowie Qualitätssystem. Ein Ansatz von Kobayashi in 20Keys® verbindet ein Produktionssystem über 20 miteinander vernetzte Handlungsfelder mit einem fünfstufigen Bewertungssystem des Status quo und der Umsetzungsstufe des Produktionssystems im Unternehmen (Kobayashi 1994, 2000). Die 20 Handlungsfelder sind: 1. Arbeit erleichtern durch Ordnung und Sauberkeit, 2. Ziele strukturieren und vereinbaren, 3. Mit Verbesserungsgruppen arbeiten, 4. Disziplin am Arbeitsplatz leben, 5. Prozesse überwachungsfrei gestalten, 6. Instandhaltung produktiv machen, 7. Qualität erzeugen und sichern, 8. Lieferanten einbinden und entwickeln, 9. Mitarbeiter vielseitig qualifizieren, 10. Verschwendung beseitigen, 11. Verbesserungen selbst umsetzen, 12. Prozesse analysieren und verbessern, 13. Effizienz selbst steigern und regeln, 14. Energie und Material einsparen,

3.4 Beispiele von ganzheitlichen Produktionssystemen

39

15. Rüsten beschleunigen, 16. Bestände reduzieren, 17. Produktion planen und steuern, 18. Prozessabläufe koppeln, 19. Informationstechnologie zielgerecht einsetzen sowie 20. Technologien und Unternehmenswissen beherrschen und sichern. Über eine organisatorische Struktur werden diese Handlungsfelder in das Unternehmen integriert. Die Analyse des Status quo erfolgt auf Basis von Checklisten, welche regelmäßig von verschiedenen Unternehmensebenen beantwortet werden. Der Status quo wird für die Auswahl der unterstützenden Methoden und Werkzeuge bedingt beachtet. Wines betrachtet Ziele und Strukturen von Produktionssystemen sowie den Implementierungsprozess anhand von Praxisbeispielen aus der Automobil- und Zulieferindustrie. Zudem gibt er einen Überblick über aktuelle Führungstheorien (Wines et al. 2002). In den Ausführungen werden Controllinginstrumente für den Implementierungsprozess betrachtet, die im Wesentlichen auf einer Integration zu generierender Kennzahlen in die Balanced Scorecard und Audits beruhen. Kernelemente eines Produktionssystems sowie Methoden werden beschrieben, jedoch ist ein direkter Modell-Ansatz nur bedingt erkennbar. Die beschriebenen Elemente und Methoden werden den fünf Gliederungspunkten: Standardisierung/ Visualisierung, Logistik, Qualitätssicherung, Arbeitsorganisation sowie Verbesserungsprozess zugeordnet und praxisorientiert beschrieben. In einer Veröffentlichung des Instituts für angewandte Arbeitswissenschaft (IfaA) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Innovation und Management (IIM) bilden Feggeler, Neuhaus (Feggeler u. Neuhaus 2002) nach einer theoretischen Einleitung, u.a. auch durch Autoren des IAO-GPS, einige Beispiele aus der betrieblichen Praxis von Autoren aus der Großindustrie ab. Die Beschreibung ist daher als Konzept und Zusammenfassung guter Beispiele zu verstehen. Ein einheitlicher ModellAnsatz ist nicht beschrieben. Die Veröffentlichung enthält jedoch eine Beschreibung zur Implementierung von GPS nach elf Prinzipien und drei Phasen: Null-Fehler, Führung, Mitarbeiterbeteiligung, Gruppenund Teamarbeit, Systematische Problemlösung, Standardisierung, Robuste Prozesse, Just-in-time, Visuelles Management, Pull-Prinzip sowie Kontinuierliche Verbesserung. In einer weiteren Veröffentlichung des IfaA stellt Baszenski (Baszenski 2003) 50 Methoden zur Unternehmensprozess-Optimierung zusammen, beschreibt und klassifiziert diese nach einem einheitlichen Aufbau. Gemeinsam bilden die beiden Veröffentlichungen die Grundlage zur Konzeption und Ausgestaltung eines

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

Produktionssystems. Oeltjenbruns/Bracht (Oeltjenbruns 2000; Bracht 2000) beschreiben verschiedene Produktionssysteme der Großindustrie, insbesondere das Toyota Produktionssystem (TPS). Er stellt das TPS und traditionelle Produktorganisationsformen gegenüber und verdeutlicht Vorteile sowie kritische Rückmeldungen aus Industrie und Wissenschaft. Er untersucht vor allem die vielfältigen Interdependenzen verschiedener Elemente von Produktionssystemen und geht auf unterschiedliche Anforderungen an die Implementierung von GPS an neuen und traditionellen Standorten ein. Zudem definiert er Einflussfaktoren für die erfolgreiche Einführung eines Produktionssystems: generelle Rahmenbedingungen, kulturelle Einflüssen, Organisations-Änderungsprozesse sowie Widerstände und Gegenmaßnahmen. Die entwickelte Methodik zur Einführung eines Produktionssystems inklusive Messgrößen zur Fortschrittskontrolle bietet die Möglichkeit der detaillierten Vorabplanung für verschiedene Unternehmenskonfigurationen. In dem Buch Quick Response Manufacturing (Suri 2000) beschreibt Suri einen Ansatz zur unternehmensweiten Reduzierung von Durchlaufzeiten. Anhand von sieben Leitlinien, die sich alle an dem Oberziel Durchlaufzeit Reduzierung orientieren, stellt Suri eine Vorgehensweise dar, die sowohl konkrete Handlungsanweisungen beinhaltet, als auch die Maßnahmenbündel in eine geeignete Reihenfolge bringt. Unter den sieben Leitlinien formuliert Suri acht konkrete Produktionsstrategien, deren Umsetzung einen wesentlichen Zielbeitrag leisten sollen. In Erweiterung zu den bekannten Produktionssystemansätzen, geht Suri auch auf die Bedeutung der Planung und Steuerung zur DurchlaufzeitReduzierung ein. Ein expliziter Fokus auf KMU ist nicht erkennbar. Bei dem Vergleich des QRM- Ansatzes mit den herkömmlichen LeanAnsätzen von Womack und Jones, sind Unternehmensmerkmale beschrieben, bei denen ein Einsatz der QRM-Methoden vorzuziehen ist. Diese Unternehmensmerkmale sind durchaus KMU-typisch (große Variantenvielfalt, stark schwankender Produktmix). Um die Wandlungsfähigkeit der Strukturen und Fähigkeit zur Anpassung an die Situation des Unternehmens zu unterstützen, werden im Sonderforschungsbereich 467 „Wandlungsfähige Unternehmensstrukturen für die variantenreiche Serienproduktion“ (Universität Stuttgart) Grundlagen für die Gestaltung eines zukunftsorientierten Produktionssystems erarbeitet und neue Wege für die Organisation von Unternehmen in turbulenten Umgebungen beschrieben (SFB-467 2000, 2002a, 2002b; Westkämper 1996, 2000, 2004). Die dabei entwickelten Vorgehensweisen, Methoden und Werkzeuge sind speziell für die variantenreiche Serienproduktion entwickelt und in einer Modellfabrik realisiert worden. Das sogenannte Stuttgarter Unternehmensmodell enthält eine

3.5 Auch die Zukunft benötigt das Modell

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sechs-Cluster-Struktur, in kurzfristige und mittelfristige Wandlungsnotwendigkeiten gegliedert. Zu den kurzfristigen Wandlungsnotwendigkeiten gehören: Produktionsplanung und Produktionssteuerung sowie Produktionsmittel, zu den mittelfristigen Wandlungsnotwendigkeiten: Gestaltung der Produktion, Führung,. Controlling u. Organisation. IT wird als übergreifendes Cluster aller Wandlungsnotwendigkeiten verstanden.

3.5 Auch die Zukunft benötigt das Modell Die bekannten Modelle ganzheitlicher Produktionssysteme schöpfen einen großen Teil ihrer Effizienz aus der Vermeidung von Verschwendung an Ressourcen durch eine Standardisierung der Prozesse. Sie sind noch keine Antwort auf die permanente Adaption an sich verändernde Aufgaben, die z. B. durch das „Customizing“ der Produkte oder durch eine zunehmende Komplexität der Produkte und Prozesse entstehen. Ferner verzichten sie weitgehend auf eine vollständige Nutzung moderner Informations- und Kommunikationstechnologien für Veränderungsprozesse. Die zukunftsorientierten Ansätze enthalten Forderungen an neue Wege und Lösungen in Technik und Organisation. Ansatzpunkte für zukünftige Fabrikstrukturen können sein: • Synergie-Effekte aus der Vernetzung aller an der Produktion beteiligter Leistungseinheiten (Intern wie Extern); • Anwendung von Höchstleistungstechnologien in den Grenzbereichen der Technik; • drastische Reduzierung der Planungs- und Umrüstzeiten für Veränderungen in der Fabrik. Es sollte möglich werden, eine Fabrikstruktur, unter Einbeziehung aller benötigten Informationen und aller Beteiligten, binnen weniger Stunden zu verändern und zu optimieren und diese Veränderungen in kürzester Zeit in den Unterlagen, Betriebsmitteln und Operationen zu realisieren; • Anwendung strukturvariabler technischer Konzepte mit standardisierten Schnittstellen zur situationsgerechten Konfiguration durch ein „Plug and Play“; • Verkürzung der logistischen und informationstechnischen Wege unter Einbeziehung moderner Informations- und Kommunikationstechniken zu allen, die zur Optimierung aktuell beitragen können. • Permanentes und realitätsnahes „Look Ahead“ durch Simulation und Optimierung der Konfiguration der Leistungseinheiten und der Netzwerke.

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

Gestaltung von Fabriken für Höchstleistung mit….. Technologien jenseits heutiger Grenzen

Digitalem und Virtuellem Engineering

Intelligenten Produktionssystemen

High Performance - Leistung, Qualität, Zeit, Kosten Ressourcen - Energie, Luft, Wasser, Material

Digitale Fabrik Engineering Tools Simulation - Prozesse, - Logistik

adaptiv konfigurierbar wissensintegriert vernetzt New Taylor

Managementmodellen und -systemen Geschäftsmodelle ERP Leitsysteme Life CycleManagement Service

Deutsche (europäische) Produktionsstandards Technologien

Daten & Information Produktionssysteme

Management

Abb. 3.8 Fabrik der Zukunft

Die Fabrik der Zukunft wird eine technologisch optimale Größe und Leistung besitzen. Sie wird eine hohe technische Intelligenz zur Sicherung der Prozessfähigkeit und Wirkleistung haben. Möglicherweise kann die Fabrik hoch automatisiert und integriert werden (Abb. 3.8). Sie wird in offenen Produktionsnetzwerken flexibel und anpassungsfähig sein, um sich in turbulenter Umgebung zu behaupten. Die Fabrik der Zukunft arbeitet nur „on demand“ und wird möglicherweise von denen betrieben, welche das komplexe System am besten und vollständig beherrschen und am schnellsten adaptieren. Die Fabrik der Zukunft arbeitet mit der Technologie des Ubiquitous Computing. Sie bedarf aber weiterhin einer grundlegenden und detailierten Optimierung durch das Industrial Engineering. Aus diesen Ansätzen kann ein zukunftsfähiges Produktionssystem abgeleitet werden, das trotz hohem Detaillierungsgrad dennoch eine hohe Dynamik durch die Prinzipien des Stuttgarter Unternehmensmodells entwickelt.

3.6 Literatur

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3.6 Literatur Baszenski N (2003) Methodensammlung zur UnternehmensprozessOptimierung, Institut für angewandte Arbeitswissenschaft eV (Hrsg.) Wirtschaftsverlag Bachem, Köln Becker M, Korge A, Scholtz O (2002) Ganzheitliche Produktionssysteme. Erhebung zur Verbreitung und zum Forschungsbedarf Bracht U, Oeltjenbruns H, Orthmann J (2000) Kritische Analyse zur Einführung eines neuen Produktionssystems in ein bestehendes Automobilwerk. http://www.imab.tuklausthal.de/files/anlagenprojektierung/ veroeffentlichungen/toyota_oeltjen.pdf (18.01.2004) Brocker U (2002) Vorwort. In: Institut für angewandte Arbeitswissenschaft eV (Hrsg) Ganzheitliche Produktionssysteme – Gestaltungsprinzipien und deren Verknüpfung. Wirtschaftsverlag Bachem, Köln, S 9–13 DaimlerChrysler (Hrsg) (2000) Das Mercedes-Benz Produktionssystem - Systembeschreibung. 2. Überarbeitete Version, 17. Januar Deutsche MTM-Vereinigung eV (Hrsg) (2001a) Das Ganzheitliche Produktionssystem – Expertenwissen für neue Konzepte Management-Leitfaden. September Deutsche MTM-Vereinigung eV (Hrsg) (2001b) Das Ganzheitliche Produktionssystem – Expertenwissen für neue Konzepte GPS-Anwenderhandbuch. September Deutsche MTM-Vereinigung eV (Hrsg) (2002) Das ganzheitliche Produktionssystem – Management Summary http://www.dmtm.com/forschung/projekte/pdf/Summary.pdf Dunkler O (2001) Einführung eines Produktionssystems. In: Institute for International Research IIR (Hrsg) Ganzheitliche Produktionssysteme (Fachkonferenz am 24. und 25. September 2001). Sulzbach, Kapitel 2 Fandel G (1991) Produktion I: Produktions- und Kostentheorie. Springer, Berlin Feggeler A, Neuhaus R (2002) Was ist neu am ganzheitlichen Produktionssystem? In: Institut für angewandte Arbeitswissenschaft eV (Hrsg) Ganzheitliche Produktionssysteme – Gestaltungsprinzipien und deren Verknüpfung. Wirtschaftsverlag Bachem, Köln Fischer H, Salwiczek P (2002) Auf neuen Wegen zu neuen Zielen – das ganzheitliche Produktionssystem GPS. In: REFA-Nachrichten 6:16–22 Gabler (2001) Gabler Wirtschaftslexikon CD-ROM. Gabler, Wiesbaden Gasterstädt G (2003) Audi AG: Bedeutung des Mitarbeiters für ein erfolgreiches Prozessmanagement (Präsentation im Rahmen des High Quality Prozesse- Management Circle Intensivseminar am 21. und 22. Oktober in München) Habicht C, Neise P (2003) Konzeption und Einführung eines Produktionssystems. In: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

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3 Ganzheitliche Produktionssysteme

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4.1 Referenzmodell und Leistungseinheiten

47

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

Eine Verbesserung der Wandlungsfähigkeit kann nur gelingen, wenn die Geschäftsprozesse – im Folgenden Leistungseinheiten genannt – als sich selbst organisierende und optimierende komplexe Systeme verstanden werden, deren Konfiguration permanent und in kürzester Zeit auf die Auftragssituation einstellbar ist. Das Ziel sollte es sein, stets unter Einbeziehung aller verfügbaren Ressourcen in den Grenzbereichen von Technik und Leistung, am wirtschaftlich optimalen Betriebspunkt zu operieren. Ein Team von Wissenschaftler hat Methoden, Modelle und Verfahren zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit von Unternehmen erforscht und entwickelt. Die interdisziplinäre Zusammensetzung des Teams wurde zum Aufbau des Gedankenmodells eines wandlungsfähigen Unternehmens genutzt. Dieses Gedankenmodell leitete sich aus der Vision der Wandlungsfähigkeit von Unternehmen ab und bildet den Grundstein des „Stuttgarter Unternehmensmodells“. Dabei wurde zwischen Flexibilität, Wandelbarkeit und Wandlungsfähigkeit unterschieden. Als Flexibilität wird ein passives Merkmal für Veränderungen in einen vorgegebenen Aktionsspielspielraum bezeichnet. Tritt zusätzlich eine strukturelle und funktionelle Veränderung in der Gestaltung auf, spricht man von Wandelbarkeit des technischen Systems. Die Vision der Wandlungsfähigkeit fordert jedoch menschliche Kreativität und Intelligenz, um den Wandel aktiv aus sich selbst heraus zu gestalten. Hierbei wurde bestimmt, dass sich Wandelbarkeit ausschließlich auf technische Systeme, die Wandlungsfähigkeit aber sowohl auf technische wie auch auf soziale Systeme bezieht. Das Stuttgarter Unternehmensmodell sucht einen skalierbaren Ansatz mit einem Grundmodell der Leistungseinheiten für die Prozesse, das den Grundprinzipien, Kooperation, Selbstorganisation, Selbstoptimierung, Selbstkontrolle, Selbstkonfiguration und technische Intelligenz folgt. Diese Grundprinzipien lassen sich nicht nur durch die humanen Faktoren, sondern auch durch technische und informationstechnische Systeme

48

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

ar kt o M

Organisationskonzepte

rie nt Au ie ru to ng no m ie K oo pe ra tio n Se lb st op tim Se ie lb ru st ng or ga D n is yn at am io n ik Fl ex ib ili tä t

realisieren. Grenzbereiche in komplexen Systemen sicher zu beherrschen, kann auf Dauer nur mit neuen zuverlässigen Methoden gelingen. In der folgenden Abbildung sind die Grundmerkmale und Attribute der Ansätze dargestellt, welche Wandlungsfähigkeit unterstützen. Ohne im Einzelnen auf die Konzepte einzugehen, ist festzustellen, dass immer wieder die Kunden und Marktorientierung im Mittelpunkt stehen. Dennoch verfolgen die Konzepte nur Teilaspekte (Abb. 4.1).

Segmentierung/ Modularisierung Fraktale Produktion Bionic Manufacturing Agile Manufacturing

Merkmal besonders ausgeprägt Merkmal berücksichtigt

TQM Holonic Manufacturing Stuttgarter U-Modell

Abb. 4.1 Attribute neuer Produktionskonzepte

Die Systemtheorie und der Ansatz des Wirkmodells lieferten eine ausgezeichnete Basis zur Modellierung von Leistungseinheiten und Netzwerken. Der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz der einzelnen Elemente aber auch des Systems sind abhängig von der Fähigkeit zur Adaption der Kapazitäten an die Bedarfe. Leistungseinheiten benötigen ein Wirkmodell mit Fähigkeiten zur Anpassung an die Rand- und Rahmenbedingungen. Das im Stuttgarter Unternehmensmodell verfolgte Prinzip kann wie folgt beschrieben werden: Im Kern stehen die Wirkprozesse bzw. Operationen, die mit einer integrierten Steuerung versehen situationsgerecht handeln. Diese wiederum sind Bestandteil einer überlagerten Systemsteuerung. Strategische Funktionen und Leitungsfunktionen richten sich auf die längeren zeitlichen Skalen und die in der Zukunft zu erwartenden Aufgaben. Führungsfunktionen beziehen sich auf das Management der verfügbaren Ressourcen. Planungsfunktionen beschäftigen sich mit der permanenten Rekonfiguration des Systems und der Beschaffung von nicht verfügbaren Ressourcen. Legt man diese Wirkprinzipien der Segmentierung und Gruppenbildung zu Grunde, so ist festzustellen, dass bisherige Ansätze von Team- oder Gruppenarbeit in Bezug auf Führungs- und Planungsfunktionen nur unzureichend ausge-

4.1 Referenzmodell und Leistungseinheiten

49

stattet sind und dadurch die Dynamik und Wandlungsfähigkeit einschränken. Das Stuttgarter Unternehmensmodell, ist als ein Produktionssystem mit erweiterter Zielsetzung zu verstehen. Es liefert Lösungsmodelle, Methoden, Instrumente und Vorgehensweisen für die wesentlichen Problemstellungen im Betrieb eines Unternehmens zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit der Bereiche wie auch in der Abb. 4.2 dargestellt: • Strategien, Führungs- und Controllingkonzepte in wandlungsfähigen Unternehmen, • wandlungsfähige Planung von Strukturen und von adaptiven • Montage- und Bearbeitungssystemen, • wandlungsfähige Prozesse der Planung und Steuerung, • Beitrag der Humanressourcen zur Wandlungsfähigkeit, • wandlungsfähige Informationssystemmechanismen, SIM Stuttgarter Integrationsmodell, • Wissensmanagement in wandlungsfähigen Unternehmen, das Stuttgarter Wissensmanagement-Modell. Die entwickelten Lösungen zur Planung und Bewertung zentraler Aspekte und Erfolgsfaktoren eines Fabrik- und Produktionskonzeptes, wie der Produktionslogistik, Produktionsstrukturen, Montageplanung, wurden exem-plarisch in die digitale Fabrik integriert und in einer Modellfabrik umgesetzt (siehe Kapitel 6). Turbulenzzunahme

Wandlungsfä Wandlungsfähige Unternehmensstrukturen Wandlungsfähigkeit in Planungsund Steuerungsprozessen der Auftragsabwicklung

Führung und Controlling

Wandlungsfä Wandlungsfähige Strukturen und Ressourcen

Potentiale der Humanressourcen

Methoden

Wissensbasiertes Management für die wandlungsfähige Produktion

Wandlungsfä Wandlungsfähige Informationssysteme

Abb. 4.2 Methodische Unterstützung des Stuttgarter Unternehmensmodells

50

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

Themengebiete wie Wissensmanagement und Humanpotentiale wurden erstmals in Verbindung mit der digitalen Fabrik untersucht und exemplarisch dargestellt. Die digitale Fabrik integriert dabei digitale Planungswerkzeuge sowie Planungsprozesse und Planungsbeteiligte auf einer Inte-grationsplattform mit einem gemeinsamen Datenkern. Die Digitale Fabrik zielt darauf ab, Planungsergebnisse transparent zu machen und intuitiv abzubilden. Digitale Planungswerkzeuge sind heutzutage kommerziell erhältlich. Es gibt sie in einer Vielzahl von Ausprägungen und angepasst auf bestimmte Planungssituationen. Zumeist werden die zum Teil als Einzelwerkzeuge konzipierten Lösungen nun als Gesamtlösung angeboten. Die Integration der Werkzeuge erfolgt über einen zentralen Datenkern, der von jedem Einzelwerkzeug mit dort abgelegten, bzw. ermittelten Daten angereichert wird. Synergieeffekte zwischen den Werkzeugen lassen sich durch die Mehrfachnutzung dieser Daten erzielen. Dabei kommt besonders den Prozessen, den Ressourcen und schließlich den Produkten eine zentrale Bedeutung im digitalen Planungsprozess zu. In den folgenden Abschnitten werden die im Überblick erwähnten Grundlagen das Stuttgarter Unternehmensmodell im Detail erläutert.

4.1 Referenzmodell und Leistungseinheiten Dezentral organisierte und teilautonome Organismen, welche in lenkende Ziel- und Informationssysteme eingebunden sind, sind zentral organisierten Strukturen dann überlegen, wenn zugleich eine hohe Dynamik und Robustheit gefordert ist. Wandlungsfähige Unternehmen müssen eine hohe Dynamik haben, d.h. eine schnelle Adaption an sich ändernde externe Umfeldbedingungen und interne Systembedingungen. Zugleich benötigen sie Robustheit, d.h. bei der erforderlichen Adaption der technischen und sozialen Teilsysteme müssen die Prozesse sicher und robust bleiben. Daher bildet der Ansatz von dezentral organisierten teilautonomen Organismen (Leistungseinheiten), deren Mitarbeiter und Maschinen die Ausführungsprozesse mittels lenkender Führungsprozesse, innovativer Informations- und Produktionstechnologien durchführen, den Grundgedanken des Stuttgarter Unternehmensmodells. Interessensmanagement, Zielvereinbarungen und der lebensphasenorientierte Einsatz von Mitarbeitern bilden den Rahmen einer fördernden Unternehmenskultur. In Abb. 4.3 ist das Referenzmodell des Stuttgarter Unternehmensmodells dargestellt.

4.1 Referenzmodell und Leistungseinheiten

51

Wandlungsfähigkeit Unternehmenskultur

Ausführungsprozesse

stion a rm gie Info nolo h tec

Kunden

Führungsprozesse

Produktionstechnologie

Mitarbeiter

Fabrik

Te ch no lo gi e

Wandlungsfähigkeit

Struktur Unternehmen

Wandlungsfähigkeit

Lieferanten

Strategie

kurzfristig mittelfristig langfristig

Turbulenz Abb. 4.3 Referenzmodell des „Stuttgarter Unternehmensmodells“

Von lebendigen Organismen können auch die geforderten Skalenmodelleübernommen werden. In der Natur ist der Bauplan eines Lebewesens in jeder elementaren Zelle (nach Taylor: elementare Arbeitselemente) vorhanden. Zellen sind Bestandteile von teilautonomen Organen. Die Organe sind in Energie-, Stoff- und Informationssysteme eingebunden, die wiederum zentral gelenkt und koordiniert werden. Lebewesen verfügen über eine zentrale Intelligenz mit mehr oder weniger großen Fähigkeiten zum Lernen, zum Sammeln und Verarbeiten von Wissen und Strategien zur Reaktion auf die Wahrnehmung aus der Umwelt. Derartige hierarchische Ansätze und Fähigkeiten werden auch in der Organisation und Steuerung der Unternehmen verlangt. Organe der Produktion sind beispielsweise Maschinen, Produktionssysteme, Produktions-bereiche oder Standorte. Diese werden in materielle und immaterielle logistische Systeme wie die Materiallogistik unterteilt und unterliegen der Forderung nach reibungsfreien Übergängen, nach funktionaler Ergänzung und partieller Redundanz. Die heutige und zukünftige Produktion ist eine vernetzte Produktion, in die eine Vielzahl von Zulieferern eingebunden ist. Veränderungen, die beispielsweise durch einen individuellen Kundenauftrag ausgelöst werden, müssen letztendlich zu Aktionen, Handlungen und Veränderungen in den Führungs- und Ausführungsprozessen führen. Es könnten dies Umstellungen von Arbeitsplätzen und Systemen (Umrüsten) sein.

52

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

Material, Energie und Information sowie Wissen verknüpfen dabei die teilautonomen Leistungseinheiten und bedürfen einer Lenkung. Das Stuttgarter Unternehmensmodell ist daher ein ganzheitliches Modell, welches Unternehmen als komplexe Systeme aus teilautonomen Leistungseinheiten abbildet und den oben genannten Vorbildern der Natur folgt. Es umfasst zum einen organisatorische Skalen von einzelnen Arbeitsplätzen und Einrichtungen bis hinauf zu den Standorten und Netzwerken sowie zu anderen zeitliche Skalen vom kurzfristigen bis langfristigen Bereich. Eine Leistungseinheit ist eine organisatorische Einheit eines Unternehmens, in der ein oder mehrere Mitarbeiter unter Zuhilfenahme von Ressourcen abgestimmte Ziele verfolgen. Aus Material und Informationen werden mittels Führungs- und Ausführungsprozessen Produkte oder Informationen generiert. Eine Leistungseinheit verfügt über folgende Merkmale (Abb. 4.4): Kooperation, Selbstorganisation, Selbstoptimierung, Selbstkontrolle, Selbstkonfiguration und Technische Intelligenz. Diese Merkmale lassen sich nicht nur durch die humanen Faktoren, sondern auch durch technische und informationstechnische Systeme unterstützen. Informatorische Schnittstellen Schnittstellen zwischen LE

Ziele

Material Informationen

Merkmale Kooperation Selbstorganisation Selbstoptimierung Selbstkontrolle Selbstkonfiguration Technische Intelligenz

Führungsprozesse

Produkte Informationen

Ausführungsprozesse

Mitarbeiter Ressourcen

Abb. 4.4 Leistungseinheit im „Stuttgarter Unternehmensmodell“

4.2 Kennzeichen

53

4.2 Kennzeichen Zur Kompensation turbulenter Umfeldfaktoren benötigen Unternehmen, aber auch jede einzelne Leistungseinheit, spezifische Methoden, welche auf die Veränderungen der Strukturen in den zeitlichen Skalen kurzmittel- und langfristig sowie in den organisatorischen Skalen von einzelnen Arbeitsplätzen und Einrichtungen bis hinauf zu den Standorten und Netzwerken bewirken. Diese Methoden umfassen sowohl die Führung und das betriebswirtschaftliche Controlling als auch die schnelle kontinuierliche Anpassung der Strukturen und Ressourcen der Fabriken und Leistungseinheiten. Zur Steuerung der Aufträge über teilautonome Leistungseinheiten hinweg sind integrierte Planungsverfahren einzusetzen, welche die Material- Daten- und Informationsflüsse ebenso berücksichtigen wie die Optimierung der gesamten Logistik. In Abb. 4.5 sind die betrieblichen Aufgaben im Stuttgarter Unternehmensmodell dargestellt. In Kap. 5 werden diese Methoden und Instrumente sowie die Vorgehensweise im Detail theoretisch beschrieben. In Kap. 6 wird die Anwendung dieser Methoden und Instrumente sowie die Vorgehensweise zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit in der Modellfabrik „Schwäbische Pumpen-Werke“ dargestellt.

Abb. 4.5 Betriebliche Aufgaben des SUM

54

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

Als Kennzeichen für das Stuttgarter Unternehmensmodell (SUM) können folgende Aussagen formuliert werden: • In wandlungsfähigen Unternehmen ist die Unternehmenskultur von Interessenmanagement, das in einem Veränderungsprozess erforderlich ist, geprägt. Interessenmanagement macht dabei potentielle Zielkonflikte, aber auch Zielsynergien transparent und hilft, für möglichst viele Beteiligte eine Win-Win-Situation zu entwickeln. • Um der zunehmenden Turbulenz begegnen zu können, kennt ein wandlungsfähiges Unternehmen seine möglichen Handlungsoptionen, um in entsprechenden Situationen schnell reagieren und agieren zu können. Ganzheitliche Systematiken mit den Bereichen Strategie, Struktur, Mitarbeiter und technische Ressourcen, zur Identifikation relevanter Stellhebel der Unternehmensführung zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit finden ihre Anwendung. • In wandlungsfähigen Unternehmen findet eine permanente und partizipative Planung statt. Die Bereitstellung aktueller Informationen über die eingesetzten Ressourcen und die Ausführungsprozesse von an den Veränderungsprozessen beteiligten Leistungseinheiten, wird als die Schlüsselfunktion für die permanente Planung betrachtet. An der Planung der Konfiguration oder Rekonfiguration von Produktionssystemen sind die verschiedensten Leistungs- und Organisationseinheiten beteiligt. Durch den Einsatz von Planungssystemen, die eine Synchronisation und Partizipation ermöglichen (Planungstisch, Digitale Fabrik) fallen zeitliche Verzögerungen durch erforderliche Abstimmungsprozesse über Abteilungsgrenzen und Hierarchien weg. Je näher die Planung an der Realität orientiert ist und je detaillierter die Prozesse abgebildet werden können, umso effizienter können die erforderlichen Veränderungsprozesse durchgeführt werden. In der virtuellen Umgebung lassen sich Veränderungseffekte und Anlaufeffekte leichter und effizienter studieren. • Wandlungsfähige Unternehmen verfügen zur Steuerung der Aufträge über alle teilautonomen Leistungseinheiten hinweg über integrierte Planungsverfahren, welche alle Material- Daten und Informationsflüsse berücksichtigen. • Wandlungsfähige Unternehmen nutzen das Wissen und die Erfahrung ihrer Mitarbeiter und Systeme. Die Leistungseinheiten besitzen die Fähigkeit zu lernen. Lernen in der Produktion beruht auf Wissen, das durch Analyse und Planung sowie durch Erfahrung gewonnen werden kann. Wissen kann sowohl explizit und formalisiert gesammelt und verarbeitet werden als auch implizit durch die in der Leistungseinheit tätigen Mitarbeiter entwickelt werden.

4.2 Kennzeichen

55

• Wandlungsfähige Unternehmen verfügen über modernste Informations- und Kommunikationstechnologien zur Verkürzung der logistischen und informationstechnischen Wege zu allen Leistungseinheiten, die zu Optimierungen beitragen können. Die flexible Kopplung zur Integration der Informationsverarbeitung oder spezifischer Applikation der Leistungseinheit über Methoden der Propagation ist dabei ein sinnvoller Weg. • In wandlungsfähigen Unternehmen finden digitale Werkzeuge (Modellierung, Simulation, VR Umgebung) für ein permanentes „Look Ahead“ zur Optimierung der Konfiguration der Ausführungsprozesse, der Leistungseinheiten und Netzwerke ihren Einsatz. Durch das Arbeiten und Planen in einer virtuellen Umgebung kann aus der Zukunft gelernt werden. Probleme können früher erkannt und Maßnahmen mit ihren Wirkungen auf andere Bereiche rechtzeitig berücksichtigt werden. Die digitalen Daten der Fabrik und der Planungsprozesse lassen sich über Informationssysteme vernetzen und somit für ein partizipatives Planen verwenden. • In wandlungsfähigen Unternehmen finden strukturvariable technische Konzepte mit standardisierten Schnittstellen zur situationsgerechten Konfiguration durch ein „Plug and Play“ ihre Anwendung. • Wird das Modell und seine Merkmale auf die Steuerung technischer Automaten wie beispielsweise auf Fertigungs- und Montagesysteme übertragen, führt es zu Systemen mit integrierter technischer Intelligenz. Das heißt das wandlungsfähige Unternehmen verfügt über Fertigungssysteme, die sich selbstständig auf wechselnde Fertigungsaufgaben einstellen (Selbstorganisation). • In wandlungsfähigen Unternehmen ist ein System zur wertorientierten Früherkennung von unternehmensexternen und unternehmensinternen Entwicklungen über Indikatoren und Trendmeldungen etabliert. Es unterstützt zudem das Erfassen und Verarbeiten von Früherkennungsinformationen aus der Ebene teilautonomer Leistungseinheiten. Der dazugehörende Risikomanagementprozess beleuchtet die Dokumentation, Analyse und Berichterstattung von in teilautonomen Leistungseinheiten erkannten Risiken. • In einem wandlungsfähigen Unternehmen sind die Führungsprozesse optimiert, d.h. es erfolgt durch Systematisierung und Transparenz von Ansatzpunkten auch eine Anpassung von in der Unternehmensführung ablaufenden Prozessen (Beschleunigung der Entscheidungsprozesse, Kommunikationsprozesse, usw.). • In wandlungsfähigen Unternehmen gibt es Organisationsstrukturen einzelner Leistungseinheiten, die miteinander horizontal und vertikal

56

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

verknüpft sind. Die Leistungseinheiten enthalten grundlegende Prinzipien der Kooperation, Selbstorganisation, Selbstoptimierung, Selbstkontrolle, Selbstkonfiguration und technischer Intelligenz. Die Grenzen einer Leistungseinheit sind für Informationen, Material und Energie durchlässig. • Die Leistungseinheiten in wandlungsfähigen Unternehmen verfügen über ein eigenes Führungs- und Controllingsystem. Durch eine Systematik sind strategie- und autonomieadäquate Steuerungsgrößen unter Berücksichtigung des Autonomiegrades einzelner Leistungseinheiten ermittelt worden. Diese bilden die Grundlagefür das Unternehmenszielsystem. • Die Systeme und Mitarbeiter benötigen die Fähigkeit, entlang des Auftragsdurchlaufes in den Ausführungsprozessen miteinander zu kooperieren, d.h. sie sollten befähigt sein, eigenständige Verhandlungen mit Partnern in der Hierarchie wie auch auf gleicher Ebene zu führen. Agententheorien können diese Kooperation mit Informationstechniken unterstützen. • Die Systeme und Mitarbeiter in den Leistungseinheiten verfügen über die erforderlichen Fähigkeiten und Rahmenbedingungen um die Leistungseinheit mit den Merkmalen der Selbstorganisation, Selbstoptimierung und Selbstcontrolling zu lenken. Die Leistungseinheiten verfügen über ein eigenes Führungs- und Controllingsystem. Die Führungs- und Ausführungsprozesse werden nicht durch eine zentrale Stelle exakt vordefiniert, sondern durch die Sachkompetenz vor Ort gestaltet. Statt Kontrolle und Koordination der individuellen Tätigkeiten erfolgt – bezogen auf das Unternehmenszielsystem – nur eine ereignisorientierte Navigation der Leistungseinheit. Operativ werden die Abläufe mittels angepasster Methoden optimal organisiert. Als Garant für einen dynamischen Prozess müssen deshalb in strategischer und taktischer Hinsicht gewisse Handlungs- und Gestaltungsfreiräume geschaffen werden. Strategisch und taktisch werden mit den Leistungseinheiten die Ziele vereinbart. Das Zielvereinbarungssystem unterstützt die Wandlungsfähigkeit der Gruppen, indem diese zur Abstimmung von Zielfindungsprozessen beitragen und in Abhängigkeit von ihrer Kompetenz weitgehend selbstreguliert ihre Ziele verfolgen. Die selbstregulierten Arbeitsprozesse sind zudem eine Voraussetzung für eine weitere Verbesserung von Kompetenzen und Selbstregulationsfähigkeit. In der Leistungseinheit selbst erfolgt eine kontinuierliche Optimierung, der Technologien und der betrieblichen Abläufe aus eigener Kraft bzw. Initiative.

4.3 Die Systemtheorie als Basis des Modells

57

Die Wandlungsfähigkeit von Unternehmen ist ein wichtiger Wettbewerbsfaktor der Zukunft. Wandlungsfähigkeit verlangt eine kontinuierliche Umplanung und Umkonfiguration der Unternehmen, die vom Netzwerk verteilter Leistungseinheiten bis zu den Ausführungsprozessen der Her-stellung reicht. Mit herkömmlichen Planungsmethoden ist die schnelle Veränderung nicht mehr zu leisten. Wandlungsfähigkeit muss in den Eigenschaften der einzelnen Leistungseinheiten selbst verankert werden, um dem System eine gewisse Robustheit zu geben. Sie verlangt aber auch neue Ansätze der partizipativen Planung und Steuerung. Dezentralisierung, Autonomie der Leistungseinheiten, flexible Fertigungssysteme und Montagekonzepte sind Elemente, welche zu mehr Dynamik und Marktnähe führen können. Mit dem Stuttgarter Unternehmensmodell wurde ein grundlegender Ansatz entwickelt, der geeignet ist, die Wandlungsfähigkeit von Unternehmen zu steigern.

4.3 Die Systemtheorie als Basis des Modells Die Systemtheorie liefert eine ausgezeichnete Basis zur Modellierung von Leistungseinheiten und Netzwerken. Die allgemeine Systemtheorie wurde in den 30er Jahren von Ludwig von Bertalanffy entwickelt. Seit den 60er Jahren gilt die allgemeine Systemtheorie als interdisziplinäre Wissenschaft, die zunächst sehr stark von den Naturwissenschaften, der Biologie und der Physik geprägt wurde. Seit einigen Jahren wird sie jedoch auch in einigen sozial- oder geisteswissenschaftlichen Disziplinen wie der Soziologie, der Philosophie oder den Wirtschaftswissenschaften diskutiert und angewandt. Die Systemtheorie (vgl Abb. 4.6) bietet einen allgemeingültigen Gestaltungs- und Bezugsrahmen zur Beschreibung und Lösung von komplexen Problemen. Ihr Ziel ist die Beschreibung allgemeiner Systemgesetze auf einer abstrakten Ebene auf Basis einheitlicher Begriffe und Werkzeuge. Ein System besteht aus einer Menge von Elementen mit Eigenschaften und Handlungsmöglichkeiten sowie einer Menge von Relationen (Beziehungen) zwischen diesen Elementen. Die Elemente eines Systems agieren zweckorientiert. Die Vernetzung der Relationen (Beziehungen) der Systemelemente wird als Struktur bezeichnet. Jedes System kann in ein logisches Subsystem niederer Ordnung zerlegt werden. Können Elemente weiterhin in eine andere Beziehungsform gesetzt werden, spricht man von Teilsystemen. Ein System wird grundsätzlich durch eine Systemgrenze gegenüber seinem Umwelt (oder auch Umfeld) abgegrenzt.

58

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells Aufbau eines Systems Umwelt

Element

Axiome eines Systems Umweltelement

System

• Beziehungen vernetzen die Elemente zu einem bestimmten Aufbau. Die Beziehungen zwischen den Elementen besitzen Eigenschaften.

Beziehung

Subsystem

• Ein System besteht aus mehreren Elementen. Diese besitzen Eigenschaften und sind voneinander verschieden

Systemgrenze

• Ein System als Ganzes besitzt Eigenschaften, die nicht auf einzelne Elemente zurückgeführt werden können, sondern sich aus dem Aufbau des gesamten Systems ergeben

Abb. 4.6 Systemtheorie – Basis der Modellierung

Die Umwelt umfasst alle Elemente, die außerhalb der Grenzen des Systems liegen. Wenn das System als Ganzes keine Eingangs- und Ausgangsgrößen besitzt, spricht man von einem geschlossenen System. Ansonsten handelt es sich um offene Systeme. Elemente der Produktion sind die technischen und organisatorischen Prozesse, die im Informations- und Materialfluss miteinander verknüpft sind. Elemente – Leistungseinheiten – sind teilautonom und verfügen über die oben genannten Grundfähigkeiten. Sie können technischer Natur oder auch organisatorischer Natur sein. Die Relationen sind flexibel. Der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz der einzelnen Elemente aber auch des Systems sind entscheidend von der Fähigkeit zur Adaption der Kapazitäten an die Bedarfe abhängig. In der Produktion muss von den Elementen und Systemen eine enge Kooperation gefordert werden. In diesem Zusammenhang hat die Sicherstellung der Qualität Vorrang vor anderen Zielgrößen, denn sie beeinflusst den Wirkungsgrad der Systeme. Ein prozessintegriertes Qualitätsmanagement, das sicherstellt, dass die Lieferungen und Leistungen materieller und immaterieller Art den Anforderungen nachfolgender Prozesse genügen, ist Bestandteil der Theorie.

4.4 Das Wirkmodell Leistungseinheiten benötigen ein Wirkmodell mit Fähigkeiten zur Anpassung an die Rand- und Rahmenbedingungen. Auch diesbezüglich lassen sich Anleihen in der Natur zur Modellbildung finden. Lebewesen verfügen über eine zentrale Intelligenz mit mehr oder weniger Fähigkeiten zum Lernen, zum Sammeln und Verarbeiten von Wissen und Strategien zur Reaktion auf die Wahrnehmung aus der Umwelt.

4.5 Planung als integraler Bestandteil des Modells

59

Das Modell der Steuerung von Produktionssystemen … 5

5 4 Interne Kommunikation

4 3 3

A

1A

B

1B

C

1C

D

1D

2

2 1

System Strategien Leitung, Führung Planung Veränderung der Grenzen System Konfiguration Simulation System Management -in den Grenzen System Steuerung System Betrieb Steuerung der Operationen

A,B,C,D Prozesse Sensorik Input – Output Relationen

Abb. 4.7 Wirkmodell der Leistungseinheiten

Im Kern stehen die Wirkprozesse bzw. Operationen, die mit einer integrierten Steuerung versehen situationsgerecht handeln (Abb. 4.7). Diese wiederum sind Bestandteil einer überlagerten Systemsteuerung. Führungsfunktionen beziehen sich auf das Management der verfügbaren Ressourcen. Planungsfunktionen beschäftigen sich mit der permanenten Rekonfiguration des Systems und der Beschaffung der nicht verfügbaren Ressourcen. Strategische Funktionen und Leitungsfunktionen richten sich auf die längeren zeitlichen Skalen und die in der Zukunft zu erwartenden Aufgaben. Legt man diese Wirkprinzipien der Segmentierung und Gruppenbildung zu Grunde, so ist festzustellen, dass bisherige Ansätze von Team- oder Gruppenarbeit nur unzureichend ausgestattet sind und fehlende Führungs- und Planungsfunktionen die Dynamik und Wandlungsfähigkeit einschränken. Alle Elemente des Systems verfügen über sensorische Fähigkeiten und sind wie lebende Zellen durchlässig für Informationen.

4.5 Planung als integraler Bestandteil des Modells Von entscheidender Bedeutung aber ist die Geschwindigkeit und Dauer der Veränderungsprozesse. Veränderungen erfordern Aufwand für Planung und Umstellung. Die Umstellungen und Veränderungen bedingen eine rationelle Planungstechnik, die sich hart am realen Geschehen bzw. an den Zuständen orientiert. Die Planung erhält deshalb eine neue und strategische Bedeutung.

60

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

Planungsebenen Netzwerk und Leistungseinheit … Netzwerk Leistungseinheit

Kreative Planentwicklung

Kreative Planentwicklung Modellierung zur Modellierung Dynamische zur DV- Bewertung Bewertung Dv- Bewertung

Statische Statische Bewertung Bewertung

Dynamische Bewertung

Abb. 4.8 Planung als Bestandteil der Funktion einer Leistungseinheit

Veränderungen vollziehen sich in allen Ebenen und beeinflussen sich gegenseitig. Deshalb müssen Planungsprozesse als Bestandteil der Leistungseinheiten verstanden werden. Sie müssen bei jeder Veränderung auch in den Hierarchien nach oben das jeweilige Verhalten des Gesamtsystems (Skalen von Raum und Zeit) berücksichtigen (Abb. 4.8). Die Wandlungsfähigkeit von Unternehmen muss zudem in Betracht ziehen, dass es grundsätzliche Veränderungen in den Wertschöpfungsstrukturen gibt, welche die Geschäftsprozesse nachhaltig verändern.

4.6 Das Skalenmodell Die heutige und zukünftige Produktion ist eine vernetzte Produktion, in die eine Vielzahl von Leistungseinheiten eingebunden ist. Veränderungen, die beispielsweise durch einen individuellen Kundenauftrag ausgelöst werden, müssen letztlich zu Aktionen, Handlungen und Veränderungen in den Prozessketten führen. Wenn vorhergehende Aufträge andere Inhalte und Folgen haben, so sind Umstellungen an Arbeitsplätzen und Systemen (Rüsten) vorzunehmen. Material, Energie und Informationen sowie Wissen verknüpfen die teilautonomen Systeme und bedürfen ebenso wie die Prozesse einer Lenkung.

4.6 Das Skalenmodell

61

Skala der Leistungseinheiten der Produktion … System - Level

1

ProduktionsNetzwerk

2

ProduktionsStandorte

3

ProduktionsSegmente

4

ProduktionsSysteme

5

ProduktionsZellen

6

Arbeitsplätze Maschinen

Abb. 4.9 Skalierung der Strukturen produzierender Unternehmen

Es wurde deshalb ein ganzheitliches Modell entwickelt, welches Unternehmen als komplexe Systeme aus teilautonomen Leistungseinheiten abzubilden und den oben genannten Vorbildern der Natur zu folgen vermag und welches die strukturellen und räumlichen Skalen von einzelnen Arbeitsplätzen und Einrichtungen bis hinauf zu den Standorten und Netzwerken umfasst (Abb. 4.9). Wandlung und Veränderung erfolgt auf allen Systemebenen. Unternehmen sind ständig dabei ihre Netzwerke dem Bedarf anzupassen. Netzwerke enthalten Standorte mit Segmenten der Produktion, in denen Produktionssysteme bestehend aus Zellen und Arbeitsplätzen eingesetzt werden. Die so genannten Mikro-Makro-Übergänge sind von herausragender Bedeutung. So können beispielsweise kleinste Veränderungen an Prozessen zu Instabilitäten ganzer Netze führen. Veränderungen in der Zuordnung von Produktionsaufgaben zu Standorten haben Auswirkungen bis auf die Arbeitsplätze. Hierarchische Strukturen sichern die Fähigkeit, zentrale Strategien zu verfolgen. Aus diesem Grunde benötigen Skalenmodelle aus vernetzten Leistungseinheiten ein hierarchisches Zielsystem, das ebenfalls permanent aktualisiert werden kann. Hierarchien behindern aber oftmals den schnellen Informationsfluss. Hier verspricht die moderne Informations- und Kommunikationstechnik eine spürbare Verbesserung. In Analogie zu den Vorbildern der Natur, ergibt sich für die industrielle Produktion ein Metamodell einzelner Leistungseinheiten, die miteinander horizontal und vertikal verknüpft sind. Das Metamodell enthält ein grundlegendes Bauprinzip, das den Prinzipien der Selbstorganisation, Selbstoptimierung und Zielorientierung jeder Leistungseinheit folgt.

62

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

Digitale Fabrik: - Skalierbare Daten und Informationen

Detailierungsgrad der Planung

Virtuelle Fabrik: - Skalierbare Modelle

hoch

Prozessorientiert

mittel

Systemorientiert Segmentorientiert niedrig

Sec. Min.

Stunden

Tage

Monate

Jahre

Zeit

Abb. 4.10 Zeitliche Skalierung der Produktion

Innerhalb der Leistungseinheiten operieren komplexe vernetzte Systeme aus einzelnen Elementen, die wiederum nach den gleichen Prinzipien arbeiten. Die Leistungseinheiten sind teilautonom und verfügen über ein eigenes Führungs- und Controllingsystem. Die Grenzen sind durchlässig für Informationen, Material und Energie. Die Grenzen der Zellen enthalten Sensoren zur Erfassung und Identifikation der Objekte. Jede Leistungseinheit verfügt über eigene Planungsund Steuerungsfähigkeiten zur Optimierung und zur Steuerung der Prozesse, die widerspruchsfrei in das gesamte Managementsystem integrierbar sind. Veränderung entsteht in der zeitlichen Skala (Abb. 4.10). Die zeitlichen Skalen der Veränderung der technischen Prozesse liegen im Bereich von Sekunden (Prozesse), während Veränderungen in den Systemen und Netzwerken eher im Bereich von Tagen, Wochen, Monaten oder Jahren liegen. Arbeitsplanung, Geschäftsplanung und strategische Planung haben unterschiedliche zeitliche Skalen. Wandlungsfähigkeit wird in allen zeitlichen Skalen gefordert. In zunehmendem Maße müssen bei weitreichenden Standortplanungen selbst die Prozesse im technischen Detail geplant werden. Mehrskalige Planungsprozesse (Abb. 4.11), die selbst die strategischen Aspekte der Unternehmen berühren, führen zu einem neuen Verständnis des Industrial Engineering. Arbeitsplanung, Geschäftsplanung und strategische Planung der Unternehmen können als die zentralen Elemente der Veränderung betrachtet werden, die in einer übergreifenden Organisation aufeinander und miteinander abzustimmen sind.

4.7 Das Kooperationsmodell

63

Planungsebene (Datenskalierung)

Objekte und Skalierung der Fabrikplanung … Standorte

Strategische Planung

Segmente

Geschäftsprozess Planung

Arbeitsplanung

Prod. System Maschinen/Anl. Ausrüstung Prozesse Kurz-

Mittel-

Langfristig

Betrachtungs- und Wirkungszeitraum (Zeitskalierung)

Abb. 4.11 Zeitliche Skalen der Planung

Veränderungen an einzelnen Prozessen können Wirkungen bis auf die Arbeitsteilung in den Segmenten haben (Bottom-Up). Andererseits bewirken Veränderungen in der Zuordnung von Fertigungsaufgaben zu Segmenten Veränderungen bis in einzelne Prozesse (Top-Down). In diesem Zusammenhang wird in der Forschung auch von den Mikro-Makro-Skalen gesprochen. Es besteht ein hoher Forschungsbedarf bezüglich der Wirkzusammenhänge in den Mikro-Makro-Wechselwirkungen.Es wäre von großem Nutzen, wenn die Zusammenhänge in einem einzigen Modell darstellbar wären.

4.7 Das Kooperationsmodell Die Leistungseinheiten kooperieren horizontal und vertikal. Sie haben Planungs- und Führungsfähigkeiten, die ihnen eigenständige Verhandlungen mit Partnern in der Hierarchie wie auch auf gleicher Ebene erlauben. Eine Automatisierung kann über Agententheorien erreicht werden, die miteinander in den Prozessketten des Auftragsdurchlaufes verhandeln und – auf die Situation bezogen – die optimale Nutzung verfügbarer Ressourcen erreichen können. Dieses Grundmodell kann in der realen Welt Wirkung zeigen, wenn die Geschäftsprozesse als Leistungseinheiten sich selbst organisieren

64

4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

und optimieren sowie ihre Konfiguration permanent und in kürzester Zeit auf die Auftragssituation einstellen. Kooperationsfähigkeit teilautonomer Elemente der Produktionsnetze ist deshalb eine elementare Fähigkeit jeder Leistungseinheit. Die Abb. 4.12 zeigt eine stark vereinfachte Struktur der Kooperation teilautonomer Leistungseinheiten. Das Ziel sollte sein, stets unter Einbeziehung aller verfügbaren Ressourcen in den Grenzbereichen von Technik und Leistung am wirtschaftlich optimalen Betriebspunkt zu operieren. Selbstorganisation, Selbstoptimierung und Zielorientierung und das Selbstcontrolling sind charakteristische Merkmale der zukünftigen Strukturen von Fabriken und Produktionsnetzwerken. Diese Merkmale lassen sich nicht nur durch die humanen Faktoren, sondern auch durch technische und informationstechnische Systeme unterstützen. Ausgangsbasis aller Strategien der Wandlungsfähigkeit ist die Orientierung der Unternehmen an den Märkten oder Kunden. Kundenwünsche, Anfragen und Bestellungen lassen sich in der Regel nicht vorherbestimmen. Sie sind die größte Quelle von Turbulenzen in den vernetzten Produktionen, wenn gleichzeitig mit kurzen Lieferfristen und minimalen Beständen an Halb- oder Fertigprodukten operiert wird. Folglich müssen Kooperationen in den Prozessketten der Auftragsabwicklung beim Kunden beginnen und beim Kunden enden. Hierarchische Struktur und Kooperationsmechanismus zwischen teilautonomen Leistungseinheiten … Leistungseinheiten lassen sich nach systemtechnischen Gesichtspunkten definieren und in einer Hierarchie konfigurieren

Leistungseinheit 1.1

Leistungseinheit 1.2.1

Leistungseinheit 1.0

Zielvorgabe Zielerfüllung

Nachfrage Auftrag

Leistungseinheit 1.2 Angebot Lieferung

Leistungseinheit 1.n

Sie arbeiten teilautonom und kooperieren in temporären offenen Netzwerken

Abb. 4.12 Kooperation teilautonomer Leistungseinheiten

4.7 Das Kooperationsmodell

65

Die Schnittstellen müssen harmonisiert oder standardisiert werden. Daraus ergibt sich für die Zuordnung von Aufgaben zu Standorten eine klare Strategie: • Technologie-Ketten-Orientierung mit Schnittstellen nur dort, wo eindeutige und messbare Qualitätskriterien vorliegen, • Kundenentkoppelung so weit zurückgeführt wie technisch und logistisch möglich. Für Endkunden ist es unerheblich, wie viele Vorstufen zu durchlaufen sind. Die Organisation, welche den Endkunden beliefert, ist gleichzeitig auch Auftraggeber und -abnehmer der Vorfertiger wie beispielsweise der Komponentenfertiger. Dieses Kunden-Lieferanten-Verhältnis setzt sich stufenweise fort, die Supply Chains nach dem Meta-Modell mit teilautonomen Leistungseinheiten sind in Abb. 4.13 dargestellt. Grundlage des Kunden-Lieferantenverhältnisses ist die Sicherung der Prozesse im Hinblick auf logistische Kennwerte: • • • •

Vollständigkeit der Bestellungen, gesicherte Qualität der Lieferungen, strikte Einhaltung der Liefertermine, begrenzte Zwischenlagerbestände.

Im Stuttgarter Unternehmensmodell wird unterstellt, dass es kein zentrales Auftragsmanagementsystem gibt, das über alle Hierarchiestufen und über alle Leistungseinheiten eine detailliert plant und steuert. Vernetzte, virtuelle Produktion • System Management

Auftrags Agent

• Work Flow Management

Endmontage & System-integration Typ A

Auftrags Agent Komponenten Fertigung Typ B Auftrags Agent Einzelteil Fertigung Typ C

• Engineering Data Management • Product Data Management • Supply Chain Management

Abb. 4.13 Supply Chains mit teilautonomen Leistungseinheiten

Kunde

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4 Grundlagen des Stuttgarter Unternehmensmodells

4.8 Die wissenschaftliche Fundierung Mit dem Stuttgarter Unternehmensmodell wurde ein grundlegender Ansatz entwickelt, der durch sein Referenzmodell, seine Leistungseinheiten, die entwickelten Methoden, Instrumenten und Vorgehensweisen sowie durch seine innovativen IT-Werkzeuge und -Technologien die Wandlungsfähigkeit in Unternehmen steigern kann. Die Entwicklungsarbeiten in den verschiedensten Bereichen wurden auf der Basis des aktuellen Stands der Wissenschaft durchgeführt. Folgende Theorien, Konzepte, Modelle, Verfahren und Techniken bildeten die Grundlage der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten: Theorien: Systemtheorie, Regelungstheorie DoE, Theorien der ressourcenbasierte Ansätze, nichtlineare Dynamik, Synergetik, Motivationstheorie, Zielsetzungstheorie, Handlungsresultationstheorie, Theorien der Altersforschung, Constraints Theorie, Software Agenten, Ressourcen-ökonomische Theorie, Lerntheorie, Neue Institutionsökonomik Konzepte: Enterprise Application Integration EAI, Föderationstechnologie, Propagation, OLAP und Data Mining, Rollenkonzept, Ausnahmezuständekonzept, verhandlungsbasierte Multiagenten Systeme MAS für wandlungsfähige Produktionssysteme, LEAN Group Techniken, Mechatronik, Wertmanagement-Ansatz, Realoptionsansatz, Performance Measurement, Lean Manufacturing, Total Quality Management TQM, Total Productive Manufacturing TPM, Modelle: Datenmodell (UML, XML Schema), Kompetenztheoretische Ansätze, Fraktales Unternehmen, Beteiligungs- und Partizipationsansätze, Mehrdimensionales Gedächtnismodell, Objektorientierung STEP-NC, Kosten-Modelle, Trichtermodell, Sozio-technischer Systemansatz, System Dynamics Verfahren und Techniken: Agententechnologie, NWR-Simulation Problemlösungstechniken, Wissensmodellierung, Constraint Optimization Problem COP, Ant Colony Optimization ACO, Algorithm of Symbolic Task Decomposition ASTD, Kombinatorische Optimierungsverfahren, Evolutionäre Algorithmen, Systemidentifikation, statistische Auswertungen, Simulation, Evo-Verfahren, Szenarienmanagement (Variantenbildung), Wertstrom (Anordnung und Steuerung), Virtual Reality VR (Visualisierung, Arbeitsumgebung), Simulation (Modellbildung zur Untersuchung der dynamischen Effekte)

5.1 Führung und Controlling

67

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.1 Führung und Controlling 5.1.1 Ausgangssituation Unternehmen, die in turbulenten Umfeldern erfolgreich operieren wollen, müssen wandlungsfähig sein. Mit anderen Worten: Sie müssen schnell und gezielt auf sich verändernde, nicht vorhersehbare Marktanforderungen antworten können. Die Führungs- und Steuerungsaufgaben von solchen wandlungsfähigen Unternehmen unterscheiden sich grundsätzlich von den Führungs- und Steuerungsaufgaben der Unternehmen in relativ ruhigen Umwelten: Das Management muss für verschiedene Konstellationen von Unsicherheit sensibilisiert werden, das Denken in Handlungsalternativen muss unterstützt, Lernprozesse müssen gefördert werden. Die Entscheidung, die ein Unternehmen im Hinblick auf die eigene Wandlungsfähigkeit zu treffen hat, lässt sich nicht auf die Frage für oder gegen das Vorhalten von Wandlungsfähigkeit reduzieren. Das Maß an Wandlungsfähigkeit eines Unternehmens sollte vielmehr stets im Einklang mit den realen externen Anforderungen stehen. Unabdingbare Voraussetzung für das Bestimmen des Handlungsbedarfes bezüglich der Wandlungsfähigkeit bildet aber die Kenntnis der eigenen Situation. Sie setzt sich aus der Gegenüberstellung zweier Dimensionen zusammen: aus dem aktuellen bzw. zukünftigen „umweltbedingten Wandlungsdruck“ und aus der bereits vorhandenen „unternehmensseitigen Wandlungsfähigkeit“ (Gagsch 2002). Als Determinanten der internen Wandlungsfähigkeit lassen sich zum einen Einflussfaktoren und zum anderen Gestaltungsfelder unterscheiden. Einflussfaktoren, wie beispielsweise das Entwicklungsstadium oder der Wandlungsdruck, dem das Unternehmen in der Vergangenheit ausgesetzt war, beeinflussen die Wandlungsfähigkeit des Unternehmens, können von

68

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

diesem aber nicht verändert werden. Gestaltungsfelder bieten Unternehmen die Möglichkeit, Einfluss auf die Konfiguration der Wandlungsfähigkeit zu nehmen. Eine entsprechende Ausrichtung der Führungs- und Controllingsysteme, der Führungs- und Steuerungsprozesse und der unternehmensseitigen Schnittstellen bieten entsprechende Ansatzpunkte für die Konfiguration der Wandlungsfähigkeit von Unternehmen. Allgemeine Anforderung Traditionelle Führungs- und Steuerungsinstrumente, wie z.B. auf dem Analyse- bzw. Prognosemodell basierende Planungs- und Kontrollsysteme oder klassische, hauptsächlich auf finanzwirtschaftlichen Kennzahlen basierende Controllingsysteme sind für ein reaktionsschnelles Management nicht oder nur sehr eingeschränkt tauglich. Daher stellt sich die Frage, was Führungs- und Steuerungsinstrumente leisten sollten, damit sie den neuen Anforderungen gerecht werden können. Eine instrumentelle Weiterentwicklung allein ist kaum ausreichend. Adaptions- und Innovationsbedarf besteht nicht nur bei Führungs- und Controllingsystemen, sondern auch im Strategieverständnis sowie bei der Struktur- und Prozessgestaltung. Unternehmensführung muss das organisatorische Spannungsfeld zwischen Selbst- und Fremdorganisation beherrschen. Dazu müssen die Aufgaben zwischen zentraler und dezentraler Führung sowie zwischen Führung und institutionalisiertem Controlling neu interpretiert und verteilt werden. 5.1.2 Einsatzgebiete Die folgenden Ausführungen basieren auf der Grundhypothese, dass wandlungsfähige Unternehmen sich in hierarchiearmen, aber kommunikationsreichen Strukturen organisieren, dass ihre dezentralen Leistungseinheiten teilautonom handeln und dass der Verbund von Leistungseinheiten für die Zwecke zielbewussten und koordinierten Handelns integrierende Führung erfordert. Um in turbulenten Umfeldern bestehen zu können, müssen der Führung geeignete Handlungsanweisungen und Instrumente zur Seite gestellt werden. Insbesondere die Ausrichtung der Führungs- und Controllingsysteme, der Führungsprozesse und der Schnittstellen innerhalb des Unternehmens sowie die zielführende Gestaltung der Bereiche Strategie, Strukturen, Mitarbeiter und Ressourcen sind von besonderer Bedeutung. Daneben können über mehrdimensionale, differenzierte Steuerungsgrößen einerseits die Selbststeuerung der teilautonomen Leistungseinheiten ermöglicht und andererseits die Erfüllung der übergreifenden strategischen und wertorientierten Ziele des Gesamtunternehmens sichergestellt werden.

5.1 Führung und Controlling

69

5.1.3 Instrumente und Lösungsansätze zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit 5.1.3.1 Führungssysteme Die beschriebenen Veränderungen des Unternehmensumfeldes machen eine grundlegende Neukonzeption bestehender Führungssysteme erforderlich. Im Kontext wandlungsfähiger Unternehmen sind unter dem Begriff Führungssysteme „die formal verankerten Systeme für die Gestaltung, Lenkung und Entwicklung von Unternehmungen … zu subsumieren. Sie erfüllen den Zweck, durch strukturelle Vorkehrungen einen konstitutiven Beitrag zu einer möglichst weit in die Zukunft reichenden Sicherung der Lebensfähigkeit und Entwicklung einer Unternehmung zu leisten“ (Schwaninger 1994). Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen diese Führungssysteme die Veränderung als Zustand betrachten und für die Möglichkeit zur permanenten evolutiven Weiterentwicklung angelegt sein (Westkämper et al. 2000). So müssen Führungssysteme untergeordneten Leistungseinheiten Ziele bzw. Richtungen vorgeben, um eine gemeinsame Unternehmensausrichtung sicherzustellen sowie die Wandlungsfähigkeit der einzelnen Einheiten und deren Beziehungen zueinander gewährleisten (Tilebein et al. 1998). Das demzufolge als „organisatorische Hülle“ verstandene Führungssystem muss im Weiteren wandlungsmotivierend auf die Leistungseinheiten einwirken und dabei außerdem die Fähigkeit besitzen, auch sich selbst zu wandeln (Zahn 2003). Diese Anforderungen bedingen eine zunehmende Vernetzung der einzelnen Subsysteme der Unternehmung, wie bspw. der Ziel-, Planungs-, Organisation-, Kontroll-, Informations- oder Anreizsysteme (Link 1996), und verursachen damit als Anpassung an die Zunahme der unternehmensexternen Turbulenz auch eine Zunahme der internen Komplexität. Für eine langfristig erfolgreiche Führung von Unternehmen ist deshalb eine mehrperspektivisch-vernetzte Sichtweise erforderlich, mit Hilfe derer einzelne Unternehmensbereiche nicht isoliert, sondern als Teile eines integrierten Ganzen betrachtet werden. Diese Erkenntnis gilt insbesondere für den Bereich der Führungssysteme. Der Fokus klassischer Führungssysteme der Betriebswirtschaftslehre liegt auf finanzwirtschaftlichen Aspekten. Einschlägige Forschungsarbeiten zeigen jedoch, dass speziell Unternehmen, die in turbulenten Umfeldern agieren, auf mehrperspektivische Führungssysteme (bspw. Informationen über Ergebnisse, Potentiale, Prozesse und Märkte) angewiesen sind, wenn sie langfristig erfolgreich sein wollen (Gagsch 2002).

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Neben der Notwendigkeit einer integrierten Führungssystemkonzeption gewinnt die bereits erwähnte Forderung nach einer Fähigkeit des Führungssystems, sich mit dem Unternehmen – im Sinne einer Koevolution – verändern zu können, zunehmend an Bedeutung. Aus diesem Grund wird im wandlungsfähigen Unternehmen ein neues Subsystem erforderlich, das eine Selbsttransformation des Führungssystems ermöglicht und damit eine andere Qualität der Anpassungsfähigkeit und Responsivität begründet. Ein solches Entwicklungssystem – in der Literatur auch als Metamanagementsystem bzw. Managementsystem zweiter Ordnung bezeichnet (Schwaninger 1994) – könnte diesen Anforderungen also gerecht werden. Dabei spielt die Bereitschaft zur proaktiven eigenen Veränderung eine entscheidende Rolle. Im turbulenten Umfeld kann ein Denken in bestehenden und teilweise von außen induzierten Systemen nicht länger erfolgreich sein. Vielmehr muss der Wandel in den Systemen immanent werden, also eine systeminhärente Wandlungsfähigkeit entwickelt werden. Führungsprozesse Die Veränderungen des Unternehmensumfeldes machen neben einer grundlegenden Neukonzeption bestehender Führungssysteme (Zahn 2003) auch eine Umgestaltung der Führungsprozesse notwendig. Nach Steinmann/Hasselberg ist Unternehmensführung als eine systematische Abfolge von (Management-) Funktionen zu begreifen, die nur in einer bestimmten Abfolge Erfolg versprechend sind (Steinmann u. Hasselberg 1988). Sie umfassen alle grundlegenden Managementaufgaben, die mit der Gestaltung, Lenkung und Entwicklung einer zweckorientierten sozio-technischen Organisation zu tun haben (Ulrich 1984). Es können normative Orientierungsprozesse, strategische Entwicklungsprozesse und operative Führungsprozesse unterschieden werden (Rüegg-Stürm 2002). Aufgrund der in turbulenten Umfeldern häufig auftretenden Diskontinuitäten ist die Erlangung nachhaltiger Wettbewerbsvorteile so gut wie nicht möglich. Stattdessen liegt der Fokus auf schnellen strategischen Bewegungen, die durch optimierte Abläufe in der Führung ermöglicht werden. Nur mit solchen strategischen Bewegungen, die zu temporären Wettbewerbsvorteilen führen, kann es gelingen, am Fluss immer wieder neu entstehender Geschäftschancen teilzunehmen. Differenzierung im Wettbewerb erfolgt in turbulenten Umfeldern nicht mehr durch Positionierung, sondern durch Bewegung. Die Ratio für effektive Strategien fokussiert auf optimierten, reaktionsschnellen Prozessen mit einfachen Regeln (Eisenhardt 2002). Die aktive Prozessgestaltung ist daher für die Sicherstellung der Wandlungsfähigkeit eines Unternehmens von besonderer Bedeutung. Im Rahmen einer Prozessentwicklung sind die Prozessarchitektur, die Pro-

5.1 Führung und Controlling

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zessstrukturen der einzelnen Führungsprozesse und Führungskenngrößen zur Messung der Prozessqualität zu bestimmen. Eine überlegene Prozesskompetenz – im Sinne von strategisch bedeutsamen kollektiven Fähigkeiten wie Lern- und Erneuerungsfähigkeiten (Zahn 2003) – ist dabei nur über die Berücksichtigung bestehender Alltagsroutinen, Technologien und Fähigkeiten der Mitarbeiter zu erreichen (Rüegg-Stürm 2002). Konventionelle Führungsprozesse halten in vielen Fällen der turbulenten Entwicklung der Umfeldbedingungen nicht stand. Eine Beschränkung auf die Reorganisation von Geschäftsprozessen, wie sie schon Anfang der 1990er Jahre propagiert wurde, kann zwar eine temporäre operative Fitness sicherstellen (Zahn et al. 1999). Strategische Beweglichkeit ist allerdings nur durch die Gestaltung beweglicher Führungsprozesse zu erreichen. Zentrale Parameter zur Erzeugung von Wandlungsfähigkeit im Unternehmen Jede Entscheidung, die vom Führungssystem getroffen wird, impliziert eine Kette von Wirkungen und Veränderungen im Unternehmen. Oftmals fehlen jedoch eine systemorientierte Betrachtung und integrierte Gestaltung, in der die verschiedenen Teilbereiche eines Unternehmens aufeinander abgestimmt und harmonisiert werden. Wandlungsfähigkeit ist weniger als eine Eigenschaft zu verstehen, über die ein Unternehmen verfügt. Geeigneter ist vielmehr die Vorstellung von einem Fähigkeitenkontinuum mit fließenden Übergängen von geringer über mittlere bis zu hoher Wandlungsfähigkeit. Führung wandlungsfähiger Unternehmen manifestiert sich demnach in der situationsspezifischen Konfiguration relevanter Gestaltungsfelder: Mitarbeiter, technische Ressourcen, Unternehmensstruktur und Geschäftsstrategien. Ein den externen Anforderungen entsprechendes Maß an Wandlungsfähigkeit kann über geeignete Stellhebel in diesen Gestaltungsfeldern erreicht werden (Gagsch 2002). Ziel ist ein geeignetes Maß an mitarbeiterbedingter Vielseitigkeit, ressourcenseitiger Wandelbarkeit, struktureller Anpassungsfähigkeit und strategischer Beweglichkeit (Zahn 2003; Horváth et al. 2004): Basis der mitarbeiterbedingten Vielseitigkeit sind – neben den persönlichen Eigenschaften der Mitarbeiter – ihr Wissen und ihre spezifischen Fähigkeiten. Darüber hinaus bestimmen organisationale Fähigkeiten (z.B. die oben angesprochenen Führungsprozesse im Unternehmen) sowie vorhandene und kollektiv gelebte Werte und Normen, ob und wie das Wissen und die Fähigkeiten der Mitarbeiter genutzt werden. Diese Effektivität hängt nicht zuletzt auch von der Bereitschaft der Mitarbeiter ab, ihre Kreativität und ihr Können in das Unternehmen einzubringen. Hier gilt es, die Motivation

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

durch geeignete Anreizmechanismen zu stimulieren und zu lenken. Vertrauensbildende Maßnahmen sind geeignet, um den Mitarbeitern gerade in Phasen schneller Veränderungen Sicherheit und Perspektive zu vermitteln. Das Vorhandensein von technischen Ressourcen, die wandelbar sind bzw. flexibel eingesetzt werden können, ist eine weitere fundamentale Voraussetzung für die Wandlungsfähigkeit von Unternehmen. Kapazitätsreserven – sowohl in quantitativer als auch in qualitativer Hinsicht – spielen dabei eine wichtige Rolle. Das mehrfache Vorhandensein funktionaler Module (z.B. flexibler Fertigungssysteme) ist zwar mit einer Art „Überversorgung“ verbunden, stellt aber eine spontane Verfügbarkeit sicher und ermöglicht so das Anstoßen neuen Wandels (Müller-Stewens u. Lechner 2003). Bei kurzfristigen, schnellen Veränderungen sind modulare, kompatible und entspezialisierte Komponenten der Schlüssel zu einer schnellen Rekonfiguration. Auf eine längere Sicht ist es notwendig, die Potentiale der Wandlungsfähigkeit für noch unbekannte Anforderungen bereitzuhalten. Diese implizieren eine Art Mutationsfähigkeit, die sich etwa in der Fähigkeit zur Erschließung neuer Technologiepfade niederschlägt. Flexible Commitments im Sinne der simultanen Verfolgung verschiedener Technologiepfade bedeuten allerdings eine hohe Ressourcenbindung. Diese kann durch Kooperationen mit Partnern, die über komplementäre technologische Kompetenzen verfügen, reduziert werden. Bezüglich der Organisationsstruktur können eindimensionale Strukturmuster, etwa eine klassische Linienorganisation, den vielschichtigen und veränderlichen Anforderungen radikalen Wandels nicht gerecht werden (Christensen u. Overdorf 2000). Gefragt sind hier mehrdimensionale Strukturkonzepte, auf der Basis von Modularismus (der Koexistenz verschiedener Strukturmuster), Strukturpluralismus (permanent oder temporär) und Föderalismus (dezentrale Leitungseinheiten, die mit großer Entscheidungsautonomie ausgestattet sind und in einer marktähnlichen Umgebung interagieren). Über die Zergliederung des Unternehmens in einzelne Leistungseinheiten mit unterschiedlichen Fähigkeiten können die Vorteile von Großunternehmen (z.B. viele verschiedene Kompetenzen) mit denen von Kleinunternehmen (z.B. große Flexibilität) verknüpft werden. Allerdings setzt dies voraus, dass die verschiedenen Organisationseinheiten mit entsprechenden Entscheidungsbefugnissen ausgestattet werden. Strategische Beweglichkeit bezieht sich schließlich einerseits auf den Prozess der Strategieentwicklung und andererseits auf die Strategieinhalte. Die Praxis, Strategien an der Spitze eines Unternehmens oder einer Geschäftseinheit zu formulieren und dann zur Ausführung zu verordnen, erweist sich immer seltener als zweckmäßig. Gerade in einem turbulenten Umfeld sind „emergente“ Strategien (Mintzberg 1994), die aus zielbewussten Handlungsmustern entstehen, unerlässlich. Voraussetzung hierfür

5.1 Führung und Controlling

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sind eine breit im Unternehmen verankerte Strategiekompetenz und eine Demokratisierung von Strategieprozessen (Zahn et al. 2000). Dynamische Umfelder erfordern auch dynamische Strategien. Das können duale Strategien sein, im Sinne der gleichzeitigen Betreibung bestehender und der Entwicklung neuer Geschäfte. Sie basieren auf Fähigkeiten zur Rekombination und Neuentwicklung von Kompetenzen. In Betracht kommen auch Strategiepopulationen. Sie beinhalten verschiedene reale Entwicklungsoptionen und erlauben eine höhere Handlungsflexibilität und damit ein besseres Vorbereiten auf unsichere Entwicklungen (Zahn u. Schön 2003). In den seltensten Fällen wird es möglich und zielführend sein, in allen Gestaltungsfeldern gleichzeitig aktiv zu werden. Sinnvoller erscheint es, zunächst die spezifischen Defizite in einzelnen Bereichen zu analysieren und zu beseitigen. Allerdings sollte keines der Gestaltungsfelder vernachlässigt werden, da die Gesamtwirkung verschiedener Maßnahmen zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit von deren Zusammenklang abhängt. Schnittstellen zwischen Leistungseinheiten Neben den gestiegenen Anforderungen an das Führungssystem und die Führungsprozesse setzt die zunehmende Turbulenz des Umfeldes auch neue Maßstäbe an die Gestaltbarkeit und das Management der unternehmensinternen und -externen Schnittstellen zwischen den teilautonomen Leistungseinheiten, zum Absatz- und Beschaffungsmarkt sowie zu Kooperationspartnern und Konkurrenten (Reichwald u. Koller 1996). Eine hohe Veränderungsdynamik erfordert die Anpassung von Zielen und Aufgaben der Zusammenarbeit in Wertschöpfungsnetzwerken. Neben der Betrachtung des Transfers von betrieblichen Sachgütern gewinnt der Transfer von Informationen und Wissen zunehmend an Bedeutung (Picot et al. 2001). Das verdeutlicht die Relevanz der Schnittstellen-Thematik – insbesondere bei wandlungsfähigen, netzwerkartigen Unternehmensstrukturen. Das Schnittstellenmanagement, als Spezialfall der Koordination, wird überall dort benötigt, wo autonome und teilautonome Organisationseinheiten, die in ihrer Interaktion zwingend voneinander abhängen, ohne einen gemeinsamen Vorgesetzten zu koordinieren sind. Schnittstellenmanagement ersetzt oder ergänzt in diesem Sinne die hierarchische Koordination. Die Aufgabe dieses Schnittstellenmanagements ist es, Schnittstellen unter Effektivitäts- und Effizienzkriterien zu analysieren, zu planen, zu gestalten sowie zu kontrollieren und auf diese Weise ihre Tauglichkeit zu gewährleisten (Sydow 1999). Dem Schnittstellenmanagement kommt die Funktion zu, unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen von Kooperationen sowie der Charakteristika von Schnittstellen, den Interaktionsprozess effizient zu organisie-

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

ren. Im Vordergrund steht dabei der Transfer von Material, Informationen und Ressourcen, den es zu optimieren gilt. Die Abläufe sollten unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimal und zugleich übersichtlich strukturiert sein. Die wesentlichen Aufgaben des Schnittstellenmanagements bestehen vor allem in der Schaffung von Transparenz, der Bewältigung von Komplexität, der Gewährleistung der Wirtschaftlichkeit, der Sicherung des Nutzenbeitrags und der Förderung der Integration. Die Gestaltung der Schnittstellen sollte den drei Phasen Spezifizierung, Abstimmung und Evaluierung folgen. Ausgehend von einer detaillierten Spezifizierung wesentlicher Zusammenhänge werden diese aufeinander abgestimmt und schließlich bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit evaluiert. Die Ergebnisse der Evaluierung fließen wiederum in die „Respezifikation“ der Schnittstelle ein. Daraus resultiert ein Kreislauf der Schnittstellenkonfiguration (Herbst 2002). Steuerungsgrößenbildung für teilautonome Leistungseinheiten Die veränderten Rahmenbedingungen durch die Verlagerung von Entscheidungskompetenzen auf dezentrale, teilautonome Leistungseinheiten und die hohe Umweltturbulenz überfordern, wie bereits oben angesprochen, traditionelle Steuerungsinstrumente. Hierzu zählt insbesondere auch die traditionelle Budgetierung, die als Steuerungssystem des tayloristisch organisierten Unternehmens der Massenproduktion entwickelt wurde und zunehmend von Theorie und Unternehmenspraxis kritisiert wird. Insbesondere die kurzfristige Sichtweise, die fehlende Verbindung zur Unternehmensstrategie und der extrem langwierige und aufwändige Budgetierungsprozess werden bemängelt (Hope u. Fraser 2000, 2001). Hieraus stellt sich die Frage, mit welchen Ansätzen die ergebniszielorientierte Unternehmenskoordination, die gerade bei dezentralen Strukturen besonders wichtig ist, erfüllt werden kann. Insbesondere drei Ansätze haben sich herausgebildet (Horváth 2003b): • „Better Budgeting“: Systematische Beschleunigung, Vereinfachung und Flexibilisierung der traditionellen Budgetierung. • „Beyond Budgeting“: Realisierung der Budgetierungsfunktion durch ein Set an Instrumenten, das die Dysfunktionalitäten der traditionellen Budgets vermeidet. • „Balanced Scorecard“: • Steuerung durch aus Strategie abgeleiteten Zielgrößen.

5.1 Führung und Controlling

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Bei der Organisation in hierarchiearmen, dezentralen Unternehmensstrukturen stellt die Ableitung von mehrdimensionalen Zielgrößen für teilautonome Leistungseinheiten eine besondere Schwierigkeit dar, da im „Basiskonzept“ der Balanced Scorecard (vgl. zur Balanced Scorecard Kaplan u. Norton 2001) keine instrumentelle Unterstützung angeboten wird. Eine Methodik, welche die Aufgabe der Ableitung von Zielgrößen erfüllt, sollte dabei insbesondere berücksichtigen, dass: • die Informationen, die den teilautonomen Leistungseinheiten zur Verfügung gestellt werden, strategie- und gesamtzielorientiert sind. Dies ist notwendig, damit Suboptima vermieden und die Gesamtunternehmensziele erreicht werden können, • die Leiter teilautonomer Leistungseinheiten „maßgeschneiderter“ Informationen bedürfen. Dies bedeutet, dass eine Ausgewogenheit zwischen den zugestandenen Entscheidungsspielräumen („Entscheidungsautonomie“) und den zur Verfügung gestellten Informationen herrscht. Somit können Informationslücken, die ungerichtete Entscheidungen und somit evtl. „falsche“ Führungsentscheidungen aufgrund fehlender Informationen bewirken und „Informationsüberflutung“, d.h. Informationen über Sachverhalte, die nicht in der Leistungseinheit entschieden werden dürfen, vermieden werden. Einen Ansatz zur Lösung dieser Problematik stellt das autonomie- und strategieorientierte Steuerungsgrößenbildungssystem dar, welches die Entscheidungsdimension in Einklang mit den zur Verfügung gestellten Informationen sicherstellt (vgl. zur SAS-Methodik Schindera 2001). Durch das Ableiten der Steuerungsgrößen über Ursache- und Wirkungsketten aus den strategischen Unternehmenszielen wird eine gesamtunternehmensbezogene strategische Ausrichtung der Leistungseinheiten bewirkt (vertikale Komponente), während durch die Berücksichtigung der zugestandenen Entscheidungskompetenz der teilautonomen Leistungseinheit (horizontale Komponente) die autonomieadäquate Steuerung sichergestellt wird. Ergebnis sind autonomie- und strategieorientierte Steuerungsgrößen, die je nach Kontextfaktoren, d.h. je nach Art der Leistungseinheit, Unternehmensstrategie, Autonomiegrad etc. variieren. Durch die unterschiedlichen Kontextfaktoren ist die Bildung eines generell gültigen KennzahlenSets nicht möglich. So besitzt ein Automobilzulieferer andere Steuerungsgrößen als ein Unterhaltungselektronikhersteller und eine Teilefertigung andere Steuerungsgrößen als ein Montagebereich.

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.1.3.2 Wertmanagement und Wertbeitragsmessung Generell kann gesagt werden, dass nichtfinanzielle Steuerungsgrößen umso bedeutsamer sind, je kleiner die Einheit und je tiefer diese in der Hierarchie angesiedelt ist. Trotzdem sollte auf finanzielle Größen zur Steuerung von teilautonomen Leistungseinheiten nicht ganz verzichtet werden, damit auch die dezentralen Führungskräfte die Auswirkungen ihres Handelns auf den finanziellen Erfolg des Unternehmens kennen (Horváth et al. 2004). Wegen der Kritik an den traditionellen Steuerungsgrößen aus dem Jahresabschluss (Rappaport 1986; Günther 1997) und vor dem Hintergrund der Liberalisierung und Vernetzung der Kapitalmärkte hat die Wertorientierung zunehmend in der Theorie und Unternehmenspraxis (Horváth u. Minning 2001) Verbreitung gefunden. Es hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass sich nicht nur der Wettbewerb um Kunden, sondern auch der Wettbewerb um das Kapital verschärft hat. Eigenkapitalgeber fordern eine angemessene Rendite ihres zur Verfügung gestellten Kapitals. Voraussetzung hierfür ist die konsequente Ausrichtung aller Führungsentscheidungen an der Steigerung des Unternehmenswertes. Die Aktualität und Notwendigkeit einer wertorientierten Unternehmensführung ist dabei besonders in Unternehmen mit dezentralen, hierarchiearmen Strukturen im turbulenten Umfeld gegeben (Herter 1994; Behme u. Roth 1997). Für die übergeordnete Unternehmensführung stellt sich die Frage, welchen Beitrag die teilautonomen Leistungseinheiten zur Steigerung des Unternehmenswertes leisten. Der Wertbeitrag verkörpert periodenbezogen den geschaffenen bzw. vernichteten Wert einer Leistungseinheit. Dies bedeutet, dass eine wertorientierte Steuerungsgröße das oberste finanzielle Ziel jeder Leistungseinheit sein muss. Da die Beschaffung der benötigten Inputdaten sehr aufwändig und für Einheiten auf tieferen Hierarchieebenen überhaupt nicht möglich ist, müssen für solche Leistungseinheiten Steuerungsgrößen abgeleitet werden, die in einem unmittelbaren Zusammenhang zum Wertziel der übergeordneten Einheit stehen. Früherkennungssysteme Ein geeignetes Controllingsystem ermöglicht hierarchiearme Strukturen in der variantenreichen Serienfertigung durch die Entwicklung eines geeigneten, dezentralen Steuerungsinstrumentariums. Das Controlling kann aber die Führung auch dadurch unterstützen, dass Informationen möglichst frühzeitig erkannt, verdichtet und an die richtigen Personen im Unternehmen weitergeleitet werden. Somit erhöht sich die – im turbulenten Umfeld sehr kurze – Reaktionszeit wesentlich. In diesem Zusammenhang wird unter dem Terminus Früherkennung zum einen das Aufspüren negativer, un-

5.1 Führung und Controlling

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ternehmensbedrohlicher Entwicklungen und zum anderen die Identifizierung sich für das Unternehmen bietender Chancen subsumiert (Konrad 1991). Der Grundgedanke der Früherkennung ist dabei nicht neu, sondern wurde bereits in den sechziger Jahren behandelt (Horváth 2003a). Diese sog. Früherkennungssysteme der ersten Generation, die auf Kennzahlen aus dem Rechnungswesen basieren, sind für die heutige hohe Umweltturbulenz nicht geeignet, da sie eher die Symptome als die Ursachen erfassen und Diskontinuitäten nicht erkannt werden. Die Weiterentwicklungen in den Systemen der zweiten und dritten Generation berücksichtigen dies und versuchen auch schwache Signale zu erfassen. Unberücksichtigt bleibt aber auch bei diesen neueren Ansätzen, dass durch die zunehmende Dezentralisierung wesentliche Entwicklungen des Unternehmensumfeldes nicht mehr bei der zentralen Unternehmensführung und den ihnen direkt zugeordneten Stabsabteilungen erkannt werden, sondern in den dezentralen, teilautonomen Leistungseinheiten. Diese Informationen müssen in einem „bottom-up“ Prozess der Unternehmensführung zugänglich gemacht werden, da die Möglichkeit der Reaktion auf solche Entwicklungen in den teilautonomen Leistungseinheiten relativ gering ist. Bei der Erfassung der Früherkennungsinformationen ist zwischen zwei völlig unterschiedlichen Erfassungs- und Beobachtungsarten zu differenzieren: Die Verwendung von fest definierten Indikatoren und deren Veränderungen sowie die allgemeine, nicht gerichtete Suche nach Diskontinuitäten. Früherkennung mit Hilfe von Indikatoren Indikatoren bilden als quantifizierbare Größen einen wesentlichen Bestandteil eines Früherkennungssystems. Sie ermöglichen hierbei die Offenlegung sich abzeichnender Entwicklungen und die daraus resultierenden Konsequenzen (Krystek u. Müller-Stewens 1992). Entscheidend ist die Wahrnehmung und Erfassung vorlaufender Indikatoren, die entsprechende Aspekte mit zeitlichem Vorlauf signalisieren. Im Rahmen der Wahrnehmung und Überwachung, dem Indikatoren-Monitoring, bietet sich folgende Vorgehensweise an (Hahn u. Krystek 1979): • Zunächst werden für das Unternehmen bzw. die Bereiche externe (z.B. technologische Entwicklungen) und interne Beobachtungsbereiche (z.B. Bedarf an Mitarbeiterpotentialen) untersucht, für die entsprechende Veränderungen identifiziert wurden bzw. zu erwarten sind. • Anschließend erfolgen die Auswahl geeigneter Frühindikatoren, sowie die Analyse der Wirkungszusammenhänge. Hier sollten mit Hilfe von

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Expertenwissen für die jeweiligen Frühindikatoren Schwellenwerte definiert werden, deren Überschreiten ein Warnsignal auslöst. • Sind Indikatoren und Schwellenwerte definiert, erfolgt die Zuweisung der Verantwortlichkeiten für die operative Überwachung der Indikatoren innerhalb des Unternehmens bzw. Unternehmensbereichs. Früherkennung durch Erfassung von Diskontinuitäten Über die von Indikatoren erfassten Informationen hinausgehend, werden Informationen benötigt, die Hinweise auf mögliche bevorstehende Diskontinuitäten (Trendbrüche) im sozialen, politischen und technologischen Unternehmensumfeld geben (Horváth 2003a). Diskontinuitäten sollen in Form von „schwachen Signalen“ erfasst werden. Mit Hilfe eines „Scanning-Prozesses“ erfolgt ein Rastern und Abtasten der Umgebung, das nicht auf einen bestimmten Beobachtungsbereich fixiert ist. Werden Diskontinuitäten mit relevantem Einfluss auf das Unternehmen erkannt, sind diese Signale im Rahmen eines Monitoring zu untersuchen und einer dauerhaften und gerichteten Beobachtung zu unterziehen (Krystek u. Müller 1999). Als Trendmelder kommt hier jeder Mitarbeiter des Unternehmens in Betracht. Die von Mitarbeitern erkannten Trends werden dann mit Hilfe eines Trendmeldeformulars erfasst, das Aussagen zu trendspezifischen Merkmalen sowie quantitative und qualitative Ausprägung der Trends trifft. Um das Engagement der Mitarbeiter beim Erkennen relevanter Früherkennungsinformationen zu sichern, sind folgende Punkte zu beachten: • Der Zusatzaufwand ist durch einfache Gestaltung, schnelle Bearbeitung und leichte Zugänglichkeit (Intranet, Newsletter) des Trendbogens gering zu halten. • Sowohl monetäre als auch nicht monetäre Anreize, analog zum Vorschlagswesen, sichern einen Nutzenzuwachs auch beim Mitarbeiter. • Die Bereitschaft zur Weiterleitung von relevanten Früherkennungsinformationen sollte durch einen geeigneten Führungsstil und durch die Unterstützung der Führung gefördert werden. Aufbereitung zu entscheidungsrelevanten Informationen Zur Archivierung und weiteren Verarbeitung der ermittelten Informationen bedarf es einer entsprechenden Dokumentation mir einer: • Beschreibung der beobachteten Indikatoren, • Erfassung der Indikatorenverläufe und die • Erfassung der Trendmeldungen.

5.1 Führung und Controlling

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Innerhalb des Prozesses zur Aufbereitung entscheidungsrelevanter Informationen werden die qualitativen Größen standardisiert erfasst und zusammen mit Indikatoren als quantitative Größen für die Diagnose aufbereitet. Die resultierenden Informationen werden durch das Controlling an die Unternehmensführung weitergeleitet und dienen dort als Entscheidungsgrundlage. 5.1.3.3 Controlling und Lernen Wie gezeigt wurde, besitzt das Controlling eine unverzichtbare Unterstützungsfunktion für die Wandlungsfähigkeit, in dem es die ergebniszielorientierte Ausrichtung des gesamten Unternehmens in hierarchiearmen Strukturen sicherstellt, die Bildung von teilautonomen Leistungseinheiten durch die Ermittlung von dezentralen Steuerungsgrößen überhaupt erst ermöglicht und die Reaktionszeit der Unternehmensführung durch das frühzeitige Erkennen von Entwicklungen des Unternehmensumfeldes erhöht. Zu diesen anspruchsvollen Aufgaben kommt hinzu, dass diese nicht statisch sind, sondern sich die Anforderungen im Zeitablauf verändern. Dies bedeutet, dass das Controlling selbst sich kontinuierlich an neue Anforderungen anpassen und weiterentwickeln muss. Grundsätzlich werden drei Ebenen des Lernens unterschieden (Argyris u. Schön 1999; Kaplan u. Norton 2001; Schreyögg 1999). Beim Einschleifenlernen (Single-Loop-Learning) wird die effektive Anpassung an gegebene Werte und Zielvorstellungen durch Identifizierung und Korrektur von Abweichungen erreicht. Auf der nächsthöheren Ebene werden beim Doppelschleifenlernen (Double-Loop-Learning) durch Veränderungen der Umwelt, Ziele, Werte und Strategien an sich in Frage gestellt. Wird der eigentliche Lernprozess zum Bestandteil des Lernens, spricht man von Problemlösungslernen (Deutero Learning). Für das Controlling bedeutet dies, dass es seine eigenen Instrumente, Prozesse und institutionellen Regelungen selbst permanent hinterfragt und sich das Controllingsystem neuen Anforderungen anpassen kann. Ziel des Controllings sollte hierbei die stetige Verbesserung und Anpassung der bestehenden Controllingprozesse und -instrumente an neue Rahmenbedingungen sein, um das grundlegende Controllingziel, die Sicherstellung und Erhaltung der Koordinations-, Reaktions- und Adaptionsfähigkeit der Führung (Horváth 2003a) zu erreichen. Dies bedeutet für das Controlling, dass das Controllingsystem auf Änderungen des Unternehmenssystems und/oder dessen Umfeld mit Einschleifen-, Doppelschleifen- und Gestaltungslernprozessen reagieren können muss. Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine Weiterentwicklungskomponente in das Controlling zu integrieren.

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Lernmodell des Controllings Instrumentell kann das Lernen im Controlling durch ein vierstufiges Lernund Weiterentwicklungsmodell unterstützt werden, das nachfolgend kurz skizziert wird (Argyris u. Schön 1999; Dörnemann et al. 2000, Probst et al. 1999, Scheurer u. Zahn 1998): Transparenz über das bestehende Controllingsystem schaffen In einem ersten Schritt muss Transparenz über die eingesetzten Instrumente, institutionelle Verantwortlichkeiten, eingesetzte Prozesse und ITLösungen geschaffen werden. Durch die Vielzahl an eingesetzten Instrumenten, Regeln, Zuständigkeiten und Prozessen bereitet dies in vielen Unternehmen erhebliche Schwierigkeiten. Es ist jedoch auch darauf zu achten, dass eine solche Wissenstransparenz nur für die wirklich kritischen Controllingprozesse und -instrumente geschaffen wird, da für die Identifikation der Fähigkeiten und Kenntnisse auch erhebliche Ressourcen aufgewandt werden müssen. Lücken im bestehenden Controllingsystem erkennen In einer zweiten Stufe müssen die Lücken im bestehenden Controllingsystem identifiziert werden. Problematisch ist hier, dass solche Lücken nur in enger Zusammenarbeit zwischen Controllern, zentralen Führungskräften und den Leitern der teilautonomen Leistungseinheiten festgestellt werden können. Deshalb sind regelmäßige Befragungen über die Zufriedenheit mit den wesentlichen Controllingprozessen durchzuführen. Dies dient sowohl dazu, das Controlling permanent kundenorientiert weiter zu entwickeln, als auch Veränderungen der Unternehmensumwelt, die von den Führungskräften bereits bemerkt wurden, zu antizipieren und Anpassungsbedarf festzustellen. Außerdem bietet sich ein regelmäßiges Benchmarking mit Unternehmen an, die führend im Controlling sind. Das Controlling sollte nicht nur selbst Initiator von Benchmarking sein, sondern sich auch selbst einem Benchmarking stellen. Als Drittes muss von der zentralen Controllingabteilung eine permanente Beobachtung der Unternehmensumwelt bezüglich relevanter Entwicklungen für das Controlling durchgeführt werden. Hierzu gehört es einerseits, die Entwicklungen in Wissenschaft und Praxis permanent zu verfolgen und andererseits, die Auswirkungen auf die eigene Unternehmung einzuschätzen.

5.1 Führung und Controlling

81

Erforderliche Kenntnisse aufbauen Falls Lücken im Controllingsystem bestehen, müssen diese geschlossen werden. Im ersten Schritt muss untersucht werden, ob die notwendigen Fähigkeiten und Erfahrungen in der Organisation vorhanden sind oder ob auf externes Wissen zurückgegriffen werden soll. Sind die notwendigen Kenntnisse nicht vorhanden, muss entschieden werden, ob das erforderliche Controllingwissen selbst entwickelt wird (mit Hilfe von Literaturrecherchen, Internet, Besuch von Weiterbildungsveranstaltungen etc.) oder ob auf externe Quellen zurückgegriffen werden soll. Controllingsystem weiterentwickeln und implementieren Auf Basis der identifizierten Lücken und der entwickelten Kenntnisse und Fähigkeiten ist das Controllinginstrument konzeptionell weiter zu entwickeln und zu implementieren. Grundsätzlich können hierbei entweder nur einzelne Bereiche betroffen sein oder das gesamte Unternehmen. Die Veränderungen sind im Sinne eines Projektmanagements durchzuführen und mit Hilfe des Projektcontrollings zu steuern. Da hier wieder wichtiges Implementierungswissen entsteht, sind die Projekte systematisch zu dokumentieren und die Erfahrungen anderen Mitarbeitern zur Verfügung zu stellen. Diese Stufen sind als theoretisch-funktionale Aufgaben zu verstehen und nicht als sequenzieller Prozess. So werden in Unternehmen in turbulentem Umfeld zu jeder Zeit alle vier Aufgaben parallel stattfinden. Wichtig ist die Konzentration auf für die Organisation bedeutsame Veränderungsprojekte, damit die Ressourcen nicht für unwesentliche Projekte verwendet werden. 5.1.4 Zusammenfassung und Ausblick Hochturbulente Aufgabenumfelder stellen höchste Anforderungen an die Reaktionsfähigkeit der Unternehmen. Damit diese in dem hier typischen schnellen und diskontinuierlichen Wandel bestehen können, müssen Strategien und das gesamte Steuerungsinstrumentarium dynamisiert und weiterentwickelt werden. Strategiedynamik erfordert nicht zuletzt adaptive Führung, die Strategien, Geschäftsmodelle und Handlungslogiken immer wieder auf den Prüfstand stellt und ein Controlling, das sich auf neue Kontextsituationen einstellen und sich permanent weiterentwickeln kann, um die Führung bei deren herausfordernden Aufgaben zu unterstützen.

82

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.1.5 Literatur Argyris C, Schön DA (1999) Die lernende Organisation. Stuttgart Behme W, Roth, A (1997) Organisation und Steuerung dezentraler Unternehmenseinheiten. Wiesbaden, S 17–40 Christensen CM, Overdorf M (2000) Meeting the Challenge of Disruptive Change. In: Harvard Business Review 77 2:67–76 Dörnemann J, Grund T, Knust P, Schindera F (2000) Wissensmanagement im Controlling – Konzeption und Umsetzung eines virtuellen Planungshandbuches bei der Bauknecht Hausgeräte GmbH. In: Controlling 12 6:313–320 Eisenhardt KM (2002) Has strategy changed? In: MIT Sloan Management Review. Winter 2002, S 88–91 Gagsch B (2002) Wandlungsfähigkeit von Unternehmen. Frankfurt a.M. Günther T (1997) Unternehmenswertorientiertes Controlling. München Hahn D, Krystek U (1979) Betriebliche und überbetriebliche Frühwarnsysteme für die Industrie. 71 ZfbF 2:76–88 Herbst C (2002) Interorganisationales Schnittstellenmanagement. Frankfurt a.M. Herter RN (1994) Unternehmenswertorientiertes Management. München Hope J, Fraser, R (2000) beyond budgeting. In: Strategic Finance 82 10:30–35 Hope J, Fraser R (2001) Figures of Hate. In: Financial Management 80 2:22–25 Horváth P (2003a) Controlling. München, 9. Auflage Horváth P (2003b) Hat die Budgetierung noch Zukunft? In: CFCM Sonderheft 1: 4–8 Horváth P, Minning F. (2001) Wertorientiertes Management in Deutschland, Großbritannien, Italien und Frankreich. In: Controlling 13 6:273–283. Horváth P, Zahn E, Minning F, Nowak M (2004) Führung und Controlling in wandlungsfähigen Unternehmen. In: Lebendige Wissenschaft, Kaplan RS, Norton DP (2001) Die strategiefokussierte Organisation. Aus dem Amerikanischen von Péter Horváth. Stuttgart Konrad L (1991) Strategische Früherkennung: eine kritische Analyse des „Weaksignals“-Konzeptes. Bochum Krystek U, Müller M (1999) Frühaufklärungssysteme – Spezielle Informationssysteme zur Erfüllung der Risikokontrollpflicht nach KonTraG. In: 11 Controlling 4/5:177-183 Krystek U, Müller-Stewens G (1992) Grundzüge einer strategischen Frühaufklärung. In: Hahn D, Taylor B. (Hrsg.): Strategische Unternehmensplanung – Strategische Unternehmensführung. Heidelberg, S 337–364 Link J (1996) Führungssysteme: Strategische Herausforderung für Organisation, Controlling und Personalwesen. München Mintzberg H (1994) The rise and fall of strategic planning. New York Müller-Stewens G Lechner C (2003) Strategisches Management: wie strategische Initiativen zum Wandel führen. Stuttgart, 2. Auflage Picot A, Reichwald R, Wigand RT (2001) Die grenzenlose Unternehmung: Information, Organisation und Management. Wiesbaden, 4. Auflage

5.1 Führung und Controlling

83

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84

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.2 Planung und Steuerung 5.2.1 Ausgangssituation Größere Wandlungsfähigkeit stellt erhöhte Anforderungen an das Zusammenspiel der operativen Planungs- und Steuerungsverfahren. Erforderlich sind Gestaltungs-Werkzeuge zur situationsangepassten, ganzheitlichen Konfiguration und Parametrierung der kompletten Planungs-SteuerungsKette. Der klassische PPS-Ansatz beruht darauf, dass in der Produktionsplanung Periodenpläne erzeugt werden, die Vorgaben für die Produktionssteuerung sind. In der Realität der Produktion gelten sich ergebende Planabweichungen als Störungen, die durch die Produktionssteuerung mittels kurzfristiger Korrekturen, beispielsweise Eilaufträge und Kapazitätsanpassungen, minimiert werden sollen. Anwendung findet meist eine Rückwärtsterminierung gegen unbegrenzte Kapazitäten (MRP), an die sich ein Kapazitätsabgleich anschließen kann. Die Zuordnung von Arbeitsschritten zu Produktionsressourcen wird lange vor Beginn des eigentlichen Produktionsprozesses in der Arbeitsvorbereitung festgelegt. Dadurch fehlen der Feinplanung durch fix vorgegebene Belegungspläne der Produktionsplanung und -steuerung PPS und fixe Arbeitspläne die nötigen Freiheitsgrade, um z.B. auf Maschinenausfälle adäquat zu reagieren. Die strikte Trennung von Planungs- und Ausführungsprozessen in heutigen Unternehmen führt zu Schnittstellenverlusten beim Informationsfluss innerhalb der Organisation. Dies bezieht sich nicht allein auf die Qualität der Informationen. Die Tatsache, dass bestimmte Planungs- und Steuerungsaufgaben ungünstig innerhalb der Hierarchieebenen angeordnet sind, führt zu einem trägen Verhalten des Produktionssystems, denn jede Organisationseinheit der Kette benötigt Verarbeitungszeit und besitzt eine individuelle Totzeit. Bei turbulenten Bedingungen besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Informationen, wenn sie in der Ausführungsebene ankommen, bereits veraltet sind. Die Fülle an lokal verfügbaren Informationen kann nicht wirtschaftlich in ein System eingepflegt werden. Die Planungsergebnisse einer zentralen Planung sind in der Regel derart fehlerbehaftet, dass faktisch eine dezentrale Feinplanung von den Mitarbeitern vor Ort durchgeführt wird, um im Rahmen ihrer Möglichkeiten die Pläne dennoch zu realisieren. Die Folge sind unter anderem die Probleme varian-

5.2 Planung und Steuerung

85

tenreicher Serienfertiger bei der Einhaltung von Terminen oder der Beherrschung von Störungen. Neben den Problemen der heutigen operativen Systeme lassen sich auch Defizite in der gestalterischen Ebene ausmachen. Fabrikplanung und Logistikplanung, das heißt, die geometrische Gestaltung und Anordnung von Flächen und Anlagen und die Aufgaben zur Parametrierung von Planungsund Steuerungssystemen werden heute weitestgehend sequentiell durchgeführt. Fehlplanungen, langwierige Abstimmungsprozesse und teure Korrekturen sind die Folge. Derzeit entstehen Lösungen zur Integration von Daten, Aufgaben und Werkzeugen, die konsistente Ergebnisse und ein schnelles Ramp-Up von Produktionsanlagen erlauben sollen. Allerdings bleiben die gesamtheitliche Betrachtung und die Integration weitestgehend auf die Daten beschränkt. Die integrierte Betrachtung, Gestaltung und Bewertung von Fabriken mit Planung, Steuerung und Ausführung im variantenreichen Umfeld bleibt bei den derzeit entstehenden Lösungen unberücksichtigt. Es fehlen Instrumente und Werkzeuge zur Unterstützung bei der Turbulenzbewältigung, die iterativ und permanent die Notwendigkeit zum Wandel überprüfen, diesen gegebenenfalls anstoßen und bereits im Vorfeld die Konsequenzen von Umplanungen aufzeigen. Insgesamt besteht aufgrund dieser Probleme eine hohe Hemmschwelle für die Umplanung. Als Folge davon wird eine Neuplanung nicht oder sehr spät angestoßen, so dass die Produktion nicht adäquat auf Wandel im Umfeld reagiert und ineffizient arbeitet. 5.2.2 Anforderungen an wandlungsfähige Planung und Steuerung Allgemein muss es das Ziel sein, die Reaktionsfähigkeit der Produktion zu erhöhen. Notwendig sind dazu in der Planung und Steuerung die Verkürzung der Reaktionszeiten und die Erweiterung der kurzfristigen Handlungsoptionen sowie die aktive Unterstützung der Leistungseinheiten. Dies erfordert Zeitreduktion, Aufwandsreduktion und Aufgabenvernetzung in der gesamten Planungskette. Im Einzelnen: • • • • • •

Unterstützung von aufwandsarmem Wandel in der Produktion, Aufwandsreduktion bei Gestaltungsaufgaben, Aufwandsreduktion bei der Logistikbewertung, ganzheitliche Bewertung von Soll-Szenarien, Komplexitätsbeherrschung von Produkt- und Marktvielfalt, proaktive und reaktive Störungsbeherrschung.

86

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.2.3 Instrumente und Lösungsansätze zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit Im Folgenden werden mehrere Lösungsansätze vorgestellt, die zur Bewältigung der genannten Anforderungen beitragen. Die logistischen Turbulenzindikatoren machen logistische Turbulenz mess- und quantifizierbar. Sie zeigen konkrete Handlungsnotwendigkeit auf und sind Ausgangspunkt für eine durchgängige Auftragsmanagementgestaltung: Das Vorgehen der situationsangepassten Auftragsmanagement-Konfiguration ist ein systematischer Ansatz zur Konfiguration des Auftragsmanagements. Es trennt die grundlegende Gestaltung des Auftragsmanagements von der Auswahl der verwendeten Planungsmethoden. Dieses Vorgehen ermöglicht eine dynamische Logistikstrategie, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ihre grundsätzliche Ausrichtung für die Planungsperiode konstant bleibt, sich aber einzelne Gestaltungsaspekte optimal an Veränderungen des Unternehmensumfelds anpassen. Der Logistikprüfstand erlaubt eine ganzheitliche Bewertung von Produktionsprozess, Ressourcenstruktur sowie Planungs- und Steuerungsmethoden. So lassen sich Konsequenzen einer Umplanung frühzeitig erkennen. Die sich aus der Integration von Fabrik- und Logistikplanung ergebende Komplexität dieser Gestaltungsaufgabe kann vom Planer mit Hilfe des vorgestellten Werkzeugs bewältigt werden. Durch eine automatisierte Dimensionierung des Kundenentkopplungspunkts wird der Planer von Routineaufgaben entlastet. Planungsqualität und -geschwindigkeit nehmen zu. Die automatische Grobplanung der Produktionsstruktur unterstützt den Planer in seiner Tätigkeit. Auf Basis des zu erwartenden Produktmixes, der Arbeitspläne und der zur Verfügung stehenden Ressourcen werden Vorschläge für eine Struktur der Produktion generiert, die als Grundlage für die Feinplanung dienen. Die Produktionsregelung ermöglicht die Selbststeuerung der Produktion bei minimalem Anpassungs- und Datenaufwand, weitgehend unabhängig von der Komplexität der Produktion und der Teilevielfalt. Die dynamische Arbeitsplanung erlaubt die automatisierte Erstellung des Arbeitsplans mit Hilfe von Software-Agenten erst unmittelbar vor der Ausführung der Bearbeitungsaufgabe. Das Konzept beinhaltet zusätzlich eine Grobplanung, die der dynamischen Arbeitsplanung notwendige Freiheitsgrade bei der Entscheidung der Maschinenbelegung offen lässt. Die sich in der Fertigung ergebenden zusätzlichen Freiheitsgrade und die extrem kurze Totzeit zwischen Arbeitsplanung und Belegungsplanung verbessern die proaktive und reaktive Störungsbeherrschung.

5.2 Planung und Steuerung

87

Die fähigkeitsbezogene Kapazitätsplanung ist ein Grobplanungskonzept, das durch ressourcenunabhängige Kapazitätsbetrachtung den unterlagerten Planungs- und Steuerungsebenen Freiheitsgrade offen lässt und so die Schaffung einer konsistenten, durchgängigen Planungskette ermöglicht. 5.2.3.1 Auftragsmanagementgestaltung Die klassische statische Analyse und Gestaltung des Auftragsmanagements stößt insbesondere im turbulenten Umfeld an Grenzen (Westkämper et al. 2000). Die folgenden Ausführungen erläutern eine werkzeuggestützte Methode zur Realisierung von wirtschaftlichem, zielgerichtetem Wandel im Auftragsmanagement mittels eines durchgängigen, proaktiven, simulationsgestützten Ansatzes, welcher sowohl die logistischen als auch die monetären Ziele des Unternehmens als Bewertungsbasis berücksichtigt. Dieses Vorgehen erlaubt eine dynamische Logistikstrategie, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ihre grundsätzliche Ausrichtung für die Planungsperiode konstant ist, sich aber einzelne Gestaltungsparameter an Veränderungen des Unternehmensumfelds anpassen (Wiendahl et al 2002; Kirchner 2004). Der Ansatz basiert auf dem Zusammenspiel von Turbulenzindikatoren, einem nach Gestaltungsmerkmalen strukturierten Vorgehen zur Auswahl und Kombination von Auftragsmanagementmethoden und einem simulationsbasierten Logistik-Prüfstands zur Analyse und automatischen Optimierung von realen und gedachten Szenarien (Wiendahl 2002). Die Turbulenzindikatoren zeigen Handlungsnotwendigkeit auf und lassen sich mit Hilfe von Simulation auch für gedachte Szenarien bestimmen. Ausgehend davon kann das Auftragsmanagement proaktiv ausgestaltet und Auftragsmanagementmethoden festgelegt werden. Mit Hilfe des LogistikPrüfstands lassen sich diese Methoden konkret konfigurieren und deren Zusammenspiel optimieren, bzw. die Grenzen der Auftragsmanagementstrategie ausloten. Auch der Wandlungsprozess selbst kann geplant werden, so dass ein schneller und risikoarmer Wechsel zwischen verschiedenen Strategien möglich ist. Turbulenzindikatoren: Wenn die logistischen Anforderungen die Fähigkeit übersteigen Das Verhältnis von Anforderungen zu Fähigkeiten bestimmt das Auftreten von Turbulenz. Zur quantitativen Bewertung verfügt das Qualitätsmanagement über geeignete Kennzahlen. Der Prozessfähigkeitsindex cp beurteilt als wichtigstes Kriterium die Eignung von Prozessen anhand des Verhältnisses von Toleranzbreite (Spezifikation) und Merkmalsstreuung (bzw. Lage), vgl. Abb. 5.1-a.

88

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Dieser Grundgedanke des Vergleichs von Anforderungen und Fähigkeiten wird auf die Logistik übertragen. Die hierzu definierte logistische Fähigkeit bewertet die Eignung einer Produktion dahingehend, das Idealbild eines gleichmäßig dahinfließenden Auftragsstroms zu erreichen. Die Realisierung dieser flussorientierten Strategie erfordert geringe Durchlaufzeitstreuungen im Vergleich zur Planungstoleranz (interne Sicht) sowie eine hohe Kapazitätsflexibilität im Vergleich zu den Bedarfsschwankungen (externe Sicht). Deshalb wird unterschieden: Häufigkeit

Toleranz

Cp =

4σ

σ μ

Toleranz Prozessstreuung

Cp ≥ 1,33

≥ 99,994% i.O.

Cp ≤ 1,00

≤ 99,73%

i.O.

Merkmal

a) Technische Prozessfähigkeit CLI =

Häufigkeit

Toleranz zu schnell

zu langsam

Modus

Durchlaufzeit

Aufträge außerhalb PT Gesamtzahl Aufträge

CLI ≤ 2,5%

anforderungsgerecht

CLI > 25%

nicht anforderungsgerecht

Menge

b) Interne logistische Prozessfähigkeit maximale Leistung

Normalkapazität Flexibilitätskorridor

Periode

CLE =

PP mit Überlast Anzahl Planperioden

CLE ≤ 2,5%

anforderungsgerecht

CLE > 25%

nicht anforderungsgerecht

c) Externe logistische Flexibilitätsfähigkeit anforderungsgerecht

PT Planungstoleranz

nicht anforderungsgerecht

Modus

PP Planperiode

Wert größter Häufigkeit

Abb. 5.1 Analogie technischer Prozessfähigkeit zu Turbulenzindikatoren

Die interne logistische Prozessfähigkeit gibt den Anteil der Aufträge mit nicht tolerierbarer Durchlaufzeitabweichung an, vgl. Abb. 5.1-b. Die externe logistische Flexibilitätsfähigkeit gibt den Anteil der Planperioden an, in denen der Marktbedarf die maximale verfügbare Kapazität übersteigt, vgl. Abb. 5.1-c. Die interne logistische Prozessfähigkeit bewertet somit, ob die mittelwertbasierte Durchlaufzeitplanung einer flussorientierten Strategie unter den gegebenen Randbedingungen möglich ist. Die externe logis-

5.2 Planung und Steuerung

89

tische Flexibilitätsfähigkeit bewertet, ob die Kapazitätsflexibilität unter den Randbedingungen ausreicht, um eine flussorientierte Strategie zu ermöglichen. Vorgehen der situativen Auftragsmanagementkonfiguration Die Grundidee des situativ angepassten Auftragsmanagements (vgl. Abb. 5.2) ist die Trennung der grundlegenden Gestaltung des Auftragsmanagements von der Auswahl der verwendeten Methoden. Basis hierzu bildet ein Grundmodell des Auftragsmanagements, welches die logistische Unternehmenssituation beschreibt und damit die methodenunabhängige Gestaltung ermöglicht. 1 Situation analysieren

• Externe Anforderungen • Interne Fähigkeiten

Gestaltungsmerkmale

2 Auftragsmanagement ausgestalten Entscheidungsreihenfolge Detaillierungsgrad Logistische Bilanzhülle Synchronisationsprinzip Logistisches Leitbild Bevorratungsstrategie

• Gestaltungsmerkmale situativ angemessen festlegen • Ausprägungen zu einer geeigneten Produktionsstrategie zusammenführen

Methodenmerkmale

3 Methodenanforderungen festlegen Detaillierungsgrad Entscheidungscharakter Koordinationsprinzip Input-Output Kopplung

• Methodenmerkmale situativ angemessen festlegen • Anpassungsbedarf bzgl. Methoden ableiten

4 Methoden-Set bilden • Taugliche Methoden identifizieren • Methoden-Set bilden • Anpassungsbedarf bzgl. Verhalten ableiten

Situativ angepasstes Auftragsmanagement

Abb. 5.2 Darstellung des Auftragsmanagements

90

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Eine Klassifizierung verfügbarer Methoden hinsichtlich ihrer logistischen Konstruktionsprinzipien unterstützt die Auswahl und ange-strebte Austauschbarkeit. Operativer Ausgangspunkt ist die Situationsanalyse bzgl. der externen Anforderungen und der internen Fähigkeiten auf Basis der bereits beschriebenen Turbulenzindikatoren. Im 2. Schritt werden die Gestaltungsmerkmale situativ angemessen festgelegt um schließlich daraus im Schritt 3 die Methodenanforderungen abzuleiten. Anschließend werden geeignete Methoden ausgewählt und zu einem Methodenset kombiniert (Schritt 4). Parallel sind bei einem Methodensetwechsel die erforderlichen Verhaltensänderungen zu identifizieren und anzustoßen. Ergebnis der Konfiguration ist ein situativ angepasstes Auftragsmanagement. Darauf aufbauend erfolgt die individuelle Feinauswahl und Methodenparametrierung hinsichtlich unternehmensspezifischer Randbedingungen mit Hilfe des Logistik-Prüfstands. Logistik-Prüfstand: Parametrierung des Auftragsmanagements Der Logistik-Prüfstand erlaubt es, die Auswirkungen verschiedener Handlungsalternativen auf unterschiedliche Ziele quantitativ zu vergleichen und ermöglicht so in einem iterativen Vorgehen eine optimale Parametrierung des Auftragsmanagements. Dieses schrittweise zyklische Annähern stellt besondere Anforderungen an das Simulationswerkzeug (Kapp et al. 2003). Um das Vorgehen praktikabel zu machen, werden folgende Anforderungen an ein Simulationswerkzeug gestellt: Geschwindigkeit: Der kreative Prozess einer iterativen Gestaltung darf durch die Methode „Simulation“ nicht verlangsamt werden. Deshalb sollen die Modellierung eines gedachten oder realen Systems sowie die simulative Bewertung eines konkreten Nachfrageszenarios hinsichtlich der Kosten und der logistischen Leistungsfähigkeit innerhalb von zwei Tagen durchführbar sein. Bedienbarkeit: Ein Fabrikplaner/Logistiker soll ohne SimulationsKnow-how die Methode „Simulation“ nutzen können. Skalierbarkeit: Reale Aufgabenstellungen des Auftragsmanagements erfordern wegen ihrer Komplexität eine variable Betrachtungsgenauigkeit. Das Metamodell des Werkzeugs, d. h. die verfügbaren Bausteine, Auswertungen und die Regeln zu deren Kombination, müssen von der Ressource (Maschine, Mensch, Werkzeug, Material) bis zur gesamten Lieferkette skalierbar sein. Erweiterbarkeit: Unternehmen haben oft sehr spezifische Probleme und Lösungsansätze, die nicht alle mit Standard-Objekten des Prüfstands ausreichend genau modelliert werden können. Hier muss der Prüfstand um

5.2 Planung und Steuerung

91

spezielle Objekte erweiterbar sein. Diese müssen sich mit geringem Aufwand harmonisch in die Gesamtstruktur integrieren lassen. Ganzheitliche Planung: Aufgrund der gravierenden Auswirkungen der Prozessgestaltung auf die Layoutgestaltung und umgekehrt müssen Fertigungsabläufe und Layout parallel geplant und analysiert werden. Systematische Analyse: Handlungsalternativen müssen systematisch aus Analysen abgeleitet werden, so dass eine Wiederholbarkeit und damit eine Nachvollziehbarkeit gewährleistet ist. Automatisierte Optimierung: Mit Simulation kann die Wirkung einer Gestaltungsentscheidung auf die unternehmerischen Zielgrößen quantitativ beschrieben werden. Einen Hinweis oder Vorschlag für eine verbesserte bzw. optimale Konfiguration kann allein aus Simulationsergebnissen nicht direkt berechnet werden. Daher sind Optimierungsverfahren in den Logistikprüfstand zu integrieren. Architektur des Logistik-Prüfstands Der Logistik-Prüfstand basiert auf einem skalierbaren, modularen und erweiterbaren Fabrikmodell, aus dem automatisch – per Knopfdruck – ein lauffähiges Simulationsmodell erstellt wird (Loeffler et al. 2002; Richter 2001; Scholtissek 1996). Das Fabrikmodell lehnt sich an verbreiteten logistischen Abstraktionen an, vgl. Abb. 5.3 sodass zum Modellieren kein Simulations-Know-how notwendig ist und die Daten aus bestehenden Datenverarbeitungssystemen übernommen werden können. Die Erweiterbarkeit ist durch den modularen, objektorientierten Aufbau und eine offene Bausteinbibliothek realisiert. Der Prüfstand bildet die Interaktionen zwischen Kunden, Auftragsmanagement, Fertigung (autonomen und teilautonomen Leistungseinheiten) und den Zulieferern ab (vgl. Abb. 5.4).

Abb. 5.3 Architektur und Softwarebausteine des Logistikprüfstandes

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Dispositionssicht

Zuliefersicht

Auftrag / Prognose

x xx x xx xx xx

Material

Mensch

Betriebsmittel

Liefersicht

Auftragsmanagement -Methoden, -Parameter

Kapazitätseinheit

92

x xx xxx xx xx

Auftrag / Prognose

Materialflusssicht

x xx xxx xx xx

FertigungsAuftrag

Zulieferer

BDE-Daten

Datenmodell der Produktion Produkt • Menge • Termin

x xx xx x xx x xx xx xx xx

Kunde

Prozess

Lieferung

Lieferung Material

Mensch

Betriebsmittel

Transport

Lager

TE / TR

Technologische Sicht

Technologischer Prozess

TE: Einzelzeit TR: Rüstzeit

Abb. 5.4 Objekte des Logistik-Prüfstandes

Zu berücksichtigen ist, dass Kunden, Disponenten, Fertigung und Zulieferer unterschiedliche Informationen oder Modelle vom Leistungserbringungsprozess haben und sich damit eine unterschiedliche Sicht ergibt. Beispielsweise kann in einer realen Zulieferkette eine sequentiell verzögerte und unvollständige Informationsweitergabe zwischen Geschäftspartnern zu einer selbst induzierten Turbulenz, wie etwa dem Bullwhipeffekt, führen. Durch fehlerhafte BDE-Daten kann die Materialflusssicht stark von der Dispositionssicht abweichen. Auch ein unpassendes Datenmodell der Produktion in der Planungslogik kann zu einer ähnlichen Diskrepanz führen. Resultierende Fehlplanungen können sich sowohl auf die Lieferkette als auch auf den Shopfloor auswirken. Zur automatischen Optimierung der Position der Bevorratungsebene wurde ein Optimierungsverfahren auf Basis eines genetischen Algorithmus entwickelt und integriert (Kirchner 2004). Genetische Algorithmen verwenden eine Suchtechnik, welche auf den grundlegenden Prinzipien der Genetik, wie Mutation, Rekombination und Selektion basiert und so die Evolution der belebten Natur nachbildet. Die Bewertung der Ergebnisse erfolgt anhand von Kostengrößen für die Bestandshaltung, das Bestandsrisiko, die Zusatzkapazität und für die verfehlte Termintreue, wodurch eine Gewichtung der quantifizierbaren Einflussgrößen gewährleistet wird.

5.2 Planung und Steuerung

93

5.2.3.2 Produktionsplanung Die Modularisierung des Unternehmens in Leistungseinheiten hat wie jeder Strukturierungsansatz eine Reduzierung der Komplexität zum Ziel, um Entscheidungs- und Planungsprozesse einfacher und somit schneller zu gestalten. Dabei entstehen Schnittstellen zwischen den Leistungseinheiten. Damit diese sich auf den Materialfluss nicht hemmend auswirken, muss die Strukturierung produktorientiert erfolgen. Leistungseinheiten können Produktionsprozesse umfassen, die sich von vorangehenden und nachfolgenden Prozessen abgrenzen und von verschiedenen Produkten durchlaufen werden. Andererseits können sie auch mehrere Prozesse in sich vereinen, die die vollständige Bearbeitung einer einzelnen Produktfamilie ermöglichen. Zwei Zielvorgaben für Strukturierung und Dimensionierung von Leistungseinheiten sind einfache Materialflüsse und eine gleichmäßige Auslastung aller Leistungseinheiten. In vielen Fällen wird sich die Strukturierung in Leistungseinheiten einer vorgegebenen Hierarchieebene auf natürliche Weise ergeben, da Fertigungstechnologien und Produktspektrum klare Schnittstellen vorgeben. Andernfalls ist eine detaillierte Analyse des Materialflusses mit seinen möglichen Alternativen notwendig. In den letzten Jahrzehnten wurden dafür zahlreiche Methoden im Zusammenhang mit Gruppentechnologie (Hyer u. Wemmerlöv 2002; Singh u. Rajamani 1996) bzw. Wertstromanalyse (Duggan 2002) entwickelt, auf denen Verfahren für die Bildung von Leistungseinheiten aufbauen können. Ein Verfahren zur automatischen Strukturierung der Fertigung Wir hatten bereits angedeutet, dass sich für die Strukturierung des Unternehmens in Leistungseinheiten bei einer Vielzahl verschiedener Produkte mit sich ähnelnden Bearbeitungsprozessen Methoden der Gruppentechnologie (Group Technology) eignen. Gruppen entsprechen Leistungseinheiten. In der Sprache des Leistungseinheitsmodells lässt sich die allgemeine Problemstellung der Gruppentechnologie: „Fasse Maschinen zu Gruppen, und Produkte zu Produktfamilien zusammen und ordne die Produktfamilien den Gruppen zu, so dass der Materialfluss optimal ist“ hierarchieübergreifend formulieren: „Fasse Ressourcen (untergeordnete Leistungseinheiten) zu Leistungseinheiten zusammen und verteile die möglichen Fertigungsaufgaben so, dass diese möglichst ökonomisch in der geforderten Zeit ausgeführt werden können“. Auf der Ebene der Standorte entspricht dies z.B. der Abwägung zwischen Kosteneinsparung durch Zentralisierung bzw. Verlagerung eines Produktionsbereichs und höherem Transportaufwand. Die Bestimmung

94

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

von Teilefamilien und Maschinengruppen findet sich auf der Ebene der Produktionszellen wieder. Ist die Anzahl der möglichen Fertigungsaufgaben und Ressourcen hoch, so ist eine Unterstützung des Planers durch numerische Lösungsverfahren von Vorteil. Derartige Zuordnungsprobleme lassen sich als mathematische Optimierungsprobleme formulieren. Zwar ist die Liste wissenschaftlicher Veröffentlichungen lang, siehe zum Beispiel den Übersichtsartikel (Selim et al. 1998), doch gibt es noch keine Standardwerkzeuge für den Einsatz in der Praxis. Das ist nicht verwunderlich, da die Modellierung einer solchen Strukturplanung sich stets auf die relevantesten Aspekte (Kostenbewertung, zusätzliche Einschränkungen) beschränkt. Diese sind jedoch von Anwendungsfall zu Anwendungsfall unterschiedlich, so dass es einfach konfigurierbarer Modellierungswerkzeuge bedarf, die trotzdem leistungsfähige Codes für die Lösung des Optimierungsproblems generieren. Die Entwicklung im Bereich der Simulationssoftware ermöglicht es heute, die Materialflüsse in verschiedensten Fertigungssystemen zu modellieren und zu analysieren. Die weitere Entwicklung von Modellierungssystemen lässt eine ähnliche Entwicklung für Strukturplanungsprobleme erwarten. Modellierungssysteme erlauben eine einfache Beschreibung des Optimierungsproblems in einer Modelliersprache und verfügen über Schnittstellen zu leistungsfähigen Optimierungsalgorithmen und Heuristiken (siehe Kallrath 2002). Betrachten wir als Beispiel die Strukturierung einer Fertigung, bei der der Anteil der Arbeitsschritte, die in Fließfertigung bearbeitet werden können, möglichst hoch ist. In Abb. 5.5 ist die Datenstruktur der Eingabedaten für eine produktorientierte Strukturierung einer Fertigung dargestellt. Von einem Typ kann es mehrere Ressourcen geben. Für jede Ressource ist die Gesamtkapazität für den Planungszeitraum bekannt. Durch den Wert Investition ist es möglich, den Kauf einer Ressource zu modellieren. Zu jedem Produkt (Teil) sind aufeinander folgende Arbeitsschritte, die auf einer Ressource ausgeführt werden, zu Aufgaben zusammengefasst. Zu den Aufgaben sind die Reihenfolgeabhängigkeiten und die möglichen Zuordnungen zu den verschiedenen Ressourcen gegeben. Für den Planungszeitraum stehen Bedarfsprognosen für jedes Produkt zur Verfügung. Weiterhin ist der Kapazitätsbedarf der Ausführung einer Aufgabe für eine Einheit eines Produktes auf der zugeordneten Ressource bekannt. Gesucht sind eine Strukturierung der Ressourcen zu Leistungseinheiten und eine Zuordnung der Aufgabe zu den Ressourcen, so dass die folgenden Ziele und Nebenbedingungen erreicht werden.

5.2 Planung und Steuerung Teil

Ressource

Bedarf Wichtung 1

1

95

1..* Aufgabe

Kapazität Investition 1..* 1 Typ

1

1

1

1..* 0..* Nachfolger 1..* Zuordnung

0..* Abhängigkeit Vorgänger

Kapazitätsbedarf

Abb. 5.5 Datenstruktur der Eingabedaten

Innerhalb einer Leistungseinheit werden die zugeordneten Produkte in Fließfertigung bearbeitet. Dabei dürfen die verfügbaren Kapazitäten nicht überschritten werden, wobei zu beachten ist, dass die langsamste Aufgabe den Kapazitätsbedarf bestimmt. Um eine sinnvolle Mindestauslastung der eingesetzten Ressourcen zu sichern, wird das zulässige Verhältnis von schnellster und langsamster Aufgabe eines Produktes innerhalb einer Leistungseinheit begrenzt. Ziel ist es die Anzahl der Transporte zwischen den Leistungseinheiten die der Ressourcen, die zu bestimmten Zeiten ungenutzt bleiben, zu minimieren.

T5

T4

T5

Part 2

T1

T2

T3

Part 3

T1

T2

T3

T4

T5

T2

T3

T4

T5

T6

Abb. 5.6 Beispiel eines divergierenden Materialflusses

Resource 8

T4

Resource 7

T3

T1

Resource 6

T2

Part 4

Resource 5

T1

Part 1

Resource 4

Resource 3

Unit 3

Resource 2

Unit 2

Resource 1

Unit 1

T6

96

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Dieses Problem lässt sich in der Sprache des Constraint Programming und der gemischt-ganzzahligen Programmierung beschreiben (Dunker et al. 2004). Während sich kleine Probleme noch sehr schnell auf einem PC (2,4 GHz) lösen lassen, beispielsweise dass eines divergierenden Materialflusses welches eine Rechenzeit von 3 min 10 s benötigt, siehe Abb. 5.6. Bei größeren Problemen, wenn die Kapazitätsanforderung die Struktur sehr stark beeinflusst, wächst die Komplexität sehr schnell an, wobei gleichzeitig die Rechenzeit stark zunimmt, beim Beispiel in der Abb. 5.7 erhöht sich die Rechenzeit auf 1h und 14 min. An diesem Beispiel erkennt man, dass sich Optimierungsprobleme für praxisnahe Problemgrößen häufig nicht mehr vollständig lösen lassen, da die Rechenzeit für das Finden globaler Lösungen explodiert. Ein anderes Problem kann sein, dass die Algorithmen nur das Finden lokaler Lösungen garantieren können. In solchen Fällen werden heuristische Algorithmen verwendet. Eine Klasse solcher Heuristiken bilden evolutionäre Algorithmen (EA). EA sind ein Überbegriff für stochastische numerische Optimierungsverfahren, die von der Evolution der Arten in der Natur inspiriert sind. EA lassen sich in genetische Algorithmen (Holland 1975), evolutionäre Programmierung (Fogel et al. 1966; Fogel 1988), Evolutionsstrategien (Rechenberg 1973; Schwefel 1977) und genetische Programmierung (Koza 1992) unterteilen.

Part 3

T2

T3

Part 4

T1

T2

Part 5

T2

T2

T3

T3

T4

T2

T3

T3

Part 7

Abb. 5.7 Komplexeres Beispiel

T1

T2

Resource 8

T5

U5

Resource 1

T4

U4 Resource 7

Resource 5

T3

Resource 6

Resource 4

T2

Part 2

Part 6

Unit 3

Resource 3

Part 1

Unit 2

Resource 2

Unit 1

T1

T6

T4

T5

T1

T6

T4

T5

T1

T6

T5

T4

T5

T1

T4

T5

T1

T3

T4

T5

5.2 Planung und Steuerung

97

Ihre Popularität verdanken die EA vor allem ihrem guten Ruf als robustes Optimierungsverfahren. Sie sind einfach zu implementieren und nachzuvollziehen. Sie stellen keine Anforderungen an die Differenzierbarkeit der Zielfunktion. Diese kann auch mehrere lokale Optima besitzen und ihre Werte können mit zufälligen Störungen behaftet sein. Somit können z.B. auch Probleme optimiert werden, deren Zielfunktionen so komplex sind, dass ihre Werte nicht durch eine geschlossene Formel, sondern nur durch eine numerische Simulation ermittelt werden können. Diese Merkmale ermöglichen einen universellen Einsatz von EA. Dieses bedeutet nicht, dass es einen EA gibt, der alle Optimierungsprobleme effizient löst. Dies würde dem „No free lunch“-Theorem widersprechen (siehe z.B. Weicker 2002). 5.2.3.3 Produktionsregelung Der klassische PPS-Ansatz ist unter anderem charakterisiert durch periodenbezogene Vorgaben an die Produktionssteuerung und die Durchführung einzelfallbezogener, kurzfristiger Korrekturen, beispielsweise über Eilaufträge und Kapazitätsanpassungen. Dabei ist eine Grundannahme der klassischen PPS, dass die Zukunft planbar ist und dass Veränderungen bei Produktion und Nachfrage als Störungen zu betrachten sind. Als Gegenentwurf dazu basiert das Konzept der wandlungsfähigen Produktionsregelung auf der Grundannahme, dass die Zukunft unsicher ist, und dass Veränderungen bei Produktion und Nachfrage die Regel sind. Daher strebt die wandlungsfähige Produktionsregelung ein Minimum an Planung und ein Maximum an kurzfristiger situativer Entscheidungsfindung an (Pritschow u. Brinzer 2002). Wesentliche Kennzeichen einer Produktionsregelung sind dabei ein regelungstechnischer Entwicklungsansatz sowie kontinuierliche Rückmeldungen und Anpassungen der Stellgrößen (Pritschow u. Wiendahl 1995).

Abb. 5.8 Unterstützung von aufwandsarmem Wandel

98

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Ein wandlungsfähiges Steuerungssystem für die Produktion Die Teilautonomie der Leistungseinheiten bedingt dezentrale Entscheidungsspielräume, welche eine wandlungsfähige Produktionsregelung zulassen und unterstützen muss. Unterstützung von aufwandsarmem Wandel durch Selbstkonfiguration wie in Abb. 5.8 kann eine Produktionsregelung nur leisten, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind: • Die Produktionsregelung muss sich stabil verhalten und auch bei Änderungen von Randbedingungen und Parameterwerten im Produktionsumfeld innerhalb festzulegender Grenzen stabil bleiben, d.h. robust sein. • Die Produktionsregelung muss Änderungen der Nachfrage, der Zielvorgaben für die Produktion und der Produktionsparameter mittragen, einschließlich struktureller Änderungen wie der Anzahl und Zuordnung von Kapazitätseinheiten. Die Regelung sollte möglichst selbstkonfigurierend oder selbstorganisierend sein, um aufwändige und fehlerträchtige Anpassungen im Falle von Wandel zu vermeiden. • Die Produktionsregelung muss fehlertolerant sein, da die rechtzeitige Generierung und die fehlerfreie Nachführung von Produktionsdaten gerade bei der Produktion im Wandel nicht immer sichergestellt werden kann. Eingabe- oder Datenfehler dürfen nicht die Funktion des Gesamtsystems gefährden. Struktur der Produktionsregelung Zum Erfüllen dieser Anforderungen ist eine dezentralisierte Struktur der Produktionsregelung besonders vorteilhaft, bei der Regelungsaufgaben auf die Leistungseinheiten in der Produktion übertragen werden (Abb. 5.8). Als zu regelnde Größen in der Produktion (Regelgrößen) wird im Allgemeinen die Auslastung der Produktionsanlagen, Rüstzeiten, Produktionsbestände, Lagerbestände sowie Termintreue bzw. Servicegrad genannt. Es ergibt sich eine Vielzahl teilweise widerstreitender Optimierungsziele für die Produktion, aus denen in der Praxis meist über die Wahl der Regelgrößen eine Vorauswahl getroffen wird. Hier wird dagegen der Ansatz gewählt, diese Vielzahl von Optimierungszielen vollständig zu berücksichtigen, sie aber gleichermaßen zu vereinfachen und dadurch zu gewichten, sodass die Regelgrößen für die Produktionsregelung konsequent zu einer Kostenfunktion zusammengefasst werden. Dadurch gehen beispielsweise Auslastungen über die bereitgestellten Kapazitäten in die Kapazitätskosten ein. Durchlaufzeiten und Terminverzug müssen dazu in Form von Verzugskosten quantifizierbar gemacht werden.

5.2 Planung und Steuerung

99

Als Regelgrößen werden nun diejenigen Anteile an den Produktionskosten gewählt, die bei gegebenen Produktionsvorgaben (Aufträge, Termine, etc.) und Randbedingungen (Kapazitäten, Rüst-/Bearbeitungszeiten, etc.) durch eine Produktionsregelung signifikant beeinflussbar sind. Bei kundenauftragsbezogener Produktion mit von der Planung vorgegebenen Fertigungsaufträgen sind dies im Wesentlichen die Kostenarten • Kapazitätskosten, • Verzugskosten, • Bestandskosten. Auslastungen, Rüstzeiten, Produktionsbestände, Lagerbestände und Termintreue werden dann nicht mehr als Regelgrößen für die gesamte Produktion benötigt, sondern können entweder als unterlagerte lokale Regelgrößen verwendet werden, oder sie sind als interne Zustandsgrößen der Produktion zu betrachten. Rüstkosten entfallen als zentrale Regelgröße weitgehend, da sie zentral höchstens durch den Einsatz von Auftragssplitting beeinflussbar sind und ansonsten nur von lokalen, teilweise zufälligen Ereignissen abhängen. Die nachfolgend dargestellte Produktionsregelung ist abgestimmt auf kundenauftragsspezifische oder auf Programmplanung basierende Produktion mit komplexen Materialflüssen. Zentrale Regelkreise für die Produktion Auf der Ebene der Gesamtproduktion werden zur Minimierung der Gesamtkosten die beeinflussbaren Kostenarten Bestandskosten, Kapazitätskosten und Verzugskosten geregelt. Diese Regelgrößen hängen allerdings alle über Betriebskennlinien vom Arbeitsbestand in der Produktion ab, und sind daher nicht einzeln beeinflussbar (Nyhuis 1991). Mit steigendem Bestand nehmen aufgrund höherer Auslastung die Kapazitätskosten ab. Gleichzeitig steigen die Bestandskosten, und aufgrund höherer Durchlaufzeiten auch die Verzugskosten. Die zentrale Kostenregelung hat daher die Aufgabe, auf der Basis von Kostenvorgaben durch das Management die durch sie beeinflussbaren Kostenarten in Summe zu minimieren. Bei vorgegebenen Produktionsaufträgen verbleibt als wesentliche Beeinflussungsmöglichkeit für die Gesamtproduktion noch der Sollbestand. Bei der wandlungsfähigen Produktionsregelung stellt diese zentrale Stellgröße einen globalen Gewichtungsfaktor dar, welcher als Vorgabe (Führungsgröße) auf die Regler der lokal abgestimmten Leistungseinheiten einwirkt.

100

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Abb. 5.9 Struktur der zentralen Regler

Unabhängig davon kann ein Prioritätsregler die terminlichen Prioritäten der Produktionsaufträge auf der Basis von Auftragstermin und Auftragsgewicht dynamisch gewichten, mit dem Ziel einer Minimierung der Verzugskosten. Damit ergeben sich zwei unabhängige zentrale Regelkreise für die wandlungsfähige Produktion (Abb. 5.9). Zusätzlich können zur Unterstützung der lokalen Regelung die Kapazitätsbedarfe der Leistungseinheiten auf Basis der Planungsdaten zentral prognostiziert werden. Lokale Regelkreise für die Leistungseinheit Auf der Ebene der einzelnen Leistungseinheit werden die beeinflussbaren lokalen Regelgrößen Durchsatz, Bestand und Termintreue geregelt. Dazu sind je Leistungseinheit drei Regelkreise mit den lokalen Stellgrößen SollKapazität, Auftragsfreigabe und Auftragsreihenfolge realisiert (Abb. 5.10). Der lokale Durchsatzregler stabilisiert den Arbeitsvorrat der Leistungseinheit um den Sollwert durch Anpassung der Kapazität. Als Eingangssignale können die Kapazitätsbedarfsprognose, die Ist-Kapazität und der freigegebene Arbeitsvorrat berücksichtigt werden. Schließlich muss die Kapazitätsflexibilität der zu regelnden Produktion im lokalen Durchsatzregelkreis durch eine Kapazitätshüllkurve abgebildet werden, welche die in der konkreten Leistungseinheit realisierbaren Kapazitätssprünge, beispielsweise Überstunden und Schichtanpassungen, mit den zugehörigen Reaktionszeiten abbildet.

5.2 Planung und Steuerung

101

Abb. 5.10 Struktur eines lokalen Reglers

Der lokale Bestandsregler stabilisiert den lokalen Arbeitsvorrat um den Sollwert, indem er den direkten Vorgänger-Leistungseinheiten abhängig vom eigenen Bestand Freigaben erteilt. Dies entspricht prinzipiell einer dezentralen Pull-Steuerung (vergl. Bestandsregelung bei Hopp und Spearman 1996, Lödding 2001). Der lokale Prioritätsregler ermittelt die lokale Bearbeitungsreihenfolge für die vorliegenden Aufträge. Für jeden Auftrag im Bestand wird dazu aus der globalen Terminpriorität und der Freigabe von der NachfolgeLeistungseinheit eine Prioritätskennzahl ermittelt. Zwischen Aufträgen, deren Prioritätskennzahlen sich innerhalb einer definierten Bandbreite befinden, wird anhand der lokalen Optimierungskriterien ausgewählt. Die oben beschriebenen Regler enthalten eine Fülle nichtlinearer und ereignisdiskreter Funktionalitäten. Die Regler werden daher auf der Basis logischer, regelbasierter Algorithmen realisiert. Vor der Implementierung eines Regelungskonzepts muss sichergestellt werden, dass die einzelnen Leistungseinheiten ebenso wie die Produktion als Ganzes stabil geregelt werden. Grundsätzlich sind beispielsweise Schwingungen der Bestände bei aufeinander folgenden Leistungseinheiten möglich, welche bei der geregelten Produktion mit Schwingungen der Kapazitäten verbunden sein könnten. Mittels analytischer Untersuchungen an Produktionsmodellen wurden daher Gestaltungsregeln für eine stabile Regelung ermittelt. Die Stabilität einer konkreten Produktion mit ihren individuellen Randbedingungen wird in der Regel zusätzlich in Simulationsexperimenten überprüft.

102

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Dynamik der Produktionsregelung Die lokalen Regler sind weitgehend unabhängig von der Struktur der zu regelnden Produktion. Als Eingangsgrößen erhalten sie nur globale Vorgabewerte zur Anpassung von Bestand und Auftragspriorität, ferner den zu bearbeitenden Auftragszugang in Form von Freigabe-Anforderungen seitens der Vorgänger-Leistungseinheiten. Ihre Dynamik wird mittels der Reglerparameter auf das individuelle Zeitverhalten ihrer eigenen Leistungseinheit abgestimmt. Im Gegenzug werden die übergeordneten zentralen Regler vom dynamischen Verhalten der einzelnen Leistungseinheiten entkoppelt. Die lokalen Regler stabilisieren die Produktion bezüglich Planterminen und Vorgabewerten, so dass die Auswirkungen der Turbulenzen, die auf dem langen Weg der Aufträge durch die Produktion auftreten, gedämpft werden. Durch diese wechselseitige Entkopplung zwischen der Dynamik der Leistungseinheiten und der Struktur der Produktion besitzt dieses Reglernetz eine große inhärente Robustheit und Wandlungsfähigkeit. Änderungen bei der Anzahl oder den Eigenschaften von Produktionseinheiten können lokal berücksichtigt werden, ohne dass die gesamte Produktions-regelung in ihrer Funktionalität beeinflusst wird. Änderungen der Produktionsstruktur wiederum wirken sich kaum auf die einzelnen Leistungseinheiten aus. Darüber hinaus ist das Reglernetz äußerst fehlertolerant. Falsche Parameterwerte wirken sich in der Regel nur lokal aus. Es toleriert jederzeit Abweichungen der Werker von den Vorgaben und Handlungsempfehlungen der Produktionsregelung, beispielsweise in Form von Vertauschungen bei der Auftragsreihenfolge oder Zeitverschiebungen bei der Kapazitätsanpassung. Aufgrund des dezentralen, situativen Regelungskonzepts werden nach jeder Abweichung – ebenso wie nach jeder planmäßig durchgeführten Maßnahme oder Bearbeitung – Neubewertungen der Auftragsprioritäten, lokalen Bestände und Kapazitätsbedarfe durchgeführt und entsprechende Ausgleichsmaßnahmen eingeleitet. Beispielsweise wird nach einer Auftragsvertauschung die Terminabweichung durch eine höhere Priorisierung an den nachfolgenden Leistungseinheiten nachgeregelt, bei unzureichender lokaler Kapazitätserhöhung werden die folgenden Aufträge durch die Bestandsregler bevorzugt auf andere Leistungseinheiten mit geringerer Kapazitätsabweichung umgeleitet. 5.2.3.4 Dynamische Arbeitsplanung Ein neues Konzept zur Festlegung situationsgerechter Arbeitspläne unmittelbar vor der Belegungsplanung stellt die agentenbasierte, dynamische Arbeitsplanung dar.

5.2 Planung und Steuerung

103

Die dynamische Arbeitsplanung übernimmt folgende Aufgaben: • Festlegung des Arbeitsplans, d.h. wie ein Bearbeitungsschritt technisch zu fertigen ist und • Konkretisierung des Belegungsplans durch Verteilung der Bearbeitungsschritte auf vorhandene Maschinen. Überprüfung der technischen Fertigbarkeit Die Bearbeitungsmöglichkeiten der vorhandenen Maschinen, sowie die notwendigen Operationen zur Fertigung eines Auftrags determinieren diese Aufgaben. Ein automatisierter Vergleich der zu fertigenden Bearbeitungsschritte mit den aktuell vorhandenen Fähigkeiten der Maschinen ist Grundlage einer situationsgerechten Arbeitsplanung. Voraussetzung ist eine identische objektorientierte Datenmodellierung von Fähigkeiten und Operationen, etwa feature-orientiert nach ISO 14649 (ISO 14649 2002). Feature-orientierte Datenmodellierung auf Basis von STEP-NC ist in den letzten Jahren weitgehend international normiert worden. Den aus CAD-Systemen entnommenen Geometriefeatures zur Beschreibung des Aufbaus eines Werkstücks werden wichtige fertigungsrelevante Informationen in Form von Operationen hinzugefügt. Abb. 5.11 zeigt den schematischen Aufbau eines Fertigungsfeatures. Zur Bildung des Workingsteps „WS_Bohren1“ wird den Geometrieinformationen zum Feature „Bohrloch“ die Fertigungsstrategie, das benötigte Werkzeug und eine technologie zugeordnet. Ein Workingstep beinhaltet alle Informationen, die zu seiner Fertigung notwendig sind und somit die technischen Anforderungen an Maschinen, die seine Fertigbarkeit ermöglichen. Diese unterteilen sich in: • geometrische Kriterien, z.B. Größe, Lage, • technische Kriterien, z.B. Fertigungsverfahren, Werkzeug, • technologische Kriterien, z.B. Qualität, notwendige Reihenfolge. Geometriefeature Bohrloch

Durchmesser: 10 Tiefe : 15 Toleranz : H7 Position : <x,y,z>

Ende

Operation Bohr_operation Strategie : Werkzeug : Maschinenfkt.: Technologie :

Ende

Workingstep WS_Bohren1 (,)

Abb. 5.11 Workingstep

104

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Eine Sequenz von Workingsteps (Bearbeitungsschritten) ist eine maschinenunabhängige Beschreibung einer Bearbeitungsaufgabe. Li (Li 2001) stellt eine Methode vor, wie automatisiert überprüft werden kann, ob eine Maschine Anforderungen eines konkreten Bearbeitungsschrittes erfüllen kann. Ausgangspunkt ist die Modellierung der Maschinenfähigkeiten auf Basis der vorhandenen Maschinenkonfigurationen. Entscheidungstabellen ermöglichen die Festlegung der Bearbeitungsmöglichkeiten d.h. der maschinenspezifischen Fertigungsfeatures (Abb. 5.12). Die hier entscheidenden Kriterien korrespondieren mit denen der Workingsteps. Durch einen Vergleich der Wertebereiche der maschinenspezifischen Parameter mit den geometrischen, technischen und technologischen Parametern des Workingsteps erfolgt die Überprüfung der Fertigbar- keit. Maschinenspezifisches Anpassen des Bearbeitungsmodells Auswahl der maschinenspezifischen Fertigungsverfahren N

N

Revolver

J

-

J

-

-

Revolver mit angetrieb. Werkzeug

-

J

-

J

J

Auswahl

J

J

Frässpindel

-

-

-

-

Drehen

X

X

X

X

Bohren

X

X

X

X

X

X

X

Fräsen

X

Drehfräsen

Ermittlung der maschinenspezifischen Fertigungsmöglichkeiten

+Y1

-

+X1 +Z1 +B1 +Y2

+C1'

+X2 +Z2 +B2

+W'

Ressourcenmodell ( Grundmodell + Erweiterungen ) Bearbeitungsmodell

X

Formulierung

Auswahl

Ermittlung der maschinenspezifischen Fertigungsfeatures

Bedingung

Auswahl der maschinenspez. Fertigungsfeatures

J: Ja N: Nein -: irrelevant

Drehen

J

-

-

-

Bohren

-

J

-

-

Fräsen

-

-

J

-

Drehfräsen

-

-

-

Kontur

X

Bohrung

X

Kontur

X

Bohrung

Ebene

X

Nut

X

Tasche

X

X: Maßnahmeanzeiger

BE1

J X

......

Ermittlung des maschinenspezifischen Bearbeitungsablaufs

Bedingung

C-Achse

X

Maschinenspezifisches Bearbeitungsmodell Verfeinerung

BE: Bearbeitungseinheit

Abb. 5.12 Ermittlung der maschinenspezifischen Bearbeitungsmöglichkeiten

Modellierung Die Bearbeitungsaufgabe ist innerhalb der dynamischen Arbeitsplanung in einem Bearbeitungsmodell hinterlegt und die Maschinenfähigkeiten in einem Ressourcenmodell. Zur Festlegung des Belegungsplans sind neben diesen statischen Informationen zusätzlich auftragsabhängige organisatorische Daten dem Ressourcenmodell hinzuzufügen. Es ist zu hinterlegen, wann die Maschinen bereits belegt sind. Weiterhin sind Informationen über Umfang, Termine und Prioritäten von Aufträgen in einem Auftragsmodell zu hinterlegen.

5.2 Planung und Steuerung

Arbeitsplanbeschreibung

Werkstückbeschreibung STEP/ISO 13030-224

Werkstück 1

Arbeitsplan 1

Fertigungsfeature

Beziehung ...Assoziation ...Aggregation

Darstellung

1

1..*

Toleranzen

1

1..*

1..*

1..*

1..*

Arbeitsvorgang 1

105

0..*

Bearbeitungsschritt

0..*

1

Operation

1..*

Teilarbeitsvorgang

1

Bearbeitungsfolge

Prozessbeschreibung STEP/ISO 14649-10

Abb. 5.13 Struktur des Bearbeitungsmodells

Bearbeitungsmodell, Ressourcenmodell, Auftragsmodell und ein Aktivitätenmodell, das tätigkeitsorientiert die Arbeits- und Feinplanungsaufgaben beschreibt, bilden zusammen ein integriertes wandelbares Informationsmodell. Dies ist die datentechnische Grundlage zum Aufbau der dynamischen Arbeitsplanung. Abb. 5.13 zeigt beispielhaft die Struktur des Bearbeitungsmodells. Softwareagenten-basierte Feinplanung Die Implementierung von dynamischen Arbeitsplänen scheiterte bisher am enormen rechentechnischen Aufwand, den Arbeitsplan synchron zum Belegungsplan zu bestimmen, sowie am Verlust von fest determinierten Arbeitsplänen, die als Grundlage der Produktionsplanung und -steuerung benötigt werden. Das Problem des rechentechnischen Aufwands kann mit Softwareagenten verhandlungsbasiert bewältigt werden (Pritschow et al. 2003). Softwareagenten sind Softwareprogramme, die durch eine inhärente Wissensbasis und durch Kommunikation untereinander komplexe Probleme „selbständig“ lösen. Sie übernehmen die Rolle prozessbeteiligter Akteure. Im ersten Schritt zur Festlegung des Verhandlungsinhaltes und ablaufes ist die komplexe Arbeitsplanungsaufgabe in für Softwareagenten lösbare Teilaufgabe zu unterteilen. Die Lösung des Verteilungsproblems orientiert sich an der Methode „Task Sharing“ aus dem Distributed Problem Solving (DPS) Ansatz. Zuerst erfolgt die „Task Decomposition“ in ausführbare Teilaufgaben. Diese Teilaufgaben werden fähigen Agenten

106

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

zugewiesen und von diesen gelöst. Anschließend werden die Teillösungen innerhalb der Phase „Result Synthesis“ integriert (Durfee 1999). Der logische Ablauf korrespondiert mit den Inhalten des Aktivitätenmodells. Daraus ergibt sich der Verhandlungsablauf: • Überprüfung der Fertigbarkeit. Dies umfasst den Vergleich der objektorientiert modellierten Fertigungsfähigkeiten der Maschine mit den identisch modellierten Bearbeitungsschritten des Auftrags unter Beachtung technischer, technologischer und geometrischer Kriterien. • Festlegung der möglichen Maschinen. Dabei wird an jeder Maschine, die technisch fähig ist, überprüft, ob alle zur Abarbeitung des Bearbeitungsschritts notwendigen kapazitiven Voraussetzungen zum Bedarfszeitpunkt zur Verfügung stehen. Das Ergebnis ist der mögliche Belegungsraum. • Festlegung der konkreten Belegung nach festgelegten Zielgrößen, wie Kosten und Zeiten. Dazu werden Constraints-Ansätze angewendet. Constraints sind die begrenzenden Randbedingungen der Arbeitsplanung. Technologische, technische, geometrische und organisatorische Kriterien lassen sich in Constraints überführen. Dies umfasst auch Randbedingungen und Grenzen wie die Anzahl der Maschinen oder deren Arbeitszeit. Auftragsagent 1

Auftragsagent 2

Initialisierung

Initialisierung

Planungs-Agent 1

Planungs-Agent 2

InformationsMapping

InformationsMapping

BSA 1.1

BSA 2.1

BSA 2.2

Auswahl der Maschine

Auswahl der Maschine

Auswahl der Maschine

Maschinen-Agent 1

Maschinen-Agent 2

Maschinen-Agent 2

Überprüfung der Fertigbarkeit

Überprüfung der Fertigbarkeit

Überprüfung der Fertigbarkeit

... Kommunikation und Kooperation ... Agent

Abb. 5.14 Struktur des Agentensystems

BSA...Bearbeitungsschritt-Agent

5.2 Planung und Steuerung

107

Punkt 3 des Verhandlungsablaufes kann alternativ zur Agentenverhandlung durch ein übergeordnetes Produktionssteuerungssystem, z.B. eine Produktionsregelung, erfolgen. Abb. 5.14 zeigt die daraus abgeleitete Struktur des Agentensystems zur dynamischen Arbeitsplanung. Die Rolle eines Maschinenagenten ist unter der Voraussetzung fixer Maschinenkonfigurationen statisch. Auftragsagenten dienen als Schnittstelle zum Auftragsmanagement und enthalten alle Daten des Auftrags. Sie initialisieren den Belegungsplanungsprozess. Zur Durchführung des Mappings der Informationen des Auftragsagenten auf Bearbeitungsschrittagenten werden Planungsagenten implementiert. Bearbeitungsschrittagenten repräsentieren einen unteilbaren an einer Maschine ausführbaren Bearbeitungsschritt und senden konkrete Anforderungen an die Maschine. Die Maschinenagenten überprüfen, ob sie diesen Anforderungen gerecht werden können und senden eine Antwort zurück. Die systematische Darstellung zur Entwicklung der dynamischen Arbeitsplanung ist in Abb. 5.15 dargestellt. Die benötigten Eingangsdaten befinden sich in den oben beschriebenen Datenmodellen. Das Aktivitätenmodell enthält implizit den Verhandlungsablauf, aus dem eine Agentenstruktur ableitbar ist. Die Vorteile dynamischer Arbeitsplanung liegen in der Unterstützung der Dezentralität. Entscheidungen werden an der Stelle getroffen, wo die meisten Informationen über die gestellte Aufgabe vorhanden sind. Ein weiterer wesentlicher Fakt ist die Ausweitung der Freiheitsgrade bei der Belegungsplanung. Neben der klassischen Reihenfolgeplanung stehen ihr folgende Freiheitsgrade zur Verfügung: • situationsgerechte Auswahl der Maschine, die den Bearbeitungsschritt bearbeitet, • Auswahl der Reihenfolge der Abarbeitung einzelner Bearbeitungsschritte eines Auftrags, soweit es technologisch möglich ist und • Auswahl des Fertigungsverfahrens, wenn technisch mehrere Möglichkeiten bestehen. Die Vorteile der agentenbasierten Arbeitsplanung kommen hauptsächlich zur Geltung, wenn technische Systeme eingesetzt werden, die diese Freiheitsgrade bieten. Dies prädestiniert die Nutzung des Konzeptes für flexible Fertigungssysteme oder andere Fertigungssysteme mit adäquaten Eigenschaften. Fertigungssysteme dieses Typs bieten sowohl Maschinen, die zur Komplettbearbeitung fähig sind, als auch flexible Transportsysteme, die einen situationsgerechten Materialfluss ermöglichen.

108

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Eingangsdaten BM Werkstückfeature AM

Aktivitätenmodell

Agentenstruktur

Übernehmen der Fertigungsfeature Überprüfung der Fertigbarkeit

MA

FFA BSA

MA

Auftrag RM Bearbeitungszentrum

Überprüfung der Zwangsbedingungen

MA

Ergebnis: Belegungsplan Aufgabe übernehmende Agenten Datenfluss bidirektionale Kommunikation AM: Auftragsmodell, RM: Ressourcenmodell, BSA: Bearbeitungsschritt-Agent, MA: Maschinen-Agent, BM: Werkstückbezogenes Bearbeitungsmodell

Abb. 5.15 Entwicklung eines Agentensystems zur dynamischen Arbeitsplanung

Grobplanung Eine Realisierung und damit die Nutzung aller Freiheitsgrade dieser dynamischen Arbeitsplanung bedingt das Fehlen von fixen Zuordnungen zwischen Aufträgen und Ressourcen schon während der Termin- und Kapazitätsplanung. Klassische Produktionsplanungssysteme benötigen diese Zuordnung allerdings als Planungsgrundlage. Eine realistische Termin- und Kapazitätsplanung ist aber auch in einem wandlungsfähigen Unternehmen unumgänglich. Dies schränkt die oben beschriebenen Möglichkeiten der agentenbasierten Arbeitsplanung ein. Ziel ist es, unter der Bedingung realistische Terminvorhersagen machen zu können sowie der Feinplanung so viele Freiheitsgrade wie möglich zu übergeben. Grundsätzlich ist dies durch die Verbindung der dynamischen Arbeitsplanung mit einer hierarchischen Grobplanung möglich. Diese segmentiert den Fertigungsablauf und ermöglicht die Festlegung von Eckterminen. Der Grobplan gilt als fixe Vorgabe für den Feinplan, der die unterste hierarchische Ebene darstellt. Grobarbeitsschritt 1 (Abb. 5.16) ist in jedem Fall vor Grobarbeitsschritt 2 durchzuführen. Innerhalb der einzelnen Grobarbeitsschritte besitzt die Feinplanung nach Möglichkeit alle oben beschriebenen Freiheitsgrade. So ist in Abb. 5.16 dargestellt, dass die Reihenfolge der Abarbeitung der Bearbeitungsschritte, die einem Grobbearbeitungsschritt zugeordnet sind, variabel ist.

5.2 Planung und Steuerung

109

Grobarbeitsplan Grobarbeitsschritt 1

AS 1 AS 3

AS 2 AS 4

AS..Arbeitsschritt

AS 3 AS 2

AS 4 AS 1

Grobarbeitsschritt 3

Grobarbeitsschritt 2

AS 1 AS 4

AS 2 AS 3

AS 3 AS 2

AS 4 AS 1

AS 1 AS 1

AS 2 AS 4

AS 3 AS 2

AS 4 AS 3

dynamischer Feinarbeitsplan

Abb. 5.16 Integration von dynamischer und hierarchischer Arbeitsplanung

Die konkrete Ausarbeitung der Hierarchiestufen wird durch datentechnische, maschinelle und organisatorische Möglichkeiten des Unternehmens determiniert. Weitere wichtige Kriterien sind die Planbarkeit des Auftragseingangs und die Variantenvielfalt innerhalb der Produktion. Ein konkreter Ansatz zur Gestaltung der Grobplanung erfolgt im folgenden Abschnitt. Fähigkeitsbezogene Produktionsplanung Die präzise Lieferterminermittlung wird in Zukunft an Bedeutung eher zunehmen, und daher ist Planung – also die vorausschauende Überprüfung der Verfügbarkeit von Produktionsressourcen – unverzichtbar. Allerdings bedeutet der Verzicht auf Standard-Arbeitspläne mit vorgegebenen Ressourcen und Bearbeitungszeiten, den eine dynamische Arbeitsplanung bedingt, für die Produktionsplanung eine Revolution. Für die Produktionsplanung brechen wesentliche Arbeitsgrundlagen zur Kapazitätsplanung, Terminplanung und zur Ermittlung der Produktionsbestände weg. Die Grenze zwischen Produktionsplanung und Produktionssteuerung bzw. Produktionsregelung verschwimmt und muss neu betrachtet werden. Wie können nun angesichts dieser neuen Freiheitsgrade realisierbare Solltermine für die Produktionsaufträge in der Planung ermittelt werden? Ein nahe liegender Planungsansatz wäre, die Fertigungsaufträge auf Basis von Standard-Arbeitsplänen exemplarisch gegen begrenzte Kapazität auf Ressourcenebene einzuplanen. Damit wäre die theoretische Realisierbarkeit der Solltermine nachgewiesen. Die tatsächliche Bearbeitungstechnologie, Ressourcenzuordnung und Bearbeitungsreihenfolge könnte unabhängig davon situationsbezogen von der Arbeitsplanung und der Produktionsregelung festgelegt werden. Ein wesentlicher Nachteil dieses Ansatzes ist allerdings, dass die in der Fertigung gewonnenen Freiheitsgrade in der Planung nicht genutzt werden, so dass Solltermine verschoben oder als nicht machbar abgelehnt werden und somit Potential verschenkt wird. Ein neuer Planungsansatz ist der Übergang vom Einplanen der Aufträge auf Ressourcen zum Einplanen auf Bearbeitungsfähigkeiten.

110

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Beplanung von Fähigkeiten Die grundlegende Idee ist das Beplanen von Fähigkeiten anstelle von Ressourcen. Dadurch wird die Planung – bezogen auf die Kapazität über der Zeit – nicht ungenauer, aber die Zuordnung von Aufträgen zu Ressourcen bleibt offen, und somit als Freiheitsgrad für die unterlagerten Ebenen erhalten. Auf Auftragsseite werden idealerweise feature-basierte Arbeitspläne verwendet, um die Bedarfe der Aufträge an den Fähigkeiten zu beschreiben. Das der Planung zugrunde liegende Kapazitätsmodell beschreibt die Kapazität an vorhandenen Fähigkeiten der Produktionsressourcen über der Zeit, weist also den aktuellen Füllstand und den zur Verfügung stehenden Maximalwert für die bestimmten Zeitintervalle aus. Dies wird im Folgenden als Kapazitätsleiste bezeichnet. Beispielsweise kann die Kapazitätsleiste wochen-, tages- oder stundenweise ausgewiesen und beplant werden, je nach benötigter und möglicher Planungsgenauigkeit. Die in der Metallverarbeitung hauptsächlich zu fertigenden Geometrien sind als Geometrie-Feature in gängigen CAD-Systemen definiert. Diese Informationen sind somit aus den Werkstückzeichnungen abzuleiten und dienen zur Einordnung in die oberste Kapazitätsleiste (Abb. 5.17). Die Lage des Geometrie-Features ist ausschlaggebend für die benötigte Achsenanzahl. Diese bilden somit die zweite Kapazitätsleiste. Weitere Detaillierungsebenen sind der benötigte Arbeitsraum und die Bearbeitungsgenauigkeit. Der Füllstand der groben Kapazitätsleisten bietet einen Überblick zur Auslastungssituation, er ergibt sich aus der Zusammenfassung von Fähigkeitsleisten der darunter liegenden Ebenen.

Abb. 5.17 Zuordnung von Operationen zu Ressourcen über Fähigkeiten

5.2 Planung und Steuerung

111

Je nach aktuell notwendiger Planungsgenauigkeit kann sowohl auf der Ebene der groben als auch der feinen Kapazitätsleisten geplant werden. Die Planung ordnet dabei die von den Aufträgen benötigten Fähigkeiten den Kapazitätsleisten zu und visualisiert Kapazitätsengpässe. Ressourcen mit mehreren Fähigkeiten sind mehreren Kapazitätsleisten zugeordnet. Diese Kapazitätsleisten sind folglich nicht unabhängig voneinander zu beplanen. Eine Überlastung von Kapazitäten lässt sich automatisiert über eine summarische Betrachtung der beteiligten Kapazitätstöpfe verhindern. Dieses Verfahren stellt eine Erweiterung bekannter Planungsansätze dar (vergl. Löllmann u. Färber 2003). Wenn nicht nur die Zuordnung zu den Ressourcen in die Produktion verlagert wird, sondern auch die Reihenfolge von Arbeitsschritten durch die dynamische Arbeitsplanung in großem Umfang veränderbar sein soll, dann stößt der bisher beschriebene Planungsansatz an seine Grenzen: Freiheitsgrade in der Arbeitsgangreihenfolge erzwingen breite Planungsintervalle und das Zusammenfassen von Fähigkeiten in den Kapazitätsleisten. Eine erschwerte Konfiguration des Planungsverfahrens, sowie logistisch unnötig hohe Bestände und Durchlaufzeiten wären die Folge. Diese Schwierigkeiten lassen sich verhindern durch eine parallele Einplanung vertauschbarer Arbeitsschritte, gegebenenfalls über mehrere Planperioden. Vertauschbare Arbeitsschritte, die in der Realität nacheinander ausgeführt werden müssen, werden zum Zweck der Planung jeweils zeitlich über mehrere Planungsintervalle gestreckt und parallel zueinander eingeplant. Mit der zeitlichen Distanz der vertauschbaren Arbeitsgänge – und damit der notwendigen Streckung der Arbeitsgänge in der Planung – steigt die Unsicherheit der Kapazitätsaussage für einzelne Planperioden. Allerdings sind die detaillierten Kapazitäten aufgrund einer Vielzahl von Störgrößen ohnehin nicht exakt vorhersehbar und, je nach Unternehmen, in gewissem Umfang kurzfristig veränderbar, so dass die Planungsgüte den praktischen Anforderungen weiterhin genügt. Erst die Kombination von fähigkeitsbezogener und paralleler Planung ermöglicht das kapazitiv präzise Beplanen einer Fertigung bei gleichzeitigem Erhalt der Freiheitsgrade Ressourcenzuordnung und Arbeitsschrittfolge, die durch dynamische Arbeitsplanung und wandlungsfähige Produktionsregelung in der Fertigung gewonnen wurden. Die Vorteile der vorgeschlagenen Methode sind eine präzise Lieferterminermittlung, kurze Durchlaufzeiten und eine gute Beherrschung von Marktturbulenzen bei vollständiger Ausnutzung der Flexibilitätspotentiale in der Fertigung.

112

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.2.4 Zusammenfassung Zur Verkürzung der Reaktionszeiten und Erweiterung der kurzfristigen Handlungsoptionen sowie zur aktiven Unterstützung des LE-Konzepts wurden Lösungsansätze zur Zeitreduktion, Aufwandsreduktion und Aufgabenvernetzung in der gesamten Planungskette entwickelt: • Die automatische Grobplanung der Produktionsstruktur generiert Produktfamilien und ordnet diese den Ressourcengruppen zu. • Das Zusammenspiel von Turbulenzindikatoren und der entwickelten Konfigurationsmethode für das Auftragsmanagement, kombiniert mit den Analyse- und Optimierungsfähigkeiten eines Logistikprüfstandes, erlaubt eine dynamische Logistikstrategie: Permanente Anpassung der Unternehmenslogistik unter Berücksichtigung der strategischen Ausrichtung in einer turbulenten Umgebung. • Die Produktionsregelung ermöglicht eine Selbststeuerung der Produktion bei minimalem Anpassungs- und Datenaufwand. • Die dynamische Arbeitsplanung ermöglicht eine zeitnahe Erstellung von Arbeitsplänen sowie deren situationsgerechte Einplanung auf die aktuell vorhandenen Ressourcen und ermöglicht damit die Ausnutzung bisher ungenutzter Freiheitsgrade der Produktion. Damit stehen Werkzeuge und Methoden für die gesamte Planungskette zur Verfügung, die die strikte Trennung von Planungs- und Ausführungsprozessen überwinden. Sie unterstützen bei der Turbulenzbewältigung, überprüfen laufend die Notwendigkeit zum Wandel oder zeigen bereits im Vorfeld die Konsequenzen potentiellen Wandels auf.

5.2 Planung und Steuerung

113

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

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5.3 Technik und Strukturen

115

5.3 Technik und Strukturen 5.3.1 Ausgangssituation Als Teil der Wertschöpfungskette eines Unternehmens hat die Produktion die Aufgabe, die richtigen Produkte nach Art und Menge, zum richtigen Zeitpunkt, in einer spezifizierten Qualität und zu akzeptablen Kosten bereitzustellen. Im Rahmen einer modernen Unternehmensplanung muss die Produktion abhängig von Anforderungen aus der Produktentwicklungsstrategie vorausschauend über einen längeren Zeitraum im Bereich von Jahren geplant werden. Die Mehrzahl heutiger Produktionsunternehmen kann als wandlungsträge angesehen werden. Anpassungen der Produktion an neue Erfordernisse werden mit hohem Mitteleinsatz unter Inkaufnahme von Produktivitätseinbußen durchgeführt und dauern in der Regel relativ zu den Marktanforderungen zu lange. Dieses Defizit ist zum einen auf den Planungsprozess zurückzuführen, nach dem die Fabriken gestaltet werden, und zum anderen auf die begrenzt anpassbaren Betriebsmittel (Gebäude, Maschinen und Anlagen). Die (Um-)Planung einer Fabrik wird meist in Form eines Projektes durchgeführt. Ausgehend von prognostizierten Absatzzahlen eines Produktspektrums werden Struktur und Betriebsmittel hauptsächlich unter dem Zielkriterium der Wirtschaftlichkeit festgelegt. Grundlage für eine Festlegung der Immobilien (Gebäude) von bis zu 50 Jahren und Mobilien (Maschinen, Anlagen) von bis zu 15 Jahren sind vage Prognosen in die Zukunft. Die Folge ist, dass sich die ausgewählte Lösung schon zu Wirkungsbeginn aufgrund der Umfeldturbulenz als hinfällig und veraltet erweisen kann. Eine Amortisation der Maschinen und Anlagen über einen Produktzyklus ist bei vielen Produkten unmöglich geworden, da die Produktlebenszyklen immer kürzer werden (Heisel u. Meitzner 2002). Deshalb müssen Betriebsmittel für die Produktion neuer Produkte wiederverwendet werden, was in der Regel aufwändige Anpassungsmaßnahmen nach sich zieht. Eine kurzfristige kapazitive oder technologische Anpassung der Produktion ist nur begrenzt möglich. Dies hat mehrere Gründe. Zum einen fehlen auf der Planungsseite Methoden und Werkzeuge zur Beschleunigung des Planungsprozesses und Reduzierung des Aufwands. Eine mangelnde Durchgängigkeit zwischen eingesetzten Planungswerkzeugen führt zu einem hohen Aufwand in der Datenpflege und Vorbereitung von Planungs-

116

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

schritten. Für die Bedienung der Planungswerkzeuge ist Fachwissen notwendig, so dass nicht alle notwendigen Know-how-Träger in die Planung einfach integriert werden können. Die Planung im Team wird durch die eingesetzten Werkzeuge nicht unterstützt. Hinzu kommt, dass Betriebsmittel zwar für ihre erste Bearbeitungsaufgabe optimal aus herstellerspezifischen Baukästen heraus konfigurierbar sind (Tüllmann 2002), nach ihrer Auslieferung, wenn sich die produktionsspezifischen Anforderungen (neue Technologie, andere Kapazität, ... ) ändern, jedoch nur unter hohen Kosten anpassbar sind. Multifunktionale Betriebsmittel könnten zwar die Anpassung erleichtern, sie sind aber teuer, da sie von vornherein viele eventuell nicht benötigte Funktionalitäten beinhalten müssen und damit unnötig Kapital binden. 5.3.2 Anforderung an die Wandelbare Produktion Damit während der Anpassung der Produktion zukünftig lange, kostenintensive Stillstände durch Umbaumaßnahmen vermieden werden, müssen alle am Produktionsprozess beteiligten Objekte wandlungsfähig sein. Da aufgrund der zunehmenden Komplexität der Planungsaufgaben das Wandlungspotential der Betriebsmittel ohne geeignete Methoden und Werkzeuge nicht effizient ausgeschöpft werden kann, muss in diesem Zusammenhang die Produktion immer zusammen mit der Produktionsplanung betrachtet werden. Im Bereich der Produktion gibt es deshalb zwei Handlungsfelder: Die Produktion mit ihren Betriebsmitteln und Strukturen und die Planung der Produktion (Fabrikplanung). Für die Produktion neuer Produkte werden Betriebsmittel aus Kostengründen wiederverwendet. Sie müssen deshalb rekonfigurierbar sein. Rekonfigurierung bedeutet die Anpassung eines bestehenden Betriebsmittels an sich wandelnde Bearbeitungsprozesse durch eine Veränderung von Struktur, Funktionalität, Kapazität und Technologie (Wurst u. Mertin 1997). Dies ist vor allem durch Modularisierung von Systemen und Standardisierung der Modulschnittstellen zu erreichen, da bei einer Anpassung nur Module betroffen sind und nicht das Gesamtsystem. Im Bereich der Montage wurden in diese Richtung viele Anstrengungen unternommen (Loferer 2002). Es zeigt sich jedoch, dass die Systeme zwar rekonfigurier-bar und flexibel sind, die durch die Flexibilität erreichten Freiheitsgrade aber nicht effizient ausgenutzt werden können, da insbesondere bei der Planung der Rekonfiguration das Wissen der Experten oft verteilt ist und somit nur schwer einfließen kann. Somit nutzt man verstärkt Techniken, wie die Virtuelle Realität, um den Planungsprozess zu optimieren.

5.3 Technik und Strukturen

117

Im Bereich der Bearbeitungssysteme existiert zwar eine herstellerspezifische Modularität, sie erlaubt aber bis jetzt nur Rekonfigurierungen in einem engen Rahmen unter hohem Kosten- und Zeitaufwand. Dies liegt vor allem an der Gestaltung der Modulschnittstellen, die nicht hinsichtlich des Umbauaufwandes (zeitlich, wirtschaftlich) optimiert sind und an den Problemen im steuerungstechnischen Bereich, die bei der Einbindung neuer Komponenten und Peripherieaggregate existieren. Diese Problematik wird noch verstärkt, wenn bei der Wahl der Modulsystemgrenzen der Aspekt der beherrschbaren Rückwirkung zwischen den Modulen bei der Kombination mehrerer Module nicht berücksichtigt wurde und somit aufwändige Prüfungen der Maschinenfähigkeit nach einer Rekonfigurierung durch hochqualifiziertes Personal notwendig sind. Damit die Fabrik im Grenzbereich ihrer technischen, logistischen und organisatorischen Leistungsfähigkeit betrieben werden kann, ist bei der Planung eine kontinuierliche Anpassung der Fabrikstruktur notwendig. Der Planungsprozess einer Strukturanpassung muss in kurzer Zeit, bei geringem finanziellen Aufwand und in hoher Qualität stattfinden. Daraus abgeleitet müssen den Planungsbeteiligten Werkzeuge an die Hand gegeben werden, die den Planungsprozess beschleunigen und die Qualität erhöhen. Es wird eine Planungsumgebung gefordert, die zum einen eine partizipative Planung im Team ermöglicht und zum anderen eine Durchgängigkeit der Datenhaltung zwischen den eingesetzten Werkzeugen gewährleistet.

Abb. 5.18 Handlungsfelder in der Produktion

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Die Planungswerkzeuge müssen einfach und intuitiv bedienbar sein und die Planungsergebnisse schnell objektiv und subjektiv von den Planungsbeteiligten bewertet werden können. Ein realitätsnahes Abbild der Fabrik und aktuelle Daten zu den Anforderungen und Fähigkeiten der Betriebsmittel müssen als Ausgangspunkt einer Planung verfügbar sein. Zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit der Produktion ergeben sich zusammenfassend drei wesentliche Handlungsfelder (vgl. Abb. 5.18). Erstens müssen auf der Ebene der Betriebsmittel wandelbare Bearbeitungssysteme hinsichtlich Rekonfigurierbarkeit untersucht werden. Auch im Bereich der Montage ergibt sich der Bedarf nach Umgestaltung, und somit müssen zweitens Wandlungsfähige Montagesysteme untersucht werden. Drittens müssen die notwendigen Anpassungen der Fabrikstruktur durch eine kontinuierliche, effiziente Planung vorbereitet werden, damit die vom Markt geforderte Wandlungsfähigkeit erreicht werden kann.

5.3.3 Methoden und Instrumente zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit 5.3.3.1 Wandelbare Bearbeitungssysteme Herkömmliche Maschinen, wie z.B. flexible Fertigungssysteme, eignen sich nur für die Fertigung einer bekannten Produktfamilie mit einer vorherbestimmten Technologie. Die Flexibilität bezieht sich vor allem auf die Umrüstung des Fertigungssystems auf ein anderes Teil aus dem bekannten Spektrum und die Bereitstellung eines entsprechenden NC-Programms. Sie bieten wenige Möglichkeiten für Erweiterungen technologischer oder kapazitiver Art. Umbaumaßnahmen sind zeitaufwändig und kostspielig, da die Maschine nur für einen einmaligen Konfigurierungsprozess beim Hersteller ausgelegt ist (Kircher et al. 2004). Aufgrund ungeeigneter Systemgrenzen der Module und der geringen Anpassungsfähigkeit der Steuerungstechnik bei einer Maschinenänderung sind diese Maschinen nur begrenzt rekonfigurierbar. Insgesamt dauern die Umbauvorgänge je nach Aufwand von mehreren Tagen bis hin zu mehreren Wochen (Heisel u. Pritschow 2004). Einen neuen Ansatz stellen wandelbare Bearbeitungssysteme dar (Koren et al. 1999). Sie lassen sich kurzfristig und mit geringem Aufwand an geänderte Randbedingungen des Produktionsprozesses anpassen. Die Grundlage dieser Anpassungsfähigkeit bilden weitgehend autarke mechatronische Module und ein selbstadaptierendes Steuerungssystem. Es passt sich selbständig der geänderten Maschinenkonfiguration an, indem es die Mo-

5.3 Technik und Strukturen

119

dule dieser Maschinenkonfiguration erkennt und entsprechende Softwarekomponenten im Steuerungssystem hinzufügt, löscht oder umparametriert (Pritschow et al. 2003, Wurst et al. 2004). Wandelbare Bearbeitungssysteme sind deutlich kostengünstiger als kundenspezifisch konstruierte Maschinen, da der Hersteller sie aus einem Standardbaukasten konfigurieren und später beim Anwender rekonfigurieren kann. Durch wiederverwendbare modulare Ausrüstung erwartet die US-Regierung beispielsweise eine Senkung der Werkzeugwechselkosten eines Fahrzeugwerkes auf ein Zehntel (U.S. Department of Commerce 1996). Wandelbare Bearbeitungssysteme verfügen über eine Kommunikationsschnittstelle zu übergeordneten Prozessplanungssystemen. Sie können sich damit verhandlungsbasiert um Fertigungsaufträge des Prozessplanungssystems bewerben. Dazu werden vom Prozessplanungssystem die für den Auftrag notwendigen Fertigungsfähigkeiten (z.B. bestimmte Fertigungstechnologie, Bearbeitungsraum, usw.) vorgegeben. Mittels modellbasierter Rekonfigurierung (Kircher et al. 2004) ermittelt die Steuerung des Bearbeitungssystems unterschiedliche Rekonfigurationsalternativen, die hinsichtlich Machbarkeit und Zeit bewertet werden. Wenn der Auftrag von dem Bearbeitungssystem ausgeführt werden soll, generiert die Steuerung entsprechende Rekonfigurierungsaufträge für die Maschinen- und Steuerungskonfiguration. Voraussetzungen für die Wandelbarkeit von Bearbeitungssystemen Die Bearbeitungssysteme müssen modular aufgebaut sein (Modularitätsprinzip), damit bei einer notwendigen Anpassung der Maschinenkonfiguration (technologisch, kapazitiv) nur einzelne Module betroffen sind. Der Großteil der Maschine kann dann wieder verwendet werden. Dazu müssen die Schnittstellen der Module vereinheitlicht und hinsichtlich schneller und einfacher Bedienbarkeit optimiert werden (Minimierung der Schnittstellenelemente, konstruktive Gestaltung, Rückwirkungsfreiheit). Die Systemgrenzen herkömmlicher Module sind zu überdenken, da die Wahl der Systemgrenzen die Art der Schnittstelle (elektrisch, hydraulisch) und die Anzahl der Schnittstellenelemente (Breite der Schnittstelle) bestimmt. Neben der modularen Bauweise der Maschine spielt die Anpassung des Steuerungssystems an individuelle Maschinenkonfigurationen eine wichtige Rolle. Sie ist zeitaufwändig, da die Konfiguration und Parametrierung der Steuerung detailliertes Spezialwissen und langjährige Erfahrung erfordert. Für eine kurzfristige Anpassung des Steuerungssystems werden deshalb Mechanismen in der Steuerung benötigt, die die Steuerungssoftware selbstständig der geänderten maschinenbaulichen Konfiguration anpassen.

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Systemgrenzen und Schnittstellen von Modulen Die Module wandelbarer Bearbeitungssysteme bilden klar abgegrenzte Funktionseinheiten mit schmalen (wenig Schnittstellenelemente), festgelegten Schnittstellen. Alle Elemente, die notwendig für die Umsetzung der Modulfunktionalität sind, sind im Modul integriert autarkes Modul). So sind zum Beispiel in einem Modul geschlossene Druckluft- und Hydraulikkreisläufe mittels Miniaturpumpen aus der Medizin (künstliches Herz) oder kleiner Kompressoren aus dem Automobilbau realisierbar. Die entsprechenden Versorgungsleitungen hin zum Modul können dann eingespart werden. Aufgrund der Integration und Realisierung von disziplinübergreifenden Funktionen in einem Modul werden die Module zu mechatronischen Modulen (Korajda et al. 2004, Kircher et al. 2004). Sie integrieren mechanische, elektrische und steuerungstechnische Komponenten. In Maschinen gibt es aber immer noch herkömmliche mechanische, elektrische oder steuerungstechnische Module. Während eine Achse beispielsweise ein mechatronisches Modul darstellt, bestehend aus mechanischen (Führungen), elektrischen (Endschalter) und steuerungstechnischen (Antriebsverstärker mit Kommunikationsmodul und Regelungsalgorithmen) Komponenten, ist ein Maschinenbett ein rein mechanisches Modul, das keine Funktionen der anderen Disziplinen beinhaltet. Deshalb besteht ein wandelbares Bearbeitungssystem aus mechatronischen, mechanischen, elektrischen und steuerungstechnischen Modulen. Jedes mechatronische Modul verfügt über einen eigenen Controller. So können beispielsweise Sensorsignale lokal ausgewertet oder Antriebe angesteuert werden. Ein Bussystem verknüpft die mechatronische Module zu einem verteilten Steuerungssystem. Die mechanischen Schnittstellen für die Modulkopplung und die Schnittstellen für Energie und Information sind einheitlich und definiert. Sie bestehen möglichst aus Normalien, wie sie einschlägige Hersteller günstig anbieten, womit sie im Einkauf preiswerter als eine Eigenfertigung sind (Heisel u. Meitzner 2003). Ein schematisches Beispiel der konstruktiven Gestaltung von Schnittstellen aus Normalien zeigt die Abb. 5.19. Aufgrund der Verwendung von Gleichteilen in den mechatronischen Modulen und ihrer Standardisierung sind sie deutlich kostengünstiger als kundenspezifische Konstruktionen. Daher werden nicht einzelne Bauteile wie Führungen, Antriebe, Initiatoren oder Sensoren als Ersatzteile vorrätig gehalten, sondern vollständige Module. Bei einer Störung wechselt der Anwender das komplette Modul, so dass der Produktionsausfall minimal bleibt. Das defekte Modul kommt für die ausführliche Inspektion in die Werkstatt und nach Beseitigung des Fehlers in den Ersatzteilvorrat.

5.3 Technik und Strukturen

121

Abb. 5.19 Konstruktive Gestaltung von Schnittstellen aus Normalien

Durch die Standardisierung seines Modulbaukastens verfügt der Hersteller über einen gewissen Lagerbestand, der zur sofortigen Lieferung bereitsteht. Neue, nicht im Ersatzteilbestand vorgehaltene Module kann der Anwender daher innerhalb weniger Stunden vom Hersteller beziehen und nicht länger genutzte Module – beispielsweise im Rahmen eines Leasingmodells – zurückgeben (Heisel u. Meitzner 2003). Eine mechanisch eigensteife Konstruktion der Module verhindert mechanische Rückwirkungen (z.B. Schwingungen) auf das Gesamtsystem. Durch die Modularisierung werden Störungen im Modul ohne Auswirkungen auf das Gesamtsystem gekapselt. Damit ist auch die Einhaltung der Maschinenfähigkeit nach jeder Rekonfigurierung gewährleistet. Die Maschinenfähigkeit wird von (Weck 2001) definiert als Quotient aus dem Toleranzbereich und der Streuung der Merkmalswerte der Werkstücke. Zur Prüfung der Maschinenfähigkeit nach einer Rekonfigurierung stehen Messmittel für eine automatische Messung (Wurst et al. 2003) zur Verfügung. Sie sind nach dem Prinzip des autarken mechatronischen Moduls gestaltet. 5.3.3.2 Selbstadaptierendes Steuerungssystem Basis eines selbstadaptierenden Steuerungssystems bildet eine offene, modulare Steuerungsplattform (Pritschow et al. 2001, 2003). Die Hardware kann auf mehrere mechatronische Module der Maschine verteilt sein, da diese eigene Controller besitzen, auf denen die Steuerungssoftwarekomponenten ausführbar sind. Die einheitliche Kommunikationsplattform bietet eine definierte Anwenderprogrammierschnittstelle (API) an und kapselt das darunter liegende Betriebssystem und die Hardware. Für die Anwendung ist die Hardware deshalb nicht als verteiltes System erkennbar. Die Maschinenmodule sind durchgängig über ein Bussystem informationstechnisch verknüpft. Damit kann der Busverwalter mittels Life-TickerMechanismen das Hinzufügen oder Entfernen von mechatronischen Modulen erkennen (Plug and Play). Das Identifikationsmodul stellt fest, um

122

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

welche Art von mechatronischen Maschinenmodulen es sich dabei handelt und identifiziert die gesamte Maschinenkonfiguration. Nach einer Veränderung der Maschinenkonfiguration durch Austauschen oder Hinzufügen von Maschinenmodulen passt sich das Steuerungssystem automatisch an die neue mechanische Konfiguration der Maschine an. Es bedient sich während dieses Vorgangs einer Softwarekomponentenbibliothek, aus der die benötigten Komponenten mittels des Konfigurationslaufzeitsystems instanziiert und parametriert werden. Zu beachten sind dabei Abhängigkeiten zwischen der maschinenbaulichen Struktur der Maschine und der Steuerungskonfiguration. Veränderungen im mechanischen Aufbau des Bearbeitungssystems, z.B. die Umrüstung von einer 3achsigen zu einer 5-achsigen Bearbeitung, bewirken im Allgemeinen Anpassungen im Steuerungssystem (vgl. Abb. 5.20).

Abb. 5.20 Komponenten eines selbstadaptierenden Steuerungssystems

5.3 Technik und Strukturen

123

Die Abhängigkeiten zwischen Maschinenmodulen und Steuerungskomponenten sind in Form eines Regelwerks (Konfigurationsmuster) in einem Informationsmodell abgelegt. Darin sind den mechatronischen Maschinenmodulen bestimmte Softwarekomponenten und Parameterwerte zugeordnet (mechatronisches Gesamtmodell). Algorithmen leiten daraus automatisch Rekonfigurierungsmaßnahmen für die Steuerung ab. Anschließend überprüft das Plausibilitätstestmodul die Steuerungskonfiguration auf Widerspruchsfreiheit und Vollständigkeit). Die wandlungsfähigen Bearbeitungssysteme haben natürlich auch einen Einfluss auf die Gesamtfabrikstruktur. Änderungen in der der Bearbeitungszelle müssen sich auch in der Fabrikstrukturplanung wiederfinden. 5.3.3.3 Dynamische Fabrikstrukturen Der Planungsprozess einer Fabrikstrukturanpassung muss in kürzester Zeit, bei geringem Aufwand und hoher Qualität stattfinden, um den Anforderungen eines wandlungsfähigen Unternehmens zu entsprechen. Dem Planer müssen Werkzeuge und Methoden zur Verfügung gestellt werden, die den Planungsprozess beschleunigen, den Aufwand für die Planung reduzieren und eine hohe Qualität der Planung gewährleisten. Skizzierung des gesamten Planungsablaufs bei Umplanungen Die Planung einer Fabrikstrukturanpassung findet im Allgemeinen in immer der gleichen Abfolge von Planungsphasen (vgl. Abb. 5.21) statt, die sich abhängig vom Planungsproblem lediglich in Umfang und Detaillierungsgrad unterscheiden. In der ersten Planungsphase erfolgt die Ist- und Potentialanalyse. Zunächst werden der Ist-Zustand aufgenommen und die notwendigen Daten für die Planungsaufgabe analysiert. Ausgehend von den erkannten Schwachstellen und Potentialen werden die Anforderungen an die zukünftige Fabrikstruktur abgeleitet. Aus den ermittelten Anforderungen werden die Bedarfe an Personal, Flächen und Sachmitteln hergeleitet und mit den verfügbaren Angeboten abgeglichen. In der Phase der Strukturplanung wird zunächst unter Vernachlässigung von den Randbedingungen eine ideale Gebäude- und Bereichsstruktur erarbeitet. Ausgehend von der Idealplanung wird unter Berücksichtigung der Randbedingungen eine reale Struktur abgeleitet. Dann erfolgt die Feinplanung mit der Detailplanung und der Umsetzungsplanung, bei der die Überführung vom Ist-Zustand zum Soll-Zustand geplant wird. Im folgenden Abschnitt werden die entwickelten Methoden und Werkzeuge in ihrer Funktionalität beschrieben sowie dargestellt, in welchen Phasen der Umplanung sie zum Einsatz kommen und welcher Nutzen daraus resultiert.

124

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie Phase

I

Vorplanung

II

Strukturplanung

III

Feinplanung

Produktion

Logistik

Organisation

Layout

Ist- und Potenzialanalyse Bedarfsplanung

Idealplanung Idealplanung Realplanung Realplanung

Detailplanung Umsetzungsplanung

Abb. 5.21 Planungsphasen der Fabrikplanung

Bestandsaufnahme mittels Laserscannen Eine Schwierigkeit bei der Restrukturierung von Fabriken ist zu Anfang der Planungskette bei der Ist- und Potentialanalyse die Darstellung der bestehenden Fabrik. Die vorhandenen Pläne für existierende Fabrik- und Produktionsanlagen sind in den meisten Fällen veraltet, Umbauten sind selten in Pläne eingepflegt. Die Verfügbarkeit von CAD-Daten ist gering, eine 3-D-Darstellung ist nur vereinzelt vorhanden. Erforderlich ist eine vollständige Erfassung der vorhandenen Hallen und Anlagen. Die Genauigkeit, Geschwindigkeit und der Aufwand herkömmlicher Methoden der Bestandsaufnahme entsprechen jedoch keineswegs den zukünftigen Anforderungen. Für die Bestandsaufnahme von Fabrikstrukturen wurde deshalb das Verfahren des 3D-Laserscannens entwickelt (vgl. Abb. 5.22). Im ersten Schritt wird durch das Anbringen von Referenzpunkten ein reproduzierbares geodätisch vermessenes Hallenraster erstellt. Dann wird mit dem 3-D-Laserscanner ein digitales Abbild der Halle in Form von Punktwolken erstellt. Die einzelnen Scans werden referenziert und damit zu einem zusammenhängenden Modell zusammengefügt. Messungen von Abständen, Höhen, lichten Weiten sowie Visualisierungen von Unebenheiten können in der Punktwolken-Darstellung vorgenommen werden. Der nächste Schritt zur Erstellung eines digitalen Fabrikmodells ist die Übertragung der Punktwolken in ein CAD-Werkzeug. Regelgeometrien werden mittels Objekterkennung automatisch aus der Punktwolke in eine CAD-Konstruktion überführt.

5.3 Technik und Strukturen

Aufbau eines Hallenbezugsystems

Laserscannen der Fabrik

Auswertung der Scanbilder

Übertragung von Scanpunkten ins CAD

125

Modellierung realistischer 3D-Modelle

Abb. 5.22 Vorgehensweise des 3-D-Laserscannens

Die durch das 3-D-Laserscannen erreichte Beschleunigung der Digitalisierung von Fabrikgebäuden und Anlagen, die Reduktion des Aufwandes für die Modellierung und die anschließende Integration in andere Planungstools bewirkt eine erhebliche Verringerung der gesamten Planungszeit. Planungsfehler können durch die Darstellung von Kollisionen verschiedener Gewerke bereits in der Phase der Vorplanung behoben werden, die Planungsqualität wird deutlich erhöht. Integration der Planungswerkzeuge in einer Umgebung Die angesprochenen Forderungen an den Planungsprozess haben zu der Entwicklung einer Planungsumgebung geführt, in der Werkzeuge zur Unterstützung des gesamten Planungsprozesses integriert werden (vgl. Abb. 5.23). Als Integrationsplattform dient ein zentrales Datenmodell. Die Durchgängigkeit der Daten im Planungsprozess über die Werkzeuge wird somit gewahrt. Das zentrale Werkzeug zur Layoutplanung ist der Planungstisch. Der Planungstisch bietet eine Kommunikationsplattform für die gemeinsame Planung im Team. Im integrierten CAD-Werkzeug kann die Fabrik im Detail betrachtet und geplant werden und so wird eine vollständige Abbildung der Fabrik erreicht. Über die Integration des LOP (Logistik-Prüfstand) kann eine ganzheitliche logistische Überprüfung der Produktion durchgeführt werden (siehe Kapitel 5.2). Die Nutzung der Planungsumgebung kann für eine Umplanungsaufgabe folgendermaßen aussehen: Eingangsbedingung für die Planung ist, dass alle Ressourcendaten des Ist-Zustands im Datenmodell eingepflegt sind.

126

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie Datenverwaltung

LOP

Integrationsplattform Zentrales Datenmodell Planungstisch

CAD - Werkzeug

Abb. 5.23 Werkzeuge der Planungsumgebung

Neben Informationen zu Fähigkeiten, Kapazitätsangeboten und Kosten sind Geometriedaten hinterlegt, aus denen sich zum einen ein 3-D-Modell im Planungstisch und zum anderen ein Modell im CAD-Werkzeug erzeugen lassen. Der Zugriff auf die realitätsnahen Daten beschleunigt die Phase der Vorplanung. In der Phase der Strukturplanung dient der Planungstisch als zentrales Werkzeug. Im Team können Layoutvarianten in kurzer Zeit erstellt und bewertet werden. Die Machbarkeit im Detail wird im CAD-Werkzeug beurteilt. Im Planungstisch vorgenommene Änderungen der Position, entfernte und hinzugefügte Maschinen und Anlagen werden im CAD-Werkzeug mitgeführt. Im CAD-Werkzeug kann im Detail überprüft werden, ob beispielsweise Restriktionen des Gebäudes verletzt werden oder aufwändige Anpassungen an Gebäude und Infrastruktur notwendig sind. Das Ergebnis dieser Betrachtung kann eine erneute Planung am Planungstisch erfordern. Diese Iteration wird solange durchgeführt, bis die als optimal ausgewählte Layoutvariante am Planungstisch auch im CAD-Werkzeug für zulässig befunden wird. In der Phase der Feinplanung ist das angebundene CAD-Werkzeug das zentrale Werkzeug. Das neue Layout kann im Detail ausgeplant werden. Erforderliche Maßnahmen für die Umsetzung lassen sich ableiten und die einzelnen Umsetzungsschritte planen.

5.3 Technik und Strukturen

Vorplanung

127

Ist- und Potentialanalyse, Bedarfsplanung

Strukturplanung

Zentrales Datenmodell

Feinplanung

Abb. 5.24 Einsatz der Werkzeuge im Planungsprozess

Durch den Einsatz der Planungsumgebung (vgl. Abb. 5.24) wird der Planungsprozess von der Ist-Analyse bis zur Umsetzungsplanung unterstützt. Der Planungsprozess wird beschleunigt, der Aufwand reduziert und die Qualität des Ergebnisses verbessert. In den folgenden Unterabschnitten werden die Funktionsweise und der Nutzen der einzelnen Komponenten der Planungsumgebung beschrieben. Zentrales Datenmodell als Integrationsplattform Planungssysteme bauen häufig auf stark verteilten und heterogenen Datenstrukturen auf. Die Folge ist, dass einzelne Werkzeuge zur Planung nur isoliert für eine Planungsaufgabe verwendet werden und keine Verknüpfung zu anderen Werkzeugen besteht. Daten und Ergebnisse können nur mit großem Aufwand an ein anderes System übergeben werden. Ein aktueller Planungsstand in allen Systemen ist immer nur zeitversetzt durch das Nachziehen von Daten möglich. Eine effiziente Nutzung der Werkzeuge zur Fabrikplanung ist nur möglich, wenn die Aktualität der Daten ohne großen Aufwand gewährleistet wird. Veränderungen der Datengrundlage müssen sich automatisiert in den einzelnen Systemen aktualisieren. Die Pflege der Daten muss über eine Schnittstelle möglich sein, so dass redundantes Nachziehen in mehreren Systemen entfällt. In der entwickelten Planungsumgebung dient ein zentrales Datenmodell der Ressourcen als Integrationsplattform für die eingesetzten Planungswerkzeuge. Die Ressourcendaten werden in einer relationalen Datenbank gehalten. Dem Anwender wird eine objektorientierte Sicht auf die Daten erzeugt. Über eine Benutzerschnittstelle werden das Datenmodell modelliert und Daten editiert.

128

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Die Ressourcendaten der Fabrik werden in Form einer Stückliste abgebildet. Oberster Knoten ist bspw. der Standort. Dieser unterteilt sich in Werk, Halle, Bereich, Arbeitsplatz usw. Dem Anwender bleibt es offen, an welcher Stelle die Modellierung beginnt, welche Gliederung er vornimmt und wie tief sie geht. Des Weiteren können zusätzliche Sichten auf die Ressourcendaten erzeugt werden. Die Modellierungsumgebung gibt keine Einschränkung vor. Da die eingesetzten Werkzeuge Daten in unterschiedlichen Formaten und Detaillierung verwenden, ist im Einzelnen eine Transformation der Daten innerhalb der Datenbank notwendig. Beispielsweise benötigt eine Anwendung die Verfügbarkeit einer Maschine in Prozent, während eine andere eine detaillierte Störverteilung einer Maschine benötigt. Diese Umrechnungen werden durch implementierte Methoden automatisch durchgeführt. Die Durchgängigkeit in der Datenhaltung über die eingesetzten Planungswerkzeuge wird gewährleistet. Die Modellierung der Objekte und Editierung der Daten über eine Schnittstelle reduziert den Aufwand zur Datenpflege und verhindert einen unterschiedlichen Datenstand der Planungssysteme. Eine gepflegte Datenhaltung mit einem realitätsnahen Abbild der Fabrik verkürzt den Planungsprozess in allen Planungsphasen. Es entfallen aufwändige Datenaufbereitungen in jeder Planungsphase. Partizipative Planung mit dem Planungstisch Dem Planer stehen einerseits immer ausgeklügeltere IT-Lösungen für seine speziellen Planungsaufgaben zur Verfügung, auf der anderen Seite wird jedoch der Planungsprozess durch eine zunehmende Planungskomplexität mit Planungsbeteiligten aus den verschiedensten Disziplinen bestimmt. Um eine hohe Planungsqualität in angemessener Zeit sicherzustellen, muss der Einsatz von computergestützten Werkzeugen mit einer teamorientierten Arbeitsweise verbunden werden. Bei der interaktiven Layoutgestaltung mit dem Planungstisch sitzen die Beteiligten um eine Arbeitsfläche, auf der beispielsweise ein Hallengrundriss projiziert wird. Mittels reflektierender Würfel (Bricks) werden eine Kamera sowie die Maschinen auf dem Grundriss eingefügt, selektiert und verschoben. Die Kameraansicht wird als 3-D-Ansicht auf einer senkrechten Projektionswand dargestellt, in dieser kann man sich durch Verfahren der Kamera im virtuellen Raum anschaulich bewegen. Das datenbankgestützte System erlaubt es, über Schnittstellen, beliebige Daten zu jedem Planungsobjekt zu hinterlegen. So können während der Planung bereits Kapazitäten berechnet oder die Datenbasis für eine anschließende Simulation generiert werden.

5.3 Technik und Strukturen

129

Abb. 5.25 Planungstisch, 3-D-Ansicht, Arbeitsfläche

Beliebige VRML-Dateien können eingebunden werden, CAD-Grundrisse werden beispielsweise aus der Gebäudeplanung in den Planungstisch integriert (vgl. Abb. 5.25). Die gemeinsam am Planungstisch erarbeiteten Ergebnisse können exportiert werden und von den einzelnen Planern für eine weitere Detaillierung in den disziplinspezifischen Tools weiterverwendet werden. Der Planungstisch bietet in der Phase der Strukturplanung eine Umgebung, die es verschiedenen Experten aus den unterschiedlichsten Bereichen wie Architektur und Logistik ermöglicht, rechnergestützt auf einer gemeinsamen Plattform das vielschichtige Wissen unter Berücksichtigung interdependenter Rand- und Rahmenbedingungen im Team zu diskutieren und die Lösungen zu evaluieren. Die intuitive Handhabung und die kurze Einarbeitungszeit in das System ermöglicht es allen Mitarbeitern vom Werker bis zur Geschäftsleitung, interaktiv zu planen und dabei die eigenen Ideen einzubringen. Die Planungsergebnisse können sofort visualisiert und bewertet werden, die Entscheidungsfindung wird dadurch erheblich beschleunigt. Zudem stellt die frühe Beteiligung der Betroffenen die Akzeptanz bei der späteren Umsetzung sicher. Anbindung des CAD-Werkzeugs In der Phase der Feinplanung erfolgt der Übergang von der Layoutgestaltung mit der groben Anordnung der Maschinen hin zur detaillierten maßstabsgerechten Zeichnung des Fabrikgebäudes mit den darin befindlichen Anlagen. Einzelne Maschinen werden ergänzt, Objekte wie beispielsweise Rohrleitungen werden geändert, Flächen werden modifiziert (vgl. Abb. 5.26). Hierfür wird ein CAD-Werkzeug eingesetzt, welches in die gesamte Planungsumgebung eingebunden wird. Die in der CAD-programmeigenen Datenbank verwalteten Informationen ergänzen die in der zentralen Datenbank gehaltenen Daten durch geometriespezifische Werte, speziell dafür

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

entwickelte Schnittstellen und Konvertierungsprogramme ermöglichen den Austausch. Bei der Planungsaufgabe einer Anlagenverlegung werden beispielsweise Hüllkurven für den Transportweg und eventuelle Kollisionsflächen im CAD dargestellt. Auch die dazugehörigen Flächenberechnungen werden hier durchgeführt, die Ergebnisse werden in die zentrale Datenbank übertragen und stehen dort für die weitere Bearbeitung zur Verfügung. Umgekehrt können auf der Ebene des zentralen Datenmodells beispielsweise alle für die Herstellung eines bestimmten Produktes verwendeten Ressourcen über Methoden selektiert werden, um dann in der CADAbbildung gesondert angezeigt zu werden. Im zentralen Datenmodell definierte Unzulässigkeiten wie das Überschreiten von Bodentragfähigkeiten durch zu schwere Maschinen werden im CAD dargestellt. Dabei werden die Veränderungen reversibel abgebildet, um beispielsweise von einem Umzug betroffene Flächen nur für den Vorgang des Verschiebens von Maschinen zu markieren. Informationen, die im zentralen Datenmodell zu den Objekten hinterlegt sind, wie z.B. die Kapazität einer Wasserleitung oder die Materialeigenschaften einer Wand, können vom Gebäudeplaner im CAD angelegt werden und stehen durch die Integration in das Gesamtsystem jedem Planer zur Verfügung. Die Durchgängigkeit von Hierarchisierung und Gruppierungen ermöglicht die Planung in unterschiedlichen Expertensichten und Detaillierungsstufen, somit können alle Beteiligten auf der Basis eines gemeinsamen Datenmodells in den unterschiedlichsten Disziplinen arbeiten.

K W28 KW29 KW30 K W31 K W32 K W 33 KW 34 KW 35 KW 36 KW 37 KW 38 KW 39 KW 40 K W41

Dr. Bußmann

Reiß

Spiegel

Kiefer

Wolf

Aulinger

Reinert h

Integrationsplattform Zentrales Datenmodell

Abb. 5.26 Verknüpfung CAD-Werkzeug und Planungstisch

5.3 Technik und Strukturen

131

Neben den wandlungsfähigen Bearbeitungssystemen, die auf die dynamische Fabrikstrukturplanung einen Einfluss haben, gilt auch der Montage ein besonderes Augenmerk, denn diese übernimmt Vorgaben aus der Fabrikstruktur. 5.3.3.4 Wandlungsfähige Montagesysteme Planungssystematik für die Montage Aufgabe der Montage ist es, ein komplexes Produkt aus Einzelteilen und Baugruppen so zusammenzufügen, so dass es einer bestimmten Funktionsanforderung gerecht wird (Warnecke 1984). Dabei ist die Montage Teil eines komplexen Produktionssystems und lässt sich in folgende Struktur einordnen (REFA 1990): • Bearbeitungs- und Montagesysteme, • Materialflusssysteme, • Informationssysteme. Bei variantenreichen Produkten beherrscht im Wesentlichen die Flexibilität die Komplexität des auszulegenden Systems. Um dieses anforderungsgerecht auszulegen, bedarf es einer Planungssystematik, die die Arbeitsinhalte nach mengenabhängigen, variantenabhängigen, fügetechnischen, organisatorischen oder ergonomischen Kriterien gruppiert und so eine flexible Struktur entstehen lässt (Konold et al 2003). Diese Systematik lässt sich in folgende fünf Stufen unterteilen: Zunächst erfolgt die Aufgabenstellung. Hier werden die Ziele definiert, Termine vorgegeben und auch Randbedingungen (z.B. die verfügbare Hallenfläche) vorgegeben. Als nächstes kommt die Phase der Grobplanung, welche einen entscheidenden Einfluss auf die künftige Montagestruktur hat. Kapazitive Betrachtungen sind Grundlage für diese Phase. Des Weiteren werden die Arbeitsabläufe festgelegt und Systemalternativen entwickelt. Es lassen sich für die gestalteten Alternativen Bewertungskriterien, wie z.B. der Personaleinsatz und auch die Flächen, abschätzen. Ist dieses abgeschlossen, folgt die Ausplanung oder Feinplanung, in der ausgewählte Groblayouts im Detail ausgearbeitet werden. Die drei beschriebenen Phasen decken den Betrachtungsrahmen der Wandlungsfähigen Montagesysteme ab. Es folgen noch zwei weitere Phasen: die Realisierung und der Fertigungsanlauf. Die eigentliche Umsetzung der Montageplanung findet in diesem Schritt statt, d.h. es werden Systemelemente beschafft, installiert und schließlich in Betrieb genommen (vgl. Abb. 5.27).

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Abb. 5.27 Systematischer Ablauf

Gerade in den kreativen Phasen im Planungsprozess sind viele Informationen gefragt und es wird vom Planer die Entscheidung abverlangt, sich für die eine oder andere Variante auszusprechen. Wenn es gelingt, die Entscheidungen auf belastbare Werte zu stützen, dann ist dem Planer bei seiner Tätigkeit geholfen. Diese Unterstützung gibt es bereits heutzutage in Form von kommerziell erhältlichen Planungswerkzeugen. Planungswerkzeuge Die großen Automobilhersteller oder die Flugzeughersteller machen vor, wie digitale Planungswerkzeuge eingesetzt werden können. Unter dem Schlagwort der Digitalen Fabrik wird ein Funktionsumfang zur Verfügung gestellt, der es erlaubt, ganze Fabrikhallen dreidimensional zu visualisieren, Materialflüsse zu simulieren, Kinematik- und Ergonomie-Untersuchungen durchzuführen. Neben einer Vielzahl von weiteren Funktionen sind die erwähnten besonders relevant für die Montage, da sie eine Entscheidungshilfe für den Planer sein können. Denn in begrenzter Weise lassen sich Systemzusammenhänge auch mental visualisieren und simulieren, aber insbesondere bei der Abschätzung langfristiger Auswirkungen ist der Einsatz von Simulationswerkzeugen unerlässlich (Westkämper 2001). Die umfassenden Planungsumgebungen sind das Resultat aus der Kombination von Einzelsystemen, welche auf eine gemeinsame Datenplattform aufgesetzt werden (vgl. Abb. 5.28). Mit fortschreitender Integration der Einzelwerkzeuge verschwimmen die Grenzen der Einzelsysteme und auch redundante Funktionen werden eliminiert, sodass eine Montage effizient gestaltet werden kann. Dennoch sind die Planungsumgebungen darauf ausgerichtet, dass der Planer den aktiven Teil der Gestaltung übernimmt, indem er versucht, sein Erfahrungswissen einfließen zu lassen.

5.3 Technik und Strukturen

133

Abb. 5.28 Delmia Planungswerkzeuge

Dabei wird ihm ein Maximum an Freiraum gegeben, ohne dass er vom Planungswerkzeug bei der Auswahl unterstützt wird. Gerade in der variantenreichen Serienfertigung ist man oft mit Mengenänderungen konfrontiert, die in neuen Montagstrukturen enden. Um diesen Umplanungsprozess zu unterstützen ist ein Grobkonfigurator für die Montage von Nutzen. Montage-Konfigurator Aufgrund einer Vielzahl von Restriktionen und Randbedingungen ist die Planung von Montagesystemen oft stark von Erfahrungswerten des Planers abhängig. Eine Vielzahl von gestalterischen Möglichkeiten bietet sich an, um eine Montage für definierte Aufgaben auszulegen. Ein ganz entscheidender Parameter ist das Mengengerüst, was die Auslegung von Systemen hinsichtlich ihrer Kapazitätsflexibilität beeinflusst. An dieser Stelle macht es Sinn, den Prozess technisch zu unterstützen. Ein Konfigurator, welcher die Gestaltung von Montagesystemen unterstützt, kann so eine flexible und schnelle Umgestaltung der Systemkomponenten gewährleisten. die Bildung von alternativen Groblayouts für ein Montagesystem wird vereinfacht und eine Bewertung ermöglicht. Dabei ist es notwendig, dass der Konfigurator den Zielraum des neuen Montagesystems einengt, indem er die Aufgabenstellung präzisiert. Dabei wird eine Vielzahl von Daten als Planungsgrundlage benötigt. Im Bereich des Produktes sind dies Vorrangbeziehungen zwischen den zu montierenden Einzelteilen und Stücklisten. Das neue Mengengerüst ist eine Eingangsvariable für die Konfiguration, wobei Stückzahlen, Losgrößen, Umrüstdauern und Häufigkeiten berücksichtigt werden. Diese quantitativ definierbaren Größen lassen sich in den

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Planungswerkzeugen berücksichtigen und ablegen. Schwieriger wird es hingegen bei Einschätzungen, die der Planer vorzunehmen hat, wie z.B. die Frage nach den Erweiterungseigenschaften des Systems. Auch hier bietet der Konfigurator eine Einschätzungshilfe an, indem solche und ähnliche Fragen nach dem Schulnotensystem quantifizierbar gemacht werden. Der Konfigurator berechnet die Soll-Ausbringung. Für die weitere Detaillierung ist die Kenntnis von allen Montageschritten und deren Verrichtungszeiten nötig. Die Montageschritte müssen derart strukturiert sein, dass sie nicht mehr sinnvoll in kleinere Teilschritte zerlegt werden können. Diese sind dann im Vorranggraph visualisiert. Nach Kriterien wie z.B. dem Automatisierungsgrad oder dem Handling wird ein Vorschlag für die Bildung von Montageabschnitten gebildet. Mit der Auswahl der Montagesystemgrundform (Karee, U-Form, Linie oder Sonderform) kann vom System ein Vorschlag generiert werden, wie das umstrukturierte Montagesystem auszusehen hat. Natürlich ist der Montageplaner mit seinen subjektiven Erfahrungen letztlich der Entscheider für die eine oder andere Form, aber er kann bei seiner Entscheidungsfindung erheblich unterstützt werden. Die Resultate aus dem Konfigurator können visualisiert werden, um sie in der Feinplanung weiter zu detaillieren. Hier bietet sich an, die Virtuelle Realität einzusetzen. Virtuelle Realität und Montage Heutzutage existiert immer häufiger das Problem, dass Experten aus verschiedenen Bereichen für die Planung eines neuen Systems zuständig sind. Im Bereich der Montage gibt es eine Vielzahl von Schnittstellen zu anderen Bereichen. Der Einsatz der Virtuellen Realität (VR) (vgl. Abb. 5.29) als Interaktionsumgebung bietet sich hier an, um alle Beteiligten frühzeitig am Gestaltungsprozess teilhaben zu lassen, ohne dass sie sich vorher in Planungswerkzeuge einarbeiten müssen. Das erhöht die Planungsqualität und kürzt den Planungsprozess derart ab, dass eine rasche Inbetriebnahme gewährleistet ist. Die in der Grobkonfigurationsphase ermittelte Struktur des Montagesystems kann nun vom Anwender ausgeplant werden. Die Zuordnung von konkreten Betriebsmitteln, welche als 3D-Abbild z.B. aus CAD-Systemen erzeugt werden können, zu den vordefinierten Montagebausteinen erfolgt hier ebenso wie die Anordnung und Parametrisierung. Auf diese Weise ist der Anwender in der Lage, Lösungskonzepte in Augenschein zu nehmen und zu bewerten. Diese Bewertung erfolgt sowohl subjektiv, indem er das Konzept nach seinem Wissen beurteilt, als auch objektiv dadurch, dass dem Anwender Informationen über die Auswirkung seiner Betriebsmittelwahl oder -positionierung auf das Gesamtsystem in die Visualisierungsumgebung eingeblendet werden.

5.3 Technik und Strukturen

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Abb. 5.29 VR-Montage Visualisierung

Die ausgeplante Version des Montagesystems wird wieder an das übergeordnete Planungswerkzeug zurückgegeben und kann somit in die Gesamtfabrikstruktur eingegliedert werden. Dort ist es dann auch möglich, eine Materialflusssimulation anzustoßen und die Leistungsfähigkeit des Systems zu bewerten. 5.3.3.5 Agententechnologie Die Agententechnologie wird mittlerweile für eine Vielzahl von Anwendungen als Kommunikationsplattform benutzt. Nach der Informatik haben nun auch andere Bereiche den Nutzen erkannt, da sich so modulare Systeme aufbauen und auch steuern lassen.

Service Monitoring

Diagnose

Visualisierung

Agent Platform Agenten Plattform ProduktionsAgenten

Abb. 5.30 Agentenplattform

Produkt Agenten

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

In der unten stehenden Abbildung sieht man sowohl Produktions- als auch Produktagenten. Den Produkt-Agenten ist hinterlegt, welche Verrichtungen am Produkt anstehen und welche Ressourcen dafür benötigt werden. Der Produktionsagent kann z.B. Betriebsmittel repräsentieren. Nur die Betriebsmittel, die einsatzfähig sind, melden sich an der Agentenplattform an. Im Falle von Störungen kann die Kommunikationsplattform selbständig aushandeln, welche Ressource, bzw. welcher Produktagent den vom Produktionsagenten anstehenden Auftrag ausführt. Es lassen sich auf diese Weise einfach Betriebsmittel in das Gesamtsystem integrieren, indem ihre Steuerung, bzw. ihre Fähigkeiten bei Anmeldung an der Agentenplattform zur Verfügung stehen. Dieses nennt man auch „plug and produce“ (Ritter et al. 2002). Durch eine agentengestützte Kommunikationsstruktur lässt sich ein System aufbauen, welches einen hohen Grad an Flexibilität sicherstellt (Westkämper 1999), indem Montagezellen als autonom agierende Agenten eigenständig Aufträge untereinander aushandeln (vgl. Abb. 5.30).

5.3 Technik und Strukturen

137

5.3.4 Literatur Heisel U, Meitzner M (2003) Progress in Reconfigurable Manufacturing Systems. In: CIRP 2nd International Conference on Reconfigurable Manufacturing. Ann Arbour (veröffentlicht auf CD-ROM) Heisel U, Pritschow G (2004) Allgemeine Konzeption rekonfigurierbarer Bearbeitungssysteme unter Berücksichtigung steuerungstechnischer und mechanischer Randbedingungen (Abschlussbericht). IfW/ISW Universität Stuttgart, Stuttgart Hernández Morales R (2002) Systematik der Wandlungsfähigkeit in der Fabrikplanung. Dissertation Universität Hannover. Fortschritt Berichte VDI, VDIVerlag, Reihe 16, Nr. 149 Kircher C, Meitzner M, Heisel U, Wurst KH (2004) Wandelbare, zielvariable Bearbeitungssysteme. Industrie Management 2/20:17–20 Kircher C, Seyfarth M, Wurst KH (2004) Modellbasiertes Rekonfigurieren von Werkzeugmaschinen. wt Werkstattstechnik online 94 5:179–183 Konold P, Reger H (2003) Praxis der Montagetechnik. Vieweg Verlag, Wiesbaden Korajda I, Seyfarth M, Pritschow G (2004) Disziplinübergreifende Baukastensysteme. wt Werkstattstechnik online 94 5: 215–219 Koren Y, Heisel U, Jovane F, Moriwaki T, Pritschow G, Ulsoy G, Van Brussel H (1999) Reconfigurable Manufacturing Systems. In: Annals of the CIRP, Vol 48/2:527–540 Loferer M (2002) Rechnergestützte Gestaltung von Montagesystemen. Utz, München Pritschow G, Altintas Y, Jovane F, Koren Y (2001) Open Controller Architecture – Past, Present and Future. In: Annals of the CIRP, Vol 50/1:463–470 Pritschow G, Rogers G, Bauer G, Kremer M (2003) Open Controller Enabled by an Advanced Real-Time Network. In: CIRP 2nd International Conference on Reconfigurable Manufacturing. Ann Arbor Pritschow G, Wurst KH, Seyfarth M, Bürger T (2003) Requirements for Controllers in Reconfigurable Machining Systems. In: CIRP 2nd International Conference on Reconfigurable Manufacturing. Ann Arbour REFA Verband für Arbeitsstudien und Betriebsorganisation eV (Hrsg) (1990) Methodenlehre der Betriebsorganisation – Planung und Gestaltung komplexer Produktionssysteme. Hanser, München Ritter A, Baum W, Höpf M, Westkämper E (2002) Agentification for Production Systems. Proc INT 2002: Second Intl. Workshop on Integration of Specification Techniques for Applications in Engineering, Grenoble, France, April 6-7, S 21–28 Tüllmann U (2002) Modulares Konzept für Werkzeugmaschinen. (Workshop Fit für maßgeschneiderte Massenfertigung durch agile, rekonfigurierbare Fertigungssysteme veranstaltet von FISW/Stuttgart am 20.03 in Stuttgart) U.S. Department of Commerce, Technology Administration, National Institute of Standards and Technology (Hrsg) (1996) A Progress Report on the Impacts of

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

an Industry-Government Technology Partnership. Gaithersburg, MD: NISTATP-96-2, Appendix C. (Veröffentlicht im Internet: http://www.atp.nist.gov/ atp/repcong/appendxc.htm) Warnecke H-J (1984) Der Produktionsbetrieb – Eine Industriebetriebslehre für Ingenieure. Springer Verlag, Berlin u.a. Weck M (2001) Werkzeugmaschinen, Fertigungssysteme. Springer Verlag, Berlin, 6. Auflage, S 449–452 Westkämper E, Feldmann K, Reinhart G, Seliger G (1999) Integrated Development of Assembly and Disassembly. CIRP Annals Manufacturing Technology Vol. 48/2/1999:557–565 Westkämper E, Bierschenk S, Kuhlmann T (2003) „Digitale Fabrik – nur was für die Großen“. In: wt Werkstattstechnik online 93 1/2:22–26 Westkämper E, Bullinger H-J, Horváth P, Zahn E (Hrsg) (2001) Montageplanung - effizient und marktgerecht. Springer, Berlin, Heidelberg Westkämper E (2000) Kontinuierliche und partizipative Fabrikplanung. wt Werkstattstechnik online 90 3:92–95 Westkämper E, Pfeffer M, Dürr M (2004) Partizipative Fabrikplanung mit skalierbarem Modell. In: wt Werkstattstechnik online 94 3:48–51 Westkämper E, Pfeffer M, Rosenbusch C (2003) Laserscanning – Unterstützung der digitalen Fabrik durch Strukturdatenerfassung mit Hilfe eines 3DLaserscanningsystems. In: wt Werkstattstechnik online 93 3:164–166 Wurst KH, Cooney J, Boye T (2003) Prozessnahe Diagnose an der Maschine. System zur Online-Überwachung von Werkzeugmaschinen. Technica 53/5:16–19 Wurst KH, Kircher C, Seyfarth M (2004) Conception of Reconfigurable Machining Systems – Design of Components and Controllers. In: 5th International Conference on Integrated Design and Manufacturing in Mechanical Engineering, Bath Wurst KH, Mertin F (1997) Ziel: Die Agile Laserbearbeitungsmaschine. Technica 44 15/16:10–17

5.4 Humanressourcen für den Wandel

139

5.4 Humanressourcen für den Wandel

5.4.1 Ausgangssituation Die vor dem Hintergrund zunehmender Umweltturbulenzen notwendige Flexibilisierung und Wandlungsfähigkeit der Unternehmen kann unter anderem durch selbstregulierte Arbeitsgruppen als eine Form der Arbeitsgestaltung erreicht werden. Anfänge der Gruppenarbeit sind bereits 1922 durch die von Lang u. Hellpach vorgestellte Gruppenfabrikation mit tayloristischen Rahmenbedingungen zu finden (Lang u. Hellpach, 1922). Die zunehmende Bedeutung von Gruppenarbeit ist jedoch vor allem auf die Ergebnisse der Hawthorne-Studien (Mayo 1930, 1933; Roethlisberger u. Dickson, 1939) und auf die Ergebnisse einer MIT-Studie in den 90er Jahren (Womack, Jones und Roos, 1991) zurückzuführen. Unter den inzwischen vielfältigen Formen von Gruppenarbeit sind teilautonome Arbeitsgruppen als eine Form der regulären Arbeitsgestaltung hervorzuheben. Unter einer teilautonomen Arbeitsgruppe ist eine „kleine Gruppe von Mitarbeitern zu verstehen, der die Erstellung eines kompletten (Teil-) Produktes oder einer Dienstleistung mehr oder weniger eigenverantwortlich übertragen wird“ (Antoni, 1996). Durch die daraus resultierende Übertragung von primären und sekundären Aufgaben ergibt sich eine Verbindung zwischen job-enrichment und job-enlargement im Sinne des sozio-technischen Systemansatzes (Ulich, 1998). Erst hieraus ergeben sich vollständige Tätigkeiten, die neben der Möglichkeit der eigenständigen Zielsetzung auch Entscheidungsoptionen bieten (Hacker, 1987). Diese in sequenzieller und hierarchischer Hinsicht vollständigen Tätigkeiten können aufgrund ihrer Komplexität am besten durch Arbeitsgruppen bearbeitet werden (Ulich, 1998), die über ein hohes Maß an sozialer Unterstützung zwischen den Gruppenmitgliedern und über ausreichende Selbstregulierung (s.u.) verfügen. Die Selbstregulierung ist eine Erklärung für den Beitrag, der von Arbeitsgruppen zur Wandlungsfähigkeit geleistet wird. Unter Selbstregulierung wird die Fähigkeit von Systemen verstanden, ihren Zustand anhand bestimmter Kriterien bzw. Ziele konstant zu halten oder so zu ändern, dass diese Kriterien erfüllt werden (Vancouver, 2000). Aus diesem Grund ist hier von selbstregulierter Gruppenarbeit die Rede. Damit soll betont werden, dass die Arbeitsgruppen nicht nur über Teilautonome verfügen, die sich in erster Linie auf die ar-

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

beitsorganisatorischen Aspekte der Gruppenarbeit bezieht, sondern auch über Kompetenzen, die erforderlich sind, um die Selbstregulationsprozesse der Gruppen erfolgreich zu bewältigen. Dies bedeutet, dass Selbstregulierte Arbeitsgruppen ihre Arbeit auf bestimmte Ziele ausrichten, ohne dass Vorgaben notwendig sind, auf welche Weise diese erreicht werden. Ändern sich die Ziele kurz- oder langfristig aufgrund von internen oder externen Turbulenzen, ist eine selbstregulierte Arbeitsgruppe in der Lage, ihre Prozesse so anzupassen, dass auch unter den geänderten Voraussetzungen eine Zielerfüllung möglich ist, ohne höhere Ebenen in die lokal vorgenommenen Anpassungen einbeziehen zu müssen (Minssen, 1999). Dies führt zu einer hohen Effizienz der Gruppenarbeit. Ein weiterer Nutzen ist darin zu sehen, dass durch die Selbstregulierung in Gruppen Prozesse in Gang gesetzt werden, die zu einer Weiterentwicklung der Kompetenzen führen. Dadurch ist es den Gruppen möglich, im Sinne der Wandlungsfähigkeit nicht nur auf Änderungen zu reagieren, sondern Veränderungen auch vorherzusehen und vorausschauend Vorbereitungen zu treffen, die ihre Reaktionsmöglichkeiten weiter verbessern. Ziele können in Arbeitsgruppen verschiedenes beinhalten: Leistungsaspekte wie Menge oder Qualität, die Erfüllung indirekter Aufgaben wie Materialbereitstellung oder Maschinenwartung, Innovationen wie die Verbesserung von Arbeitsabläufen. Auch soziale Aspekte wie die Verbesserung des Informationsflusses in der Gruppe oder die effizientere Durchführung von Gruppenbesprechungen können Ziele der Gruppen sein. In wieweit es möglich und erfolgversprechend ist, ein hohes Maß an Zielorientierung und Selbstregulierung in Gruppen zu erreichen, ist davon abhängig, ob eine Gruppe über ein ausreichendes Maß an Handlungsspielräumen, Kontrollmöglichkeiten und Kompetenzen verfügt. Zu den Einflussfaktoren hierfür gehören unter anderem die Führung der Gruppen, die Gruppenstruktur, die Transparenz von technischen Systemen und Prozessen, die Unterstützung durch angemessene Informationen und fachliche sowie soziale Qualifizierung und Anreizsysteme. Neben der Nutzung des Potentials von selbstregulierten Arbeitsgruppen stellt auch der Umgang mit Interessenkonflikten, die sich zwischen den betrieblichen Akteuren in Folge der Neuerungen ergeben, in betrieblichen Veränderungsprozessen eine kritische Größe für den Erfolg der Maßnahmen dar (Staehle 1999; Gaßner 1999). So wird die Konkurrenz um knappe Ressourcen zur Realisierung von Interessen als häufigste Ursache dafür angesehen, dass sich Kontroversen zwischen betrieblichen Akteuren ergeben und die sich einander ausschließenden Interessen u.U. zu einem schwerwiegenden Zielkonflikt führen (Schirmer 2000). Diese Problematik, die schon unter normalen Umständen Beachtung verlangt, erhält in Verän-

5.4 Humanressourcen für den Wandel

141

derungsprozessen zusätzliche Dynamik. Denn „jede größere Veränderung des normalerweise ausbalancierten Interessengefüges (Einkommen, Macht, Einfluss, Handlungserwartungen, Prestige) wird (...) zunächst Unsicherheit, Verlust- und Versagensängste hervorrufen und Widerstand auslösen“ (Brödner 1999; vgl. auch Loos 1999; Gräser 2001; Kegan u. Lahey 2001). Dieser Effekt führt zusammen mit der Brisanz bisher ungelöster, im Veränderungsprozess wieder aufbrechender Interessenkonflikte zu einem verstärkten Bedarf nach neuer Interessenaushandlung. Um Widerstände und Blockaden zu vermeiden, müssen die unterschiedlichen Ziele der betrieblichen Akteure verhandelt und durch Kompromissfindung zu einer Win-Win-Situation geführt werden (Latniak 1999; Schirmer 2000; Sprenger 1999; Buck 2001). So kommt auch Njå (2000) in ihrer Untersuchung zu Einstellungs- und Verhaltensänderungen von Mitarbeitern und Führungskräften in Veränderungsprozessen zu dem Schluss, dass letztendlich Win-Win-Situationen den gemeinsamen Nenner der analysierten Erfolgsfaktoren darstellen (Njå 2000). Diese zeichnen sich dadurch aus, dass Kosten- und Nutzenfaktoren für möglichst viele betriebliche Akteure „unter dem Strich“ eine positive Kosten-Nutzen-Bilanz ergeben. Um die Aushandlung von Win-Win-Situationen überhaupt zu ermöglichen, müssen die Kosten-Nutzen-Argumente der einzelnen Akteure erst einmal sichtbar gemacht werden, um verhandelbar zu sein (Habenicht u. Heimann 2001; vgl. Polzer 1998). Ebenso muss der Prozess der Aushandlung von Interessen transparent gestaltet werden, um Akzeptanz bei den Beteiligten zu finden (Brödner 1999). Wenig zufriedenstellend beantwortet ist in Forschung und Praxis zudem die Frage, welche Gestaltungsspielräume sich bezüglich vorgefundener Kosten-Nutzen-Argumente nutzen lassen, um Win-Win-Situationen zu erzielen. Angesichts der Bedeutung innerbetrieblicher Koalitionen und Kräftefelder, die in Wandelsituationen in besonderer Weise zum Tragen kommen (Bach 2000; Schirmer 2000), bedarf es weiterhin Antworten auf die Frage, wie schützende Rahmenbedingungen zur Unterstützung von Interessenaushandlungen geschaffen werden können. 5.4.2 Allgemeine Anforderungen Es hat sich gezeigt, dass auf der Ebene einzelner Mitarbeiter ebenso wie auf der Ebene von Arbeitsgruppen zunehmende Anforderungen gestellt werden. Diese betreffen die eigenständige Lösung vorhandener Probleme, wozu handlungsrelevante Kenntnisse des eigenen Aufgabenbereichs erforderlich sind. Es müssen nicht nur die eigenen Arbeitsaufgaben erfolgreich bewältigt werden, vielmehr müssen Probleme frühzeitig erkannt, korrekt

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

diagnostiziert und schließlich gelöst werden. Somit besteht eine Anforderung an die Mitarbeiter und Arbeitsgruppen darin, Probleme, die aufgrund der unvorhersehbaren Dynamik zunehmender Turbulenzen entstehen, zu antizipieren. Nur so können Probleme von vornherein verhindert werden. An die Stelle des eher passiven Reagierens tritt ein proaktives Handeln der Mitarbeiter. Dies erfordert Kenntnisse und Fähigkeiten für die Wahrnehmung und Diagnose von Trends und Veränderungen auch außerhalb des eigenen Aufgabenbereichs. Aufgrund der ständigen Veränderungen kann es nicht genügen, dass Mitarbeiter und Arbeitsgruppen sich bestimmte Kompetenzen, also eine Menge von Wissen und Fähigkeiten, aneignen. Durch die Anwendung des Wissens und der Fähigkeiten in der sich wandelnden Umwelt erfolgt eine fortlaufende Aktualisierung, die für die Bewältigung neuer Anforderungen unabdingbar ist. Wo die vorhandenen Kompetenzen zum Erfolg führen, werden sie verfestigt, es wird aber auch immer Situationen geben, in denen sie nicht genügen. In diesen Fällen kann meist nicht auf systematische Entwicklungsmaßnahmen abseits der regulären Arbeitsprozesse vertraut werden. Vielmehr müssen die Mitarbeiter sowohl die Bereitschaft als auch die Fähigkeit besitzen, sich weiter zu entwickeln und sich an veränderte Bedingungen anzupassen. Diese Bereitschaft und Fähigkeit, den Wandel mitzutragen, stellt auf der einen Seite eine Herausforderung an die Mitarbeiter und Arbeitsgruppen dar, die mit steigenden Anforderungen einhergeht. Sie ist aber auch eine Möglichkeit zur eigenen Weiterentwicklung, die zu positiven Effekten nicht nur für das Unternehmen, sondern auch für die betroffenen Mitarbeiter führt. Die Unterstützung und Förderung der Mitarbeiter und Arbeitsgruppen in diesem Sinne ist das Ziel der im Folgenden beschriebenen Lösungsansätze. 5.4.3 Einsatzgebiete Die hier vorgestellten Instrumente leisten mit den vorhandenen Humanressourcen einen wirkungsvollen Beitrag zur Wandlungsfähigkeit von Unternehmen. Lebensphasenorientierte Arbeitsgestaltung und Interessensmanagement Die für die Unterstützungsbereitschaft in Veränderungsprozessen relevanten Kosten-Nutzen-Argumente unterliegen – abhängig von den Lebensphasen der jeweiligen Mitarbeiter – erheblichen Schwankungen. So kann z.B. das Nutzen-Argument „Karrierefortschritt“ für Mitarbeiter, die sich

5.4 Humanressourcen für den Wandel

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eher in einer beruflichen Orientierungsphase befinden, eine höhere Bedeutsamkeit besitzen, als dies bei Mitarbeitern kurz vor Eintritt in den Ruhestand der Fall ist. Das Kosten-Argument „Gefährdung des Arbeitsplatzes“ zeigt dagegen bei Mitarbeitern, welche im Laufe ihrer Erwerbstätigkeit an wenigen Weiterbildungsmaßnahmen teilgenommen haben, aufgrund der geringeren Arbeitsmarktchancen in der Regel eine höhere Relevanz. Solche lebensphasenabhängigen Wertungen müssen bei der Entwicklung eines nachhaltigen Interessenmanagements berücksichtigt werden. Weiterhin ist für die nachhaltige Implementierung lebensphasenorientierter Arbeitsgestaltungsmaßnahmen ein ausgewogenes Win-Win-Design erforderlich. So lässt sich z.B. die effiziente und kontinuierliche Durchführung von Mitarbeitergesprächen nur erreichen, wenn beide Seiten – Mitarbeiter und Vorgesetzter – in der Maßnahme einen Nutzen sehen. Interessenmanagement und Zielvereinbarungen Zielvereinbarungen, die für bzw. in Arbeitsgruppen entwickelt werden, manifestieren die Kosten-Nutzen-Argumente der Beteiligten. Ist ein Gruppenziel erst einmal festgelegt, beeinflusst es das Verhalten in der Regel für einen längeren Zeitraum. Es ist deshalb wichtig, das Verhältnis zwischen offiziellen Zielvereinbarungen und individuellen Kosten-Nutzen-Bilanzen schon bei der Entwicklung von Gruppenzielen zu berücksichtigen. Insbesondere bei der Kopplung monetärer Anreize an die Erreichung festgelegter Gruppenziele ist es wichtig, die individuell unterschiedlichen Wertungen solcher Anreize zu berücksichtigen. Zusätzlich müssen daher weitere Argumente berücksichtigt werden, die Einfluss auf die Gruppenleistung haben, z.B. Beeinträchtigungen der Gruppenergebnisse durch Probleme bei der Schichtübergabe oder die Integration leistungsschwächerer Mitarbeiter. Hier kann ein abgestimmtes Win-Win-Design wesentlich zur Erreichung der Gruppenziele beitragen.

5.4.4 Instrumente und Lösungsansätze zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit 5.4.4.1 Lebensphasenorientierte Arbeitsgestaltung Welche Rahmenbedingungen für das erfolgreiche Arbeiten in selbstregulierten Arbeitsgruppen zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit erfüllt sein müssen, wurde bereits angesprochen. Darüber hinaus ist die Zusammensetzung der Gruppen, vor allem im Hinblick auf die Kompetenzen und das Alter der einzelnen Gruppenmitglieder, zu berücksichtigen.

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Abb. 5.31 Entwicklung bis zum Jahre 2050 (Quelle: Stat. Bundesamt, 2003)

Bedingt durch die demographische Entwicklung erwerbsfähiger Arbeitnehmer ist die Frage nach der idealen Gruppenzusammensetzung jedoch nicht mittels geeigneter Auswahlmethoden zu beantworten, da immer weniger junge Mitarbeiter mit den entsprechenden Kompetenzen (Flexibilität, Know-how bzgl. neuerer Technologien usw.) zur Verfügung stehen werden. Wie in Abb. 5.31 dargestellt, ist anzunehmen, dass sich bis zum Jahr 2050 die absolute Zahl der Erwerbstätigen in der EU um 40 Millionen reduzieren wird (Quelle: Statistisches Bundesamt, 2003), während, bedingt durch die Babyboom-Generation, die Zahl der Pensionierten ebenfalls um 40 Millionen zunehmen wird. Nach Aussagen der Europäischen Union wird das Verhältnis der Erwerbstätigen zu den Rentnern von 4:1 auf 2:1 bis zum Jahre 2040 abnehmen (Niesen u. Schibel 2002). Somit ist die zentrale Konsequenz des demographischen Wandels für die Zukunft der Erwerbsarbeit, dass es bereits in Kürze zu einer Verschiebung der Altersstrukturen innerhalb der Belegschaften kommen wird. Bis zum Jahre 2010 ist mit Folgendem zu rechnen (Köchling 1996). • einer starken Abnahme der jüngeren (15-34jährige) Erwerbstätigen (ca. von 40% auf 20%), • einer Zunahme der mittelalten (35-44jährige) Erwerbstätigen (ca. von 20% auf 33%) und • einer starken Zunahme der älteren (über 45jährige) Erwerbstätigen (ca. von 33% auf 50%) In Abhängigkeit von der demographischen Entwicklung stellt sich die Frage nach der Gruppenzusammensetzung weder als eine Auswahl- noch als eine Gruppenbildungsfrage dar. Vielmehr ist eine differenzierte Arbeitsgestaltung notwendig, die es erlaubt, die positiven Leistungsvoraussetzungen

5.4 Humanressourcen für den Wandel

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älterer Mitarbeiter, die vor allem in qualitativen Aspekten und in sozialintegrativen Funktionen zu suchen sind, zu nutzen. Ebenso sind Arbeitsformen im Sinne des sozio-technischen Systemansatzes zu realisieren, die präventiv das Leistungspotential der Mitarbeiter über die gesamte Spanne der Erwerbsfähigkeit erhalten (Racky u. Jöns 2003). Hierzu ist zunächst eine Abkehr von den bisher vorherrschenden Meinungen über altersbedingten Leistungsabbau notwendig. Während frühere Annahmen, wie z.B. die Adoleszenz-Maximum-Hypothese und das Defizit-Modell des Alterns (s. Bühler 1933; Löwe 1970), davon ausgingen, dass leistungsmindernde Veränderungen altersbedingt seien, zeigen neuere Erkenntnisse, dass diesbezüglich ein Umdenken nötig ist. Das gilt sowohl für die Annahme physiologischer Abbauprozesse (Lehr 2000) als auch für Einflüsse auf die Befindlichkeit und Leistung (Jordan 1996). Nach Lehr (1990; 2000) kann dem Alter nur eine sehr geringe Bedeutung zukommen, da innerhalb ein- und derselben Altersgruppe in Abhängigkeit von Ausbildungsstand, beruflichem Training, Selbstvertrauen, Motivation usw. erhebliche Leistungsunterschiede sichtbar werden. Demnach kann die Zuordnung eines Individuums zu einer Altersgruppe zu Problemen führen, da interindividuelle Unterschiede nicht berücksichtigt werden (Kirchmann 1998). Fähigkeiten und Fertigkeiten sind vielmehr vor dem Hintergrund der Lebensphasen der Mitarbeiter zu betrachten. Für diese spielen unter anderem das private Umfeld, die finanziellen Gegebenheiten, berufliche Aktivitäten und die Nutzung von Weiterbildungsangeboten eine Rolle. Mitarbeiter, die kontinuierlich über die gesamte Beschäftigungsspanne hinweg an Weiterbildungsangeboten teilgenommen haben, werden auch im höheren Alter in der Lage sein, sich Veränderungen anzunehmen und berufsbedingte Neuerungen zu meistern (Farr et al 1998; Schaie 1995). Im Mittelpunkt steht somit die Frage nach einer Arbeitsgestaltung, die eine Nutzung, Entwicklung und Erhaltung der lebensphasenspezifischen Kompetenzen und Interessen der Mitarbeiter unterstützt (Köchling 1996). Vielerorts sind in den Unternehmen hierfür bereits Modellvorhaben realisiert worden. Anzuführen sind erste Versuche zur Erhaltung der Gesundheit bzw. zur Einführung gesundheitsfördernder Maßnahmen durch die Implementierung von Gesundheitszirkeln. Ähnliche Maßnahmen wären im Sinne von Kompetenzzirkeln denkbar, in denen Mitarbeitern die Chance eingeräumt wird, Qualifizierungsmöglichkeiten zu erarbeiten und entsprechend den Lebensphasen zu nutzen. Fasst man diese Überlegungen zusammen, so ist eine adäquate Zusammensetzung der Arbeitsgruppen in Zukunft in Abhängigkeit von der lebensphasenorientierte Arbeitsgestaltung zu betrachten. Bis erste Vorhaben hierzu in den Unternehmen greifen, sollten die bestehenden Ressourcen

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

der Mitarbeiter genutzt werden. Hierdurch kommt vor allem das Erfahrungswissen Älterer zum Tragen, welches manche Leistungsdefizite ausgleicht (Dittmann-Kohli u. van der Heijden 1996). Ebenso sind die sozialen Fähigkeiten nicht zu unterschätzen. Eine Untersuchung in einem Maschinenbauunternehmen ergab, dass ältere Gruppenmitglieder gerade durch ihre sozialen Kompetenzen unverzichtbar für die Arbeitsgruppen sind (Racky u. Jöns 2003). Ebenso ist es wichtig, dass der Glaube an die Aussagen des Defizitmodells – welcher vor allem bei Vorgesetzten noch stark verbreitet ist und sich in einer Benachteiligung Älterer z.B. in Form von Einstellungs- bzw. Beförderungsstopps ausdrückt (Dittman-Kohli u. van der Heijden 1996) – verworfen wird. Nur so kann sich die vorherrschende Arbeits- und Personalpolitik adäquat auf den Anstieg der älteren Arbeitnehmer vorbereiten. 5.4.4.2 Führung von Arbeitsgruppen durch Zielvereinbarungen Führung beinhaltet die Ausrichtung auf Ziele und kann somit als das Pendant zur Selbstregulierung der Gruppen auf Unternehmensseite angesehen werden: Führung ist definiert als Beeinflussung der Einstellungen und des Verhaltens von Einzelpersonen sowie der Interaktion in und zwischen Gruppen, mit dem Zweck, angestrebte Ziele zu erreichen (Wurst u. Högl 2000). Dementsprechend ist ein Führungssystem die zweckbezogene Gesamtheit genereller Regelungen zur Verhaltensbeeinflussung (Link 1996). Zielvereinbarungen sind daher ein zentrales Führungssystem mit Schnittstellen zu vielen anderen Führungssystemen, das diese gemeinsam auf die Erfordernisse der Selbstregulierung der Gruppen ausrichtet. Da Ziele ein wesentlicher Aspekt jeden Leistungshandelns sind, lässt sich der Beginn der Geschichte zielorientierter Führung nicht eindeutig bestimmen. Die Etablierung des Begriffs Zielvereinbarungen begann aber spätestens mit dem Populärwerden des Managements by Objectives (Drucker 1954; Odiorne 1967). Während MbO ein top-down-Ansatz war, nach dem Ziele von oben her vorgegeben wurden, änderte sich das Konzept der Zielvereinbarungen in den 70er und 80er Jahren entsprechend dem allgemeinem Trend zu Demokratisierung und Partizipation . Nun wurde der Aspekt der Vereinbarung betont, Ziele sollten gemeinsam mit den Mitarbeitern festgelegt werden, wobei die Interessen sowohl des Unternehmens als auch die der Mitarbeiter berücksichtigt werden sollten. Wieder später, in den 90er Jahren, kam ein weiterer Aspekt hinzu. Zielvereinbarungen wurden verstärkt als ein Instrument betrachtet, mit dem Ziele innerhalb einer Organisation sowohl vertikal zwischen Hierarchieebenen als auch horizontal zwischen vor- und nachgelagerten Bereichen innerhalb einer Ebe-

5.4 Humanressourcen für den Wandel

147

ne koordiniert werden können. Zielvereinbarungen erfüllten somit stärkt die Funktion eines Controlling -Instruments. Zielvereinbarungen sind heute bereits ein weit verbreitetes Führungsinstrument, das bis auf die Ebene selbstregulierter Arbeitsgruppen eingesetzt wird. Dabei gibt es viele verschiedene Konzepte mit jeweils sehr unterschiedlichen Schwerpunkten (Bungard u. Kohnke 2002). Auf der einen Seite gibt es Konzepte wie das der Balanced Scorecard (Kaplan u. Nortan 1997), dessen Schwerpunkt die organisationsweite und hierarchieübergreifende Festlegung von Zielen in Bezug auf vier verschiedene Aspekte des Unternehmenserfolges (Finanzen, Kunden, interne Prozesse, Lernen/Entwicklung) darstellt. Auf der anderen Seite stehen Konzepte wie das Partizipative Produktivitätsmanagement (PPM; Holling, Lammers u. Pritchard, 1999). PPM ist ein Zielvereinbarungs-Konzept für Arbeitsgruppen, in dem konkrete Vorgehensweisen für die Vereinbarung von Zielen zwischen Gruppen und Führungskräften, die Festlegung der Höhe finanzieller Anreize für die Zielerreichung und ein Leistungsrückmeldesystem festgelegt sind. Zielvereinbarungen und Selbstregulierung Das wesentliche Prinzip das der Funktionsweise von Zielvereinbarungen zugrunde liegt, wird in der Zielsetzungstheorie von Locke u. Latham (1990) beschrieben und untersucht: schwierige und spezifische Ziele führen zu besserer Leistung als leichte oder unspezifische Ziele. Ist ein Ziel (im Vergleich zur bisher erbrachten Leistung) nicht schwierig, sind keine Leistungsverbesserungen notwendig, um es zu erreichen und ist ein Ziel nicht spezifisch, liegen keine präzisen Vergleichsmöglichkeiten vor, die Aufschluss über den Stand der Zielerreichung geben könnten. In der Zielsetzungstheorie wird angenommen, dass dieser vielfach empirisch bestätigte Effekt dadurch zustande kommt, dass Ziele Aufmerksamkeit fokussieren, Anstrengung und Ausdauer erhöhen, Selbstvertrauen stärken und den Strategieeinsatz verbessern. Wird in Gruppen mit Zielvereinbarungen gearbeitet, kommen weitere gruppenspezifische Prozesse hinzu, insbesondere Kooperation und Kommunikation (Weldon u. Weingart 1993). Eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Entstehung des beschriebenen Zielsetzungseffektes ist das Zielcommitment der Mitarbeiter bzw. Arbeitsgruppen (Donovan u. Radosevich 1998; Weldon u. Weingart, 1993). Das Zielcommitment kann mit dem Ausmaß, in dem sich Mitarbeiter dem Erreichen des Ziels verpflichtet fühlen, übersetzt werden (Wegge 1998). In Gruppen kommt hinzu, dass sich die Mitarbeiter gegenseitig beeinflussen, auch das Ausmaß an Übereinstimmung in Bezug auf das Zielcommitment kann sich auf die Effektivität von Zielvereinbarungen auswirken.

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Im Arbeitsprozess sowohl individueller Mitarbeiter als auch in Gruppen haben schwierige und spezifische Ziele nicht nur eine Regelungsfunktion. Durch das Schaffen von Anreizen für das Akzeptieren und eigenständige Setzen immer höherer Zielwerte übernehmen Ziele auch eine Steuerungsfunktion, die durch die Gestaltung der Zielvereinbarungen maßgeblich unterstützt werden kann. Der wichtigste Punkt hierbei ist die Förderung eines hohen Zielcommitments. Dies kann nur erreicht werden, wenn Ziele aufgrund der gegebenen Rahmenbedingungen und der Einschätzung der eigenen Kompetenzen erreichbar erscheinen und wenn sie positive Konsequenzen erwarten lassen, z.B. durch in Aussicht gestellte Anreize. Der Zielvereinbarungsprozess Die Ziele in einem Zielvereinbarungsprozess können sich sowohl auf konkrete Arbeitsergebnisse beziehen (z.B. eine bestimmte Menge in einer bestimmten Zeit in einer bestimmten Qualität herzustellen) als auch auf indirekt produktive Faktoren wie die Zusammenarbeit in der Gruppe (z.B. über Anforderungen an das Weitergeben von Informationen). Dabei hat es sich bewährt, die Gruppen an der Festlegung von Zielen partizipieren zu lassen. Dadurch können Wissen und Erfahrungen der Gruppen berücksichtigt werden und zu realistischen Zielfestlegungen beitragen. Auch für das Zielcommitment ist eine Beteiligung in den meisten Fällen förderlich. Dabei müssen verschiedene Rahmenbedingungen berücksichtigt werden, insbesondere Produktionsziele, die durch das Controlling vorgegeben werden. Durch diese ist eine Koordinierung zwischen den Zielen der Gruppen und übergeordneten Kennzahlen erforderlich. Dabei ist ein Gleichgewicht zwischen Partizipation und wechselseitigem vertikalem Informationsaustausch auf der einen Seite und Flexibilität und Reaktionsfähigkeit auf der anderen Seite herzustellen. Im Laufe der Zielverfolgung arbeiten die Gruppen weitgehend eigenständig, indem sie die konkreten Schritte in Richtung auf die Zielerreichung planen und durchführen. Hierfür benötigen sie regelmäßige Rückmeldung über den Stand der Zielerreichung, um ihre Arbeitsprozesse daraufhin überprüfen zu können, inwieweit sie zur Annäherung auf das Ziel beitragen. Zudem kann die Rückmeldung das Zielcommitment der Gruppen fördern, indem eine erfolgte Annäherung an das Ziel sichtbar gemacht wird. Die Kehrseite hiervon ist, dass auch Abweichungen vom Ziel verdeutlicht werden, insbesondere wenn sich Ziel oder Rahmenbedingungen ändern. Um negative Auswirkungen hiervon auf das Zielcommitment zu vermeiden, ist es erforderlich, den Gruppen ausreichende Kompetenzen zu vermitteln, um erkennen zu können, inwieweit sie selber einen Einfluss auf das Erreichen oder Nicht-Erreichen von Zielen haben.

5.4 Humanressourcen für den Wandel

149

In Abhängigkeit von dem Erreichen (oder Nicht-Erreichen) des Ziels werden der Gruppe Anreize in Aussicht gestellt, meist in Form materieller Vorteile. Diese Anreize sollten auf der Gruppenebene gültig sein, individuelle Leistungsunterschiede in einer Gruppe aber berücksichtigen. Diese Anreize tragen dazu bei, das Erreichen auch schwieriger Ziele attraktiv zu machen. Das Erreichen schwieriger Leistungsziele kann in den Gruppen aber auch zu der Erwartung führen, dass die Ziele und somit die Anforderungen an die Gruppen in Zukunft immer weiter steigen werden (Kohnke, 2002). Diese Erwartungen sollten bei der Durchführung der Zielvereinbarungen berücksichtigt und entsprechend in das Anreizsystem integriert werden. 5.4.4.3 Gruppencheck Um die Selbstregulation von Arbeitsgruppen durch den Einsatz von Zielvereinbarungen zu unterstützen, ist in den Gruppen das Vorhandensein von Freiheitsgraden, also ein gewisses Maß an Autonomie erforderlich. Für zielorientierte Handlungen im Rahmen dieser Freiheitsgrade ist es aber auch notwendig, dass die Gruppen über entsprechende Kompetenzen verfügen. Unter Kompetenz wird eine individuell oder in einer Gruppe vorhandene Handlungsressource verstanden, die sowohl Wissen über Handlungsfeld und Handlungsmöglichkeiten beinhaltet als auch erforderliche Fähigkeiten und Fertigkeiten für das erfolgreiche Ausführen von Handlungen (Greif, 1996). Kompetenz ist immer spezifisch für eine bestimmte Art von Situationen bzw. Aufgaben, so dass bei selbstregulierter Gruppenarbeit verschiedene Arten von Kompetenz vorhanden sein müssen, je nach dem, was in den Aufgabenbereich der Gruppen fällt. Von diesen Kompetenzen ist also abhängig, inwieweit eine Gruppe in der Lage ist, ihre Arbeitsaufgaben selbstreguliert zu erfüllen. Sie sind aber auch eine notwendige Voraussetzung für das Ausmaß, indem eine Gruppe in der Läge ist, einen eigenständigen Beitrag zur frühzeitigen Erkennung von Problemen und zur Anpassung von Arbeitsstrategien, Ressourcen u.ä. zu leisten. Aus diesen Gründen erscheint es erforderlich, die Kompetenz der Gruppen systematisch zu erfassen und zu fördern. Für die Messung der Kompetenz von Arbeitsgruppen wurde das Instrument „Gruppencheck“ entwickelt (Erke, Racky, Jöns, 2003). Der Gruppencheck ist ein Fragebogeninstrument, das von allen Mitgliedern einer Gruppe bearbeitet wird, um die Kompetenz der Gruppe zu ermitteln. Es kann bei Bedarf von einer einzigen Gruppe eingesetzt werden, aber auch im Rahmen einer flächendeckenden Erhebung von allen Gruppen eines Arbeitsbereichs. Das Instrument erlaubt eine Beurteilung der Kompe-

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

tenz von Arbeitsgruppen anhand von 15 verschiedenen Aspekten der Gruppenarbeit, unter anderem der Arbeitszeitplanung, Aufgabenaufteilung und des Informationsaustauschs. Es wird jeweils beurteilt, inwieweit der entsprechende Aspekt von der Gruppe eigenständig und erfolgreich bewältigt wird. Die Kompetenz einer Gruppe wird als Durchschnitt der Bewertungen aller Gruppenmitglieder und aller Kompetenzaspekte berechnet, es ist aber auch möglich, den Gruppendurchschnitt für jeden KompetenzAspekt separat zu berechnen, um ein detaillierteres Profil zu erhalten. Der Gruppencheck wurde in einem Montagebereich eines Maschinenbauunternehmens entwickelt und eingesetzt. Dementsprechend ist er auf die Aufgaben und Voraussetzungen der in diesem Bereich arbeitenden Gruppen abgestimmt. Entsprechend dem Kompetenzkonzept, wonach Kompetenz situationsspezifisch ist, sollte also bei der Anwendung in anderen Unternehmen zunächst überprüft werden, inwieweit das vorhandene Instrument die gegebenen Voraussetzungen der Gruppen abbildet bzw. inwieweit Adaptionen vorzunehmen sind. Um eine systematische Entwicklung der Kompetenz zu unterstützen, ist es sinnvoll, den Gruppencheck regelmäßig in allen Gruppen durchzuführen und durch einen Prozess der Rückmeldung von Ergebnissen und Ableitung von Maßnahmen zu begleiten. Dabei sollten auch zeitliche Entwicklungen analysiert und gegebenenfalls mit besonderen Ereignissen in Zusammenhang gebracht werden. Ebenso können Vergleiche zwischen einzelnen Gruppen oder zwischen Gruppen und Bereichen angestellt und im Sinne eines internen Benchmarking verwendet werden. Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht darin, den Gruppencheck im Rahmen von Zielvereinbarungen einzusetzen, wenn diese auch die Weiterentwicklung von Kompetenz als Ziel beinhalten. 5.4.4.4 Interessensmanagement Um die Wandlungsfähigkeit von Unternehmen nachhaltig zu unterstützen, verfolgt das Interessenmanagement die systematische Analyse und Harmonisierung der relevanten Interessen im Betrieb. Um Konflikte zu vermeiden, die im Rahmen des Veränderungsprozesses z.B. durch unvereinbare Zielvorstellungen der betrieblichen Akteure oder internen Wettbewerb um Ressourcen entstehen, werden die veränderungsbedingten Auswirkungen auf die Beteiligten antizipativ erfasst und Gestaltungsoptionen für Win-Win-Situationen entwickelt. Nur wenn die Vorteile sowie Nachteile, die sich durch die Veränderungsmaßnahmen ergeben, aktiv diskutiert werden und ein tragfähiger Kompromiss für die betroffenen Personen entsteht, kann eine nachhaltige Unterstützung der Humanressourcen für den Veränderungsprozesses gewährleistet werden.

5.4 Humanressourcen für den Wandel

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Kosten-Nutzen-Argumente in Veränderungsprozessen Mit Kosten-Nutzen-Argumenten werden im Rahmen des Interessenmanagements die subjektiv wahrgenommenen Vorteile und Nachteile bezeichnet, welche die betroffenen Personen im ursächlichen Zusammenhang mit dem Veränderungsprozess sehen und die sie in Form von Verbesserungen oder Verschlechterungen ihrer persönlichen Lage erleben. Auch Veränderungsmaßnahmen, die auf den ersten Blick überschaubar wirken, können für die davon betroffenen Mitarbeiter erhebliche Konsequenzen mit sich bringen. So kann die Einführung eines neuen EDVSystems in einem Unternehmen erhebliche Barrieren bei den betroffenen Personen auslösen, wenn sich deren Arbeit sowohl in Hinsicht auf Inhalte, Organisation als auch die Anforderungen ändert. Abb.5.32 zeigt beispielhaft, welche Kosten-Nutzen-Argumente sich aus der Perspektive der Mitarbeiter ergeben können. Bezeichnend für die Entstehung von KostenNutzen-Argumenten in Veränderungsprozessen ist die subjektive Wertung, welche die einzelne Person vornimmt. So kann im Beispiel ein Mitarbeiter die neuen Arbeitsanforderungen, die sich durch das neue EDV-System ergeben, als besonders nachteilig werten: die gewohnten Arbeitsabläufe und die eingespielte Kooperation mit den Kollegen wird aufgebrochen, die erforderliche Einarbeitung in die Bedieneroberfläche und die neuen Programmoptionen stellen die Kompetenzen der Person auf den Prüfstand und die bisher unumstrittene fachliche Autorität in Frage, und zuletzt schränken die neuen Arbeitsprozesse die Kontrollmöglichkeiten bei der Gestaltung der eigenen Arbeitsabläufe drastisch ein. All dies kann für die betreffende Person Grund genug sein, der Veränderungsmaßnahme mit Skepsis zu begegnen und die Implementierung der neuen EDV-Technologie passiv oder sogar aktiv zu behindern. Im anderen Fall können die Veränderungen von dem betroffenen Mitarbeiter aber auch als nutzbringend für die eigene Situation gewertet werden: die neuen Aufgaben und die gewachsene Verantwortung werden als motivierende Herausforderung eingestuft, die Beschäftigung mit dem neuen EDV-System als Chance zur Qualifizierung gesehen, und die durch die Implementierung resultierenden Abstimmungsvorgänge erscheinen als Möglichkeit für mehr Kooperation und größeren Handlungsspielraum. Die subjektive Komponente, die für die Bewertung der Veränderungsmaßnahme im Sinne der persönlich wahrgenommenen Vor- und Nachteile ausschlaggebend ist, wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Individuelle Kompetenzen, Lernfähigkeit, mentale Flexibilität, Erfahrungen mit früheren Veränderungsprozessen, aber auch Persönlichkeitseigenschaften wie Risikobereitschaft fließen – häufig unbewusst – in die Bewertung von Kosten-Nutzen-Argumenten ein.

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie Beispiel: Einführung von neuer EDV-Technologie

Folge: Neue Arbeitsanforderungen

Kosten-Argumente:

Nutzen-Argumente:

• Wegfall der vertrauten Arbeitssituation

• Ehrgeiz, die neue Herausforderung zu bewältigen

• Unsicherheit, ob neue Anforderungen bewältigbar sind

• mehr Verantwortung

• Verlust der fachlichen Autorität • weniger Kontrolle über Arbeitsvorgänge

• Qualifizierungsmöglichkeiten • Mehr Zusammenarbeit • mehr Handlungsspielraum

Abb. 5.32 Entstehung von Kosten-Nutzen-Argumenten

Betriebliche Vorgeschichte des Interessenmanagements Um Maßnahmen zur Förderung von Win-Win-Situationen wirkungsvoll einsetzen zu können, ist eine vorhergehende Analyse der relevanten Rahmenbedingungen im Unternehmen unerlässlich. So spielt die Vorgeschichte der Interessengestaltung eine wichtige Rolle, für deren Analyse sich folgende Fragestellungen ergeben: • Welche interessenbezogenen Konstellationen haben sich in der Geschichte des Unternehmens entwickelt? Gibt es aktive formelle bzw. institutionalisierte Interessenverhältnisse wie z.B. das zwischen Geschäftsleitung und Betriebsrat, oder auch informelle wie das Verhältnis zwischen Bereichsleiter A und dem konkurrierenden Bereichsleiter B? Hier sind typische und kontinuierliche Quellen für Interessenkonflikte zu identifizieren. • Gibt es Kosten-Nutzen-Argumente, die in den zurückliegenden Veränderungsprozessen immer wieder eine Rolle spielten? Welche Interessen wurden von welchen Parteien regelmäßig thematisiert? • Wie sah der Umgang mit Interessenkonflikten in den vergangenen Veränderungsprozessen aus? Wie wurde die Beteiligung der Betroffenen an Entscheidungen gehandhabt? Wie haben sich die diesbezüglich gemachten Erfahrungen in der Unternehmenskultur manifestiert? Ergebnisse zu typischen Interessenbereichen, die aus der Betrachtung der Vorgeschichte gewonnen werden, fließen in die nachfolgende Identifikation der Kosten-Nutzen-Argumente (vgl. Abb. 5.32) ein, die für den konkreten Veränderungsprozess bedeutsam sind.

5.4 Humanressourcen für den Wandel

153

Identifikation relevanter Kosten-Nutzen-Bilanzen Da die Zielstellung des Interessenmanagements nicht nur die ad-hocBearbeitung von auftretenden Interessenkonflikten beinhaltet, sondern der eigentliche Nutzen in einem proaktiven Umgang mit entsprechenden Problemen liegt, kommt der antizipativen Vorwegnahme von Kosten-NutzenArgumenten eine entscheidende Rolle zu. Um schon in der Planungsphase eines Veränderungsprozesses möglichst präzise vorhersagen zu können, inwieweit mit reduzierter Unterstützung oder sogar mit Widerstand von Seiten der Beteiligten zu rechnen ist, rückt die subjektive Wertung der Folgen der Veränderung in den Vordergrund. Die VeränderungsInteressen-Analyse untersucht deshalb den Weg von den objektiven Auswirkungen der Veränderung über deren Interpretation durch die Beteiligten bis hin zur Entstehung der subjektiven Kosten-Nutzen-Bilanzen. In Abb. 5.33 ist die Identifikation relevanter Kosten-Nutzen-Bilanzen mittels Veränderungs-Interessen-Analyse dargestellt. Im ersten Schritt der Veränderungs-Interessen-Analyse werden die sekundären Auswirkungen der Veränderungsmaßnahme auf der Sachebene analysiert. Dies geschieht vor dem Hintergrund, dass häufig zu Beginn einer Veränderung die nachgeordneten Auswirkungen unterschätzt werden, die für die Beteiligten in motivationsseitiger Hinsicht gleichwohl eine hohe Relevanz haben. Die Implementierung eines neuen EDV-Systems zur Qualitätssicherung kann beispielsweise weit mehr Auswirkungen haben, als die offensichtlichen softwaretechnischen und qualifikationsbezogenen Herausforderungen. Wird in einem solchen Projekt z.B. der Bedarf nach bereichsübergreifender Angleichung der Qualitätsmanagementprozesse erst spät erkannt, so können sich – auch in Organisationseinheiten, die ursprünglich von der Maßnahme nicht betroffen sein sollten – unerwartete Änderungen der Ablauf- und Aufbau-Organisation ergeben. Verändern sich dadurch Zuständigkeiten oder Budgets, ist für die Beteiligten sehr schnell eine Tragweite erreicht, die zu einer Vielzahl von Interessenkonflikten führen kann. Der zweite Schritt der Veränderungs-Interessen-Analyse strebt die Festlegung der Personen(-gruppen) an, die von den sekundären Veränderungsfolgen betroffen sind, sowie der Interessenobjekte, die durch die Veränderung berührt werden und Konflikte auslösen können. Interessensubjekte können dabei Organisationseinheiten beliebiger Größe bis hin zu einzelnen Mitarbeitern sein. Interessenobjekte können sich einerseits auf konkrete Größen wie Mitarbeiterkapazitäten oder Budgets beziehen, aber auch abstrakt-subjektive Sachverhalte wie Arbeitsplatzsicherheit oder Handlungsspielraum betreffen.

154

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie Analyse der VeränderungsFolgen (Sachebene)

Analyse der Kosten-NutzenBereiche (Sach-/ subjektive Ebene)

Primäre Veränderungsfolgen (z.B. Einführung neuer Software)

InteressenSubjekte (z.B. OEs, Teams, einzelne Mitarbeiter)

Sekundäre Veränderungsfolgen (z.B. neue Arbeitsanforderungen)

InteressenObjekte (z.B. Budgets, Zuständigkeiten, Kontrolle)

Identifikation von Kosten-NutzenBilanzen (Subjektive Ebene) Wertung und Gewichtung der KostenNutzenArgumente

Kosten-Nutzen-Bilanzen

+

-

Abb. 5.33 Kosten-Nutzen-Bilanzen durch Analyse

Auf Basis der vorhergehenden Lokalisierung von Interessensubjekten und -objekten werden im dritten Schritt die Kosten-Nutzen-Bilanzen der Beteiligten ermittelt. Dabei wechseln sich zum einen die übergreifende Prüfung möglicher Interessenkonflikte und zum anderen die Einengung der Interessenbereiche nach kritischen Kosten-Nutzen-Argumenten in Form eines iterativen Vorgehens ab. Ergebnis sind subjektspezifische Kosten-Nutzen-Bilanzen, welche die wichtigsten Kosten-Nutzen-Argumente in bewerteter und gewichteter Form zusammenfassen. Die subjektspezifische Erstellung der Kosten-Nutzen-Bilanzen ist erforderlich, um der subjektiven Wertigkeit der Argumente für die einzelnen Personen(-gruppen) Rechnung zu tragen. Deren subjektiv unterschiedliche Relevanz muss auch bei der anschließenden Entwicklung von Win-Win-Lösungen beachtet werden. Entwicklung eines Win-Win-Designs Nachdem durch die Veränderungs-Interessen-Analyse die Kosten-NutzenArgumente transparent und diskutierbar gemacht worden sind, geht es im Folgenden darum, die als kritisch identifizierten Argumente im Rahmen einer Kompromissfindung in eine tragfähige Win-Win-Situation zu überführen. Ziel ist es, Gestaltungsoptionen zu entwickeln und umzusetzen, die für die Beteiligten eine zufriedenstellende Balance zwischen veränderungsbedingten Vorteilen und Nachteilen gewährleisten (siehe Abb. 5.34).

5.4 Humanressourcen für den Wandel Vorprüfung der KostenNutzen-Argumente

Kosten-NutzenBilanzen

Selektion

+

-

• Priorität der Argumente nach Inhalt, Folgen und Anzahl davon Betroffener • liegen Argumente innerhalb der (z.B. machtbedingt) festgelegten Grenzen der Kompromissfindung?

Entwicklung von Gestaltungs-Optionen Fokussierung

• Identifikation von Stellhebeln für KostenNutzen-Argumente • Konstruktive AlternativenBildung für Maßnahmen • Ausgleich/Abhilfe/GleichVerteilung von negativen bzw. positiven Folgen Schaffung von Transparenz

Transfer auf folgende Veränderungsprozesse Umsetzung der Win-Win-Maßnahmen

Evaluation des Interessenmanagements • Effekte auf Unterstützungsbereitschaft für die Veränderung • Relevanz der KostenNutzen-Argumente • Verbindlichkeit der Vereinbarungen

Feedback

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• Kontrolle der Einhaltung der Vereinbarungen • Begleitung von notwendigen Anpassungen • Iterative Entwicklung modifizierter Win-WinMaßnahmen

Festlegung des Win-WinDesigns PraxisEinsatz

• Fixierung der ausgewählten Maßnahmen • Abnahme durch Vorgesetzte und Interessengruppen • Bekanntgabe an die Beteiligten

Abb. 5.34 Schritte bei der Entwicklung eines Win-Win-Designs

Der erste Schritt auf diesem Weg besteht darin, die bereits identifizierten Kosten-Nutzen-Argumente weiter zu priorisieren. Drei grundlegende Faktoren müssen dabei berücksichtigt werden: Die Rolle negativer wie positiver Argumente für die Ausprägung der Unterstützungsbereitschaft, die Anzahl der von den einzelnen Argumenten betroffenen Personen sowie deren veränderungsbezogene Relevanz. Entsprechend sind Argumente dann besonders relevant, wenn sie stark motivationsschädigend sind, bei vielen Beteiligten auftreten und diese auch Schlüsselpersonen für den Veränderungsprozess darstellen, wie dies z.B. häufig bei Machtpromotoren oder Mitarbeitern der Fall ist, die sich an Informationsschnittstellen befinden. Auch wenn in einer bestimmten Organisationseinheit gehäuft negative oder positive Kosten-Nutzen-Bilanzen auftreten, ist dies Anlass für eine verstärkte Betrachtung der zugrundeliegenden Argumente. Für die Effizienz der späteren Umsetzung des Win-Win-Designs ist entscheidend, schon im Vorfeld die Beeinflussbarkeit der Kosten-NutzenArgumente zu berücksichtigen. So sind je nach Veränderungsprozess bestimmte Folgen nicht vermeidbar, wie im Beispiel der Implementierung die Qualifizierungsmaßnahmen für die betroffenen Mitarbeiter, die durch die neue Software unumgänglich werden. Daneben können aus strategischen oder auch mikropolitischen Gründen auch Grenzen für die Interessengestaltung entstehen: Ist erkennbar, dass das Management Veränderungen in bestimmten Interessenbereichen definitiv nicht unterstützt, erübrigt sich aufgrund mangelnder Realisierungs-

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

chancen die weitergehende Entwicklung von Gestaltungsoptionen in diesen Bereichen. Für die anschließende Identifikation von Stellhebeln ist es entscheidend, Einflussmöglichkeiten zu ermitteln, welche die Verbesserung von KostenNutzen-Bilanzen erlauben. Wird z.B. als Folge einer SoftwareImplementierung das Kosten-Argument „erhebliche mentale Mehrbelastung durch erhöhte Komplexität der Programmsteuerung“ als relevant ermittelt, sind Optionen gefragt, die zur Abhilfe, zum Ausgleich oder zur Gleichverteilung der Mehrbelastung beitragen. Beispielsweise können Maßnahmen zur Reduzierung der Programmkomplexität, die Entlastung von anderen Aufgaben oder die Begrenzung des Anteils der Arbeitszeit, die auf die Bedienung des EDV-Systems entfällt, zur Verringerung des negativen Gewichts dieses Arguments beitragen. Auf der anderen Seite ist auch ein Ausgleich der Mehrbelastung denkbar, indem z.B. qualifikations-, verantwortungs-, karriere- oder entgeltbezogene Anreize zur Verfügung gestellt werden. Nachdem in einem konstruktiven Diskussionsprozess für die jeweiligen Interessenbereiche praktikable Gestaltungsmaßnahmen ermittelt worden sind, werden diese in Abstimmung mit den maßgeblichen Vorgesetzten und Interessengruppen fixiert und verbindlich den Beteiligten vermittelt. Für die Umsetzung des Win-Win-Designs ergibt sich die Aufgabe, die Einhaltung der Vereinbarungen sicherzustellen bzw. bei Veränderungen der Sachlage notwendige Anpassungen vorzunehmen. So kann eine extern bedingte Verringerung der Personalkapazität für ein EDV-Implemen-tierungsprojekt zu Mehrbelastungen der Projektmitarbeiter führen, die eine Anpassung der Win-Win-Absprachen, z.B. in Form einer Gleichverteilung des Mehraufwandes, notwendig machen. Ohne die iterative Entwicklung angepasster Win-Win-Maßnahmen würden diese Absprachen zu statisch bleiben und den Veränderungsprozess mehr behindern als unter-stützen. Um die Effekte des Interessenmanagements auf die Effizienz des Veränderungsprozesses beurteilen zu können, erfolgt abschließend die Evaluation der Maßnahmen. Überprüft wird unter anderem, welche weiteren Kosten-NutzenArgumente sich im Verlauf der Veränderungsmaßnahmen als bedeutsam gezeigt haben, wie verbindlich die Vereinbarungen zum Win-Win-Design eingehalten wurden und ob die Unterstützungsbereitschaft für den Veränderungsprozess verbessert werden konnte. Die aus dieser Beurteilung gezogenen Lerneffekte fließen als Transfer in die Interessenoptimierung der nachfolgenden Veränderungen ein und leisten so einen Beitrag zur nachhaltigen Unterstützung der Wandlungsfähigkeit des Unternehmens.

5.4 Humanressourcen für den Wandel

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.5 Informationstechnologien für den Wandel 5.5.1 Einführung Die stetig wachsende Bedeutung der Informationstechnologie und der Übergang zur Informationsgesellschaft zwingen die produzierenden Unternehmen, neuartige und leistungsfähige Informations- und Kommunikationssysteme einzusetzen. Die Verfügbarkeit von Technologien zur zeitnahen Bereitstellung und Verarbeitung relevanter Informationen sind Voraussetzung für die Unterstützung der Produktivität und Effizienz innerhalb eines Unternehmens. Dabei darf die Wandlungsfähigkeit durch die so genannten wertschöpfungsunterstützenden Funktionen, wie zum Beispiel die Informationstechnologie, nicht eingeschränkt werden. Nahezu unverzichtbar sind die Integration von computergestützten Informationssystemen in die betriebliche Praxis und der umfassende Einsatz von komplexen Softwareanwendungen. Dadurch wird die Planung, Steuerung und Kontrolle der hoch komplexen Arbeitsabläufe innerhalb eines Unternehmens effizient unterstützt. Auch die Reaktionsfähigkeit, Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Prozesse und Strukturen werden beschleunigt oder vollständig automatisiert. Andererseits stellt die Flexibilisierung von Integrationsbeziehungen zwischen den unterschiedlichen betrieblichen Anwendungen und Informationssystemen eine wichtige Herausforderung in heutigen Unternehmen dar. Deshalb richtet sich der Fokus in diesem Kapitel auf die wichtigsten informationstechnologischen Aspekte im Kommunikations- und Integrationsbereich. Aufbauend auf dem ersten Bereich (Kommunikation) werden die theoretischen Grundlagen eines Prozessplanungssystems mithilfe von Software-Komponenten, den sogenannten autonomen Agenten, dargestellt. Die Agenten verfügen über einen hohen Grad an Kommunikations- und Kooperationsfähigkeit und sind in der Lage, verhandlungsbasierte Pläne dynamisch zu erstellen. Der zweite Bereich erfasst eine flexible Integration von heterogenen und autonomen Anwendungen bzw. Informationssystemen eines Unternehmens, die mittels eines Änderungspropagationsmechanismus die Weitergabe relevanter Daten ermöglichen. Im Weiteren werden diese beiden Bereiche detailliert vorgestellt und die Ergebnisse präsentiert.

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5.5.2 Ausgangssituation Die Anforderungen an Entwurf und Realisierung der heute hochkomplexen Software-technische Unterstützung in einem Unternehmen sind unterschiedlich und hängen davon ab, in welcher Unternehmensebene (strategische, taktische oder operative) die damit verbundene Aufgabe erfüllt werden muss. In diesem Fall sind vorhandene Softwaresysteme (Agentenbasiertes Planungssystem und Änderungspropagationssystem) auf die Lösung einzelner unabhängiger Probleme beschränkt. Die im Folgenden vorgestellten Softwareanwendungen können einen wesentlichen Beitrag zur Unterstützung der wandlungsfähigen Unternehmen leisten. 5.5.2.1 Problemstellung Für jedes Unternehmen ist es wichtig, Veränderungen des gesamten geschäftlichen Umfeldes zu erfassen und darauf aufbauend die zukünftige Entwicklung zu prognostizieren bzw. zu planen. Die herkömmliche Produktion ist mit hoher Komplexität der Abläufe und der Planungsaufgaben verbunden. Da die gleichzeitige und zentrale Planung eines ganzen Unternehmens in Form eines Gesamtplanes nicht möglich ist, werden Teilplanungen für die einzelnen Bereiche und Teilbereiche erarbeitet. Die Planungsgenauigkeit ist insbesondere vom Planungshorizont und von den betrachteten Planungsebenen (z.B. strategische: Management, taktische: Produktions- und Fertigungsplanung, operative: Arbeitsablaufplanung) abhängig. Sowohl innerhalb als auch zwischen den einzelnen Planungsebenen bestehen horizontale und vertikale Abhängigkeiten. Dies bedeutet, dass die strategische Ebene (langfristige Planung) ihre Planungsergebnisse zur taktischen Ebene (mittelfristige Planung) überträgt, die ihrerseits die entsprechenden Planungsresultate der operativen Ebene (kurzfristige Feinplanung) weiterreicht. Im Idealfall bzw. bei dem regulären Prozess ist das Ergebnis dieser Planung ein detaillierter Ablaufplan mit eindeutig vorher bestimmbarer Schrittfolge, der schließlich in der Werkstatt (am Fließband) umgesetzt werden kann. Jedoch haben häufig auftretende Störungen (z.B. geänderter Liefertermin, Ausfälle von Fertigungseinheiten oder schnell geänderte Rahmenbedingungen), die vor allem hinsichtlich ihrer Wirkung auf Unternehmen durch Turbulenzen gekennzeichnet sind (Westkämper 2000), starken Einfluss auf den Ablauf regulärer Prozesse und verursachen einen Beständigkeitsverlust in der Prozessplanung. Je mehr Hierarchien, Strukturen und Ressourcen in diese Prozesse eingebunden sind, desto größer wird die Anzahl der Alternativen für die Neu- oder Umplanung auf übergeordneten Ebenen, die auf Kosten- sowie Zeitaufwand und Machbarkeit ausgewertet

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werden sollen, um dann die gewonnenen Resultate zurück an die operative Ebene zu übermitteln. Obwohl seit jeher versucht wird, hoch strukturierte und formalisierbare Planungsaufgaben von Computern erstellen zu lassen, gelingt dies bei nicht genau strukturierten Problemstellungen in der Regel nicht. In diesem Kontext gehört das Planen zur intelligenten und zeitaufwändigen Aktivität des Menschen, wo die Entscheidung von Experten mit Rücksicht auf zahlreiche und nicht immer relevante Information getroffen wird. Der Umfang und die Komplexität solcher Planungsaufgaben stellen deshalb die neuen Herausforderungen für die Produktion dar. Die heutzutage häufig eingesetzten Verfahren für die Planung und Steuerung sind nicht mehr in ausreichendem Maße dazu geeignet, auf mögliche Turbulenzen innerhalb komplexer Auftrags- und Fertigungsstrukturen operativ und anpassungsfähig zu reagieren (Pritschow et al. 2003). Daraus resultiert ein Bedarf an einem Mechanismus, der die unverzügliche, angemessene und reibungslose Reaktion auf Turbulenzen dynamisch erzeugen kann. Hierbei handelt es sich weniger um eine einmalige, an die aktuelle Situation angepasste Arbeitsplanung im Sinne einer Neu- oder Anpassungsplanung vor der Auftragsfreigabe, sondern vielmehr um eine gezielte Flexibilität und Robustheit des Planungssystems, das die ständige Anpassung an die Änderungen durch eine situationsgerechte Umplanung auch während des Auftragsdurchlaufs schnell und kostengünstig durchführen kann. 5.5.2.2 Konkretisierung der allgemeinen Anforderungen Die zunehmende Komplexität von Fertigungsprozessen, die aus der Vielzahl von Parameterkombinationen, Freiheitsgraden, Zielkriterien (Kosten, Durchlaufzeit, Auslastung u.a.) resultiert, ist mit bewährten Methoden und existierenden Ansätze nur schwierig oder nicht mehr zu handhaben. Neue technologische Entwicklungen, wie z.B. flexible Fertigungssysteme, in denen Autonomie immer mehr an Bedeutung gewinnt, erhöhen die Anforderungen an die Planung zusätzlich. Kurzfristige lokale Störungen, die in der Praxis unvermeidlich sind, verursachen einen hierarchischen Umplanungsprozess oder führen sogar zum vollständigen Abbruch des Planungsprozesses. Die integrierte Ausführung von Arbeitsplanung und Belegungsplanung, mit einer dynamischen Prozessplanung, erfordert ein hohes Maß an Automatisierung der Planungsaktivitäten. Außerdem besteht ein langfristiger Trend zur Dezentralisierung der einzelnen Unternehmenseinheiten, was in vielen Fällen wesentliche Vorteile gegenüber zentralen Strukturen verspricht (Kurbel 1999). In Hinblick auf diese Faktoren muss ein auftragsbasierter Belegungsplan erstellt werden. Dabei bestimmt der Auftrag die Fertigungsbedingungen

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sowie die technologischen, technischen und organisatorischen Restriktionen. Diese beziehen sich auf die Anzahl der zur Verfügung stehenden Bearbeitungsmaschinen, der Losgröße, das Zeitfenster, die notwendigen Arbeitsschritte und die Reihenfolge, die Anzahl der zu fertigenden Werkstücke, etc. Der Fertigungsablauf sowie die Auftragsdaten enthalten hierbei sehr viele Freiheitsgrade. Im Beispielszenario wird davon ausgegangen, dass sich alle diese Parameter durch Störungen bzw. Turbulenzen verändern können. Die Reaktion auf solche Turbulenzen und der entsprechend nachfolgende Umplanungsprozess wird durch eine variable Reihenfolge der Arbeitsschritte, eine flexible Auswahl von Maschinen oder eine neue Festlegung der Auftragsfolge erreicht. Derartige Reaktionen sollen nicht nur schnell, sondern auch dynamisch (d.h. ohne explizite, vorherige Programmierung) erzeugt werden. In diesem Zusammenhang ist es notwendig solche dezentralen Mechanismen zu entwickeln, die den Umgang mit vielen Freiheitsgraden ermöglichen und so die kurzfristige Planung und Umplanung dynamisch durchführen können. Das moderne wissenschaftliche Konzept, das die dazu notwendigen Mechanismen und Eigenschaften beinhaltet, ist die Multi-AgentenTechnologie. Diese Technologie bietet eine fehlertolerante softwaretechnische Unterstützung der Prozessplanung und hat sich als vielversprechender Ansatz in Produktionsanwendungen herausgestellt (Parunak 2000). Nachdem die Problemstellung aus Sicht des agentenbasierten Prozessplanungssystems dargestellt wurde, wird nun die Integration genauer betrachtet. Ein Unternehmen kann als eine Menge von Leistungseinheiten angesehen werden, die durch einen Informations- und Materialfluss verbunden sind. Eine Leistungseinheit, die durch ihre Autonomie gekennzeichnet ist, ist dafür verantwortlich, Produkte und Dienstleistungen zu liefern, die durch andere Leistungseinheiten weiter verarbeitet werden. Weiterhin verwenden Leistungseinheiten oftmals ihre eigenen Informationssysteme, um die Daten zu verwalten, die für die Geschäftsprozesse benötigt werden. Unter dem Begriff Informationssystem wird hier ein Softwaresystem verstanden, das über eine persistente Datenhaltung in Form von Datenbanken verfügt. Leistungseinheiten agieren als Produzenten und Konsumenten von Informationen. Folglich bedeutet die Änderungspropagation zwischen den Leistungseinheiten die Weiterleitung von Daten zwischen den entsprechenden Informationssystemen. Wegen der oben erwähnten Autonomie der Leistungseinheiten speichern die Informationssysteme Daten nicht unbedingt in der gleichen Repräsentation. Daten können sowohl nur für einzelne als auch für mehrere Informationssysteme relevant sein. Dabei können sie in unterschiedlichen Repräsentationen vorliegen. Änderungen in den Daten eines Informationssystems

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haben dadurch verschiedene Effekte auf diejenigen Daten, die in anderen Systemen vorhanden sind. Betrachten wir z.B. ein Fertigungsunternehmen mit mehreren Leistungseinheiten (Abb. 5.35). Fokussieren wir uns auf zwei serviceorientierte Leistungseinheiten des Unternehmens, Auftragsmanagement (AM) und Fabrikstrukturplanung (FP). Nehmen wir an, dass sich durch Turbulenzen der Produktmix ändert. Das AM ist dafür verantwortlich, optimale Pläne durch Produktionsplanungs- und -steuerungsmethoden zu erzeugen (Wiendahl u. Westkämper 2001). Dies kann zu einer Zunahme der benötigten Fertigungskapazität führen und damit müssen ggf. neue Maschinen angeschafft werden. Wegen des Bedarfs an zusätzlichen Maschinen, muss die FP sie im Fabrikplan positionieren und damit das Fabriklayout anpassen. Dies bewirkt eine Änderung des Materialflusses, was außerdem die Verarbeitung anderer Aufträge beeinflusst. Die neuen Transportzeiten, die durch das neue Layout entstehen, haben einen Effekt auf das AM und dadurch existiert eine gegenseitige Abhängigkeit zwischen AM und FP. Datenänderungen in einem der Informationssysteme müssen in den Daten des anderen Systems reflektiert werden. Im Allgemeinen produziert das Informationssystem einer Leistungseinheit Daten, die durch ein oder mehrere andere Informationssysteme konsumiert werden, d.h. es existiert eine 1-zu-N Datenabhängigkeit zwischen den Informationssystemen. In unserem Beispiel ändert oder erzeugt die AM-Leistungseinheit die Daten, welche die Produktionspläne beschreiben. Die FP-Leistungseinheit empfängt dann die Daten mit den neuen Produktionsplänen und passt ihrerseits Daten an, die den Fabrikplan beschreiben. Auftragsmanagement Datenbanken

LegacySystem

ERPSystem

Propagationssystem

FinanzSystem

CRMSystem

SCMSystem

Fabrikstrukturplanung

Abb. 5.35 Umfeld eines Propagationssystems

5.5 Informationstechnologien für den Wandel

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Wegen der Autonomie der Leistungseinheiten und der Heterogenität ihrer IT-Infrastruktur ist es häufig nicht machbar oder zu teuer, ein einzelnes, integriertes Unternehmensinformationssystem zu handhaben, das alle Leistungseinheiten mit ihren Daten einbezieht, wie es z.B. im SFB 346 „Rechnerintegrierte Konstruktion und Fertigung von Bauteilen“ (Hillebrand et al. 1998) verfolgt wurde. Um dennoch einen Datenaustausch zwischen den Systemen, die gemeinsam das Unternehmensinformationssystem bilden, zu ermöglichen, müssen diese über eine vereinheitlichte Integrationsplattform miteinander verbunden werden. Folglich sollte das Unternehmensinformationsmanagement durch einen generischen Ansatz unterstützt werden, um das Problem des Datenänderungsmanagements zu lösen. Solch ein Ansatz sollte in der Lage sein, Datenabhängigkeiten zu verwalten und Daten vom Quellsystem in die Daten der abhängigen Informationssysteme zu transformieren. 5.5.2.3 Stand der Technik Die Probleme, die in einem wandlungsfähigen Unternehmen auftreten können, wurden im vorigen Abschnitt beschrieben. Im Folgenden wird der Stand der Technik aus Sicht der beiden Problembereiche dargestellt. Die Anforderung nach höherer Qualität, verkürzter Durchlaufzeit und kostengünstiger Fertigung, die zunehmende Komplexität von Fertigungsprozessen sowie die oft auftretenden Unbeständigkeiten erschweren die Fertigungsplanungsaufgaben und beeinflussen die Planungsgenauigkeit. Besonders tritt dieses Problem bei der Erstellung der auftragsabhängigen Arbeitspläne auf, wo die zeitliche Zuordnung von Aktivitäten (Arbeitsablauf) zu limitierten Ressourcen betrachtet wird. Die gegebenen Nebenbedingungen (z.B. Hard- und Software-Restriktionen, technologische, organisatorische und technische Restriktionen), die Zielsetzungen (Optimierung nach Kriterien, Prioritätsregeln) und die Synchronisation einer Vielzahl von Aktivitäten, Bedingungen und Zielvorgaben sollen aber erfüllt werden (Smith 1992). Weil der Aufwand für das Erstellen von Arbeitsablaufplänen sehr hoch ist, hat die softwaretechnische Unterstützung in diesem Bereich zunehmend an Bedeutung gewonnen (Scheer 1987). Bereits seit Mitte der 60er Jahre werden im Bereich des Operations Research das Ablaufplanungsproblem untersucht und Methoden zur industriellen Produktionsplanung entwickelt (Daniel 1983). Jedoch stellen bei den zugrunde liegenden Ansätzen die große Anzahl an Variablen, Daten usw. für die Berechenbarkeit optimaler Produktionsablaufpläne ein Problem dar. Da bereits für einfache Problemstellungen die Laufzeit der Lösungsalgorithmen exponentiell mit der Problemgröße wächst, werden im Allgemeinen nur vereinfachte Probleme (z.B. Flow-Shop- oder Job-Shop-

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Scheduling) betrachtet. Bei klassischen Planern (z.B. STRIPS (Fikes u. Nilsson 1971), NOAH (Sacerdoti 1977) werden alle Aktionsschritte im Voraus festgelegt, was zwar mit der statischen Umgebung übereinstimmt, nicht aber für das dynamische Umfeld geeignet ist. Spätere Planer (z.B. SIPE (Wilkins 1983)) sind zwar zur Umplanung in einer dynamischen Umgebung fähig, basieren aber immer noch auf der ursprünglichen STRIPS-Idee, bei der die Reaktionsmöglichkeiten nur sehr begrenzt sind. In vielen Industrieunternehmen wird die Erstellung von Arbeitsplänen heute noch von einem zentralen PPS-System durchgeführt. Dieses System kann nur dann effizient arbeiten, wenn ihm ausreichende und aktuelle Planungsdaten auf der Eingabeseite zur Verfügung stehen, was in turbulenter Umgebung nicht immer möglich ist. Die neuen Anforderungen an die Entwicklung der Informationstechnik haben die Rolle der Informatik als eine der grundlegenden Disziplinen etabliert. Insbesondere kommen hierbei Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) bzw. der Verteilten Künstlichen Intelligenz (VKI) zum Einsatz, um die Lösung praktischer Produktionsprobleme bzw. Ablaufplanungsprobleme durch neue Modellierungsund Problemlösungstechniken zu unterstützen (Schultz u. Mertens 2000). Angeregt wurde dieser Ansatz dadurch, dass sich die Problemstellungen in der Verteilten Künstlichen Intelligenz mit denen Produktionsplanung überschneiden (Durfee 1999). Der Fokus liegt in der Untersuchung, Modellierung und Verifizierung der organisierten Zusammenarbeit, intelligenten Verhaltens- und der Schlussfolgerungstechnik von Menschen in der Planung, Entscheidungsfindung und in den Optimierungsprozessen mit Computersystemen (Ferber 1999). Obwohl diese Forschungen noch lange nicht als abgeschlossen bezeichnet werden können, sind die bereits gewonnenen Erkenntnisse schon für komplexe Planungssysteme einsetzbar. Es gibt verschiedene anwendungsspezifische Planer, die entweder exemplarische Verfahren aus dem KI-Bereich verwenden oder eine Menge von Konzepten integrieren, die für die Planung (bzw. Ablaufplanung) angewendet werden können. Man unterscheidet die folgenden Verfahren: • Heuristische Suchverfahren (z.B. Beam-Suche, Best-First-Suche, Suche mit Prioritätsregeln) und Constraint-basierte Verfahren (Constraint Satisfaction und Constraint Optimization Probleme), • Künstliche Intelligenz (Neuronale Netze, probabilistische Schlussfolgerungsnetze, Fuzzy-Logik, Genetische Algorithmen) und Verbesserungstechniken für Optimierungsprobleme wie Threshold Exception, Simulated Annealing, Tabu Search, Sintflutalgorithmen Ant Colony Optimisation • Verteilte Künstliche Intelligenz (Multi-Agenten-Systeme).

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Die Bedeutung der autonomen Softwareagenten und Multi-AgentenSysteme im Produktionsbereich hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen (Bussmann u. Schild 2001, Scholz-Reiter 2001). Dafür gibt es im Wesentlichen zwei Gründe. Zum einen verfügen Agentensysteme im Gegensatz zu anderen Systemen neben autonomen Verhaltensweisen auch über spezielle Interaktionsmechanismen, die eine Kommunikation und Kooperation mit anderen Agenten ermöglichen. Ähnlich den „menschlichen“ Eigenschaften haben die Agenten bestimmte Fähigkeiten (z.B. Rationalität, Handlungsstrategien, Selbstorganisation, usw.) und Verhandlungsmöglichkeiten, wodurch dieses System der Definition eines „intelligenten“ Verhaltens näher rückt. Zum anderen verwendet und erweitert die agentenorientierte Programmierung das Paradigma bestehender objekt-orientierter Programmierungstechniken. Dadurch werden sowohl die Erweiterbarkeit und Flexibilität erhöht, als auch, durch die Verteilung von Ressourcen, mehr Modularität erreicht. Das entstehende Gesamtsystem passt sich daher besser an Änderungen an. Der wichtigste Vorteil der Agententechnologie besteht darin, dass sie auf bestehenden Technologien (Objektorientierung, Client-Server-Interaktion, Kommunikationsprotokolle, Trader- und Brokermechanismen und vielen anderen) aufbaut und konzeptionell auf die Methoden und Techniken der VKI ausgerichtet ist (Weiss 1999). Hierbei erhält sie ihre Mächtigkeit durch die Kombination der Techniken und die Integration der Mechanismen und Verfahren, die für unterschiedliche Klassen von Problemen anwendbar sind. Die Integration verteilter und heterogener Datenbestände stellt eine große Herausforderung dar. Die Heterogenität ist durch verschiedene Formen auf verschiedenen Ebenen charakterisiert (Jhingran et al. 2002): • Systemebene – die beteiligten Systeme verwenden unterschiedliche Anfrage- und Zugriffsschnittstellen, • Datenmodellebene – die individuellen Datenquellen werden durch jeweils verschiedene Datenmodelle beschrieben, • Schemaebene – die einzelnen Datenschichten werden durch unterschiedliche Möglichkeiten modelliert, • Datenebene – die verschiedenen Repräsentationen der gleichen Daten generieren Konflikte. Es wurden eine Reihe von Integrationslösungen zur Vermeidung von Konflikten auf allen diesen Ebenen entwickelt unterstützen: • Portalintegration – die einfachste Form, bei der unterschiedliche Anwendungen über eine vereinheitlichte Webseite zusammengeführt werden;

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• Geschäftsprozessintegration (Business Process Integration) – hier werden Prozesse über mehrere Anwendungen orchestriert und möglicherweise Unternehmensgrenzen, wie jene in Supply-Chain-Beziehungen, überwunden; • Anwendungsintegration (Enterprise Application Integration – EAI) – bei der Anwendungsintegration wird versucht, die zu integrierenden Systeme zu kapseln, so dass Informationen und Funktionalitäten für die Realisierung anderer Anwendungen bereitstehen; • Informationsintegration – komplementäre Daten werden physikalisch und logisch zusammengeführt. Dadurch wird allen Anwendungen ermöglicht, auf die relevanten Daten zuzugreifen. Die bekannteste Integrationsform, die Informationsintegration, kann die Integrationsaspekte Daten- und Funktionsintegration umfassen (Leymann u. Roller 2002). Über gemeinsame Schnittstellen und integrierte Schemata bietet die Datenintegration dem Benutzer eine vereinheitlichte Sicht von Daten aus heterogenen Quellen. Die Integration von Funktionen soll lokale Funktionen verschiedener Systeme in einer einheitlichen Form bereitstellen. Dem Benutzer wird so eine homogene Menge von Funktionen an die Hand gegeben, über die er die Daten manipulieren kann, die von den verschiedenen Anwendungen bereitgestellt werden. Für die Probleme auf dem Gebiet der Datenintegration liegen inzwischen umfassende Lösungen vor. Sowohl im Bereich der Funktionsintegration als auch in der Kombination beider Integrationsformen sind bisher nur wenige Ansätze bekannt. Wir stellen nachfolgend unseren Ansatz dar, der in den Bereich der Datenintegration gehört. Davor geben wir noch einen kurzen Überblick zu Lösungen, die bereits existieren. 5.5.2.4 Übersicht der Datenintegrationslösungen Die Daten eines Unternehmens können auf zwei verschiedene Arten integriert werden, abhängig vom verfolgten Zweck. Zum einen will man durch eine Datenintegration eine einheitliche Sicht auf die Unternehmensdaten bekommen. Andererseits ist es wichtig die Unternehmensdaten konsistent zu halten, was bedeutet, dass zum Beispiel die Daten eines Kunden in den Datenbanken des Unternehmens gleich sind. Um eine einheitliche Sicht auf die Unternehmensdaten zu bekommen, gibt es verschiedene Lösungsansätze, die hier nur aufgelistet werden: die Verwendung einer zentralen Datenbank, Data-Warehouse zur Verwendung für OLAP (Lehner 2003) und schließlich „Föderierte Datenbanken“ (Conrad 1997).

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Die konsistente Haltung der Unternehmensdaten, kann auf mehreren Wegen erreicht werden. Es gibt zum einen wieder die zentrale Datenbank. Hier sind die Daten im Sinne von Duplikaten konsistent, da jedes Objekt nur einmal vorkommt. Allerdings gibt es ein Leistungsproblem, und es ist schwierig, ein Modell für die gesamten Unternehmensdaten zu entwickeln. Das Leistungsproblem kann durch den Einsatz von replizierten Datenbanken gelöst werden, bei denen die Datenbank auf unterschiedlichen Rechnern bereitgestellt wird. Dieser Ansatz hat aber auch seine Schwierigkeiten (Gray et al. 1996). Diese Replikation von Datenbanken wird von fast allen Datenbankverwaltungssystemen unterstützt. Bei den replizierten Datenbanken wird häufig von einer homogenen Umgebung ausgegangen. Es gibt aber auch Lösungen, wie zum Beispiel der DataPropagator von IBM, der durch eine Transformationsmöglichkeit eine Heterogenität zwischen den replizierten Datenbanken erlaubt. Ein weiterer Ansatz ist der gezielte Austausch von Nachrichten zwischen Anwendungen. Dadurch können sich die Anwendungen „Up-to-date“ halten. Ein Beispiel wäre etwa die Nachricht „neuer Kunde“. Dieser Ansatz wird durch Message-Broker-Lösungen (Leymann 1999) unterstützt. Beispiel für Produkte sind Websphere MQ Integrator von IBM und Microsoft’s BizTalk. Die hier genannten Systeme unterstützen eine große Vielfalt von Nutzungsmöglichkeiten, etwa Web Services und deren Instrumentierung. Unser Ansatz konzentriert sich auf die Transformation und Weitergabe von geänderten Geschäfts- oder Produktionsdaten zwischen Informationssystemen.

5.5.3 Lösungsansätze 5.5.3.1 Planungsorientiertes Agentensystem In Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsbereichs werden verschiedene Typen von autonomen Agenten eingesetzt, z.B. biologisch-motivierte Agenten, Roboter-Agenten oder Software-Agenten. Im Produktionsbereich werden für die Planerstellung Software-Agenten eingesetzt. Vom allgemeinen Standpunkt aus betrachtet, bestehen Agenten-basierte Systeme aus autonomen, verteilten Einheiten, deren Architektur, entsprechend dem Grundgedanken der Verteilten Künstlichen Intelligenz, reaktive oder deliberative Autonomie-Zyklen in strukturierter Gestalt (Verhandlungsmechanismus, Weltmodell, Planer usw.) zugrunde liegt. Aufgrund dieser Struktur sind die Agenten fähig, die aufgabenorientierten Zielvorgaben selbstständig zu erfüllen. Die Selbstständigkeit bedeutet auch in diesem Kontext eine ständige Beobachtung der Änderungen in der

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Umgebung und die Bereitschaft rechtzeitig darauf zu reagieren. Die Selbstständigkeit bzw. Agentenautonomie trägt zur Agilität des Softwaresystems bei und ist ein wichtiges kennzeichnendes Merkmal der MultiAgenten-Technologie. Wenn eine Störung bzw. Turbulenz auftritt und dadurch eine Abweichung von einem Planungs- oder Fertigungsprozess erfolgt, beginnen die Agenten damit, Umplanungsmaßnahmen zu erarbeiten. Sie versuchen zuerst solche Lösungen zu finden, die möglichst wenig andere Teilnehmer bzw. Agenten mit einbeziehen. Diese Strategie hat sich als zeitoptimal erwiesen. Falls das Problem aus mehreren miteinander verbundenen Teilproblemen besteht oder durch Turbulenzen ständig geändert wird, arbeiten die Agenten an diesem Problem kooperativ. Dabei handelt es sich um ein Multi-Agenten-System (MAS), das sich als Ganzes wie ein Agent verhält. Die Verbindung der Agenten im Agenten-System führt zu einem enormen Anwachsen des Zustandsraumes, wodurch die potentiellen Reaktionsmöglichkeiten des Systems bedeutend zunehmen. In Abb. 5.36 sind kennzeichnende Merkmale von einzelnen Agenten sowie eines Multi-Agenten- Systems dargestellt. Beispielsweise besteht ein einfaches Multi-Agenten-System aus 10 Agenten, jeder mit jeweils 10 vorprogrammierten Reaktionsmöglichkeiten, in der Lage, 1010 kollektive Reaktionen aufzuweisen. Dadurch sind die Agenten fähig, auch solche Probleme zu behandeln, die wegen ihrer Komplexität für separate Agenten nicht mehr lösbar wären. In dieser Hinsicht gehört das Multi-AgentenSystem zur Klasse der emergenten Systeme mit neuen Eigenschaften (Johnson 2002).

Abb. 5.36 Merkmale von einzelnen Agenten und Multi-Agenten-Systemen

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Damit eine Menge von Agenten in einer dynamischen Umgebung sinnvoll zusammenarbeiten kann, ist die Beherrschung bzw. Steuerung der zahlreich vorhandenen Freiheitsgrade notwendig. Hierin liegt das Hauptproblem bei der Entwicklung der Koordinations- und Synchronisationsmechanismen für Multi-Agenten-Systeme. Wenn einerseits die Anzahl der Freiheitsgrade zu groß ist, könnten die Agenten unendlich lange „verhandeln“, ohne ein Ergebnis zu erzielen. Wenn aber andererseits die Freiheitsgrade zu stark beschränkt sind, gehen die Flexibilität und die damit verbundenen Vorteile verloren. Der Kompromiss zwischen diesen beiden Extremen ist einer der wichtigsten Punkte bei der Entwicklung eines MAS. Aus diesem Grund wurde der Ansatz der gestuften Freiheitsgraderhörung entwickelt (Kornienko et al. 2003). Je mehr Abweichungen vom erwarteten Zustand eintreten, desto mehr Freiheitsgrade werden herangezogen. Darauf aufbauend werden die Begriffe „Regulärer und Irregulärer Prozess“ eingeführt. Ein regulärer Prozess besteht im Wesentlichen aus den „schablonenhaften“ Aktivitäten mit wenigen Freiheitsgraden, z.B. die Lösung des Zuordnungsproblems. Im Gegensatz dazu besteht ein irregulärer Prozess aus Aktivitäten mit vielen Freiheitsgraden, z.B. Reaktionen auf Turbulenzen. In Abhängigkeit von den Freiheitsgraden lassen sich die irregulären Prozesse in mehrere Gruppen, so genannte Ausnahmezustände, unterteilen. In diesen Ausnahmezuständen übernehmen die Agenten die zusätzliche Rolle, durch die das gesamte System nach wie vor funktionsfähig und steuerbar bleibt. Das Rollenkonzept und der Ansatz der gestuften Ausnahmezustände bieten eine Möglichkeit, die durch Turbulenzen verursachten Abweichungen behandeln zu können, ohne dabei einerseits das System unnötig zu belasten oder andererseits zusätzliche Alternativen zu verlieren. 5.5.3.2 Die methodische Vorgehensweise bei der agentenbasierten Planung: Regulärer Prozess Durch Veränderungen der jeweiligen Ressourcensituation und unter Berücksichtigung vorhandener Randbedingungen bzw. Constraints (z.B. Liefertermine, Verfügbarkeit, Transfer- und Rüstzeiten, Vorgangsdauern) entsteht das Zuordnungsproblem (Scheduling-Problem). Die Lösung dieses Problems ist ein ausführbarer Ablaufplan, der die Ausführungsreihenfolge von Aktionen unter den dynamisch gegebenen Bedingungen (bei möglichst optimaler Nutzung von Ressourcen und Erfüllung aller Randbedingungen) bestimmt. Das Planungsproblem kann mit Hilfe verschiedener Planungsmethoden gelöst werden. Eine der am besten dafür geeigneten ist ein Constraintbasiertes Verfahren, das im KI-Bereich als Programmierungstechnik mit

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Constraints (bzw. Neben- oder Randbedingungen) bekannt ist (Nareyek 2002, Russell u. Norvig 2003). Durch den generischen Charakter dieses Ansatzes werden viele unterschiedliche Fragestellungen, einschließlich des Zuordnungsproblems, als Constraint Satisfaction Problem (CSP) formuliert und behandelt (Blazewicz et al. 2001). Das Zuordnungsproblem wird hauptsächlich durch die Menge an Aufträgen mit bestimmten Operationen, die Ressourcenbereitstellung und die Bearbeitungsreihenfolge von Operationen klassifiziert. Ziel ist es dabei, für alle Aufträge einen Belegungsplan zu ermitteln, der bestimmte bestands-, termin- oder auslastungsorientierte Kriterien erfüllt. Allerdings wurden klassische CSP-basierte Verfahren für das zentrale Planungsvorgehen entwickelt und beinhalten deshalb keine Adaptionsmechanismen für auftretende Turbulenzen. Die Agententechnologie wird eingesetzt, um die CSP-Planungsverfahren an die verteilte turbulente Umgebung anzupassen. Dieses Verfahren beschreibt den allgemeinen Lösungsalgorithmus, dem ein bestimmtes Interaktionsmuster zugrunde liegt. Die grafische Darstellung eines Lösungsalgorithmus lässt sich als PetriNetz auffassen und wird als eine Reihe von Phasen und Phasenübergängen definiert. In einer Phase interagieren die Agenten gemäß einem Verhandlungsprotokoll miteinander. Das Ziel dieser komplexen, lokalen Interaktionen zwischen den einzelnen Agenten ist es, ein bestimmtes kooperatives Ergebnis zu erreichen, mit dem alle Beteiligten einverstanden sind. Im Fall des Zuordnungsproblems beginnen die Agenten, im Hinblick auf das Verhandlungsprotokoll, ein Restriktionsnetz zu bilden, das durch technische und organisatorische Rahmenbedingungen vorgegeben ist (vgl. Abb. 5.37). Jedem Knoten wird die Rolle eines Arbeitsganges zugewiesen. Die Rollen sind mit den spezifischen Aktivitäten der Agenten verbunden. In Abhängigkeit von seinen Fähigkeiten kann der Agent eine oder mehrere Rollen annehmen. Dadurch werden die Interaktionen hinsichtlich der aktivitätsbezogenen Rollen definiert und die Verhandlungen zwischen Agenten finden gemäß der gegenwärtig angenommenen Rolle statt. Im aufgebauten Restriktionsnetz übernehmen Agenten die Rollen der entsprechenden Arbeitsgänge und führen die vorgeschriebenen Planungsaktivitäten durch, wobei die Koordination zwischen diesen Aktivitäten durch das Verhandlungsprotokoll bestimmt wird. Da jeder Planungsschritt ausgehandelt wird, haben die lokalen Änderungen keine direkte Auswirkung auf den globalen Planungsprozess. Beispielsweise wird die Umplanung bei dem Ausfall eines Bearbeitungszentrums durch agentenbasierte Verhandlungen durchgeführt, ohne dabei den gesamten CSP-Planungsprozess zu unterbrechen.

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Abb. 5.37 Unterschiedliche Schichten der Agentenaktivitäten

Durch die Teilnahme im Kooperationsprozess verfolgen die Agenten das Ziel, einen Belegungsplan zu erzeugen. Hierbei sind Aspekte wie Zeit und Kosten von großer Bedeutung. Deshalb ist die Optimierung der Belegungspläne bezüglich dieser Kriterien eine wichtige Aufgabe. Dieser Optimierungsprozess wird aber dadurch erschwert, dass die Agenten nur einen lokalen Überblick haben und über keine globale Information bezüglich der Positionen anderer Agenten verfügen. Obwohl jeder Agent versucht, mit den Nachbarn für sich selbst die kosten- oder zeitoptimale Stelle lokal auszuhandeln und die sofort verfügbare Stelle in der Planungsmatrix zu besetzen (Abb. 5.38 a), um damit die Wartezeit zu minimieren oder zu vermeiden, kann diese Strategie nicht immer das globale Optimum gewährleisten. In der Abb. 5.38 a) sind Fragmente eines Belegungsplanes kostenoptimale (links) oder zeitoptimale (rechts) eines Bearbeitungszentrums dargestellt. In diesem Zusammenhang ist die Lösung des verteilten Optimierungsproblems eine große Herausforderung für die industrielle Prozessplanung. Um dieses Problem zu bewältigen, macht man sich die Verhaltensweisen von natürlichen Agenten-Ameisen zunutze, die auch über keine globale Information verfügen. Bei der Beobachtung einer Ameisenkolonie hat sich herausgestellt, dass jede Ameise auf der Suche nach Nahrung auf dem Boden (zwischen Nest und Futterquelle) eine chemische Substanz hinterlässt, ein sogenanntes Spur-Pheromon.

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Abb. 5.38 a) Fragmente eines Belegungsplanes b) Verteilte Optimierung

Jede nachfolgende Ameise vergleicht die verschiedenen Wege mit der Höhe des Pheromonbetrags und trifft die lokale Entscheidung, jener Route zu folgen, auf der die Pheromonkonzentration am höchsten ist. In der Abb. 5.38 b ist die verteilte Optimierung am Beispiel natürlicher AgentenAmeisen (Bildquelle: Gio-Style. de) dargestellt. Diese höchste Pheromonkonzentration informiert die Ameisen über den Wegverlauf und weist darauf hin, dass die meisten Ameisen diesen Weg verfolgt haben, weil es der kürzeste ist. Das Ergebnis dieser Strategie ist das optimale Routenmuster. Dieses heuristische Prinzip, der sogenannte Ant Colony Optimierungsalgorithmus (ACO) (Corne et al. 1999), ist auch für die optimale Planerzeugung nützlich und funktioniert im Agentensystem auf folgende Weise: Während des CSP-Ablaufs versucht jeder Planungsagent eine Position sofort nach dem vorhergehenden Arbeitsgang zu besetzen. Folglich muss der Planungsagent berechnen, was geschieht, wenn der nachfolgende Verarbeitungsschritt nicht sofort nach dem vorhergehenden Schritt beginnt. Wenn man die Herstellung eines Werkstückes um einige Schritte verschiebt, können die lokalen Kosten des Plans zunehmen, die globalen Kosten werden dadurch aber eventuell verringert. Nach der Constraint Satisfaction Problem-Phase wählen die Planungsagenten einige Pläne oder ihre Fragmente aus und bilden einen Optimierungspuffer. Der Ant Colony Optimierungsalgorithmus markiert (wie eine Pheromonrate) die optimalen Fragmente, die aus den vorhergehenden Planungsschritten erhalten wurden. Die Fragmente mit der höchsten Pheromonrate werden oben im Optimierungspuffer gespeichert. Die Pläne in diesem Puffer können später zu einem einzigen Plan kombiniert und zusammengesetzt werden, der das geforderte Optimierungskriterium erfüllt.

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5.5.3.3 Agentenbasierte Behandlung von Turbulenzen: Irregulärer Prozess Die Turbulenzen lassen sich in zwei Kategorien unterteilen, die vorhersehbaren Turbulenzen (z.B. Ausfälle von Fertigungseinheiten, Vorzug von dringenden Aufträgen, Terminüberschreitungen) und die unvorhersehbaren Turbulenzen (z.B. Lieferantenwechsel, Eingang eines kundenorientierten Auftrags). Die Reaktionen auf die vorhersehbaren Turbulenzen werden im Voraus entwickelt und erfolgen durch explizite Vorprogrammierung. Die unvorhersehbaren Turbulenzen sind schwer prognostizierbar, weshalb die Reaktionen nicht vorprogrammiert werden können. In diesem Zusammenhang verspricht man sich vom Einsatz des Agentensystems im kurzfristigen Planungsbereich, dass es die vorhersehbaren Veränderungen effizient und rasch behandelt und auf die nicht prognostizierbaren Änderungen adaptiv und dynamisch reagiert. Das Ergebnis der Agententätigkeit sollte die Erzeugung des situationsbedingten Belegungsplanes sein, der aufgrund der Verhandlungen zwischen den autonomen Agenten hergestellt wird. In der planmäßigen Situation, ohne unerwartete Turbulenzen, benötigt das Multi-Agenten-System für die Durchführung der Planungsaktivitäten nur eine begrenzte Anzahl an Freiheitsgraden. In diesem regulären Zustand liegt dem Lösungsalgorithmus die primäre Aktivität des Multi-Agenten-Systems zugrunde. Der Lösungsalgorithmus bestimmt die Handlungstypen, die erforderlich sind, um das Problem zu lösen. Diese Handlungen werden miteinander abgestimmt und stellen die Rollen für Agenten dar. Da die Rollen automatisch generiert werden, können wesentlich mehr Rollen erzeugt werden, als es der primäre Lösungsalgorithmus erfordert. In der Abb. 5.39 erfolgt die grafische Darstellung von Ausnahmezuständen für die Steuerung der Freiheitsgrade im MultiAgenten-System. Die Übereinstimmung zwischen dem Lösungsalgorithmus, Rollen und Agenten wird durch das Verhandlungsprotokoll definiert. Die zusätzlichen, miteinander abgestimmten Rollen umfassen die Hilfsaktivitäten und ermöglichen es den Agenten, im Rahmen des Verhandlungsprotokolls die entsprechenden Teilaufgaben autonom zu lösen. In Abhängigkeit von seinen Fähigkeiten und dem aktuellen Zustand kann jeder Agent eine der Rollen übernehmen. Dadurch hat das System im regulären Zustand die gewünschte Flexibilität, ohne dabei unnötig viele Freiheitsgrade heranzuziehen. Der Lösungsalgorithmus enthält einige Parameter, deren Änderungen man als vorhersehbare Turbulenzen betrachten kann. Die Variation bestimmter Parameter beeinflusst den Kommunikationsablauf, ohne dabei das grundlegende Verhandlungsprotokoll zu stören. Damit wird langfristig ein stabiles Gesamtverhalten des Systems ohne zentrale Steuerung angestrebt.

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Abb. 5.39 Darstellung von Ausnahmezuständen

Wenn der Agent der unvorhergesehenen Turbulenz begegnet, kann er nicht mehr gemäß dem laufenden Protokoll reagieren und benötigt folglich zusätzliche Freiheitsgrade. Wenn die Turbulenzen während der Planungsaktivitäten stattfinden, werden die zusätzlichen Freiheitsgrade dazu verwendet, den Planungsprozess an die neue Situation anzupassen. Finden die Turbulenzen während der Ausführung des Planes statt, wird das Agentensystem den gestörten Plan reparieren. Dafür wird der lokale Ausnahmezustand aufgerufen. In diesem Zustand versucht der Agent entweder selbstständig oder mit Hilfe von anderen Agenten durch kollektive Entscheidungsfindung das Problem zu lösen. In diesem Fall handelt es sich schon um eine sekundäre Aktivität von Agenten. Wenn der Agent keine ausreichenden Fähigkeiten besitzt, um die passende Lösung zu finden oder zusätzliche Ressourcen für die Lösung notwendig sind, ruft er einen sogenannten „Rescue-Agent“ auf. Der „RescueAgent“ ist mit spezifischen Fähigkeiten ausgerüstet und dient zur Lösung bestimmter Klassen von Situationen. Primäre und sekundäre Aktivitäten werden durch entsprechende Protokolle definiert. Wenn die unvorhergesehene Turbulenz mit Hilfe eines dieser Protokolle nicht behandelt werden kann, steigt das MAS in den globalen Ausnahmezustand. Dies kann durch mehrere Faktoren verursacht werden. So ist beispielsweise der primäre Algorithmus mit der zugrunde liegenden Methode nur für spezielle Bedingungen optimal und nur für die Lösung bestimmter Problemklassen vorgesehen. Wenn diese Bedingungen verletzt werden, verliert er seine Gültigkeit. Die Agenten sind gemeinsam

5.5 Informationstechnologien für den Wandel

177

in der Lage, eine solche Situation zu erkennen und durch Verhandlungen den laufenden primären Algorithmus durch andere, besser angepassten Algorithmen zu ersetzen. Wenn ein solcher Algorithmus nicht vorhanden ist, kann er in vielen Fällen dynamisch erzeugt werden. Dazu wurde das ASTD (Algorithm of Symbolic Task Decomposition) entwickelt (Kornienko et al. 2004). Dieses Verfahren ermöglicht es, die unbekannte Handlung in eine Sequenz bekannter elementarer Aktivitäten zu zerlegen und im Weiteren schrittweise auszuführen. In der Abb. 5.40 ist das Schema des Aufgabenzerlegungsalgorithmus dargestellt. Die Grundidee dieses Verfahrens besteht in der Netzwerkeigenschaft, eine Störung von einem Knoten zum anderen so lange zu propagieren, bis diese Störung vollständig absorbiert wird. Das Zerlegungsverfahren beginnt seine Arbeit, wenn eine Turbulenz eine Abweichung (Phase 2’) vom vorgesehenen Zustand (Phase 2) verursacht. Diese Abweichung wird analysiert, um die notwendigen Bedingungen an ein Team von Agenten festzulegen. Dieses Team muss grundsätzlich in der Lage sein, die vorhandene Abweichung komplett oder teilweise zu absorbieren. Das Team bildet ein Netzwerk und startet eine Propagierung der Abweichung. Jeder Knoten dieses Netzes (Agent des Teams) übt eine oder mehrere Aktivitäten aus. Die Kette von Aktivitäten (vom Anfang bis zum Ende der Propagierung) führt das System vom abgewichenen Zustand (Phase 2‘) in den ursprünglichen Zustand (Phase 2) über.

Abb. 5.40 Schema des Aufgabenzerlegungsalgorithmus

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Es können verschiedene Aktivitätsreihenfolgen entstehen und das System muss daraus zeit- oder kostenoptimale auswählen. Schließlich werden alle restlichen, nicht prognostizierbaren Turbulenzen mit ihren Einflussfaktoren, die nicht weiter mit Hilfe von Agenten behandelt werden können, als unabwendbar eingestuft. Das entwickelte dreistufige Schema ermöglicht die Steuerung von Freiheitsgraden, so dass das Agentensystem die Prozessplanung effizient ausführen und die neuen Pläne dynamisch, mit möglichst minimalem Kostenund Zeitaufwand, gestalten kann, ohne dabei unendlich lang zu „verhandeln“. Das auf Multi-Agenten-Technologie basierende Verfahren ermöglicht es, den Reaktionsraum der Planungsalgorithmen deutlich zu erhöhen. Die dadurch gewonnene zusätzliche Alternative kann dazu verwendet werden, um Flexibilität, Adaptivität und Zuverlässigkeit des Planungssystems bezüglich Turbulenzen wesentlich zu verbessern. Dies trägt maßgeblich zur Agilität und Wandlungsfähigkeit des Gesamtsystems bei. 5.5.3.4 Flexible Integration von Informationssystemen Eine flexible Integration von Informationssystemen in einem Unternehmen leistet einen wichtigen Beitrag zur Wandlungsfähigkeit. Selbst wenn die Insellösungen (Informationssysteme) flexibel sind, wird diese Flexibilität durch eine starre Integration eingeschränkt. Eine mögliche Lösung zur Realisierung einer flexiblen Datenintegration wird in diesem Abschnitt dargestellt. 5.5.3.5 Einführung in die Änderungspropagationslösung Um eine möglichst flexible Integration von Informationssystemen zu erreichen, wurde eine Strategie gewählt, bei der Änderungen von Daten in einem Informationssystem an betroffene Systeme propagiert (weitergeleitet) werden. Als Beispiel für eine Datenänderung seien die Kundendaten angeführt, die sich in dreifacher Hinsicht ändern können: einen neuen Kunden anlegen, einen Kunden modifizieren (z.B. Adressdaten des Kunden), einen Kunden löschen. Diese Daten eines Kunden werden von mehreren Systemen eines Unternehmens benötigt, z.B. Kundeninformationssystem, Auftragsmanagement und Rechnungssystem. Tritt eine Änderung in einem System auf, so müssen alle betroffenen Informationssysteme ebenso angepasst werden. Um die betroffenen Informationssysteme über eine Datenänderung zu informieren, fungiert das Propagationssystem als Vermittler. Die beteiligten Informationssysteme nehmen bei einer Propagation (Weiterleitung) einer Datenänderung zwei Rollen an. Die erste Rolle ist die des Quellsystems, in dem eine Datenänderung auftritt. Die zweite

5.5 Informationstechnologien für den Wandel

179

ist die des Zielsystems, dieses ist von der Datenänderung im Quellsystem betroffen und ist somit Ziel einer propagierten Datenänderung. Der Weg, den eine Datenänderung von einem Quellsystem zu Zielsystemen zurücklegt, wird als Abhängigkeit bezeichnet. In Abb. 5.41 wird das Zusammenspiel einer Änderungspropagation entlang einer Abhängigkeit dargestellt. Bei der Propagation einer Datenänderung können komplexe Schritte notwendig sein, die über das einfache Weiterleiten hinausgehen. Wie vorher schon erwähnt, sind die Informationssysteme heterogen, d.h. dass die verschiedenen Informationssysteme beispielsweise die Kundendaten nicht im gleichen Format verwalten. Ein System verwendet den Namen des Kunden, während eines anderen den Namen getrennt nach Vorname und Nachname speichert. In einer solchen Situation würde das Zielsystem die propagierten Änderungen des Quellsystems nicht verstehen. Aus diesem Grund müssen die Datenänderungen während der Propagation im Propagationssystem angepasst werden. Diese Anpassung wird als Transformation bezeichnet. Um Transformationen und weitere Operationen während einer Propagation zu steuern, werden so genannte Propagationsskripte verwendet. Soll eine solche Transformation ausgeführt werden, verweist das Propagationsskript, wie in Abb. 5.42 dargestellt, auf eine weitere Art von Skripten, den Transformationsskript en. Mit diesen Skripten wird genau spezifiziert, was bei einer Transformation passieren soll.

Propagation einer Quellsystem Datenänderung

Propagationsskript Abb. 5.41 Die Propagation einer Datenänderung

Zielsysteme

Transformationsskripte

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Um die Datenänderungen im Propagationssystem zu repräsentieren, wurde die Extensible Markup Language (XML) (Harold u. Means, 2001) verwendet. Diese Sprache ist der Quasi-Standard für Datenaustausch zwischen heterogenen Informationssystemen. Der Vorteil bei der Verwendung von XML ist, dass ein XML-Datenelement seine Beschreibung gleich mitliefert, d.h. zum Beispiel, dass „Müller“ als „Nachname“ gekennzeichnet wird. Bevor wir die Propagations- und Transformationsskripte genauer betrachten, wird zum besseren Verständnis des Propagationssystems dessen Architektur im folgenden Abschnitt erläutert. 5.5.3.6 Architektur des Propagationssystems Das Propagationssystem besteht aus drei Komponenten (Abb. 5.42), dem Repository, dem Propagationsmanager und dem Abhängigkeitsmanager. Die oben erwähnten Propagationsskripte, Transformationsskripte und Informationen über die Quell- und Zielsysteme sind in einem Datenspeicher, dem sogenannten Repository, abgelegt. Die Erzeugung und Bearbeitung dieser Daten erfolgt mit dem Abhängigkeitsmanager. Kern dieser Komponente ist der Abhängigkeitseditor, mit dessen Hilfe Propagationsskripte und die dazu gehörigen Transformationsskripte erstellt und verändert werden können. Mit einer weiteren Komponente des Abhängigkeitsmanagers, dem Systemeditor, können die benötigten Informationen zu den Informationssystemen spezifiziert werden. Die wichtigste Komponente des Propagationssystems ist der Propagationsmanager, der für die eigentliche Propagation zuständig ist. Der Propagationsmanager verwendet dafür zwei Komponenten: eine Kommunikationsschnittstelle (Warteschlangenmanager) und die Propagationsengine. Die Kommunikation zwischen dem Propagationsmanager und den Informationssystemen, welche als Quell- oder Zielsysteme auftreten, erfolgt mittels Warteschlangen, die vom Warteschlangenmanager verwaltet werden. Diese Warteschlangen speichern Nachrichten persistent, wobei die Reihenfolge der gespeicherten Nachrichten beim Auslesen erhalten bleibt. Der Warteschlangenmanager verfügt über zwei Arten von Warteschlangen: eine Eingangs- und mehrere Ausgangswarteschlangen. In der Eingangswarteschlange legen die Informationssysteme die Datenänderungen ab, die dann von der Propagationsengine ausgelesen werden. Die Ausgangswarteschlange wird verwendet, um die verarbeiteten Änderungen an die Zielsysteme zu senden, wobei jedes angeschlossene Informationssystem über eine eigene Warteschlange verfügt.

5.5 Informationstechnologien für den Wandel

Filter

Propagationsengine

Output N WarteschlangenManager

Propagationsmanager Abhängigkeitseditor

A1

S1

...

...

Output 1

...

Input

Skriptengine

Transformer

181

AN

SN

Adapter Systeme

Systemeditor

Abhängigkeitsmanager Repository Propagationssystem Abb. 5.42 Die Architektur des Propagationssystems

Nach dem Auslesen einer Datenänderung durch die Propagationsengine lädt diese die passenden Propagationsskripte aus dem Repository und übergibt das Skript zur Ausführung an die Skriptengine. Diese schaltet bei Bedarf zwei andere Komponenten der Propagationsengine hinzu: den Transformer und den Filter. Mit dem Transformer werden die oben beschriebenen Transformationen ausgeführt. Der Filter kann verwendet werden, um die propagierten Datenänderungen einzuschränken. Wenn wir auf das Beispiel mit den Kundendaten zurückgreifen, ist etwa das Marketingsystem nur an Großkunden interessiert. Eine solche Einschränkung kann mittels des Filters realisiert werden. Eine genauere Beschreibung des Propagationsmanagers ist in (Constantinescu et al. 2003) zu finden. Die Informationssysteme (S1-SN) können nicht immer direkt mit dem Propagationssystem kommunizieren. Dies zu ermöglichen, ist die Aufgabe der Adaptoren (Constantinescu et al. 2002). Die Erkennung von Änderungen in Datenbeständen stellt eine weitere Herausforderung dar. Sind die Daten zum Beispiel in einer relationalen Datenbank gespeichert, so können Trigger (Date 2000) verwendet werden, die bei einer Datenänderung ausgeführt werden. Nachdem auf die Architektur des Propagationssystems eingegangen wurde, werden jetzt die Propagationsskripte und Transformationsskripte genauer erläutert.

182

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.5.3.7 Propagations- und Transformationsskripte Die Steuerung der Propagation von Datenänderungen erfolgt mittels Propagationsskripten. Diese Propagationsskript e werden mit einer speziellen XML-Sprache beschrieben, der XML Propagation Definition Language (XPDL). Der Kern dieser Sprache besteht aus folgenden Anweisungen: • Warten auf das Eintreffen einer bestimmten Nachricht mit Änderungsinformationen, • Transformationen, • Filterungen und • die Weiterleitung an das Zielsystem (Schreiben in eine Ausgangswarteschlange). Um die Ausführung der oben genannten Anweisungen zu steuern, existieren in XPDL Kontrollstrukturen, die aus der WorkflowBeschreibungssprache XRL (van der Aalst u. Kumar 2003) entnommen wurden. Mit diesen Kontrollstrukturen lässt sich beispielsweise steuern, ob Anweisungen hintereinander oder parallel ausgeführt werden sollen. Transformationsskripte werden dazu verwendet, Transformationen zu steuern. Diese werden von dem oben beschriebenen Transformer verwendet. Da die zu transformierenden Datenänderungen in XML vorliegen, wird zur Realisierung der Transformationsskripte eine spezielle Transformationssprache für XML-Dokumente verwendet, die unter dem Namen XSLT (Kay 2000) bekannt ist, wobei XSLT für Extensible Stylesheet Language Transformations steht. Das Prinzip von XSLT ist die verkettete Anwendung von Transformationsregeln, wobei eine solche Regel jeweils die Umwandlung eines kleinen Bereiches innerhalb eines XMLDokumentes beschreibt. 5.5.4 Zusammenfassung und Ausblick Das moderne wissenschaftliche IT-Paradigma ist auf die Integration von verschiedenen isolierten Lösungsmethoden, Verfahren und Prozessen ausgerichtet. Die innerhalb des Sonderforschungsbereiches SFB 467 durchgeführten Arbeiten haben gezeigt, dass die Kooperations-, Kommunikationsund Integrationstechnologien wichtige IT-Werkzeuge sind, um die Wandlungsfähigkeit in aufgabenbezogenen Bereichen eines Unternehmens zu unterstützen.

5.5 Informationstechnologien für den Wandel

183

Ferner müssen diese Technologien im Stande sein, die Wandlungsfähigkeit eines Unternehmens auf agile und skalierbare Weise zu realisieren. Dazu ist die Orchestrierung zwischen Insellösungen nötig. Unter Agilität versteht man die ständige Bereitschaft, Änderungen in der Umwelt zu überwachen und darauf rasch zu reagieren. Die Skalierbarkeit ist eine Voraussetzung dafür, dass die Arbeit unter dem Einfluss von Parametern wie der Art der zu lösenden Probleme sowie der Anzahl und Heterogenität der beteiligten Systeme stabil und leistungsfähig durchgeführt werden kann. Die Bedeutung der Agilität und Skalierbarkeit kann exemplarisch an dem Datenpropagationssystem verdeutlicht werden. Dafür wurde das agentenbasierte Propagationssystem prototypisch modelliert und implementiert. Durch diese „Orchestrierung“ (Kombination von Informations- und Multi-Agenten-Systemen) wurde die automatische Erstellung der Abhängigkeiten aufgrund verhandlungsbasierter Aktivitäten zwischen Agenten erreicht. Der entwickelte Ansatz wird für das sogenannte SchemaMatching zwischen unterschiedlichen Datenstrukturen angewendet. Ein weiteres Beispiel für das Zusammenwirken einer agilen und skalierbaren Turbulenzbehandlung mit den regulären Plänen eines PPS-Systems liefert die agentenbasierte Behandlung von Turbulenzen bereits auf der Fertigungsebene, möglichst ohne Rückfragen an die übergeordnete Ebene zu stellen. Obwohl noch nicht alle Forschungen in diesem Fusionsbereich abgeschlossen sind, zeigen die bereits erzielten Ergebnisse, dass die gestellten Herausforderungen zu meistern sind. Dies trägt wiederum zu dem langfristigen Ziel bei, die Wandelbarkeit und Wandlungsfähigkeit der produzierenden Unternehmen zu steigern.

184

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

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5.5 Informationstechnologien für den Wandel

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186

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit 5.6.1 Einführung 5.6.1.1 Die Ressource Wissen In turbulenten Aufgabenumfeldern sind Unternehmen mit permanenten, nicht vorhersehbaren Veränderungen konfrontiert, zu deren Bewältigung ihnen nur wenig Zeit zur Verfügung steht. In solchen Umfeldern kann Wettbewerbsfähigkeit nur durch schnelle Antworten und Adaptionen sichergestellt werden. Eine derartige Wandlungsfähigkeit manifestiert sich in strategischer Beweglichkeit, struktureller Adaptionsfähigkeit sowie in flexiblen, wandelbaren Ressourcen und vielseitigen Mitarbeitern (Zahn 2003a), basiert aber letztendlich auf Wissen, das kontinuierlich verbessert und aufgabenspezifisch erneuert wird (Zahn 2003b). Aus diesem Grund kommt der Ressource Wissen und deren Management eine immer bedeutendere Funktion im Unternehmen zu. Das Wissensmanagement wird in diesem Kontext mit neuen Herausforderungen konfrontiert, und es bedarf neuer situationsspezifischer Lösungen, um durch die zielgerichtete Nutzung von Wissen die Wandlungsfähigkeit des Unternehmens zu erhöhen (Gairola 2003). Während in eher statischen Umfeldern bzw. Branchen mit geringer Turbulenz tradierte Wissensmanagement-Ansätze einen hinlänglichen Erfolgsbeitrag leisten können, sind diese in turbulenten Umgebungen nicht mehr ausreichend. Ein vertiefter Umgang mit dem Begriff Wissen und dessen Management setzt zunächst eine klare Definition voraus (z. B. Amelingmeyer 2002). So wird im Folgenden Wissen i. S. v. Probst et al. verstanden als „Gesamtheit der Kenntnisse und Fähigkeiten, die Individuen zur Lösung von Problemen einsetzen. Wissen stützt sich auf Daten und Informationen, ist im Gegensatz zu diesen jedoch immer an Personen gebunden“ (Probst et al. 1999). Diese enge Definition unterscheidet sich von der gängigen sehr allgemeinen Verwendung des Wissensbegriffs durch die klare Anforderung der „Personengebundenheit“. Hiermit wird aus Sicht der Autoren eine wichtige Eingrenzung von der Masse vorhandener Informationen im Unternehmen erreicht. Wissensmanagement heißt: „vorhandenes Wissen optimal zu nutzen, weiterzuentwickeln und in neue Produkte, Prozesse und Geschäftsfelder umzusetzen“ (North 2002).

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit

187

Wissensmanagement zur Unterstützung der Wandlungsfähigkeit Ausschließlich durch rein tätigkeitsbezogenes Wissen kann die Unterstützung der Wandlungsfähigkeit nicht im erforderlichen Umfang erfolgen. Dieses tätigkeitsbezogene Wissen, auch Kern- bzw. Komponentenwissen genannt, ist Wissen über die (oft technologischen) Grundzusammenhänge und -wirkungsweisen zur Produktion von Produkten oder Dienstleistungen (vgl. Abb. 5.43). Es stellt die fundamentale Voraussetzung zur flexiblen Ausführung von operativen Tätigkeiten in vorgegebenen Grenzen dar (Henderson u. Clark 1990). Das zur Unterstützung der Wandlungsfähigkeit nötige Integrationswissen geht weit darüber hinaus und besteht aus Wissen zur kreativen Rekombination von spezifischem Kernwissen zur Lösung neuer Aufgaben und zur Replikation solchen Kernwissens. Integrationswissen ist „Gewusst-wie-Wissen“ höherer Ordnung. Es beinhaltet bspw. Wissen über vielfältige Aktivitäten und dazu benötigte Fähigkeiten sowie dessen Einsatz zur Integration in verschiedene Prozesse und Produkte (Helfat u. Raubitscheck 2000). Das folgende Beispiel aus der Montage kann zur Verdeutlichung der Bedeutung von Integrationswissen dienen. Wichtiger Einflussfaktor auf die Endmontage eines Produktes mit Metallgehäuse sei eine spezielle Schweißtechnik (= Kernwissen zu diesem Produkt). Das Wissen, wie diese besondere Schweißtechnik bei anderen Produkten anzuwenden oder unter anderen Bedingungen an weiteren Stellen im Produktionsprozess (z.B. Vormontage) einzusetzen ist, ist das Integrationswissen.

Integrationswissen weiterer Prozess XY

weiteres Produkt XY

Kernwissen

weitere Produktreihe

Basiswissen über (technologische) Zusammenhänge, Funktionsweisen und Prozesse

weiterer Prozessschritt

Integrationswissen ist Wissen zur Integration von Aktivitäten, Fähigkeiten und Ressourcen in einem oder mehren Produktionsprozessen

Abb. 5.43 Kern- und Integrationswissen

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Sieht sich das Unternehmen nun mit einer zeitkritischen, nachfragebedingten Änderung im Produktmix konfrontiert, kann durch den Einsatz derartigen Integrationswissens z.B. eine schnelle Rekombination von Kernwissen eines alten Produkts und dessen Replikation für ein neues Produkt unterstützt werden. Integrationswissen bietet durch seinen Vernetzungscharakter Ansatzpunkte, vorhandenes Kernwissen weiterzuentwickeln und auf verschiedene Anwendungsgebiete zu verteilen. Mit der Rekombination , Replikation sowie Weiterentwicklung und Distribution von Kernwissen leistet Integrationswissen einen substanziell wichtigen Beitrag zur Wandlungsfähigkeit. Es erweist sich mithin als ein fundamentaler Mechanismus der zielbewussten Wandlungsfähigkeit. Seine Anpassung und Erneuerung sind deshalb kardinale Aufgaben für ein Wissensmanagement wandlungsfähiger Produktionsunternehmen. Neben der Unterscheidung in Kern- und Integrationswissen sind weitere Wissensmerkmale für eine bewusste Generierung von Wandlungsfähigkeit relevant. Um ein umfassendes Management der Ressource Wissen zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit erreichen zu können, sind im Stuttgarter Wissensmanagement Modell (SWM) neben den dargestellten Wissenseigenschaften (Kern- und Integrationswissen) weitere Betrachtungsebenen abgebildet (vgl. Abb. 5.44). Anhand dieses Modells können zum einen die unterschiedlichen wandlungsrelevanten Charakteristika von Wissen aufgezeigt werden und zum anderen dient es als strukturierende Grundlage einer Datenbank zum Management von Wissen, genauer: von Informationen.

Wissensexplikationsgrad Wissensobjekte

nicht erreichbares implizites Wissen

Wissensträger

Wissensarten explizierbares implizites Wissen Wissensstellen explizites Wissen Kernwissen

Integrationswissen

Wissenseigenschaften

Abb. 5.44 Dimensionen des Stuttgarter Wissensmanagement-Modells

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit

189

Neben den Wissenseigenschaften ist der Explikationsgrad von Wissen ebenfalls bedeutsam. Er betrifft die differenzierte Betrachtung von explizitem und implizitem Wissen (Polanyi 1985). Explizites Wissen ist methodisch, systematisch und artikuliert oder dokumentiert. Dagegen ist implizites Wissen als persönliches Wissen von Individuen zu verstehen, häufig nicht artikuliert und deshalb nicht kodifiziert. Es ist in erster Linie in den „Köpfen“ der Mitarbeiter gespeichert und meist nicht artikulierbar („nicht erreichbares implizites Wissen“) (North 2002). Zur Nutzung für die Wandlungsfähigkeit sind neben dem strukturierten Vorhalten von explizitem Wissen, bspw. in Form von Dokumentendatenbanken, auch Quellen für implizites Wissen zu lokalisieren. Das Anliegen der Wandlungsfähigkeit, tradierte Pfade zu verlassen und Neues zu schaffen, benötigt zur Initialzündung und als Treibstoff Kenntnisse, die sich im Erfahrungsschatz der Mitarbeiter manifestieren. Zur Lokalisierung dieser verborgenen Schätze muss ein Wissensmanagement zunächst die Träger solchen Wissens erfassen. Über dessen Zuordnung zu bestimmten Aufgaben, die in Prozessen zu lösen sind, werden Kompetenzen bzw. Kernkompetenzen sichtbar („explizierbares implizites Wissen“). Eine dritte Dimension, die ein Wissensmanagement zur Generierung von Wandlungsfähigkeit zu beachten hat, sind die Wissensobjekte. Das sind Wissensträger, Wissensarten und Wissensstellen. Besonderes Augenmerk ist dem Wissensträger zu widmen. Wandlungsprozesse im Unternehmen manifestieren sich gewöhnlich in mehr oder weniger großen Veränderungen bei Produkten oder Produktionsprozessen sowie in Modifikationen oder Innovationen derselben. Aus Kundenperspektive wird Wandlungsfähigkeit im Produkt sichtbar. Es lässt sich als „MetaWissensträger“ verstehen, welches die Kombination des zu seiner Erstellung benötigten Wissens reflektiert. Zu solchen Wissensträgern können bspw. in einer Datenbank Verbindungen zu allen beteiligten materiellen und personellen Wissensträgern hergestellt und somit „auf einen Blick“ nahezu alle wandlungsrelevanten Wissensbestände produktbezogen verfügbar gemacht werden. Die Betrachtungsebene Wissensstellen spezifiziert die Orte bzw. Quellen von explizitem und implizitem Wissen im Unternehmen. Für ein Wissensmanagement zur Unterstützung der Wandlungsfähigkeit ist die zeitnahe Verfügbarkeit von Wissen von hoher Bedeutung. Zu deren Sicherstellung ist die Lokalisierung von vorhandenem Wissen in entsprechenden Wissensstellen (z. B. in Produktion, Forschung & Entwicklung) und der schnelle Zugriff auf diese Wissensstellen erforderlich. Das Wissen, welches ein Unternehmen für die Wandlungsfähigkeit besitzt, lässt sich auch nach seiner Art bzw. seinem Inhalt differenzieren. Da das für die Wandlungsfähigkeit relevante Wissen in seiner Art auch aufgaben- und problembezogen ist, wird die unternehmerische Wissensbasis

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

durch die Betrachtungsebene Wissensarten weiter strukturiert und präzisiert. Als Konsequenz dieser Konkretisierung lassen sich nur auf oberster, abstrakter Ebene verallgemeinerbare Strukturen bilden, die in tieferen Ebenen unternehmens- und bereichsspezifische Ausprägungen annehmen. Die Darstellung der für die Wandlungsfähigkeit bedeutsamen Wissensarten erfolgt im Rahmen der folgenden Ausführungen. Wissensmanagement in der Montage Die Individualisierung der Nachfrage ist heute als der Treiber für die Entwicklung komplexer Produkte mit großer Variantenzahl zu sehen. In der Montage schlägt sich diese Entwicklung in dementsprechend kleinen Serien bis hin zur Losgröße 1 nieder. Umrüst- und Einstellvorgänge bestimmen bereits heute häufig das Tagesgeschehen. Lerneffekte, die sich beispielsweise bei Großserien einspielen und immense Kostenvorteile bringen, werden in turbulenten Umfeldern unterbrochen; Lernen und Vergessen sind an der Tagesordnung (Abb. 5.45). Treten Probleme auf, so werden diese meist durch punktuelle und individuelle Leistungen gelöst, die ohne eine geeignete Wiederverwendungsstrategie für das Unternehmen nur von einmaligem Nutzen sind. Dieselben Lernprozesse müssen deshalb oft an anderer Stelle oder zu einem späteren Zeitpunkt im Unternehmen erneut durchlaufen werden, was sich in höheren Stückkosten, verspäteten Lieferterminen oder minderer Qualität niederschlägt. Ein erfolgreiches Wissensmanagement muss gerade dieser Herausforderung begegnen und die Mitarbeiter bei der Lösung ihrer Probleme und Aufgaben unterstützen. Lernprozesse müssen auf einfache Weise angestoßen und die gesammelten Erfahrungen im Unternehmen gespeichert und wieder verwendet werden (Röhl 2002, Schindler 2001, Probst et al. 1997, Westkämper 1997).

Abb. 5.45 Lernen und Vergessen in der Montage

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit

191

Als ein weiterer Trend zeichnet sich die Schaffung von eigenverantwortlichen, teilautonomen Leistungseinheiten in der Montage ab. Durch die Erweiterung der traditionellen primären Montageaufgaben wird den Werkern zusätzlich vielfältiges Basiswissen abverlangt. Beispielsweise erfordern kleinere Wartungs- und Reparaturaufgaben detailliertes Wissen über die Anlage, über Werkzeuge oder Vorrichtungen, während andere Aufgaben wiederum Wissen über logistische Zusammenhänge wie z.B. interne Kunden-Lieferanten-Beziehungen oder technologische Zusammenhänge adressieren. Viele dieser Zusammenhänge liegen im Unternehmen bereits explizit und formalisiert in Dokumenten wie z.B. Arbeitsanweisungen, Prüfanweisungen etc. vor und können den Mitarbeitern in so genannten Mitarbeiterinformationssystemen online zur Verfügung gestellt werden (Feldmann et al. 2003, Spath u. Gerlach 2003). Neben diesen expliziten Wissensinhalten spielt aber gerade auch das Erfahrungswissen und Know-how der Mitarbeiter für eine wandlungsfähige Montage eine immer größere Rolle: der Mitarbeiter wird zum Problemlöser. Dieses Erfahrungswissen ( i. S. v. Integrationswissen) an der Linie zu fassen und wieder für die Linie verfügbar zu machen, ist die große Gestaltungsaufgabe des Wissensmanagements für die Montage (Sevsay-Tegethoff 2004). 5.6.2 Anwendung des Stuttgarter Wissensmanagement-Modells Auf Grund einer Veränderung des Produktionsprozesses in der Montage entsteht Bedarf an neuem bzw. anderem Wissen. Auslöser solcher Veränderungen können z. B. sein: • Wechsel einer Maschine, auf der ein Produkt gefertigt wird, • Wechsel eines zu fertigenden Produktes, • das Ziel, eine Maschine optimal auszulasten und daher die Maschine in möglichst vielen Fertigungsschritten einzusetzen. Dabei ist die Herausforderung, das bereits vorhandene Wissen, welches für diese Veränderung nötig und bereits an anderer Stelle im Unternehmen, vorhanden ist, schnell und effizient aufzufinden. Der automatisierte, ontologiebasierte Zugriff auf die SWM-Datenbank ermöglicht durch die semantische „Verbreiterung“ der Recherche vielfältige kontextabhängige Lösungsangebote. In Abb. 5.46 werden der Anwendungs- und der Erstellungsprozess vereinfacht dargestellt.

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5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Abb. 5.46 Anwendung der SWM-Datenbank im Überblick

5.6.3 Beschreibung der Instrumente zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit Wie im vorhergehenden Kapitel gezeigt, müssen sowohl der Prozess der Wissensanwendung als auch der Prozess der Wissensbereitstellung instrumentell unterstützt werden. Für den Umgang mit Wissen existiert bereits eine Reihe von Instrumenten, die jedoch vorwiegend für den Einsatz in indirekt produktiven Bereichen konzipiert wurden. Für die Gestaltung des Wissensmanagements in der Montage müssen vor allem die Erfolgsfaktoren differenziert betrachtet werden. In der Regel bedeuten zusätzliche Arbeitsschritte, Anwendung von zusätzlichen Instrumenten und Methoden für den Werker an der Linie einen Mehraufwand, der zuerst einmal der Produktivität entgegenwirkt und sich nicht umgehend in einem Nutzen widerspiegelt. Hier müssen deshalb flankierend motivatorische Konzepte aus dem Personalwesen eingebunden werden; beispielsweise lassen sich Ziele aus den Wissensmanagement-Aktivitäten geeignet in Zielvereinbarungen einbinden (siehe Kapitel 5.4). Darüber hinaus sind Werker in der Linie in der Regel geringer qualifiziert als Mitarbeiter aus den planenden Bereichen, so dass Wissensmanagement-Instrumente an der

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit

193

Linie möglichst einfach und verständlich gestaltet sein müssen. Eine frühe Einbindung dieser Mitarbeiter in den mit der Einführung des Wissensmanagements verbundenen Veränderungsprozess bindet nicht nur das Erfahrungswissen für die konkrete Ausgestaltung der Instrumente ein, sondern hilft auch, Akzeptanz- und Nutzungsbarrieren bei den Mitarbeitern zu überwinden. 5.6.3.1 Instrumente zur Erfassung und Aufbereitung von Erfahrungswissen Wie oben beschrieben, gilt es, das an der Linie entstandene Erfahrungswissen zu sichern und bedarfsorientiert für die Nutzung wieder zur Verfügung zu stellen. Instrumente, die bereits für die Erfassung von „Wissen“, genauer: Informationen im industriellen Umfeld, eingesetzt werden, sind bspw. Fehlermöglichkeits- und -einflussanalysen (FMEAs) oder der 8-DAblauf, deren Erstellung jedoch eher in den planenden Bereichen angesiedelt sind. Charakteristisch für diese Instrumente sind die systematische Problemlösung im Team und die strukturierte Erfassung von Ergebnissen aus deren Anwendung. Problematisch erweist sich aber die in der Regel mangelnde Einbindung der Werker an der Linie; dies gilt sowohl für den Erstellungsprozess als auch insbesondere für den späteren Nutzungsprozess der erzeugten Dokumente bei gleichen oder ähnlichen Problemen. Die Erstellung von FMEA bzw. 8D-Ablauf erfolgt darüber hinaus nur punktuell: die FMEA wird in der Regel präventiv im Planungsstadium eingesetzt, um mögliche Fehler frühzeitig zu erkennen und zu vermeiden, während der 8D-Ablauf ein bewährtes Instrument ist, um Ursachen für aufgetretene Störungen zu eruieren und zu beseitigen. Bei beiden Instrumenten mangelt es somit an der Kontinuität der Anwendung. Ein Instrument, das in vielen Firmen kontinuierlich in den produktiven Bereichen eingesetzt wird, ist der Qualitätszirkel. In Japan stellt der Qualitätszirkel das klassische Instrument der kontinuierlichen Verbesserung (KVP, Kaizen) dar. Charakteristisch ist, dass die Mitarbeiter die zu lösenden Probleme als teilautonomes Team eigenständig auswählen, bearbeiten und lösen. Problemlösung bzw. Lösungsweg werden in der Regel jedoch nicht strukturiert erfasst, was die unternehmensweite Anwendung der gesammelten Erfahrungen erschwert. Neben der rein personellen Verankerung des Wissens müssen aber auch Wissensinhalte, die explizit bzw. mit vertretbarem Aufwand explizierbar sind, formalisiert und wieder auffindbar in IT-Systemen dokumentiert werden. Auf diese Weise kann der möglichen Nichtverfügbarkeit von Wissen aufgrund von Urlaub, Krankheit, Versetzung, Ruhestand oder Kündigung entgegengewirkt werden (Probst et al. 1997, Lehner 2000).

194

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

In der Vergangenheit wurden weitere Instrumente zur systematischen Erfassung von Erfahrungen entwickelt, die aus Sicht der Autoren in Kombination mit den oben dargestellten Instrumenten ein hohes Potential für die Anwendung in der Montage aufweisen. Das Information Mapping – eine Strukturierungs- und Darstellungsmethode – geht auf den Kommunikationswissenschaftler Robert E. Horn (Holzmann 2000) zurück. Methodisch besteht das Information Mapping aus den drei Schritten: Analyse, Strukturierung und Darstellung der Wissensinhalte. Jedes Dokument (Map) setzt sich aus verschiedenen Blocks zusammen, die sich wiederum jeweils einem definierten Informationstyp widmen. Durch die strukturierte Darstellung wird die Lese- und Aufnahmegefälligkeit des zu vermittelnden Inhaltes wesentlich erhöht. Mikroartikel (Willke 2001) lassen sich einsetzen, um eine individuelle Lernerfahrung, Erkenntnis, Idee, Expertise, Überlegung, Reflexion etc. in eine bestimmte Form zu bringen und im Unternehmen zur Diskussion zu stellen. Mit dem Mikroartikel werden insbesondere gemeinsame Erfahrungskontexte gesucht und dargestellt, um das Lesen und Verstehen zu fördern. Eine feste Schablone in Form einer Gliederung des Mikroartikels in (1) Thema und Problemstellung, (2) Hintergrund und Kontext, (3) Erfahrungen und Lernergebnisse sowie (4) Schlussfolgerungen hat sich hierfür als praxistauglich erwiesen. Der Umfang eines Mikroartikels sollte eine DIN A 4 Seite nicht übersteigen. Wissensbausteine (Westkämper et al. 1999) oder De-Briefings (FAZ 2001) dienen zur Dokumentation und zur Sicherung von individuellem Wissen in Unternehmen. In moderierten Workshops bzw. strukturierten Interviews wird das Wissen der Mitarbeiter erfasst und in eine standardisierte und multimedial unterstützte Form gebracht, in der es anderen Mitarbeitern im Intranet zur Verfügung gestellt wird. Um Zugriff und Speicherung der dokumentierten Erfahrungen so intuitiv wie möglich zu gestalten, müssen die Erfahrungen kontextualisiert, d.h. mit Metainformationen angereichert werden. Mit Hilfe der oben diskutierten Strukturen des SWM-Modells und insbesondere der Betrachtungsebene der Wissensarten lassen sich die Wissensinhalte aufgaben- und problembezogen darstellen. Dabei können im Bereich der Montage beispielsweise folgende Wissensarten von Interesse sein, s. a. (Berger et al. 2004) (vgl. Abb. 5.47): • Primärmontage, • Sekundärmontage (Handhabung, Justieren, Kontrollieren, Sonderoperationen wie Rüsten und Einrichten, Anpassen, Nacharbeiten, Verpacken, Kommissionieren, Dokumentieren), • Werkstoffe und Materialien von Rohmaterialien und Halbzeuge,

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit

195

• Fügeverfahren wie z.B. nach DIN 8593-0, • Produkt und sein Verwendungszweck (Qualitätsmerkmale, Funktionalitäten, Kunde, späterer Einsatzort), • Produktionsmittel wie z.B. Anlagen, Vorrichtungen, Werkzeuge, Prüfstände, Wartungszyklen, Betriebs- und Hilfsstoffe, • Innerbetriebliche Zusammenhänge (Logistik, interne Kunden-Lieferanten-Beziehungen).

Abb. 5.47 Beispiel für Erstellungs- und Anwendungsprozess

Im Folgenden wird detailliert gezeigt, wie mittels Ontologien, die auf den oben genannten Wissensstrukturen basieren, die dokumentierten Erfahrungen in einer Informationsbank systematisch abgelegt und wieder gezielt abrufbar gemacht werden können. 5.6.3.2 Semantik und Ontologien Die informationstechnische Unterstützung von Wissensmanagementmaßnahmen umfasst in der Regel die Speicherung und Bereitstellung von Informationen für bestimmte Unternehmensbereiche. Mitarbeiter aus verschiedenen Kontexten mit unterschiedlichem Problemverständnis, Wissensstand und verschiedenem Vokabular produzieren und konsumieren Daten, die in einem einzigen System verwaltet werden. Je größer die fachliche Heterogenität der Nutzer eines Systems ausfällt, desto größer ist das Risiko, dass innerhalb kurzer Zeit die im System hinterlegte Information nicht mehr effizient genutzt werden kann. Da das Verständnis von Information nicht nur vom fachlichen Hintergrund und damit vom Wissens-

196

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

stand, sondern auch von der jeweiligen Aufgabenstellung des Benutzers abhängt, wird sowohl das Eintragen neuer Information als auch das Abrufen existierender Information zur Herausforderung. Dies hat zur Folge, dass Information unsystematisch abgelegt wird und daher nicht mehr wieder gefunden werden kann. Die Wissensmanagementmaßnahme wird somit wirkungslos. Die Problematik der unsystematischen Klassifikation von Information und das daraus resultierende Phänomen vorhandener, aber effektiv nicht abrufbarer Information kann im Wesentlichen darauf zurückgeführt werden, dass in den Köpfen der Benutzer Problembereiche unterschiedlich abgebildet sind. Am offensichtlichsten wird dies am Beispiel von Wortbedeutungen. So wird beispielsweise das Wort „Modul“ bei unterschiedlichen Personen verschiedenartige Assoziationen hervorrufen. Die Abbildung eines Wortes auf Dinge in der realen Welt, also die Bedeutung des Wortes, wird auch Semantik genannt. Wenn verschiedene Personen das Wort „Modul“ mit unterschiedlicher Semantik belegt haben, führt dies dazu, dass je nach Interpretation unterschiedliche Information unter diesem Stichwort abgelegt bzw. gesucht wird. In einem Wissensmanagementsystem muss also verhindert werden, dass Begriffe von verschiedenen Personen mit unterschiedlicher Semantik belegt werden. Dafür können so genannte Ontologien eingesetzt werden. Unter einer Ontologie versteht man eine Menge von Begriffen, die zueinander in Beziehung gesetzt werden. Dabei unterliegt die Verknüpfung der Begriffe einer formalen Semantik. So kann z. B. die Äquivalenz zweier Begriffe definiert werden, die als synonym verstanden werden. Ein einfaches Beispiel für Ontologien sind Taxonomien. In Taxonomien werden Begriffe hierarchisch gemäß der „ist-ein“ Beziehung angeordnet. Eine Ontologie hilft also ein Begriffslexikon zu definieren. Sind alle wichtigen Begriffe eines Problembereichs in einer Ontologie definiert und im Unternehmen allgemein akzeptiert, so können die Informationen eines Wissensmanagementsystems dementsprechend organisiert werden. Dies bedeutet insbesondere, dass Einträge in ein ontologiebasiertes Wissensmanagementsystem semantisch eindeutig vorgenommen werden können. Die Verwendung von Ontologien führt also zu einer systematischen Organisation von Information. Diese systematische Organisation kommt einerseits dem Anwender bei der Abfrage von Information zugute, da sich auf Grund der Ontologie sehr präzise Anfragen an das System formulieren lassen. Andererseits wird durch eine solche Systematisierung die Grundlage für eine maschinelle Auswertung der Information gelegt. Sogenannte Infererenzmaschinen sind in der Lage, aus semantisch formalisierter Information neue Information zu erschließen.

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit

197

Diese Inferenzmaschinen entstammen, wie auch der Ontologieformalismus, dem Bereich der Künstlichen Intelligenz (KI). Hier wird unterschieden zwischen Information, die vom Anwender willentlich im System formalisiert wurde, sog. expliziter Information, und impliziter Information, die vom System automatisch aus der expliziten Information erschlossen werden kann. Diese Bedeutung von expliziter und impliziter Information ist nicht zu verwechseln mit der Unterscheidung zwischen explizitem und implizitem Wissen wie bereits in der Einführung dieses Kapitels erörtert. Zur Beschreibung von Ontologien wurde eine Vielzahl von Ontologiebeschreibungssprachen entwickelt. Dabei handelt es sich um einen Formalismus, in dem Ontologien informationstechnisch formuliert werden können. In der Regel wird durch einen solchen Formalismus ein Netz aus Knoten und Kanten definiert, in dem die Begriffe in den Knoten stehen und die Kanten die Beziehungen zwischen den Begriffen beschreiben. Wie bereits beschrieben haben Ontologien und somit auch die zugehörigen Beschreibungsformalismen ihren Ursprung in der Künstlichen Intelligenz. Während in den 1970er Jahren einfachere semantische Netze zur Beschreibung von komplexen Zusammenhängen benutzt wurden, teilte sich die Entwicklung in den 1980er Jahren in zwei große Bereiche auf. Im Bereich der Frame Based Systems wurde der Fokus auf die Modellierung von Wissen gelegt. Es wurde versucht, das zu modellierende Wissensgebiet möglichst intuitiv zu formalisieren, und somit die Interaktion des Menschen mit dem System zu erleichtern. Beispiele für Frame Based Systems sind beispielsweise Ontolingua, F-Logic, CycL und KIF. Der Bereich der Description-Logics-Systeme hingegen konzentrierte sich auf die maschinelle Verwertbarkeit von Information. Hier steht das Ziel intelligenter Agenten im Vordergrund, die aufgrund eines präzise modellierten Wissensbereichs eigenständig sinnvolle Problemlösungen finden können. Beispiele für Description Logic Systeme sind KL-ONE, LOOM, CLASSIC und SHOQ. <m:benoetigt>

Abb. 5.48 Ein Ausschnitt in OWL

198

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Um im World Wide Web die Semantik von Inhalten von Webseiten eindeutig definierbar zu machen, entwickelte das World Wide Web Consortium (W3C) innerhalb der Semantic Web–Initiative jüngst den Ontologiebeschreibungsformalismus OWL (McGuiness u. van Harmelen 2004). OWL ist eine Kollektion aus drei Sprachen verschiedener Modellierungsmächtigkeiten, wobei eine mächtigere Sprache immer die schwächeren umfasst. OWL ist somit als Synthese aus den Bereichen der Frame Based Systems und der Description Logics zu sehen. Die vorige Abb. 5.48 zeigt anhand eines kleinen OWL-Beispiels, wie notiert werden könnte, dass Prüfen eine Aktivität der Sekundärmontage darstellt und dass zum Prüfen eine Prüfanweisung benötigt wird. 5.6.3.3 Ein Wissensmanagementsystem für die Montage Die Wandlungsfähigkeit der Montage hängt, wie oben beschrieben, davon ab, wie flexibel auf äußere und innere Turbulenzen reagiert werden kann. Dafür werden in der Regel Dokumente benötigt, die Handlungsanweisungen, Best Practices, Produktdatenblätter, Maschinendokumentation, Fehlerkataloge etc. enthalten. Informationstechnische Lösungen zur Verwaltung von Dokumenten werden Dokumentenmanagementsysteme (DMS) genannt. Dabei umfasst der Dokumentbegriff nicht nur Text-, sondern auch Audio- und Videodaten. Im Allgemeinen bestehen Dokumentenmanagementsysteme mindestens aus folgenden Komponenten (Gulbins et al. 2003): • Erfassungswerkzeug. Mit dem Erfassungswerkzeug werden dem System neue Dokumente verfügbar gemacht. Hier wird in einem ersten Schritt dafür gesorgt, dass alle Dokumente elektronisch vorliegen. Papierdokumente werden zu diesem Zweck in der Regel eingescannt. Gemeinsam mit Dokumenten aus Textverarbeitungsprogrammen und Contentmanagementsystemen werden die ehemaligen Papierdokumente dann im System abgelegt. • Attributierwerkzeug. Liegen die zu verwaltenden Dokumente einheitlich in elektronischer Form vor, so müssen in einem weiteren Schritt dokumentenspezifische Metadaten erhoben und gespeichert werden. Mit Metadaten werden datenbeschreibende Daten bezeichnet. Für Dokumente könnten beispielsweise Autor, Titel, Datum, Version und Schlüsselwörter von Interesse sein. Ein weit verbreiteter Standard für Dokumentenmetadaten ist beispielsweise das Dublin Core Metadata Element Set (DCMI 2003). • Recherchewerkzeug. Die Einführung eines Dokumentenmanagementsystems hat in der Regel zum Ziel, das Wiederauffinden von abgespei-

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit

199

cherten Dokumenten zu ermöglichen bzw. zu erleichtern. Mit dem Recherchewerkzeug kann im Dokumentenbestand nach Dokumenten mit bestimmten Merkmalen gesucht werden. Dies beinhaltet sowohl die Suche nach Freitext in Dokumenten (sog. Volltextsuche) als auch die metadatenbasierte Suche (z.B. „finde alle Dokumente die Herr Maier seit letztem Montag abgelegt hat“). Herkömmliche DMS können in der Regel nur unzureichend mit Metadaten und Semantik umgehen, was oftmals zu den bereits beschriebenen Problemen unsystematisch klassifizierter und somit nicht mehr auffindbarer Dokumente führt. Um mit einem DMS das Wissensmanagement im Unternehmen effektiv zu unterstützen, ist es daher von Vorteil, wenn die im DMS abgelegte Information gemäß einer oder mehrerer Ontologien strukturiert wird. Um den Einsatz von Ontologien in dem oben dargestellten Beispiel des Qualitätszirkels zu veranschaulichen, zeigt Abb. 5.49 ein Szenario, in dem ein Mitarbeiter eine Anfrage an die Wissensbasis stellt. Im kontinuierlichen Verbesserungsprozess könnte diese Anfrage eine Suche nach Informationen zu einer Fügetechnologie für Thermoplaste sein. Über die zuvor definierten Ontologien lassen sich Anfrage und Suchraum präzisieren. Um den erwarteten Ergebnisraum einzuschränken können beispielsweise Suchbegriffe, die in der Ontologie als Oberbegriffe abgelegt sind, durch spezifischere Begriffe ersetzt werden (Thermoplast durch Polypropylen PP). Soll der erwartete Ergebnisraum hingegen vergrößert werden, so können ebenfalls Begriffe verallgemeinert oder durch Synonyme ergänzt werden (Thermoplaste durch Kunststoffe, Plastik). Bei einer Suchraumerweiterung würden folglich auch Dokumente gefunden werden, die Fügetechnologien für Duroplaste wie etwa Polyurethan PU inhaltlich behandeln. Anfrageerweiterung

Verzeichnis

Anfrageverfeinerung Web Ontologie

Resultatbewertung

Suchmaschine

Dokumentkatalog

Anwendung

Abb. 5.49 Rechercheszenario in einem ontologiebasierten DMS

DB

200

5 Das Stuttgarter Unternehmensmodell in der Theorie

Das vorliegende Szenario geht davon aus, dass die Dokumente mit Verbindungen zur Ontologie annotiert, d. h. mit Metadaten aus der Ontologie attributiert sind. Setzt ein Benutzer eine Anfrage an das System ab, so kann er, wie beschrieben, Suchraum und Anfrage präzisieren. Die Suchmaschine arbeitet dann auf einem zentralen Dokumentenkatalog, in dem ebenfalls die ontologiebezogenen Annotationen der Dokumente gespeichert sind. Die Dokumente selbst können auf beliebigen, heterogenen Systemen hinterlegt sein, wie z. B. in Netzwerkverzeichnissen, im Intranet, auf Fileservern, etc. Als Resultat der Anfrage erhält der Mitarbeiter eine Liste von Dokumenten, deren Relevanz auf Basis der Ontologie gewichtet sind. 5.6.4 Literatur Amelingmeyer J (2002) Wissensmanagement. Gabler, Wiesbaden, 2. Auflage Berger S, Mangold C, Meyer S (2004) Wissensmanagement für die wandlungsfähige Montage. In: wt Werkstattstechnik online 92 3:80–85 DCMI (2003) The Dublin Core metadata element set, ISO 15836:2003(E), 26.02.2003. http://dublincore.org/documents/dces/ FAZ (2001) Das Wissen des Mitarbeiters zum Wissen des Unternehmens machen. Wissensmanagement-Projekt bei der Degussa AG/ „Debriefing“, Expertennetzwerk, Intranet und „Who’s who“ als Instrumente, Frankfurter Allgemeinen Zeitung (20.08.2001) 192:24 Feldmann K, Gergs H-J, Slama S (2003) Montage strategisch ausrichten - Praxisbeispiele marktorientierter Prozesse und Strukturen, Springer, Berlin Gairola A (2003) Das Unternehmen umbauen. In: Harvard Business Manager 25 10:61–80 Gulbins J, Seyfried M, Strack-Zimmermann H (2002) Dokumentenmanagement. Springer, 3. Auflage Helfat CE, Raubitschek RS (2000) Product Sequencing: Co-Evolution of Knowledge, Capabilities and Products. in: Strategic Management Journal, 21:961– 979 Henderson RM, Clark KB (1990) Architectural Innovation: The Reconfiguration of Existing Product Technologies and the Failure of Established Firms. In: Administrative Science Quarterly 35 March:9–30 Holzmann M (2000) Information Mapping: Vorteile durch effizientes Strukturieren http://www.doculine.com/news/2000/Januar/infomap.htm Lehner F (2000) Organizational Memory. Konzepte und Systeme für das organisatorische Lernen und das Wissensmanagement, Hanser, München, Wien McGuinness DL, van Harmelen F (2004) OWL Web Ontology Language, World Wide Web Consortium (W3C) http://www.w3.org/TR/2004/REC-owlfeatures-20040210/ North K (2002) Wissensorientierte Unternehmensführung. Gabler, Wiesbaden, 3. Auflage, S 3

5.6 Wissen im Kontext der Wandlungsfähigkeit

201

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6.1 Digitale Werkzeuge

203

6 Die digitale Modellfabrik

6.1 Digitale Werkzeuge Unter dem Schlagwort der digitalen Fabrik verbirgt sich eine Vielzahl von Ansichten und Definitionen, die sich im Laufe der Zeit entwickelt haben. Fakt ist, dass sich die Fabrikplanung mit immer größeren Anforderungen konfrontiert sieht, da sie auf turbulente Absatzmärkte und abnehmende Produktlebenszyklen zu reagieren hat. Der Planungsprozess wird immer häufiger auf eine Vielzahl von Experten verteilt, um die wachsenden Anforderungen zu bewältigen. Die Digitale Fabrik bietet die Chance, einen ganzheitlichen Planungsprozess zu gestalten.

Abb. 6.1 Bausteine der digitalen Fabrik

204

6 Die digitale Modellfabrik

Die digitale Fabrik integriert digitale Planungswerkzeuge sowie Planungsprozesse und Planungsbeteiligte auf einer Integrationsplattform mit einem gemeinsamen Datenkern (Abb. 6.1). Sie zielt darauf ab, Planungsergebnisse transparent und intuitiv darzustellen. Darüber hinaus schafft sie die Möglichkeit, in weltweit vernetzten Planungsabteilungen zu arbeiten, um so Teilergebnisse und auch Entscheidungen auszutauschen und in den Gesamtplanungsprozess einzubinden. Doch was verbirgt sich im Einzelnen dahinter? Digitale Planungswerkzeuge sind heutzutage kommerziell erhältlich. Es gibt sie in einer Vielzahl von Ausprägungen und angepasst auf bestimmte Planungssituationen. Zumeist werden diese zum Teil als Einzelwerkzeuge konzipierten Lösungen nun als Gesamtlösung angeboten. Die Integration der Werkzeuge erfolgt über einen zentralen Datenkern, der von jedem Einzelwerkzeug mit dort abgelegten, bzw. ermittelten Daten angereichert wird. Synergieeffekte zwischen den Werkzeugen lassen sich durch die Mehrfachnutzung dieser Daten erzielen. Dabei kommt besonders den Prozessen, den Ressourcen und auch schließlich den Produkten eine zentrale Bedeutung im digitalen Planungsprozess zu. Allerdings ist die Anforderung der einzelnen Werkzeuge unterschiedlich, was den Detailgehalt von Informationen betrifft. So kann man sich zum Beispiel vorstellen, dass eine Materialflusssimulation nicht nur die reinen Prozesszeiten für einen bestimmten Bearbeitungsprozess benötigt, sondern dass dort auch Informationen wie Verfügbarkeiten der Ressourcen von Interesse sind. Aber um bei diesem Beispiel zu bleiben, kann man auch aus einer Materialflusssimulation gestalterische Parameter, wie z.B. die Dimensionierung von Puffern, zurückgewinnen. Diese derart gewonnenen Informationen werden dann in den zentralen Datenkern zurückgespielt und für andere Planungswerkzeuge verfügbar gemacht. Somit ist auch offensichtlich, dass der Datenhaltung und dem Datenmanagement eine sehr zentrale Rolle zukommt. Bei der abgebildeten Modellfabrik wurden Werkzeuge der Fa. Delmia eingesetzt. Die Datenhaltung, wird hier vom sog. PPR-Hub übernommen, der als integrierte Prozessdatenbank fungiert (Abb. 6.2). Aufgrund einer Vielzahl von potentiellen Benutzern, die in einem Planungsprojekt beteiligt sein können, ist die Vergabe von Benutzer-, bzw. Zugriffsrechten über den Delmia Prozess-Engineer, der als Hauptwerkzeug zum Zugriff auf die Datenbank benutzt wird, geregelt. Diese Datenbasis dient auch als Grundlage für die in der Modellfabrik vorgestellten Methoden und Lösungsansätze.

6.2 Wie ist das Unternehmen auf die Turbulenz vorbereitet?

205

Abb. 6.2 Delmia PPR-Hub

6.2 Wie ist das Unternehmen auf die Turbulenz vorbereitet? Die Wandlungsfähigkeit eines Unternehmens stützt sich auf unterschiedlichste, verzahnte Mechanismen, die sich von der Ebene der Führung bis in technische Systeme erstrecken. Im Kapitel „Theoretische Grundlagen“ wurden die Ansätze des Stuttgarter Unternehmensmodells (SUM) allgemeingültig erläutert. Ein beispielhafter, realitätsnaher Anwendungsfall soll dem interessierten Leser die praktische Nutzung und das Zusammenspiel der Ansätze und Methoden näher erläutern. Das Beispielszenario beschreibt ein fiktives Unternehmen, das Industriepumpen in unterschiedlichen Varianten herstellt und dessen Markt sich in kurzer Zeit stark verändert. Ausgehend von diesem äußeren Anstoß reagiert das Unternehmen mit den Methoden und Ansätzen des SUM. Dargestellt wird somit ein Unternehmen, das viele Ansätze zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit bereits implementiert hat, erfolgreich anwendet und permanent verbessert. Angefangen bei wandelbaren Bearbeitungsmaschinen, die in kürzester Zeit an die veränderten Randbedingungen angepasst werden, bis hin zur Unternehmensführung, welche mittels geeigneter Konzepte und Methoden, z.B. über schnelle Entscheidungsprozesse, den Wandel treibt, werden alle Themen aus dem Kapitel „Theoretische Grundlagen“ aufgegriffen und auf das Beispiel übertragen.

206

6 Die digitale Modellfabrik

6.2.1 Das Unternehmen – Schwäbische Pumpen-Werke (SPW) Das Beispielunternehmen namens „Schwäbische Pumpen-Werke“ (SPW) produziert Pumpen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche, unter anderem zur Bewegung von Brackwasser, Brauchwasser, Meerwasser, Sole und Öl. Die Anzahl der Beschäftigten in der Produktion beträgt 750, insgesamt beschäftigt SPW 1000 Mitarbeiter. Der Jahresumsatz beläuft sich auf ca. 250 Mio. Euro. Ein großer Teil dieses Umsatzes (ca. 65%) entfällt auf ca. 30 Standardprodukte aus drei Produktfamilien. Die restlichen 35% verteilen sich auf ca. 500 selten produzierte Exoten oder kundenindividuelle Anpassungen. In den Stammdaten des Unternehmens finden sich insgesamt ca. 6.000 Artikel, von denen SPW rund 45% selbst produziert. SPW wickelt pro Jahr ca. 30.000 Aufträge ab und verkauft rund 100.000 Pumpen. SPW garantiert seinen Kunden eine Lieferfrist von zwei Werktagen für Standardkleinpumpen und bis zu 60 Werktagen für kundenspezifische Großpumpen. SPW erreicht eine Liefertermintreue von 95% gegenüber einer deutlich niedrigeren branchenüblichen Liefertermintreue. 6.2.2 Produktstruktur SPW baut Klein- und Großpumpen. Die Einteilung basiert im Wesentlichen auf der Handhabbarkeit durch den Menschen. Pumpen bis zu einem Gewicht von 15 Kg werden dem Produktsegment „Kleinpumpen“ zugeordnet. Großpumpen haben Dimensionen bis zu 1,20 m x 80 cm x 80 cm und ein Gewicht bis zu 1100 Kg. Eine montierte SPW-Pumpe ist in Abb. 6.3 dargestellt. Zu erkennen sind der zugekaufte Antriebsmotor, die Bodenplatte, Zu- und Abgangsflansch sowie der Grundkörper der Pumpe, in dem das Pumpenrad umläuft. Grundkörper

Antriebsmotor

Grundplatte

Abb. 6.3 Eine fertig montierte und lackierte SPW-Pumpe

6.2 Wie ist das Unternehmen auf die Turbulenz vorbereitet?

207

Abb. 6.4 Aufbau einer Standardpumpe

Die Pumpen werden je nach Größe und Gewicht vor Auslieferung in unterschiedlichen, teilweise kundenspezifischen Transportbehältern verpackt. Der Aufbau eines Produktes von SPW ist in Abb. 6.4, Abb. 6.5 und Abb. 6.6 dargestellt. Die Pumpe besteht im Wesentlichen aus einer Grundplatte, der Kupplung, dem Motor und dem Modul „Pumpe“. Je nach Ausführung unterscheiden sich die Pumpen in Größe, Material und Anbauteilen. Die Grundstruktur ist über das Sortiment hinweg nahezu identisch. SFB-Norm Pumpe 4 Var: [N,B,C,L]

[0,1]

1 x

Aufmontage Antriebsgruppe GKM

Pumpe 4 Var: [N,B,C,L]

1 1

1

Grundplatte (montiert)

Kupplung

Pumpenkörper

2 Varianten: [NC, B], nicht für L

1 Variante [NBC]

4 Var: [N,B,C,L]

1

1

Druckdeckel

Grundplatte . 2 Varianten [NC, B]

Montageebene Fertigungsebene Beschaffungsebene Bevorratungsebene Anzahl eing. Teile

1 Var [NBCL]

4

1

1

1

1

1 Grundplatte

Stellschrauben

Motor

Druckdeckel

Stützfuss

Wellenhülse

Gleitringabdicht.

1 Variante [NBC]

2 Var.: [NC,B]

3 Var.: [N,B,C]

1 Var [NBCL]

1 Var [NBCL]

1 Var [NBCL]

. 1 Var [NBCL]

Abb. 6.5 Schematischer Aufbau einer typischen SPW-Pumpe

208

6 Die digitale Modellfabrik Montageebene Fertigungsebene Beschaffungsebene Bevorratungsebene Anzahl eing. Teile

x

Pumpenkörper 4 Var: [N,B, L, C]

[0:3]

1 [0:3]

Spiralgehäuse (Baugruppe)

Laufrad

Lagerträger

3 Var: [NB, L, C]

4 Var: [N,B, L, C]

2 Var: [NBL,C]

[0:1]

1 [0:1]

1

[0:1]

2

[0:1]

Laufrad (gefertigt)

Lagerträger (gefertigt)

Lagerdeckel

Welle

2 Var: [NB, L]

3 Var: 3 Var:L, C] [NB, [NB, L, C]

3 Var.: [N,B,l]

2 Var: [NBL,C]

1 Var: [NBCL]

1 Var: [NBL]

1 1

2

Spiralgehäuse (gefertigt

Spiralgehäuse (Rohguß)

Verschlussschraube

1 Var: [ C]

2 Var: [NB, L]

2 Var: [NB, L]

1

[0:1]

Spaltring Spaltring

1

1

[0:1]

Spiralgehäuse (gefertigt)

1

SpaltringSpaltringabguß abguß 3 Var: 3 Var:L, C] [NB, [NB, L, C]

1

1

[0:1]

2

1

Laufrad

Laufrad

Lagerträger (Roh)

Lagerdeckel (Roh)

Welle (Roh)

Welle (Roh)

Kugellager

3 Var.: [N,B,l]

1 Var: [C]

2 Var: [NBL,C]

1 Var: [NBCL]

1 Var: [NBL]

1 Var: [C]

1 Var: [NBCL]

Abb. 6.6 Aufbau des Pumpenkörpers

6.2.3 Produktionsstruktur Die Ablaufstruktur der Produktion – der Prozessablauf, einzelne Bearbeitungsschritte und Bevorratungsebenen – ist schematisch in Abb. 6.7 dargestellt. Die Teilefertigung ist nach dem Werkstattprinzip realisiert und teilweise nach Produktfamilien segmentiert.

Fräsen

Drehen

Bohren Lagerträger gef.

Gußteil Lagerträger

Fräsen

Laufrad gef.

Laufrad mon.

Montage Kupplung

Montage

Gußteil Gehäuse

Montage Gehäuse

Pressen Gehäuse gef.

Verbindungsstück, Verkleidung

Kupplungsschutz

Kupplung

Gehäuse mon. Bohren

Stützfuss, Wellenhülse, Gleitringabdichtung

Pumpe

Klauenteil, Paketteil

Spaltring

Fräsen

Montage Pumpe Motor mon.

Montage Laufrad

Wuchten Bohren

Gußteil Laufräder

Motor gef.

Pumpenkörper

Wellen

Nuten

Druckdeckel gef.

Montage Motor

Schleifen

Stangenmaterial Drehen

Druckdeckel

Lagerträger mon.

Lagerdeckel, Kugellager Drehen

Vormontage Druckdeckel

Pressen

Gußteil Druckdeckel

Montage Lagerträger

Grundplatte roh

Abb. 6.7 Prozessstruktur der Pumpenherstellung

Schweißen Grundplatte gef.

Montage Grundplatte mon.

6.2 Wie ist das Unternehmen auf die Turbulenz vorbereitet?

209

Abb. 6.8 Layout

Ausnahmen bilden teure Engpassmaschinen, die von mehreren Segmenten genutzt werden. Die Montagen sind nach Produktfamilien segmentiert (vgl. Abb. 6.8). 6.2.4 Vorhandene Informationssysteme Die Informationssysteme in einem Unternehmen liefern einen entscheidenden Beitrag zur Realisierung der Wandlungsfähigkeit. In Abhängigkeit von den Aufgaben existiert in einem Unternehmen eine Vielzahl von solchen Systemen, so auch in den Schwäbischen Pumpen-Werken (SPW). Die in SPW eingesetzten Systeme, getrennt nach der operativen und taktischen Ebene, werden in diesem Abschnitt aufgelistet. Aufgaben im operativen Bereich werden durch folgende Systeme unterstützt: Das ERP-System steht im Mittelpunkt der operativen Systeme. ERP steht dabei für Enterprise Resource Planning. Die Aufgabe eines ERPSystems ist die Verwaltung und Planung von Unternehmensressourcen, wie zum Beispiel Material, Personal, Maschinen oder Kapital. Ein ERP-System setzt sich aus mehren Komponenten zusammen, die spezielle Unternehmensaufgaben unterstützen, wie zum Beispiel die Produktionsplanung oder das Human-Resource-System. Das Vertriebssystem unterstützt die Annahme und Verwaltung von Aufträgen und getätigten Verkäufen von Pumpen. Weiterhin ermittelt das System in regelmäßigen Abständen Verkaufszahlen und Verkaufsprognosen. Das System ist eine Eigenentwicklung und wurde schon lange vor der Einführung des ERP-Systems in Betrieb genommen. Dieses System ist speziell auf den Anforderungen des Unternehmens SPW ausgelegt.

210

6 Die digitale Modellfabrik

Das MES (Manufacturing Execution System) übernimmt im Bereich der Produktion die Aufgabe der Ressourcenzuordnung, der Material- und Fertigungshilfsmitteldisposition sowie der Terminüberwachung für die vom ERP-System eingeplanten Aufträge. Eine zentrale Aufgabe des MES stellt die Produktionsregelung dar, durch die Durchsatz und Bestände der Leistungseinheiten sowie die Terminabweichungen der Aufträge in der Produktion geregelt werden. ProMAS (multi-agenten-basiertes Produktionssystem). Ist ein MultiAgenten-System (MAS) zur schnellen Reaktion auf Turbulenzen und zur kurzfristigen Belegungsplanung. ProMas ermöglicht eine dynamische und reibungslose Umplanung der Zuordnung von Auftrag und Ressource. Das Betriebsdatenerfassungssystem (BDE-System) erfasst alle möglichen Daten die während der Produktion anfallen, dazu gehören Auftragsdaten (aktueller Ausführungsstand), Maschinenbelegung usw. Das Wissensmanagementsystem unterstützt die Werker und Meister in der Montage bei der selbständigen Lösung der alltäglich auftretenden Probleme sowie bei der Einweisung neuer Mitarbeiter. Im taktischen Bereich gibt es folgende Systeme, die den Planer bei seinen Aufgaben unterstützen: Das Digitale-Fabrik-System steht im Mittelpunkt für die taktische Fabrikplanung. Diese verfügt über eine zentrale Datenbank in dem die Planungsdaten in Projekten abgelegt sind, in denen Produkte, Prozesse und Ressourcen verwaltet und geplant werden. Eine Vielzahl von Anwendung (z.B. Simulationswerkzeuge), die den Planer bei seiner Arbeit unterstützen, runden die Lösung für die Digitale Fabrik ab. Der Logistik-Prüfstand (LOP) unterstützt die szenarienhafte Analyse und Bewertung von dynamischen Wechselwirkungen zwischen Marktverhalten, Planung, Steuerung, den Produktionskapazitäten und der daraus resultierenden logistischen Leistungsfähigkeit eines Produktionssystems. Er hilft somit die Ablaufstrukturen in Beschaffungs-, Produktions- und Distributionslogistik optimal zu gestalten. Der Fabrikplanungstisch (FP) ist eine partizipative Planungsumgebung, in der interaktiv das Fabriklayout geplant wird. Betriebsmittel können in der virtuellen Planungsumgebung verschoben werden und das Layout wird dabei in 2D und 3D visualisiert. Die einfache Bedienung ermöglicht die aktive Einbindung aller Planungsbeteiligten. Das System zur Grobplanung der Produktionsstruktur (GPPS), unterstützt den Planer in seiner Arbeit, in dem es auf Basis der Planungsdaten erste Vorschläge zur Neustrukturierung der Produktion generiert. Das System legt nur die Gruppierung der Ressourcen fest, die exakte räumliche

6.2 Wie ist das Unternehmen auf die Turbulenz vorbereitet?

211

Anordnung muss dann z.B. mit dem Fabrikplanungstisch erarbeitet werden. Durch die Wahl geeigneter Vorgaben kann der Planer die generierten Vorschläge beeinflussen. Das Datenpropagationssystem wird bereichsübergreifend eingesetzt, denn es integriert die oben beschriebenen Insellösungen. Das Prinzip dieser Integration liegt in der Weiterleitung von Änderungen der jeweiligen Daten. 6.2.5 Unternehmensführung und Controlling Die verschiedenen Führungsebenen der SPW sind bereits so ausgerichtet, dass diverse Instrumente eingesetzt werden können, die eine schnelle und flexible Reaktion auf veränderte Marktbedingungen ermöglichen. Dies schlägt sich insbesondere in einer Dynamisierung der Unternehmensstrategie sowie einer schnellen Zieladaption und -kommunikation nieder. Das Controlling unterstützt als Komponente der Führung sozialer Systeme diese bei ihrer Lenkungsaufgabe. Die Organisation des Controllings umfasst dabei alle Struktur- und Prozessaspekte. Die ControllingAbteilung der SPW besteht aus 15 Mitarbeitern. Die Aufgaben des Controllings bei SPW umfassen neben der Kosten- und Erlösrechnung, den Investitionsrechnungen sowie der Unterstützung der Führung innerhalb der Budgetierungsprozesse auch Aufgaben im Rahmen der Risikofrüherkennung. Die Ausgestaltung und Umsetzung des Performance MeasurementSystems bei SPW obliegt ebenfalls dem Controlling und stellt eine wesentliche Aufgabe innerhalb der strategischen Unternehmenssteuerung dar. 6.2.6 Personal Von den insgesamt 1000 Mitarbeitern bei SPW arbeiten 750 Mitarbeiter in der Produktion und Montage. In beiden Bereichen ist selbstregulierte Gruppenarbeit eingeführt, die Gruppengröße beträgt pro Gruppe 10 bis 15 Mitarbeiter. Neben den jeweiligen Meistern verfügt jede Gruppe über einen Gruppensprecher. Die Gruppen arbeiten mit Zielvereinbarungen, die sich auf Leistungskennzahlen, wie z.B. auf Durchlaufzeiten beziehen. Die Zielfestlegung erfolgt partizipativ, d.h. die Ziele werden gemeinsam mit den Mitarbeitern festgelegt, wodurch sowohl die Bedürfnisse des Unternehmens als auch die der Mitarbeiter berücksichtigt werden. Darüber hinaus wird den Mitarbeitern die Möglichkeit geboten, ihre Kompetenzen im Rahmen der Selbstregulierung in dem Sinne weiter zu entwickeln, dass sie nicht nur das Potential haben, auf Veränderungen adäquat zu reagieren, sondern auch

212

6 Die digitale Modellfabrik

ausreichende Kompetenzen, um Veränderungen im Vorfeld zu erkennen und entsprechende Vorbereitungen zu treffen. Neben diesen Arbeitsgestaltungsmaßnahmen werden, um die Effizienz und Nachhaltigkeit von Veränderungsprojekten zu unterstützen, die Interessen von Mitarbeitern und Führungskräften im Rahmen solcher Veränderungsprozesse explizit berücksichtigt. Zu den Routinemaßnahmen im Vorfeld von Veränderungen gehört deshalb die Identifikation und Bearbeitung von potentiellen Interessenkonflikten, die durch das Projekt ausgelöst werden. Im Rahmen der systematischen Entwicklung eines Win-Win-Designs werden Maßnahmen umgesetzt, die für alle Beteiligten eine akzeptable Lösung ermöglichen. Dadurch wird die Unterstützung der Humanressourcen für das Veränderungsprojekt maximiert und seine Erfolgswahrscheinlichkeit wesentlich gesteigert. 6.2.7 Markt Die Nachfrage nach bestimmten Typen schwankt seit Jahren stark. Einbrüche im Auftragseingang und der ebenso rasante Anstieg des Auftragsvolumens in der Phase des wirtschaftlichen Wachstums konnte das Unternehmen in der Vergangenheit durch Zeitflexibilität in der Belegschaft und durch zeitweilige Fremdvergaben lösen. Der Auftragsmix, d.h. das mengenmäßige Verhältnis zwischen verschiedenen Produktfamilien, war in der Vergangenheit nur geringen Schwankungen unterworfen. 6.2.8 Auftretende Turbulenz Anfänglich ohne erkennbaren Trend und innerhalb kürzester Zeit war der Auftragseingang für die Produktfamilie der Klein- und Kleinstpumpen, die einen Umsatzanteil von ca. 35% ausmachen, um etwa 70% geschrumpft. Schwache Signale wurden bereits durch Ankündigungen auf Fachmessen aufgenommen. Allerdings erwartete SPW eine – wenn überhaupt – allmähliche Verschiebung der Marktanteile. In der retrospektiven Betrachtung konnten die Gründe für die enorme Geschwindigkeit der Veränderung ermittelt werden: die Vorstellung einer neuen Membranpumpentechnologie auf der Branchenmesse hatte in Verbindung mit einer massiven Preisoffensive konkurrierender Hersteller zu einer unerwarteten, ruckartigen Verschiebung der Marktanteile von Schaufelrad- zu Membrantechnologie geführt. Bis dato erreichten die Membranpumpen bezüglich Pumphöhe, Fördermenge und Medienresistenz deutlich geringere Leistungen. Zur gleichen

6.3 Kurzfristige Reaktionen auf die Turbulenzen

213

Zeit konnten die verstärkte Nachfrage auf dem europäischen Binnenmarkt und mehrere Abschlüsse für Großprojekte in China (große Anzahl von Großpumpen für Kraftwerke) den Verlust der Marktanteile im Kleinpumpensegment mehr als kompensieren. 6.2.9 Wandlungsnotwendigkeit Ausgehend von der beschriebenen Produktmixverschiebung bei gleichzeitiger schwacher Steigerung des Marktbedarfes stellt sich die Frage, mit welchen Maßnahmen die „Schwäbische Pumpen-Werke“ reagieren können und wie diese Maßnahmen wirken. Wie der notwendige Wandel mit den Methoden des Stuttgarter Unternehmensmodells schnell, zielführend und wirtschaftlich realisiert wird, zeigen die folgenden Ausführungen.

6.3 Kurzfristige Reaktionen auf die Turbulenzen 6.3.1 Reaktion der Produktionsplanung

Umsatz

Aus der unvermittelten Produktmixverschiebung resultiert aus Sicht der fähigkeitsbasierten Grobplanung kein Handlungsbedarf. Dies wird in der Abb. 6.9 exemplarisch an den Ressourcen R1, R2 und R3 aufgezeigt. Großpumpensegment

Prognose

Kleinpumpensegment

Auslastung

100%

R1 R3

R2

T1

Einbruch

T2

heute

Zeit

Abb. 6.9 Umsatzentwicklung und die daraus resultierende Auslastung

214

6 Die digitale Modellfabrik

R1 ist eine dreiachsige Fräsmaschine mit großem Arbeitsraum, sie wurde bis jetzt fast ausschließlich im Großpumpensegment eingesetzt. R2 ist eine teure, aber flexibel einsetzbare Fräsmaschine mit fünf Achsen, hoher Bearbeitungsgenauigkeit und mittlerem Arbeitsraum und ist damit sowohl für Arbeitsgänge im Kleinpumpensegment als auch im Großpumpensegment geeignet. R3 wurde aufgrund eines geringen Arbeitsraums in der Vergangenheit nur für Arbeitsinhalte aus dem Kleinpumpensegment eingesetzt. Aus der Produktmixverschiebung resultiert eine Verringerung der Arbeitsinhalte des Kleinpumpensegments und ein Anwachsen im Großpumpensegment. Dies spiegelt sich im Füllgrad der Fähigkeitsleisten wider: Fähigkeitsleisten, welche die Fähigkeit „großer Arbeitsraum“ erfüllen, werden stärker nachgefragt, Fähigkeitsleisten mit geringerem Arbeitsraum sind weniger gefüllt. Anhand dieser Fähigkeitsleisten werden nun die Fertigungsaufträge kapazitiv geprüft terminiert (Abb. 6.10 a). Die Maschinenbelegung erfolgt erst kurzfristig im Shopfloor entsprechend der aktuellen Randbedingungen. Durch dieses Zusammenspiel von fähigkeitsbasierter Grobplanung und Fertigungsregelung werden alle Freiheitsgrade der Produktion ausgenutzt und Arbeitsinhalte optimal auf die Ressourcen R1, R2 und R3 verteilt.

Charakteristik

Ressourcen R1

R2

R3

Achsenanzahl

3

5

3

Genauigkeit

0 .. 9 fein

3

9

8

Arbeitsraum

0 .. 9 groß

9

4

2

a) Belegung fähigkeitsbezogen, vor Einbruch der Kleinpumpen (zum Zeitpunkt T1) b) Belegung fähigkeitsbezogen, nach Einbruch der Kleinpumpen (zum Zeitpunkt T2)

100% 100%

100% 55%

c) Arbeitsinhaltszuordnung klassisch: Handlungsbedarf zur Anpassung der Arbeitspläne (zu Zeitpunkt T2) Arbeitsinhalt Großpumpen Arbeitsinhalt Kleinpumpen

Kapazitätstopf (Inhalt entspricht Kapazitätsangebot der Ressource)

Abbildung: Vergleich Arbeitsinhaltszuordnung: klassisch/fähigkeitsbezogen

Abb. 6.10 Vergleich der Arbeitsinhaltszuordnung

6.3 Kurzfristige Reaktionen auf die Turbulenzen

215

Zum Zeitpunkt T2 (nach der Produktmixverschiebung) werden so Arbeitsinhalte aus dem Großpumpensegment auf R1, R2 als auch auf R3 gefertigt (Abb. 6.10 b.). Die heute sehr weit verbreitete, feste Zuordnung von Arbeitsgängen zu Ressourcen hätte zu einer planerischen Überlast von R1 und R2 als auch zu einer Unterlast von R3 mit den entsprechenden Handlungsnotwendigkeiten geführt (Abb. 6.10 c) 6.3.2 Ausregelung der Überlastsituation Die neuen Kapazitätsplanzahlen aus der Produktionsplanung werden von der Produktionsregelung als Bedarfsprognose für die einzelnen Leistungseinheiten übernommen. Der turbulente Absatzmarkt wirkt auch direkt auf die Pumpenproduktion ein: bereits freigegebene Fertigungsaufträge werden teilweise noch in der Fertigung storniert, Sollterminverschiebungen bei den Fertigungsaufträgen treten häufig auf. Aber auch eine Vielzahl kurzfristiger Lastwechsel, Störungen, Ausfälle und Planungsunschärfen müssen durch die Produktionsregelung ausgeglichen werden. Durch Abstimmung der LE-Regler untereinander werden die aktuellen Prioritäten der vorliegenden Produktionsaufträge laufend verglichen. Als Ergebnis werden den Werkern vor Ort die nächsten zur Bearbeitung geeigneten Aufträge angezeigt. Die Werker übernehmen in der Regel die vorgeschlagenen Produktionsaufträge, weichen im Einzelfall aber auch auf andere Aufträge aus, wenn praktische Gründe es erfordern. Die zurückgestellten Aufträge werden in diesen Fällen automatisch bei den nachfolgenden Bearbeitungsschritten höher priorisiert und vorgezogen. Ebenfalls werden den Werkern für ihre Leistungseinheit die voraussichtlichen lokalen Kapazitätsbedarfe der nächsten Tage und Wochen angezeigt. Während die kurzfristigen Kapazitätsbedarfe auf Basis der lokal vorliegenden und der an den Vorgänger-Leistungseinheiten freigegebenen Aufträge mit hoher Genauigkeit aufgezeigt werden, werden die Kapazitätsbedarfe der folgenden Wochen unter Berücksichtigung der groben Bedarfsprognosen aus der Produktionsplanung ermittelt. Mitarbeiter vor Ort legen nun fest, in welchem Maße und durch welche Maßnahmen sie die vorgeschlagenen Kapazitätsanpassungen erreichen wollen, beispielsweise über Gleitzeitregelungen, Austauschen von Mitarbeitern mit anderen Leistungseinheiten und Anpassung der Schichtzahl. Als Reaktion auf die Veränderungen bei den Produktionsaufträgen zeigen die lokalen Regler die zusätzlichen Kapazitätsbedarfe der nächsten Tage und Wochen im Großpumpensegment auf, ferner die sich abzeichnenden Unterlasten insbesondere in Fertigung und Endmontage des Kleinpumpensegments. Daher werden Mitarbeiter aus dem Kleinpumpenseg-

216

6 Die digitale Modellfabrik

ment in das Großpumpensegment übernommen und Zusatzschichten vorbereitet. Solange diese Maßnahmen zur Kapazitätssteigerung an den neuen Engpass-Leistungseinheiten noch nicht wirksam sind, veranlasst das Regler-Netzwerk automatisch, dass die für die Engpässe bestimmten Aufträge an den Vorgängern zurückgestellt werden. Zusätzlich werden die folgenden Aufträge soweit möglich durch die Bestandsregler auf andere Leistungseinheiten mit geringerer Kapazitätsabweichung umgeleitet. Durch diese abgestimmten Maßnahmen wird der Aufbau überhöhter Produktionsbestände und die Erhöhung der Durchlaufzeiten an den Leistungseinheiten des Großpumpensegments vermieden.

Abb. 6.11 Reaktion der lokalen Produktionsregelung in der Fräserei GP

6.3 Kurzfristige Reaktionen auf die Turbulenzen

217

In Abb. 6.11 wird die Reaktion der lokalen Produktionsregelung in der Fräserei Großpumpen GP dargestellt. Die Zunahme der in der Fräserei unregelmäßig eingehenden Aufträge (Bild oben) führt über die kontinuierliche Anpassung von Kapazitäten (Bild Mitte) und der Auftragsfreigaben zur Stabilisierung der lokalen Bestände (Bild unten). Parallel dazu wird die Terminsituation und die Termintreue kontinuierlich von der Produktionsregelung überwacht. 6.3.3 Dynamische Arbeitsplanung Die Aufgabe der Belegungsplanung innerhalb des flexiblen Fertigungssystems der Firma SPW (FFS-SPW) wird durch die agentenbasierte dynamische Arbeitsplanung bewältigt. Es stehen zwei Aufgaben im Mittelpunkt. • Festlegung, auf welcher Kapazitätseinheit zu fertigen ist • Umplanung bei Störungen Das Fertigungssystem besteht aus zwei Dreh-Fräszentren mit identischen Fähigkeiten und zwei rekonfigurierbaren Maschinen (RKM 1, RKM 2). Haupt- und Gegenspindel werden in den Dreh-Fräszentren mit stufenlos programmierbaren Drehstrommotoren angetrieben. Die Werkzeugträger fassen bis zu 20 Werkzeuge, von denen zehn angetrieben werden. Beide Dreh-Fräszentren bieten somit eine hohe Anzahl verschiedener mechanisch trennender Fertigungsverfahren an. Bei einem Spannfutterdurchmesser von 200 mm und einem Arbeitsraum von 1500 x 1000 x 750 mm sind sowohl Teile der Großpumpen wie auch der Kleinpumpen fertigbar. RKM 1 und RKM 2 sind im aktuellen Zustand für die Produktion der Kleinpumpen konfiguriert. Insbesondere die Achsenlänge und der Bearbeitungsraum schränken deren Nutzung für Teile der Großpumpen ein. Prinzipiell besitzt RKM 1 (Abb. 6.12) die Fähigkeiten, Dreh- und Fräsprozesse durchzuführen, das heißt es ist eine wandlungsfähige Maschine. RKM 2 ist im aktuellen Zustand ein Drehzentrum. Für jede Maschine existiert ein maschinenspezifisches Ressourcenmodell, in dem hinterlegt ist, welche Produktionsschritte (Working-steps) fertigbar sind. Die kurzfristige Nachfrageverschiebung von Kleinpumpen zu Großpumpen führt zu einer geänderten Belastungssituation innerhalb der Fertigung. Bisher wurde das FFS schon in beiden Produktionssegmenten genutzt, um Nachfrageschwankungen auszugleichen. Das FFS steht somit im Fokus, um den gestiegenen Kapazitätsbedarf des Segmentes Großpumpe zu decken.

218

6 Die digitale Modellfabrik

Abb. 6.12 Rekonfigurierbare Maschine RKM 1

Dies hat zur Folge, dass der Auftragsbestand vor dem FFS steigt. Zusätzlich besteht der Bedarf, dass auch bisher nicht innerhalb des FFS gefertigte Bearbeitungsaufgaben von diesem übernommen werden. Aktuell sind fünf Pumpengehäuse als Eilauftrag dem FFS übergeben worden. Diese sind in der laufenden Schicht zu fertigen, unter der Bedingung, dass laufende Bearbeitungen nicht unterbrochen werden dürfen. Die Bearbeitungsaufgabe „Pumpengehäuse“ ist featureorientiert beschrieben und in „Workingsteps“ unterteilt. Die folgenden Workingsteps sind im FFS zu fertigen. Das Agentensystem des FFS beginnt sofort mit der Verhandlung zur Aufbau des Restriktionsnetzes. Die Restriktionen sind in technische, organisatorische und technologische Gruppen gegliedert. Das Restriktionsnetz wird in drei Schritten aufgebaut. Im ersten Schritt wird überprüft, welche Maschinen die technischen Fähigkeiten besitzen, diese Workingsteps zu fertigen. Das Werkstück verlangt beispielsweise eine Aufspannung von 15 mm Durchmesser. Die RKM 1 kann Werkstücke mit maximal 11 mm Durchmesser aufspannen und scheidet dadurch aus der Agentenverhandlung aus. RKM 2 ist nicht in der Lage eine Fräsfertigung durchzuführen und scheidet ebenfalls aus der Agentenverhandlung aus. Die Dreh-Fräszentren sind beide technisch dazu fähig. Im nächsten Schritt wird kontrolliert, ob alle organisatorischen Voraussetzungen gegeben sind, um die Fertigung auf einem Dreh-Fräszentrum zu beginnen. DFZ 1 ist in der nächsten Stunde ausgelastet, aber DFZ 2 hat seine laufende Bearbeitung gerade beendet. Im letzten Schritt werden die Agenten mit den Auftragsdaten initialisiert. In diesem Szenario besteht das Los aus fünf Werkstücken, so dass das Restriktionsnetz 55 Knoten mit jeweils 14 Restriktionen je Knoten beinhaltet. Diese Knoten sind als Pla-

6.3 Kurzfristige Reaktionen auf die Turbulenzen

219

nungsagenten modelliert. Danach fangen die Planungsagenten an, miteinander zu verhandeln (zuerst lokal und dann global) mit dem Ziel, solche Positionen im Belegungsplan zu ermitteln, die alle Restriktionen befriedigen. Beispielsweise wird Workingstep 1 in eine freie Position auf DFZ 2 eingeplant. Anschließend wird eine Position, die alle Restriktionen erfüllt, für Workingstep 2 gesucht. Dieses Vorgehen setzt sich bis zum letzten Arbeitsschritt fort. Alle abgeleiteten Positionen der Planungsagenten werden schließlich gespeichert. Obwohl alle Restriktionen lokal erfüllt sind, werden die Restriktionen zwischen nicht benachbarten Workingsteps (z.B. Workingstep 3 ist vor Workingstep 4 zu fertigen) in dieser Phase noch nicht berücksichtigt. Dies erfolgt in einer weiteren Verhandlungsrunde zwischen den Agenten. Positionskombinationen, die keine globale Konsistenz aufweisen, werden ausgeschlossen. Angesichts des kombinatorischen Charakters dieses Constraints Satisfaction Problems (CSP) wird in jedem Knoten des Netzes als Ergebnis von solchen Verhandlungen eine große Menge der Positionen (10.000-50.000) abgespeichert. Obwohl diese Kombinationen die konsistenten Lösungen des CSP bilden, erfüllen sie noch nicht die Optimierungskriterien. Wegen der großen Menge der Kombinationen und des verteilten Charakters dieses Problems wird für die Optimierung das biologisch motivierte Verfahren, das Verfahren der Ameisenkolonie Optimierung angewendet. In diesem Verfahren werden die einzelnen Kombinationen mit „virtuellem“ Pheromon vermerkt. Die „negativen“ Werte des Pheromons markieren u.a. solche Kombinationen, die nach der Einplanung des letzten Workingsteps den spätesten Endtermin „Ende laufende Schicht“ nicht erreichen. Im Gegensatz dazu werden die Kombinationen, die sich in früheren Planungsphasen als optimal erwiesen haben, mit „positiven“ Werten markiert. Die weitere Constraint Optimierung wird nur mit solchen Kombinationen durchgeführt, die große Pheromonwerte beinhalten. Dadurch wird der Suchraum auf „nützliche“ Kombinationen reduziert. Alle bekannten Turbulenzen, die bis zu diesem Zeitpunkt auftraten, werden automatisch in den erzeugten Belegungsplänen berücksichtigt. Falls die Turbulenzen später oder während der Ausführung des Planes vorkommen, beginnen der Aufbau des Restriktionsnetzes und die lokale/globale Propagierung von neuem. Dabei werden die bereits ausgeführten Schritte des Belegungsplanes als zusätzliche Restriktionen betrachtet. Auf den Ausfall des DFZ 1 nach zwei Stunden reagierte das Planungssystem mit der Verhandlung eines neuen Belegungsplanes, in dem der Ausfall als neuer Constraint mit einbezogen wurde. Alle nicht vorgesehene Turbulenzen würden nach Prinzipien, die in Kapitel 5 beschrieben wurden, behandelt.

220

6 Die digitale Modellfabrik

6.3.4 Rekonfigurierung von Maschinen Die Gehäuse der Großpumpen erreichen Durchmesser bis 1000 mm. Das heißt, für die Fertigung der Großpumpen wird mindestens ein Arbeitsraum von 1500 x 1000 x 300 mm benötigt. Der Arbeitsraum von RKM 1 misst in der aktuellen Konfiguration aber nur 300 x 300 x 300 mm und muss deshalb entsprechend vergrößert werden. Die dazu notwendigen Achsmodule für die x- und y-Achse werden aus dem Ersatzteilvorrat entnommen. Anstelle von teuren einzelnen Ersatzteilen bevorratet SPW ganze Standardmodule. Damit entfällt die aufwändige Montage der Einzelkomponenten. Beim Rekonfigurieren einer Maschine oder beim Ausfall einzelner Komponenten, tauscht SPW einfach komplette Module aus. Vor dem Modultausch prüft der Mitarbeiter mittels der modellbasierten Rekonfigurierung, ob die geplante Veränderung durchführbar ist und wie lange sie dauert. Ohne diese Prüfung könnten durch den Austausch beispielsweise Komplikationen wegen Unverträglichkeiten zwischen vorhandenen und neuen Modulen entstehen. Da in diesem Fall nur Achsmodule ausgetauscht werden, die laut Modellbeschreibung zueinander passen, kann die Rekonfigurierung beginnen. Die Modularisierung der Maschine in autarke mechatronische Module sorgt dafür, dass die Veränderung an der aktuellen Konfiguration von RKM 1 auf die beiden Achsmodule beschränkt bleibt. Die restlichen Module (Maschinenbett, z-Achse, Bearbeitungseinheiten und Werkzeuge, Materialflusssystem und Späneentsorgung) aus der aktuellen Konfiguration werden weiterverwendet. Die modellbasierte Rekonfigurierung hat ergeben, dass der Austausch mit Ein- und Ausbau der Module 30 Minuten dauert. Dies liegt vor allem an den einfach zu handhabenden Modulschnittstellen. Aufgrund des mechatronischen Prinzips entfallen die Medienkupplungen, da Hydraulik- und Pneumatikkreisläufe im Modul integriert sind und die Modulgrenzen nicht überschreiten. Die Mitarbeiter führen die Arbeit mit den vorhandenen Standardwerkzeugen durch, Spezialisten werden dazu nicht benötigt. Nach dem Austausch der beiden Achsmodule fahren die Mitarbeiter die Steuerung hoch. Das selbstadaptierende Steuerungssystem erkennt über das Bussystem die Veränderungen in der Maschinenkonfiguration. Der Selbstadaptionsmechanismus in der Steuerung identifiziert die neuen Achsmodule und vergleicht die aktuelle Konfiguration mit den Konfigurationsmustern im mechatronischen Gesamtmodell. Daraus leitet die Steuerung Rekonfigurierungsmaßnahmen für sich selbst ab. Da nur zwei Achsmodule ausgetauscht wurden, entspricht die neue Maschinenkonfiguration immer noch dem alten Konfigurationsmuster einer 3-Achsmaschine. Bei den Softwarekomponenten für die Achssteuerung müssen die Parameter

6.3 Kurzfristige Reaktionen auf die Turbulenzen

221

für die längeren Verfahrwege der Achsen und deren maximalen Beschleunigungswerte angepasst werden. Dies geschieht automatisch. Die notwendigen Daten und Parameter werden über das Bussystem aus den eingewechselten Achsmodulen ausgelesen. Anschließend passt sich die Benutzeroberfläche automatisch an die geänderte Steuerungskonfiguration an. Auf dem Bedienfeld ändert sich allerdings nicht viel, da die Anzahl der dargestellten Achsen immer noch dieselbe ist. Lediglich ein Hinweis über die durchgeführten Arbeiten und die neuen Fähigkeiten von RKM 1 erscheint. Die Steuerung hat sich binnen zwei Minuten selbstständig an die geänderte Maschinenkonfiguration von RKM 1 angepasst. Damit ist der gesamte Rekonfigurierungsvorgang abgeschlossen und die Produktion auf dem RKM 1 läuft weiter. 6.3.5 Mitarbeitereinweisung Aufgrund der notwendig gewordenen Kapazitätsanpassung im Großpumpenbereich werden Mitarbeiter, die bisher im Kleinpumpensegment montiert haben, für die Großpumpenmontage abgestellt. Laut den Informationen aus der Produktionsplanung bzw. der Arbeitsplanung verfügen diese Mitarbeiter über die grundlegenden Kenntnisse der Montage von Großpumpen, evtl. haben diese Mitarbeiter bereits in der Vergangenheit Großpumpen montiert. In der Zwischenzeit konnten aber einige wichtige Erfahrungen bei der Großpumpenmontage gesammelt werden, die nun den Mitarbeitern möglichst effizient vermittelt werden müssen. Der Großteil dieser Erfahrungen wurde im Wissensmanagement-System bspw. in Form von Lessons Learned oder Best Practices dokumentiert. Für implizite Erfahrungen, deren vollständige explizite Dokumentation zu aufwändig oder gar unmöglich ist, wurden zumindest die Ansprechpersonen zugeordnet und im System verankert. Gemeinsam mit dem Meister für die Großpumpenmontage werden diese Mitarbeiter nun auf den neuesten Stand gebracht. Da diese Erfahrungen beim Meister und beim Stammpersonal schon so verinnerlicht sind, dass sie sich nicht mehr explizit aus dem Gedächtnis abrufen lassen, bedient sich auch der Meister des Wissensmanagementsystems, das ihm die wichtigsten Informationen zu den neuen Montageaufgaben als Gedächtnisstütze liefert. Das System liefert den Mitarbeitern Informationen zu Aufgaben aus der Primär- und Sekundärmontage wie bspw. alle Anweisungen und Pläne (Produktvisualisierung, Montagepläne, Prüfpläne, etc.). Darüber hinaus ist das System mit dem Computer Aided Quality (CAQ) System verbunden und zeigt die schwerwiegendsten Probleme mit ihren Lösungen aus der Vergangenheit auf.

222

6 Die digitale Modellfabrik

Die Mitarbeiter aus dem Kleinpumpensegment werden durch die Nutzung des Systems in die Lage versetzt, ihre bisherigen Erfahrungen mit den dokumentierten aktuellen Erkenntnissen abzugleichen und zu vernetzen. Durch diesen Lernprozess wird beim Mitarbeiter sowohl Kern- als auch Integrationswissen erzeugt. Multimedial unterstützt können so die Erfahrungen und Ideen anderer nachvollzogen werden. Da jeder Erfahrung auch immer ein Autor zugeordnet ist, lassen sich bei Unklarheiten direkt die Wissensträger lokalisieren und ansprechen. Auch während der Montageprozesse können die Mitarbeiter bei aufkommenden Problemen Lösungen im System zielgerichtet und kontextabhängig suchen, finden und auf ihre Problemstellung anwenden. Neue Lösungen und gesammelte Erfahrungen lassen sich jederzeit ins System eingliedern. Die kontinuierliche Anwendung des WissensmanagementSystems wird durch die Instrumente des Personalmanagements unterstützt. 6.3.6 Monitoring der Situation Kurzfristige Reaktionen im Unternehmen stellen einen zeitlich begrenzten Ausnahmezustand dar, der keine weitreichenden Konsequenzen für die Gestaltung des Führungssystems sowie die Zielvereinbarung für selbstregulierte Arbeitsgruppen hat. Dies liegt vor allem darin begründet, dass Arbeitsgruppen im Sinne der Selbstregulierung die Fähigkeit besitzen, eigenständig ihre Arbeitsprozesse den geänderten Bedingungen in der Weise anzupassen, dass weiterhin die Zielerfüllung möglich ist und keine höheren Ebenen einbezogen werden müssen bzw. Umgestaltungen im Zielvereinbarungssystem notwendig sind. Dies ist jedoch nur im Rahmen eines kurzfristigen Prozesses möglich. Stehen mittel- bzw. langfristige Reaktionen an, müssen Zielvereinbarungen neu getroffen oder an die geänderten Rahmenbedingungen angepasst werden.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen 6.4.1 Anwendung von Frühindikatoren Auf der jährlichen „Fachtagung der Produktionstechnik und industriellen Fertigung für Pumpentechnik“ wurden zahlreiche bevorstehende Innovationen diskutiert. Neben neuen Produktinnovationen kam zur Sprache, dass

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

223

die Kunden bereits mit hohen Anforderungen am Absatzmarkt hinsichtlich der Lieferzeit zu kämpfen haben. Daher ist zu erwarten, dass der zeitliche Marktdruck der Kunden, vor allem von Großpumpen, an die Pumpenlieferanten weitergegeben wird. Auf Grund der verlorenen Marktanteile im Kleinpumpenbereich ist das Großpumpensegment zum wichtigsten und kritischsten Erfolgsfaktor der SPW geworden. Auf Marktveränderungen in diesem Segment muss daher frühzeitig reagiert werden. Die höheren Anforderungen des Marktes hinsichtlich der Lieferzeit im Segment der Großpumpen werden in Zukunft ihren Tribut in veränderten und beschleunigten Fertigungsabläufen fordern, die bei entsprechenden Produktionsprozessen und Produktionsstrukturen die Lieferzeit erheblich reduzieren. Diese Informationen mit zunächst noch geringem Diffusionsgrad wurden auf Grund interner „Unternehmensvereinbarungen zur Übermittlung erkannter Signale“ dem Controlling durch einen an der Fachtagung anwesenden Mitarbeiter des Vertriebs in Form eines Trendmeldebogens zugeleitet (Scanning). Der Prozess zur Untersuchung relevanter Früherkennungsinformationen wurde somit eingeleitet, die Informationen zunächst erfasst und nach Dringlichkeit und Relevanz evaluiert. Nach erkannter strategischer Relevanz der „Signale“ leitete das Controlling weitere Untersuchungen ein und legte das Vorgehen zur Überprüfung der „Signale“ fest. Demzufolge werden über intensivierte Kundengespräche und Aussagen weiterer Key-Account-Manager die Informationen über sich verändernde Absatzbedingungen näher analysiert (Monitoring). Die durch die Trendmeldung aufgezeigte Entwicklung wurde hierbei bestätigt. Hiernach müsste sich die Lieferzeit von bis jetzt elf Wochen auf sieben Wochen reduzieren, damit SPW weiterhin wettbewerbsfähig bleibt. Nach umfangreicher Analyse der akquirierten Marktinformationen war weiterhin zu erkennen, dass sich enorme Absatzeinbrüche im Segment der Großpumpen für das Unternehmen ergeben könnten, sollte den zukünftig, zu erwartenden Ansprüchen der Kunden hinsichtlich der Lieferzeit nicht entsprochen werden. Der daraus resultierende, bisher überwiegend latente Nachfrageeinbruch hätte somit erhebliche Auswirkungen auf den Unternehmensumsatz. Darüber hinaus wurden bereits erste Anzeichen eines bevorstehenden Absatzrückgangs über so genannte vorlaufende Indikatoren erkannt. Die Anzahl an unterbreiteten Angeboten in Verbindung mit einer garantierten, fixen Lieferzeit hatte sich stark erhöht, während sich die Vertrags-abschlussquote verschlechterte. Aus der Konstellation der zur Aufspürung von Marktveränderungen festgelegten Frühindikatoren „Anzahl Angebote“ und „Vertragsabschlussquote“ konnten die über Trendmeldungen (vgl. Abb. 6.13) bereits vermuteten Marktentwicklungen und in Folge dessen, ein dringender Handlungsbedarf bei der Restrukturierung interner Prozesse nochmals bestätigt werden.

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6 Die digitale Modellfabrik Laufende Nr.: 1102

Trendmeldung Meldung aus Bereich: Vertrieb, Abteilung “Großpumpen“ Titel: Key-Account-Manager

Meldedatum: 29.06.2004

Trendmelder:

Müller, Daniel

Hinweis: Graue Felder werden von bearbeitender Stelle ausgefüllt.

Stichworte: Veränderte Marktanforderungen Trendbeschreibung (Beschreibung der schwachen Signale):

Verschärfter Zeitwettbewerb hinsichtlich der Lieferfristen im Segment der Großpumpen Mögliche Ursachen/Einflussfaktoren:

Die Kunden von Großpumpen stehen unter großem zeitlichem Marktdruck bei zahlreichen Großprojekten. Der zeitliche Marktdruck der Kunden wird an die Zulieferer und somit u.a. an die Pumpenlieferanten weitergegeben. Mögliche Folgen (Kosten, Qualität,...):

Einbruch der Absatzmenge im Segment der Großpumpen mit hohen Umsatzverlusten und Abwanderung von bisherigen Stammkunden Einfluss auf:

Beschreibung (betroffene Produkte, Bereiche usw.):

Kleinpumpen Großpumpen Großpumpen 1

2

3

4

5

Sehr gering

Gering

Mittel

Hoch

Sehr hoch

Dringlichkeit für Aktion: 1 Sehr gering

2 Gering

3 Mittel

Segment der Großpumpen

Begründung/zeitlicher Rahmen: 4

5

Hoch

Sehr hoch

Fähigkeit zu handeln:

sehr dringend auf Grund des zu drohenden Absatzrückgangs Mögliche Maßnahmen/Verantwortliche:

5

4

3

2

1

Sehr gering

Gering

Mittel

Hoch

Sehr hoch

Verantwortliche Personen für Feedback:

Reduzierung der Durchlaufzeit bei Produktion und Montage

Herr Maier, Abteilung Controlling

Abb. 6.13 Trendmeldebogen

Allerdings wurde hierbei gleichzeitig erkannt, dass sich bei einer Reduzierung der Lieferzeit unter die der Konkurrenten, enorme Absatzchancen im Segment der Großpumpen eröffnen könnten, was zur Ausweitung derzeitiger Marktanteile führen würde. Die gewonnenen Früherkennungsinformationen hinsichtlich kurz bevorstehender Marktentwicklungen wurden der Unternehmensleitung in verdichteter und aufbereiteter Form und in relevantem Umfang zur Entscheidungsvorbereitung und -findung bereitgestellt. 6.4.2 Propagation der Vertriebszahlen In den Schwäbischen Pumpen-Werken (SPW) spielt die Informationsverteilung für die Wandlungsfähigkeit eine bedeutende Rolle. Dies gilt nicht nur für die interpersonale Kommunikation, sondern in großem Ausmaß auch für die Kommunikation zwischen den Informationssystemen. Um den letztgenannten Informationsaustausch zu gewährleisten, hat sich SPW für die Verwendung des Propagationssystems entschieden, so wie es in Kapi-

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

225

tel 5.5 vorgestellt wurde. Die Weiterleitung (Propagation) von Änderungen durch das Propagationssystem ermöglicht den Informationssystemen ein Arbeiten wie auf einer zentralen, lokalen und homogenen (logischen) Datenbasis, obwohl die (realen) Datenhaltungssysteme durchaus dezentral, entfernt und heterogen sein können. Eine wichtige Aufgabe des Propagationssystems innerhalb von SPW ist die Weiterleitung von erzielten Verkaufszahlen und prognostizierten Verkaufszahlen des Vertriebs. Wird nachfolgend der Begriff Verkaufszahlen alleinstehend verwendet, so ist darunter der Oberbegriff für erzielte Verkaufszahlen und Verkaufsprognosen zu verstehen. Der Vertrieb von SPW ist für die Auftragsannahme und den Absatz der hergestellten Pumpen zuständig. Die vorhandenen Daten werden vom Vertrieb in regelmäßigen Abständen zu historischen Verkaufszahlen und Verkaufsprognosen ausgewertet, um sie an die interessierten Systeme weiterzuleiten (zu propagieren). Die erzielten Verkaufszahlen beruhen auf getätigten Verkäufen. Im Gegensatz dazu basiert eine Prognose zu einem Teil aus eingegangenen Aufträgen und zu einem anderen Teil aus erwarteten Aufträgen. Der Betrachtungszeitraum kann bei einer Prognose teilweise oder vollständig in der Zukunft liegen. Wichtige Abnehmer dieser Verkaufsprognosen sind die Planungssysteme, deren Rollen innerhalb des Beispielszenarios in den nachfolgenden Abschnitten detailliert werden. Die Versorgung der Planungssysteme mit Verkaufsprognosen ermöglicht eine genauere und der aktuellen Situation besser angepasste Planerstellung. Bevor die Verteilung der Verkaufszahlen dargestellt wird, klären wir den Zusammenhang zwischen Verkaufszahlen und Datenänderungen. Es handelt sich bei den Verkaufszahlen tatsächlich um Änderungen im Sinne des Propagationssystems, da der Vertrieb Auswertungen oder Prognosen in seinem System erzeugt bzw. modifiziert. Diese Änderungen werden durch einen Mechanismus erkannt und an das Propagationssystem weitergeleitet, in welchem hinterlegt ist, welche Systeme an den propagierten Informationen interessiert sind. Einen Ausschnitt der Verteilungsbeziehungen, die vom Vertrieb ausgehen und im Propagationssystem verwaltet werden, ist in Abb. 6.15 dargestellt. Diese Verteilungsbeziehungen werden durch sogenannte Abhängigkeiten beschrieben, wobei in Abb. 6.15 zwei Abhängigkeiten existieren: eine 1-zu-1 (WMS) und eine 1-zu-3 (LOP, GPPS und FP). WMS steht für wandlungsfähiges Montagesystem, LOP für Logistik-Prüfstand, GPPS für automatische Grobplanung der Produktionsstruktur und FP für Fabrikplanung. Grundsätzlich können alle 1-zu-N-Abhängigkeiten durch N 1-zu-1Abhängigkeiten realisiert werden. Allerdings kann man durch eine sinnvolle Kombination Ressourcen einsparen. Ein Beispiel hierfür ist die Wie-

226

6 Die digitale Modellfabrik

derverwendung von Transformationsergebnissen, wie wir später noch sehen werden. Nachdem wir ausschnittsweise gesehen haben, wohin die Informationen vom Vertrieb fließen, betrachten wir die propagierten Datenänderungen genauer. Grundsätzlich wird eine Datenänderung als Tupel beschrieben, das sich aus folgenden Elementen zusammensetzt: Quellsystem (wo trat die Änderung auf), Quellschema (der Typ der geänderten Daten), Art der Änderung (z.B. Daten erzeugt) und den geänderten Daten. In unserem Beispiel hat das Tupel die Ausprägung („Vertrieb“, „Verkaufsdaten“, „create“, <>). Die Struktur der geänderten Daten (<>) ist hierarchisch aufgebaut, so wie in Abb. 6.14 dargestellt. In diesem Beispiel handelt es sich um eine Verkaufsprognose, die durch das Element „Art“ gekennzeichnet ist. Weiterhin werden das Erstellungsdatum (Datum) und der Zeitraum für die Prognose festgelegt. Wichtiger Bestandteil dieser Änderungsinformation sind die erwarteten Verkäufe (Ergebnisse), strukturiert nach den Produktsegmenten (Klein- und Großpumpen) und den einzelnen Produkten (Subtypen), die den entsprechenden Produktsegmenten zugeordnet sind. Die erwarteten Ergebnisse werden in drei Bereichen beschrieben. Verkaufszahlen Datum=“30.05.2004“ Zeitraum Start=“1.06.2004“ Dauer=“1 Monat“ Art=“Verkaufsprognose“ Ergebnisse Ergebnis: Typ=“Produktsegment“ Bezeichnung=“Kleinpumpen“ Absolut: Stueck=“18.229“ Umsatz=“2.187.000“ Gewinn=“100.981“ Anteil: Stueck=“70%“ Umsatz=“25%“ Gewinn=“20%“ Aenderung Absolut: Stueck=“-42.446“ Umsatz=“-5.094.000“ Gewinn=“-629.019“ Anteil: Stueck=“x“ Umsatz=“y“ Gewinn=“z“ Subtypen Ergebnis: Typ=“Produkt“ Bezeichnung=“K200F“

Ergebnis: Typ=“Produktsegment“ Bezeichnung=“Großpumpen“

Abb. 6.14 Beispiel von propagierten Verkaufszahlen des Vertriebs

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

Vertrieb

LOP

GPPS

227

WMS

FP

Abb. 6.15 Datenflüsse in SPW, die vom Vertrieb ausgehen (Ausschnitt)

Die ersten beiden geben die absoluten und relativen (Anteil) Ergebnisse an, wobei relativ in Bezug zur übergeordneten Ebene steht. Der dritte Bereich beschreibt die Änderung zum vorigen Zeitraum (hier: Mai), welcher wiederum in Absolut- und Relativzahlen unterteilt ist. Die in Abbildung 6.15 dargestellten Informationen zeigen den Absatzeinbruch im KleinpumpenMarkt, dem SPW ausgesetzt ist. Die Planungssysteme (z.B. LOP) benötigen natürlich nicht alle Informationen, die vom Vertrieb ausgehen. Die unwichtigen Informationen können durch Verwendung von Filtern aussortiert werden. Diese Aussortierung erfolgt, wenn die dazugehörige Bedingung negativ ausgewertet wird. Eine solche Filterbedingung kann ziemlich komplex sein, wenn mehrere Ausdrücke in Beziehung gesetzt werden. Hier soll ein einfaches Beispiel für eine Bedingung eines Filters vorgestellt werden, die auf der propagierten Verkaufsprognose basiert: /Verkaufszahlen/Ergebnisse/Ergebnis[Typ="Produktsegment" and Bezeichnung="Kleinpumpen"]/Aenderung/Absolut/Stueck < -30000 Hierbei handelt es sich um eine Bedingung, die einen Wert der propagierten Daten (linker Teil) mit einer Konstante vergleicht. Wird diese Filterbedingung auf die Daten in Abb. 6.14 angewendet, so liefert sie als Ergebnis „wahr“ zurück und die Daten werden propagiert. Der linke Teil, die Selektion eines Wertes, funktioniert wie die Pfadangabe eines Dateisystems. Beim Durchlaufen des Pfades können Elemente durch Bedingungen selektiert werden. Diese Selektion wird innerhalb rechteckiger Klammern angegeben. In diesem Fall werden nur Ergebnisse berücksichtigt, die vom Typ „Produktsegment“ sind und die Bezeichnung „Kleinpumpen“ haben.

228

6 Die digitale Modellfabrik

Nachdem wir das Konzept der Abhängigkeiten und möglicher Filter gesehen haben, wollen wir uns noch ein Propagationsskript für die 1-zu-3 Abhängigkeit in Abb. 6.15 anschauen. Dieses ist in einer graphischen Notation in Abb. 6.16 illustriert. Das Skript wartet als erstes auf das Eintreffen einer Änderung der Verkaufszahlen des Vertriebs. Tritt die Änderung ein, so wird sie in zwei parallelen Zweigen verarbeitet, d.h. die Zweige werden gleichzeitig ausgeführt. Im linken Zweig werden das LOP-System und das FP-System mit den für sie interessanten Verkaufszahlen versorgt. Es findet dabei eine Vorauswahl durch einen Filter (dargestellt durch ein Trapez) statt. Weiterhin werden die Verkaufszahlen für LOP und FP transformiert, so dass sie nur noch die Absolutzahlen enthalten. Der LOP und die FP teilen sich den parallelen Zweig, da beide die gleichen Filter- und Transformationsergebnisse benötigen, d.h. die Ergebnisse werden wiederverwendet. Im rechten Zweig des Propagationsskripts wird das GPPS-System mit Daten versorgt. Dieses System hat andere Anforderungen an die Daten, weshalb es parallel zum linken Zweig ausgeführt wird. Warte auf Änderung von Verkaufzahlen im Vertrieb

Filter „Änderungen von Stückzahlen“ > 30.000

Filter „rel. Änderungen von Stückzahlen“ > 10 %

Transformation „nur Absolutzahlen“

Transformation „nur Produktsegment „Kleinpumpe“ mit Produkten

Propagiere zu FP als Typ Vertriebsdaten

Propagiere zu LOP als Typ Vertriebsinfo

Propagiere zu GPPS als Typ „Kleinpumpen Verkaufsdaten“

Abb. 6.16 Das verwendete Propagationsskript zur Propagation der Vertriebsdaten

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

229

6.4.3 Strategieanpassung und Zielkorrektur Es zeichnet sich zunehmend ab, dass sich der kurzfristige Absatzrückgang im Kleinpumpensegment und die veränderten Wettbewerbsanforderungen im Großpumpensegment festigen. Dies zeigen nicht zuletzt auch die Informationen des Controllings. Die Unternehmensführung sieht daher die Notwendigkeit, das Unternehmen an den geänderten Marktbedingungen neu auszurichten. Im Fokus steht insbesondere die Verkürzung der Lieferfristen. Die Anpassung erfolgt in mehreren Stufen (Abb. 6.17). Zunächst wird anhand der Informationen des Controllings untersucht, in welchen Bereichen eine Veränderung erfolgen muss. Eine Anpassung an geänderte Rahmenbedingungen sollte möglichst frühzeitig über entsprechende Maßnahmen in den Handlungsfeldern Strategie, Unternehmensstruktur, technische Ressourcen und Mitarbeiter vorgenommen werden. Daher wurden bei den SPW im Bereich der Unternehmensstrategie bereits im Vorfeld Strategieentwicklungsmaßnahmen parallelisiert und Strategiebündel verfolgt, weshalb der Wechsel der Unternehmensausrichtung hin zur verstärkt kundenspezifischen Produktion (von Groß- und Kleinpumpen) mit sehr kurzen Lieferfristen möglich ist.

Dynamische Dynamische Strategieanpassung Strategieanpassung Bereiche mit Wandlungsnotwendigkeit festlegen Handlungsoptionen erarbeiten Über Strategieänderungen entscheiden

Zieldefinition Zieldefinition und und -kommunikation -kommunikation Ziele ableiten und in die Organisation kommunizieren

Abb. 6.17 Strategieanpassung und Zielkorrektur

230

6 Die digitale Modellfabrik

Durch die in der Vergangenheit betriebene Schaffung dezentraler und autonomer Organisationseinheiten, die eine geringe Regelungsdichte aufweisen und sich schnell verändern können, ist eine zügige Umstrukturierung der Organisation möglich. Ebenso wurde eine Flexibilisierung der technischen Ressourcen betrieben. Daher kann das Unternehmen SPW ohne größere Neuinvestitionen beispielsweise das geänderte Produktionsprogramm auf seinen rekonfigurierbaren Maschinen abarbeiten, sein Fabriklayout schnell verändern und nicht zuletzt auch seine Informationsflüsse neu strukturieren. Für den Wandel notwendige Eigenschaften und Fähigkeiten der Mitarbeiter, wie beispielsweise Eigeninitiative, Risikoneigung oder ein entsprechend breites Fachwissen sowie das notwendige Vertrauen und die erforderliche Motivation wurden über Anreize und die Schaffung geeigneter Rahmenbedingungen gefördert. Dazu zählen beispielsweise die Eröffnung beruflicher Perspektiven für den einzelnen Mitarbeiter sowie die Förderung eines Zusammengehörigkeitsgefühls. Über die konkrete Ausprägung der zu ergreifenden Maßnahmen wird von der Unternehmensführung entschieden. Handlungsleitend sind dabei die zu erwartenden Relationen zwischen Aufwand und prognostiziertem Nutzen bei Einsatz der verschiedenen Instrumente. Die Entscheidungen über die Veränderungsmaßnahmen bzw. die geänderten Zielsetzungen werden von der Unternehmensführung zur Ausplanung an das Controlling weitergegeben. Die sich daraus ergebenden Änderungen der Planung und der Detailziele werden wiederum vom Controlling im Rahmen eines wertorientierten Forecastings evaluiert und in einer gemeinsamen Bewertungsrunde mit der Unternehmensführung abgestimmt. Anschließend werden die geänderten Ziele an die jeweiligen Bereichsleiter weitergegeben, die ihrerseits entsprechende Maßnahmen anstoßen. 6.4.4 Neuausrichtung der Produktion Die Unternehmensführung von SPW hatte bisher den Fokus stärker auf Kostenreduktion und weniger auf Durchlaufzeitreduktion gelegt. Aufgrund der Marktveränderungen hat sich diese Priorität stark verschoben: Terminführerschaft ist das neue Unternehmensziel, um bei vergleichsweise hohem Kosten- und Preisniveau Marktanteile zu behaupten oder auszubauen. Neben den administrativen Geschäftsprozessen (Angebotserstellung, Auftragseingang, etc.) sind die logistischen Abläufe neu auszurichten. Aufgrund des technologisch bedingten Preisverfalls und dem damit verbundenen Umsatzeinbruch vor allem im Bereich der Standardkleinpumpen wird sich SPW in der Zukunft auf die schnelle Lieferung kundenspezifischer Pumpen (sowohl Groß- als auch Kleinpumpen) konzentrieren (Abb. 6.18).

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

231

vom Markt geforderte Lieferzeit

40

kundenspezifische Großpumpen

Ist

AT

Ziel Großpumpensegment kundenspez. Kleinpumpen

Anzahl Aufträge

Standard Kleinpumpen 1 1

AT

40

Lieferzeit

Abb. 6.18 Anpassung der Lieferzeit an neue Marktanforderungen

Die bisher tragfähige Produktsegmentierung in Klein- und Großpumpen muss aufgrund der nachhaltigen Produktmixverschiebung hinsichtlich der Art und Anzahl der Ressourcen überdacht werden. Im Kurzfristbereich konnten die operativen Systeme – dynamische Arbeitsplanung und Produktionsregelung – einzelne Aufträge von überlasteten Ressourcen auf freie Kapazitäten über die Segmentgrenzen hinweg umleiten. Allerdings ergab sich aus der jetzt als längerfristig erkannten Produktmixverschiebung faktisch eine Aufhebung der Segmentierung und ein ungünstiger Materialfluss. Die Grundstrukturen sind aus den genannten Gründen an die aktuelle Marktsituation und die Zielsetzung des Managements anzupassen. Eine Umsetzung ist in zwei Phasen angedacht: alle kurz- und mittelfristigen Maßnahmen zur Reduktion der Durchlaufzeiten sollen möglichst schnell auf Wirksamkeit bzw. Kosten-Nutzen-Verhältnis überprüft und ggf. umgesetzt werden. Danach ist die Produktstruktur auf den Prüfstand zu stellen, um langfristige Maßnahmen einzuleiten. Langfristiges Ziel des Unternehmens ist es, lediglich auf Ebene standardisierter Komponenten zu bevorraten und die kundenauftragsspezifischen Durchlaufzeitanteile so stark zu reduzieren, dass auf die Bevorratung von hochwertigen Komponenten weitestgehend verzichtet werden kann. Produziert wird dann nach Kundenauftrag. Um in der Übergangszeit die Zeitführerschaft erringen zu können, sind Zwischenschritte notwendig. Die

232

6 Die digitale Modellfabrik

Bevorratung auf Ebene von vormontierten Modulen und die damit einhergehende Umstellung der Disposition hin zu einer erwartungsorientierten Strategie können z.B. kurzfristige Maßnahmen sein. 6.4.5 Neue Anforderungen an das Auftragsmanagement Mit dem Vorgehen der situativen Konfiguration des Auftragsmanagements wird ein Handlungsrahmen für die nachfolgende Detaillierung und Parametrierung festgelegt. Dazu werden aus den Anforderungen an das Auftragsmanagement sog. Methodenanforderungen ermittelt. Diese sind die Grundlage der Überprüfung, ob die derzeit eingesetzten Methoden auch in Zukunft zielführend sind oder ob sie ausgetauscht werden müssen. In einem ersten Schritt ist die Situation hinsichtlich der Erfüllung der neuen Anforderungen durch die derzeit in der Produktion verfügbaren Fähigkeiten zu analysieren. Im Beispiel existiert nun die neue Anforderung nach kurzen Lieferfristen. Die korrespondierende Fähigkeit – die auftragsspezifische Durchlaufzeit eines Auftrages – ist derzeit deutlich länger und erfüllt die Anforderung daher nicht. Eine Übersicht der Analyse ist in Abb. 6.19 dargestellt. Die wesentlichen Einflussgrößen auf die Planung und Steuerung sind dort qualitativ aufgetragen. Im Beispiel soll die Durchlaufzeit stark abnehmen. Es ist damit zu rechnen, dass es aufgrund der kurzen Lieferfrist zu weniger Produktänderungen oder Terminänderungen kommt, sich aber die Fehlteilproblematik verstärken wird. Maschinen-/ Personalausfall

10 8

zukünftig

heterogene Lieferanforderungen

6

Fehlteile und -Rohmaterial

4 2

Bedarfsschwankungen

0

Terminänderungen

Produktänderungen

Auftragsmixschwankungen

bisher

Bedarfszusammenfassungen

Abb. 6.19 Verschiebung der Turbulenzcharakteristik: bisher Æ zukünftig

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

233

Es ist also jetzt schon abzusehen, dass mit Zulieferern in Zukunft ein neuer Weg gefunden werden muss, die Liefertermintreue auf der Materialseite stark zu erhöhen. Ebenso wird das Zusammenfassen von Eigenfertigungsteilen zum Zweck der Rüstoptimierung in der Zukunft nur noch eingeschränkt möglich sein; Kapazitätsverluste sind die Folge. Schließlich werden sich Bedarfsschwankungen und Auftragsmixverschiebungen unmittel-barer auf die Kapazitätsnachfrage auswirken. Durch den Turbulenzindikator „Externe Logistische Flexibilität“ wird das Verhältnis Kapazitätsanforderung zu -fähigkeiten für jede Maschine oder Maschinengruppe quantifiziert. Diese Kennzahl ist eine wichtige Basis für die detaillierte Ausgestaltung sowie für die Parametrierung der Auftragsmanagementmethoden. Im zweiten Schritt ist das Auftragsmanagement auszugestalten. Die Gestaltungsmerkmale (Entscheidungsreihenfolge, Detaillierungsgrad, Logistische Bilanzhülle, Synchronisationsprinzip, Bevorratungsstrategie und Logistisches Leitbild) sind nun geeignet festzulegen. Das Ziel für die Ausgestaltung des AM ist die Zeitführerschaft, dazu werden unmittelbar alle kurzfristigen Maßnahmen und mittelfristig Produktstrukturveränderung eingeleitet. Zur Entscheidungsreihenfolge: Eine stark verkürzte Lieferfrist erfordert eine schnelle Endmontage bei vollständiger Verfügbarkeit an Eigenfertigungsteilen, Zukaufteilen und vormontierten Modulen. Insbesondere ein Großteil der kundenspezifischen Zukaufteile stellen diesbezüglich ein Hindernis dar, denn sie wurden in der Vergangenheit auftragsbezogen und mit großen Wiederbeschaffungszeiten eingekauft. Daraus ergibt sich, dass die Prognose und Disposition der frühzeitig zu beschaffenden Zukaufteile in Zukunft mit bis zu zwei Monaten vor der eigentlichen Planung der Fertigungsaufträge stattfinden muss. In der Abb. 6.20 werden die Veränderungen der Zeitcharakteristik aufgrund der Lieferzeitverkürzung am Beispiel der kundenspezifischen Kleinpumpen aufgezeigt. Zum Detaillierungsgrad: da in Zukunft die Bedarfe erwartungsorientiert zu beplanen sind, werden Stellvertreter-Pumpen definiert und die Bedarfe wochengenau prognostiziert. Zur logistischen Bilanzhülle: Eine organisatorische Aufspaltung der Planung in „Kundenorientierte Montage“ und „Kundenanonyme Vorproduktion“ ist denkbar und bietet den Vorteil einer jeweils größeren Übersichtlichkeit. Ohnehin sind beide Bereiche in der Zukunft stärker entkoppelt. Daher werden zwei getrennte Bereiche mit entsprechenden Verantwortlichkeiten eingerichtet.

234

6 Die digitale Modellfabrik

heute

Disposition Langläufermaterial

~ 2 Monate

bedarfsbezogen

Disposition Schichtmodelle

2 Wochen

bedarfsbezogen

Disposition Endmontagereihenfolge

4 Wochen

bedarfsbezogen

2-3 Monate

Wunsch-Lieferzeit Standard-Vorlaufzeit (WBZ, DLZ)

Bestellzeitpunkt

Lieferzeitpunkt

zukünftig

Disposition Langläufermaterial Disposition Schichtmodelle Disposition Endmontagereihenfolge

Standard-Vorlaufzeit (WBZ, DLZ)

Zeit

Montagestart

• mehr Planungsebenen • höherer Prognoseanteil in der Materialdisposition

• kurze Durchlaufzeiten • kurze Lieferzeiten

Wunsch-Lieferzeit

kurzfristig

~ 2 Monate

prognosebezogen

2 Wochen

prognosebezogen

5 Tage

bedarfsbezogen

mittelfristig kurzfristig

5-10 Tage Bestellzeitpunkt Montagestart

Lieferzeitpunkt

Zeit

Abb. 6.20 Veränderungen der Zeitcharakteristik

Zum Synchronisationsprinzip: Der auftragsorientiert disponierte Teil der Fertigung wird weiterhin nach Termin mit der dominierenden Größe Zeit synchronisiert, dagegen werden Vormontage und Teilefertigung wegen der höheren Wiederholhäufigkeit (stärkere Baukastenstruktur der Teile und Module) in Zukunft basierend auf Mengeninformation mit der Endmontage synchronisiert. Zur Bevorratungsstrategie: das Verhältnis der betrieblichen Durchlaufzeit im Vergleich zur geforderten Lieferzeit bestimmt die Lage des Kunden-Entkopplungspunkts. Damit ergibt sich unmittelbar die Notwendigkeit, die Bevorratungsstrategie zu verändern: da sich die geforderte Lieferzeit stark verkürzt hat, muss der Kundenentkopplungspunkt – eine konstant bleibende Durchlaufzeit vorausgesetzt – in Richtung Kunde verschoben werden (Abb. 6.21). In der Vormontage erhöht sich die Variantenzahl stark, so dass beim neuen Kundenentkopplungspunkt, hinter der Vormontage, mehr und teurere Teile bevorratet werden müssen. Deshalb soll mittelfristig die Produktbaukastenstruktur an den neuen Kundenentkopplungspunkt angepasst werden. Zum logistischen Leitbild: die stark unterschiedliche Charakteristik von Endmontage und den vorgelagerten Fertigungsstufen (Produktion von Lagermengen mit relativ langen Durchlaufzeiten und eher unkritischen Terminen gegenüber extrem kurzen Durchlaufzeiten mit sehr kritischen Terminen) erfordert grundsätzlich verschiedene Strategien für den Auftragsfluss. In der Endmontage ist der Kundentermin maßgeblich und kann nicht nivelliert werden, Reihenfolgevertauschungen sind aufgrund der geringen Lieferzeit kaum möglich. Daher gilt es dort, die vom Markt induzierte Turbulenz zu beherrschen.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

235

Kundenentkopplungspunkt

bisher: Auftragsbezogene Produktion

Kunde

kurzfristig: Auftragsbezogene Montage

mittel- bis langfristig:

Fertigung

Vormontage

Montage Durchlaufzeit

Bestandskosten

Auftragsbezogenen Montage mit geringen Bestandskosten durch angepasste Produkt-Baukastenstruktur

Lieferzeit

Abb. 6.21 Meilensteine zur Verkürzung der minimalen Lieferzeit

Der Turbulenzindikator „Externe Logistische Flexibilität“ zeigt an, wo Handlungsbedarf besteht; durch hohe Kapazitätsflexibilität ist ein gleichmäßiger Auftragsfluss zu realisieren. In den vorgelagerten Stufen dagegen kann aufgrund der zeitlichen Entkopplung durch die Modul- und Teilebestände eine Nivellierung hinsichtlich Kapazitätsbedarf und Durchlaufzeit erreicht und der Fertigungsbereich so von der externen Turbulenz abgeschirmt werden. Folglich sind auch keine kundenauftragsinduzierten Reihenfolgevertauschungen notwendig, ein laminarer Produktionsfluss kann realisiert werden. Im dritten Schritt sind die Methodenanforderungen festzulegen. Aus den Erkenntnissen im zweiten Schritt leiten sich eine Veränderung der Methodenanforderungen Detaillierungsgrad, Entscheidungscharakter und Koordinationsprinzip ab (Abb. 6.22). Schließlich ist im vierten Schritt das neue AuftragsmanagementMethodenset zu bilden: die derzeit eingesetzten Methoden sind hinsichtlich ihrer Eignung für das Sollkonzept zu durchleuchten, anzupassen oder auszutauschen. Im betrachteten Beispiel kann die fähigkeitsbezogene Grobplanung, die Produktionsregelung und die dynamische Arbeitsplanung den Anforderungen gerecht werden. Allerdings nimmt die Detaillierung der Planung aufgrund der frühzeitigen, erwartungsorientierten Disposition der zu bevorratenden A-Teile für den kundenauftragsneutralen Teil der Produktion ab. Im Wesentlichen wird der schon vorhandenen Planung eine Prognose vorgeschaltet, die auf Basis von Stellvertreterprodukten den Marktbedarf abschätzt. Darüber hinaus ist die Konfiguration der Stellvertreterprodukte regelmäßig an veränderte Marktgegebenheiten anzupassen.

236

6 Die digitale Modellfabrik

geänderte Methodenanforderungen

Fertigung

Vormontage

Koordinationsprinzip

Disposition Kurzläufermaterial

Entscheidungscharakter

Disposition Langläufermaterial

Detaillierungsgrad

bisher

Einzelauftrag

bedarfsorientiert

5 AT

Termin

Termin

zukünftig

StellvertreterArtikel

erwartungsorientiert

1 AT

Menge

Menge

Abb. 6.22 Aus dem Wandel resultierende Änderung der Methodenanforderungen

Aufgrund der sehr anpassungsfähigen Planungs- und Steuerungsmechanismen sind folglich keine grundsätzlichen Änderungen an den Planungsund Steuerungssystemen vorzunehmen. 6.4.6 Gestaltungsvorschläge für die Produktionsstruktur Im Hinblick auf den geänderten Produkt-Mix und die angestrebte Zeitführerschaft muss die Produktion mittelfristig neu strukturiert werden. Die bisher bestehende Segmentierung in Klein- und Großpumpen wurde de facto von den operativen Systemen – dynamische Arbeitsplanung und Produktionsregelung – als Reaktion auf den geänderten Produkt-Mix bereits aufgehoben. Engpässe an einzelnen Ressourcen wurden durch Umleiten entsprechender Aufträge über die Segmentgrenzen hinweg ausgeglichen. Auf Dauer ist dies wegen des ungünstigen Materialflusses keine Lösung. Eine Neustrukturierung der Produktion ist deshalb notwendig. Die automatische Grobplanung der Produktionsstruktur (GPPS) ermöglicht es dem Planer, auf Basis der vorhandenen Daten und Vorgaben Vorschläge zur Neustrukturierung der Produktion zu generieren. Sie benötigt als Eingangsdaten: • Arbeitspläne, • vorhandene Ressourcen, • Fähigkeiten, Kapazitäten und Beschaffungskosten der einzelnen Ressourcen, • zu fertigende Produkte, • zu erwartende Produktmengen.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

237

Diese Daten stehen in der Planungsdatenbank zur Verfügung. Da jedoch die Auswertung dieser Daten in ihrer vollen Komplexität die Leistungsfähigkeit der Optimierungswerkzeuge derzeit noch übersteigt, bzw. die benötigte Rechenzeit stark verlängern würde, werden die Daten vor der Auswertung geeignet vereinfacht. So werden z.B. aufeinander folgende Arbeitsgänge, die an derselben Ressource ausgeführt werden, zu einem Arbeitsgang zusammengefasst. Es ist außerdem sinnvoll, die einzelnen Segmente der Fertigung getrennt zu bearbeiten. Der Planer beeinflusst durch Wahl der Vorgabeparameter das Ergebnis. Hierfür stehen ihm folgende Parameter zur Verfügung: • • • • •

maximale Anzahl der Ressourcengruppen, maximal zulässige Anzahl der Ressourcen innerhalb jeder Gruppe, maximal zulässige Unterschiede der Taktzeiten innerhalb jeder Gruppe, Budget zur Beschaffung zusätzlicher Ressourcen, Gewichtung der Optimierungsziele (Minimierung des Transports und „ungenutzter“ Ressourcen zwischen und innerhalb von Gruppen)

Wir betrachten hier exemplarisch die Endmontage der Kleinpumpen. Wie bereits an anderer Stelle erwähnt, erfordert die gewünschte stark verkürzte Lieferfrist eine möglichst schnelle Endmontage. Um diese hinsichtlich der Durchlaufzeit zu optimieren, wird ein One-Piece-Flow angestrebt. Im mathematischen Modell des Werkzeugs GPPS wird innerhalb jeder Ressourcengruppe im One-Piece-Flow produziert. Durchläuft ein Produkt mehrere Ressourcengruppen, wird es vom Ende einer Gruppe zum Start der nächsten Gruppe transportiert und auf beiden Seiten zwischengepuffert. Endmontage im One-Piece-Flow bedeutet also, dass die Montage jeder Kleinpumpe vollständig innerhalb einer Gruppe durchgeführt wird. Um dies zu erreichen, gestaltet der Planer die Vorgaben so, dass bei der Optimierung das Hauptaugenmerk auf die Minimierung des Transports zwischen Gruppen gelegt wird und ungenutzte Ressourcen bei der Montage einer Pumpe nicht zusätzlich bestraft werden. Die entsprechenden Gewichte werden also z.B. auf 1 und 0 (bzw. einen sehr kleinen Wert) gesetzt. Zusätzlich wählt er die Bedingungen zur Bildung einer Ressourcengruppe so, dass die Linienbildung nicht behindert wird. Das heißt, er lässt relativ große Unterschiede bei den Taktzeiten innerhalb der Gruppen zu, gibt genügend Ressourcengruppen vor und lässt beliebig viele Ressourcen pro Gruppe zu. Dadurch erfolgt automatisch eine Linienbildung, falls die Kapazitäten der vorhandenen Ressourcen hierfür ausreichend sind, bzw. die Kosten für die Beschaffung benötigter zusätzlicher Ressourcen das vorgegebene Budget nicht überschreiten.

6 Die digitale Modellfabrik

KP02

T1

T2

T3

KP03 KP04

T1

T2

T3

KP07

T1 T1

T2

T1

T2

T3

T1

T2

T3

T4

KP05 KP06

Montagepl. 10

T4

Montagepl. 9

T3

Montagepl. 1

T2

Montagepl. 7

T1

Gruppe 3

Montagepl. 6

Montagepl. 5

KP01

Montagepl. 4

Prod.

Montagepl. 3

Res.

Gruppe 2

Montagepl. 2

Gruppe 1

Montagepl. 8

238

T2

T3

T3

...

Abb. 6.23 Zuordnung der Montagetasks zu den Ressourcen

Im vorliegenden Beispiel ist dies der Fall. Im Ergebnis wird die Endmontage der Kleinpumpen in drei Linien aufgeteilt, die Endmontage der verschiedenen Pumpenvarianten wird auf diese Linien entsprechend den benötigten Kapazitäten und Fähigkeiten verteilt. In Abb. 6.23 wird die Zuordnung der Montagetasks von Produktvarianten zu den Ressourcen dargestellt. Im unteren Teil sind die Anteile der einzelnen Produktvarianten an der Kapazität der einzelnen Ressourcen dargestellt. Aus Platzgründen können nur einige wenige Produktvarianten dargestellt werden, die benötigten Kapazitäten der restlichen Varianten wurden zusammengefasst. 6.4.7 Konfiguration der Produktionslogistik Die Basis für die weitere Auslegung der in den kommenden sechs Monaten angestrebten Logistik ist die nach den Prinzipien „One-Piece-Flow“ und „logistische Segmentierung“ optimierte Produktionsstruktur. Im Idealfall entsteht im vorhergehenden Planungs-Optimierungs-Schritt die Struktur eines stark vereinfachten Produktionssystems, bei dem die Steuerungsnotwendigkeit, der Arbeitsbestand und die Durchlaufzeit auf ein Minimum

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

239

reduziert sind. Im Beispiel allerdings lässt sich die Werkstattfertigung nicht vollständig in einen gerichteten und segmentierten Materialfluss überführen, da die Anzahl der Eigenfertigungsteile mit stark unterschiedlichen Arbeitsplänen bei ca. 450 liegt. Außerdem sind aufgrund des Durchlaufzeit-Lieferfristverhältnisses, wie bereits erwähnt, Zwischenerzeugnisse zu bevorraten. Komplexe dynamische Wechselwirkungen und Abhängigkeiten sind die Folge. Weitere, bisher nur am Rande betrachtete Aspekte sind bei der Detaillierung des Produktionskonzepts zu berücksichtigen: • • • • • •

das Layout und die resultierende Materialflusskomplexität, unterschiedliche, detaillierte Absatzszenarien (best case, worst case), genaue Wirkung der Dispositionsverfahren und -parameter, dynamisches Wechselspiel zw. Planung, Steuerung und Produktion, zeitlicher Ablauf der Maßnahmen, die den geplanten Wandel umsetzen, Kostenbetrachtung (Investitionen und variable Kosten nach Wandel).

Aufbauend auf der automatisch generierten Grobstruktur werden die mit den genannten Aspekten verbundenen Fragestellungen in einem interaktiven, iterativen Vorgehen mithilfe des Logistik-Prüfstands erarbeitet. Das interaktive Vorgehen ermöglicht es, das implizite Wissen des Planers einfließen zu lassen. Die durch die Konfiguration des Auftragsmanagements grob festgelegten Gestaltungsmerkmale und Parameter werden dem Logistiker als Leitlinie zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe des Logistik-Prüfstands wird so eine genaue, ganzheitliche Parametrierung ermöglicht, die Gestaltung der zeitlichen Abfolge der Maßnahmen festgelegt und eine Kostenabschätzung durchgeführt. Gestaltungsmerkmale und Parameter sind: • genaue Lage des Kundenentkopplungspunkts, • Parameter zur Materialdisposition (Dispositionsart, Losgröße, Bevorratungsmengen, Planwiederbeschaffungszeit), • Arbeitsplanstruktur und Freiheitsgrade, • Kapazität und Kapazitätsflexibilität der Produktionsressourcen • alternative Produkt-Baukastenstrukturen. Die benötigten Grunddaten der derzeitigen und zukünftigen Produktion stehen in einer Planungsdatenbank bereit. Aus diesen Daten (Dispositionsdaten, erwarteter Auftragseingang, geplante Produktionsstruktur, ...) lässt sich im Logistikprüfstand per Knopfdruck ein vollständiges Fabriksimulationsmodell aufbauen, ausführen und analysieren. Fehler in der Planung und falsch angenommene Potentiale können so vor der Realisierung aufgedeckt und überarbeitet werden.

240

6 Die digitale Modellfabrik

Das Ziel ist eine konsistente logistische Parametrierung unter dem Aspekt der neuen Unternehmensstrategie „Zeitführerschaft“. Zielgrößen von SPW sind: • eine hohe logistische Fähigkeit mit einer Liefererfüllung von 95% und einer Lieferfrist, die für kundenspezifische Großpumpen deutlich unter vier Wochen und für kundenspezifische Kleinpumpen deutlich unter zwei Wochen liegt; • gleichzeitig geringe Investitionskosten und möglichst geringe variable Kosten nach dem Wandel. Der bei der Auslegung des Methodensets in Abhängigkeit von der Lieferfrist grob festgelegte Kundenentkopplungspunkt muss nun genau positioniert und abhängige Parameter eingestellt werden. Für alle notwendigen Grundparameter (Plan-durchlaufzeiten, Losgrößen, Bestellpunkte) werden mittels eines automatisierten Parametrierungsverfahrens konsistente Wertevorschläge generiert. Diese dienen als Ausgangssituation für eine iterative Verfeinerung des Logistik-Szenarios. Das iterative Vorgehen ist notwendig, da die verschiedenen Logistikparameter oft unstetige, sehr komplexe Auswirkungen aufeinander haben. Im Beispiel ergibt sich eine mit der Verschiebung des Kundenentkopplungspunkts verbundene Fragestellung: wie können bei einer konstanten geforderten Liefererfüllung von 95% die nun hohen Bestandskosten reduziert werden. In mehreren Simulationsläufen wird dazu untersucht, inwieweit durch Erhöhung der Kapazitätsflexibilität Bestände reduziert werden könnten. In Abb. 6.24 sind Bestandskosten in Abhängigkeit von der Kapazitätsflexibilität für Liefererfüllung 95% bei einem typischen Marktszenario dargestellt. Zum Erreichen der Ziele von SPW sind folgende kurz- und mittelfristigen Maßnahmen notwendig: • Einweisung von Personal aus der Kleinpumpen- in die Großpumpenendmontage (zur Erleichterung der kurzfristigen Kapazitätsverschiebung), • materialflussgerechte Anordnung der Ressourcen, • die Neuausrichtung des Kundenentkopplungspunktes, also die Änderung der Dispositionsstrategie von Eigenfertigungsteilen und vormontierten Modulen; • Änderung von Steuerungsregeln.

Bestandskosten in Euro

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

geringere Kapazitätsflexibilität (geringe Wirkung)

wenig

hohe Kapazitätsflexibilität (große Wirkung)

- Kapazitätsflexibilität -

241

extreme Kapazitätsflexibilität (keine Verbesserung)

hoch

diskretes Simulationsergebnis

Abb. 6.24 Bestandskosten in Abhängigkeit von der Kapazitätsflexibilität

Da diese Maßnahmen gegenseitige Abhängigkeiten und unterschiedliche zeitliche Horizonte haben, muss auch der Wandlungsprozess – vom Istzum Soll-Zustand geplant und ausgestaltet werden: beispielsweise dauert die Verlegung einer Engpassressource etwa zwei Tage, von einem Kapazitätsverlust von 36 Produktionsstunden ist auszugehen (vgl. Abb. 6.24). Da sehr viele unterschiedliche Komponenten auf dieser Maschine bearbeitet werden und die wandlungsfähige Produktionsregelung Überlast auf andere Ressourcen verteilt, ist durch Simulation zu quantifizieren, welche Auswirkungen für das Gesamtsystem entstehen, wenn keine Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Der Ausfall von 36 Stunden Arbeitszeit an der genannten Engpassressource hätte im Beispiel folgende Konsequenzen: • Überlastung einer Ressource mit ähnlichen Fähigkeiten, Rückstand von 28 Stunden, • Leerlauf von im Materialfluss nachfolgenden Ressourcen aufgrund von Fehlteilen, • Einbruch der Liefererfüllung bei zwei Pumpenfamilien, • 30 Kunden werden um zwei Tage verspätet beliefert.

242

6 Die digitale Modellfabrik

Der im Logistik-Prüfstand integrierte Analyseassistent stellt dem Logistiker potentielle, situationsangepasste Handlungsalternativen zur Verfügung, welche dann szenarienhaft durch Simulationsexperimente überprüft werden: • temporäre Bevorratung von kritischen Komponenten, • Verlagerung der Arbeitsinhalte auf eine teurere, ebenfalls hoch ausgelastete Ressource, • Extraschicht der Ressource vor der Verlegung, • temporäre Fremdvergabe. In Abb. 6.25 sind die Liefererfüllung und Kosten für verschiedene Handlungsalternativen exemplarisch dargestellt. Diese Übersicht erleichtert die Auswahl und Kombination von Maßnahmen. SPW entscheidet sich aus Kostensicht für eine kurzfristige Bevorratung der Komponenten (Bevorratungsvariante V2) in Verbindung mit Extraschichten im Vorfeld des geplanten Produktionsausfalls (Experiment 3).

Experiment 1 2 3 4 5

Beschreibung

Liefererfüllung

Verlagerung + Zusatzschicht Bevorratung V1 + 2 Zusatzschicht Bevorratung V2 + 2 Zusatzschicht Bevorratung V1 + 1 Zusatzschicht Fremdvergabe

89% 91% 95% 94% 95%

zusätzliche Kosten für zusätzliche Bestandskosten Fremdvergabe Personalkosten [Euro] [Euro] [Euro]

980 2500 2500

-

0 0 0 0 10.500

3000 3000 3000 1500 -

Abb. 6.25 Gegenüberstellung von Handlungsalternativen

Wie in Abb. 6.26 dargestellt, ist das Unternehmensziel „Zeitführerschaft“ durch kurzfristige Maßnahmen – allerdings mit hohen variablen Kosten – erreichbar. Eine Reduktion der Bestände und eine weitere Verringerung der Lieferzeit sind nur durch das Anpassen der Produkt-Baukastenstruktur an den neuen Kundenentkopplungspunkt möglich. Schon in der Vergangenheit wurden zahlreiche Vorschläge zur Vereinfachung und Modularisierung der Produktstruktur erarbeitet, allerdings mit dem primären Ziel der Kostenreduktion. Diese Baukastenstrukturkonzepte werden nun bezüglich ihres logistischen Potentials in der neuen Marktsituation mit dem Logistikprüfstand untersucht. Stark vereinfacht ist das Ergebnis in Abb. 6.26 dargestellt. Dieser Vergleich ist die Grundlage für die noch ausstehenden längerfristigen Maßnahmen.

243

Kostengegenüberstellung verschiedener Baukastenstrukturen (BK) Investitionskosten und kumulierte Bestandskosten

geschätzte Investitionskosten [Mio Euro] (Produktumstellung / Ressourcen)

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

BK3

BK2 BK1

Bestandskosten [Mio Euro] pro Jahr zur Erreichung der geforderten Lieferzeit

2005 2007 Zeit Entwicklung der Kosten über der Zeit mit Amortisation

Abb. 6.26 Grobe Kostengegenüberstellung verschiedener Baukastenstrukturen (BK1 –BK3)

6.4.8 Generierung von Layoutvarianten Die logistische Ausgestaltung mit Hilfe des Logistik-Prüfstands gibt die Eingangsdaten für die Anpassung der Fabrikstruktur und Layoutplanung vor. Neben der logistischen Segmentierung werden die benötigten Produktionsmittel und die Höhe der Bevorratungsmengen und Pufferbestände zwischen den Bearbeitungsprozessen für das angepasste Produktionskonzept vorgegeben. 6.4.8.1 Bedarfsplanung Im ersten Planungsschritt wird der benötigte Flächenbedarf der Produktionsmittel und für die Lagerung der Rohstoffe, Hilfsstoffe, Baugruppen und Endprodukte aus den Vorgaben des Logistik-Prüfstands bestimmt. Der Logistik-Prüfstand gibt die geforderten Bevorratungsmengen in Stück vor jedem Prozess vor. Die notwendigen Informationen zur Ableitung des Flächenbedarfs sind in der zentralen Datenbank (vgl. Abb. 6.27) vorhanden. Für die Produktionsmittel sind Freiflächen für die Bediener und zur Durchführung von Wartungsarbeiten angegeben. Zur Lager- und Pufferplanung sind Eigenschaften (Größe, Geometrie, Gewicht, Aggregatzustand, spezifische Lageranforderungen, etc.) zu Baugruppen und Fertigprodukten sowie Eigenschaften (Größe, Geometrie, Kapazität, etc.) der Lagermittel und Ladungsträger hinterlegt.

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6 Die digitale Modellfabrik

Abb. 6.27 Ressource mit Informationen in der Datenbank

Strukturplanung am Planungstisch Die Vorgaben der logistischen Segmentierung und erarbeiteten Flächenbedarfe bilden die Eingangsdaten für die Strukturplanung. Das zentrale Werkzeug für die Strukturplanung ist der Planungstisch (siehe auch Kapitel 5.3). Gemeinsam erarbeitet das Planungsteam Layoutvarianten für eine angepasste Fabrikstruktur (vgl. Abb. 6.28). Im Ausgangszustand wird auf dem Planungstisch das bestehende Layout in 2-D und 3-D Ansicht dargestellt, reduziert auf die zu verändernden Bereiche. In diesen Bereichen wurden die Betriebsmittel entfernt und nur die leere Werkshalle wird angezeigt. Die logistische Segmentierung definiert die Bereichsstruktur. Im angepassten Produktionskonzept wird die bestehende Bereichsstruktur aufrechterhalten. Es gibt weiterhin ein Kleinpumpen- und Großpumpensegment, in Teilefertigung, Vormontage und Endmontage unterteilt. Im Unterschied zum Ist-Zustand vergrößert sich aufgrund der Produktmixverschiebung und der dadurch bedingten Änderung des Kapazitätsbedarfs das Großpumpensegment und verkleinert sich das Kleinpumpensegment. In der Teilefertigung werden diejenigen Maschinen, die vorher dem Kleinpumpensegment zugeordnet waren, im Großpumpensegment eingesetzt. Der Flächenbedarf der Vor- und Endmontage des Kleinpumpensegments verringert sich, da weniger Montageplätze notwendig sind. Im Gegenzug erhöht sich der Flächenbedarf der Vor- und zum größeren Anteil der Endmontage im Großpumpensegment. In einer Menüleiste sind alle Betriebsmittel aufgelistet, die in den sich verändernden Bereichen angeordnet werden müssen.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

245

Abb. 6.28 Anordnung der Maschinen mit dem Planungstisch

Das Planungsteam erarbeitet gemeinsam am Planungstisch interaktiv Layoutvarianten für das neue Produktionskonzept. Die in den einzelnen Bereichen anzuordnenden Produktionsmittel werden materialflussgerecht nach der Prozessabfolge unter Berücksichtigung der Flächenbedarfe angeordnet. Neben der interaktiven Bedienung zum Positionieren von Objekten stehen dem Anwender weitere Funktionalitäten zur Verfügung. Kollisionsüberprüfungen werden durchgeführt und Restriktionsverletzungen, wie etwa die Überschreitung von Traglasten, werden angezeigt. Abstände zwischen Objekten können leicht überprüft und Flächen einfach eingezeichnet werden.Die Layoutvarianten und Planungszwischenstände können digital gespeichert werden. Die erste Bewertung einer Variante wird zum einen durch die visuelle 3-D-Darstellung möglich, zum anderen werden die resultierenden Materialflüsse in ihrer Stärke berechnet und angezeigt. Die Variante kann nach diesem Kriterium bewertet werden (vgl. Abb. 6.29). Die Varianten werden im Team nach zuvor aufgestellten Bewertungskriterien (bspw. Materialfluss, Umbauaufwände, Arbeitssicherheit, Transparenz) bewertet und eine Vorzugsvariante ausgewählt. Die Vorzugsvariante wird zusätzlich ganzheitlich durch den LogistikPrüfstand logistisch bewertet (siehe auch Kapitel 5.2). Aus dieser Bewertung lassen sich Anforderungen ableiten, eine Layoutvariante an Schlüsselstellen zu verändern bzw. zu korrigieren. Veränderungen an der gewählten Layoutvariante werden wiederum am Planungstisch vorgenommen.

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6 Die digitale Modellfabrik

99% 20 Tage

85% 0,5 Std.

30% 0 Tage

80% 0,5 Std.

Abb. 6.29 Bewertung mit Planungstisch und LOP

Diese Iteration der Planung am Planungstisch und der Bewertung durch den Logistik-Prüfstand wird so lange wiederholt, bis die Anforderungen an das Planungsergebnis erfüllt sind und das Planungsteam keine Verbesserungspotentiale mehr sieht. Fein- und Umplanung im CAD Das Ergebnis der Planung am Planungstisch wird im angebundenen CADWerkzeug der Planungsumgebung im Detail ausgeplant (siehe auch Kapitel 5.3). Das CAD-Modell wird automatisch aus der Datenbank erzeugt. Ausgangszustand im CAD-Modell ist das bestehende Gebäude mit allen Gebäudeelementen wie Medienversorgung und Infrastruktur im IstZustand (vgl. Abb. 6.30). Die Betriebsmittel sind in der Halle so positioniert, wie es am Planungstisch geplant wurde.

Abb. 6.30 Ausgangszustand im CAD

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

247

Über die bereitgestellten Funktionen im CAD-Werkzeug werden die Anforderungen an Veränderungen am Gebäude sichtbar. Zunächst werden Kollisionen zwischen den im Planungstisch nicht dargestellten Gebäudeelementen und den angeordneten Betriebsmitteln überprüft. Die Abb. 6.31 stellt mögliche Kollisionen in Form von a) Hüllkurven, b) Umzugswege, c) Bauteile dar. Das Einhalten definierter Sicherheitsabstände wird abgeprüft. Die veränderte Position bestehender und neuer Produktionsmittel ergibt neue Anforderungen an die Medienversorgung. Es wird geprüft, welche Veränderungen in der Medienversorgung notwendig sind. Aus den einzelnen Überprüfungen lassen sich die notwendigen Umbaumaßnahmen ableiten. Zusätzlich werden die Aufgaben der Umsetzungsplanung im CAD durchgeführt. Über eine Funktion werden zulässige Umzugswege bestimmt. Der Anwender gibt den gewünschten Umzugsweg eines Betriebsmittels vor. Der Weg wird im CAD automatisch auf Kollisionen überprüft. In der CAD-Umgebung wird das Layout im Detail vervollständigt, notwendige Umbaumaßnahmen abgeleitet und geplant sowie Aufgaben der Umsetzungsplanung durchgeführt (vgl. Abb. 6.32).

Abb. 6.31 Darstellung möglicher Kollisionen

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6 Die digitale Modellfabrik

Abb. 6.32 Halle mit Tragkonstruktion, technische Gebäudeausstattung und Maschinen im CAD

6.4.9 Folgenbewertung für die Mitarbeiter Bedingt durch die sinkende Auftragsmenge im Kleinpumpenbereich und den Bedarf nach verstärkter Produktionskapazität im Großpumpenbereich werden insgesamt 57 Mitarbeiter von SPW umverteilt. Durch den Wechsel dieser Personen in den Großpumpenbereich, aber auch die organisatorischen Umstellungen im Kleinpumpenbereich verändern sich die Tätigkeiten der meisten Mitarbeiter im Montagebereich des Unternehmens. Diese Veränderungen bedeuten aus Sicht der Betroffenen einen tief greifenden Wandel. Da die unmittelbaren Arbeitsinhalte des Einzelnen von hoher persönlicher Relevanz sind, ist es wahrscheinlich, dass angesichts dieser Veränderungen persönliche Ängste und Vorbehalte entstehen, die ein ernst zu nehmendes Potential für Veränderungsbarrieren darstellen. Dazu können auch die zahlreichen Veränderungen auf organisatorischer und sozialer Ebene beitragen, die im Zuge der Umstrukturierung entstehen. Um diesen negativen Effekten schon früh entgegenwirken zu können, ist es erforderlich, die aus den inhaltlichen Veränderungen entstehenden Interessenkonflikte antizipativ zu ermitteln und daraus Gestaltungsoptionen zur Herstellung von Win-Win-Situationen abzuleiten. Zur Ermittlung der Kosten-Nutzen-Bilanzen, die sich in der Wahrnehmung der vom Veränderungsprozess betroffenen Mitarbeiter und Führungskräfte ergeben, werden zunächst die Veränderungsfolgen auf der

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

249

Sachebene und anschließend auf der subjektiven Ebene untersucht. Die dabei vorgefundenen Kosten-Nutzen-Argumente werden priorisiert und darauf zugeschnittene Win-Win-Maßnahmen entwickelt. 6.4.9.1 Analyse der Veränderungsfolgen auf der Sachebene Als Beispiel stellen sich bei den Personen, die aus dem Kleinpumpen- in den Großpumpenbereich wechseln, je nach Position und Funktion unterschiedliche Veränderungsfolgen auf der Sachebene ein. Die operativen Mitarbeiter verlassen ihre bisherigen Arbeitsgruppen und müssen sich in die neu zusammengesetzten Arbeitsteams im Großpumpenbereich integrieren. Dort erwartet sie eine stark werkstattorientierte Arbeitsweise mit einem breiteren Spektrum an Tätigkeitsinhalten sowie höheren technischen, organisatorischen und sozialen Arbeitsanforderungen. Die ebenfalls in diesen Bereich gewechselten Meister müssen sich auf ihre neue Führungsrolle (stärkere Lenkungsfunktion statt inhaltlicher Mitarbeit), eine kleinere Führungsspanne (6-8 Mitarbeiter statt 10-15) und – wie die Mitglieder der Arbeitsgruppen – auf neue Qualifikationsanforderungen einstellen. Für die Mitarbeiter, Meister und Gruppensprecher des Kleinpumpensegments, aber auch z.B. für den Bereichsleiter stellt sich dagegen in der neuen Situation die Herausforderung, mit geringerer personeller Kapazität die Umstellung auf die One-Piece-Flow-Montage zu bewältigen. 6.4.9.2 Analyse der Kosten-Nutzen-Bereiche auf der subjektiven Ebene Die beispielhaft geschilderten sachlichen Folgen der Produktmixverschiebung werden im nächsten Schritt hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Interessenbereiche untersucht. Als Interessensubjekte können alle operativen und leitenden Mitarbeiter und Führungskräfte im Kleinpumpen- wie im Großpumpenbereich identifiziert werden. Darüber hinaus werden auch die Beschäftigten in den Verwaltungseinheiten, die den beiden Montagebereichen zugeordnet sind, als mittelbar Betroffene berücksichtigt. Als relevante Interessenobjekte werden für die folgenden ausgewählten Personengruppen ermittelt: • für die operativen Mitarbeiter: Arbeitsplatzsicherheit; Merkmale der neuen Zielvereinbarungen; erhöhte Qualifikationsanforderungen; Steigerung bzw. Verringerung von Tätigkeitsvielfalt und Handlungsspielraum; Imagegewinn bzw. -verlust durch Segmentwechsel; soziale Anforderungen der Gruppenbildung;

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6 Die digitale Modellfabrik

• für die Gruppensprecher: Anforderungs- und Verantwortungszuwachs; Aufgaben-, Rollen- und Kompetenzdefinition insbesondere gegenüber Meistern und früheren Kollegen; • für die im Kleinpumpensegment verbliebenen Meister: Anforderungen der One-Piece-Flow-Maßnahmen; Aufwand für die Vermittlung der vom Management vorgegebenen Ziele an die Mitarbeiter; Konkurrenz mit neuen Gruppensprechern; größere Führungsspanne; Wandel der Rollenanforderungen und Abwertung der eigenen (fachlichen) Autorität; berufliche Perspektiven im Unternehmen; • für die ins Großpumpensegment gewechselten Meister: neue fachliche Anforderungen; veränderte Rollenanforderungen (mehr Koordination als fachliche Mitarbeit); kleinere Führungsspanne; Unterstützung und Akzeptanz durch erfahrene Meister im Großpumpensegment; Verantwortung für Auswahl der Mitarbeiter bzgl. Segmentwechsel; veränderter Status in der Werkstattorganisation; Imagegewinn durch Segmentwechsel; • für den Bereichsleiter Kleinpumpen: verringerte personelle und budgetbezogene Ressourcen im eigenen Bereich; erhöhte Anforderungen der One-Piece-Flow-Maßnahmen mit ggf. eingeschränkter Motivation der zurückgebliebenen Mitarbeiter; Interventionen bei Spannungen zwischen Meistern und Gruppensprechern; eigene interne und externe berufliche Perspektiven. Wichtig für die Ermittlung der Interessenobjekte ist deren subjektive Dimension. Soll z.B. in der unternehmensoffiziellen Sichtweise der Eindruck vermieden werden, dass der Kleinpumpenbereich zu Gunsten des Großpumpensegments „ausgeschlachtet“ wird, so kann sich diese Interpretation im subjektiven Eindruck einzelner Personen trotzdem festsetzen. Dies muss umso mehr berücksichtigt werden, als die Motivation der Mitarbeiter im kapazitativ zurückgefahrenen Kleinpumpenbereich durch diese Wahrnehmung sehr leiden kann. Gerade um Maßnahmen zur Korrektur dieses Eindrucks ergreifen zu können, muss das Interessenobjekt „Imageverlust des Kleinpumpenbereichs“ aber erst einmal ernst genommen werden. Hier gilt es, die Scheuklappen abzulegen und eine unvoreingenommene Sicht auf mögliche Interessenbereiche zu ermöglichen. Identifikation von Kosten-Nutzen-Bilanzen Durch Wertung und Gewichtung der erfassten Interessenobjekte werden im nächsten Schritt subjektbezogene Kosten-Nutzen-Argumente abgeleitet.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

251

Für jede berücksichtigte Personengruppe entsteht so eine spezifische Kosten-Nutzen-Bilanz, in der die wahrgenommenen Vorteile und Nachteile des Veränderungsprozesses gemäß ihrer subjektiven Bedeutung gegenübergestellt werden. Abb. 6.33 zeigt eine solche Kosten-Nutzen-Bilanz am Beispiel der im Kleinpumpensegment verbliebenen operativen Mitarbeiter. Im Szenario wurde die durchschnittliche Kosten-Nutzen-Bilanz der im Kleinpumpenbereich verbliebenen Mitarbeiter ermittelt. In der Abbildung sind die Argumente mit der höchsten Relevanz nach Ausprägung, Verbreitung und Veränderungsrelevanz der Akteure dargestellt. Wie in der Abb. 6.33 zu sehen, konnten sechs relevante Kosten-Nutzen-Bereiche identifiziert werden. Diese besitzen im Mittelwert unterschiedliche Ausprägungen, welche die positive oder negative Bewertung für die Betroffenen veranschaulichen. Für die detaillierte Auswertung muss darüber hinaus die Schwankungsbreite der Werte berücksichtigt werden. Die Arbeitsplatzsicherheit (Mittel: -1,9) zeigt sich im Beispiel als ernst zu nehmendes Kosten-Argument: für die im Kleinpumpensegment verbliebenen Mitarbeiter ist die Kapazitätsreduzierung in ihrem Bereich ein Signal, dass möglicherweise weitere Einschnitte oder sogar die Schließung dieses Bereichs anstehen. Dies wird nur teilweise von der Hoffnung überlagert, dass der Auftragsanstieg im Großpumpenbereich für SPW insgesamt eine Stärkung darstellt und dadurch Arbeitsplätze gesichert werden. In diesem Zusammenhang zeigt sich auch das Argument des Imageverlusts im negativen Bereich (Mittel: -1,8). Dahinter steht die Beobachtung, dass für die Mitarbeiter der Großpumpenbereich durch die Kapazitätsaufstockung deutlich an Attraktivität gewinnt.

Abb. 6.33 Kosten-Nutzen-Bilanz

252

6 Die digitale Modellfabrik

Die Tätigkeiten sind in diesem Segment in technischer und organisatorischer Hinsicht anspruchsvoller, die Qualifizierungsmaßnahmen regelmäßiger und die Großpumpen gelten ohnehin als „Flagschiffe“ des Unternehmens. Letzten Endes besteht das Risiko, dass die im weniger beachteten Kleinpumpenbereich zurückgebliebenen Mitarbeiter sich vernachlässigt oder sogar verlassen bzw. auf verlorenem Posten fühlen – mit entsprechender Demotivation als Folge. Die Veränderung der Tätigkeitsvielfalt (Mittel: -3,7) stellt das deutlichste negative Argument der befragten Personen dar. Im Zuge der Taktharmonisierung und Standardisierung im Kleinpumpensegment werden die meisten Tätigkeiten monotoner und verlieren an Vielseitigkeit und Handlungsspielraum. Routinehandlungen treten in den Vordergrund, und nur die Planung und Durchführung weiterer Standardisierungsmaßnahmen stellen phasenweise kreative Herausforderungen für die Mitarbeiter dar. Diese Einschätzung schlägt sich folgerichtig auch als negative Wertung des Interessenbereichs Qualifikationsanforderungen (Mittel: -2,1) nieder. Die neuen Zielvereinbarungen erreichen dagegen in der Kosten-NutzenBilanz einen knapp positiven Wert (Mittel: +0,4). Die Zielvereinbarungen betreffen insbesondere diejenigen Maßnahmen, die zur Optimierung des One-Piece-Flow durchgeführt werden. Sie werden von den Mitarbeitern teils optimistisch als neue Herausforderung gesehen, teils pessimistisch als Selbst-Taylorisierung der eigenen Arbeitstätigkeiten. Das Kosten-Nutzen-Argument der Gruppenbildung erreicht als einziges einen deutlich positiven Wert (Mittel: +1,7). Hier kommt zum Ausdruck, dass die Reduzierung der Gruppengröße zu einer stärkeren Konzentration von Verantwortlichkeiten führt und die Benennung eines Gruppensprechers auf positive Resonanz stößt. Generell ist für die Ermittlung der Kosten-Nutzen-Argumente entscheidend, diejenigen Argumente zu erfassen, die tatsächlich für die Beteiligten bedeutsam sind. Diesem Umstand wird durch ein iteratives Vorgehen mit mehrfacher Erfassung und Neubewertung der Argumente Rechnung getragen. Dadurch können auch veränderte Wertungen berücksichtigt werden, die sich erst im späteren Verlauf des Veränderungsprozesses ergeben. Entscheidung über die Umsetzung der neuen Produktionsstruktur Die Ergebnisse der Produktionsstruktur und Prozessplanung werden der Unternehmensführung vorgestellt und im Rahmen einer Präsentation diskutiert. Nach Klärung offener Fragen gibt die Unternehmensführung ihre Zustimmung zur vorgeschlagenen neuen Produktionsstruktur und erteilt die Freigabe für eine zügige Umsetzung.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

253

6.4.10 Grob- und Feinplanung der Montage Die Produktmixverschiebung ist als zentraler Auslöser für die Montageumplanung der SPW anzusehen. Die bisherige Struktur war von Linienmontagen für die jeweiligen Produkte geprägt. Da diese Montageform eher in wirtschaftlichen Losgrößen sinnvoll ist, führt dies bei stark schwankendem Absatz zur Bildung von Lagerbeständen. Um künftig eine kundenorientierte Montage auszulegen, die den Flexibilitätsanforderungen hinsichtlich der Stückzahlen ständig gerecht wird, legt man die neue Montage mit Einsatz von digitalen Planungswerkzeugen aus, um eine einfache Umkonfigurierung zu gewährleisten. Als Arbeitsumgebung wird die virtuelle Realität (VR) gewählt, um so das Einbinden von Montageexperten durch die 3-dimensionale Visualisierung des Planungsobjektes zu vereinfachen. Dieses ermöglicht in Verbindung mit den digitalen Planungswerkzeugen, alle Prozesse und Abläufe in der SPW-Montage digital virtuell zu testen, zu simulieren und auch zu optimieren. Als zentrales Planungswerkzeug wird der Prozess-Engineer der Fa. Delmia verwendet. Er ermöglicht als zentrales Navigations- und Integrationswerkzeug die Sicht auf sämtliche Daten der SPW. Dieses beinhaltet Informationen zu den Produkten (z.B. Stücklisten mit Stammdaten), Prozessen (inkl. MTM Zeiten) und Ressourcen der Fabrik (Abb. 6.34). Bei der Neugestaltung der Montage spielt diese Datenbasis eine zentrale Rolle, da auf die im Prozess-Engineer eingepflegten Daten zurückgegriffen wird.

Abb. 6.34 Prozess-Engineer – Standardsicht

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6 Die digitale Modellfabrik

Darüber hinaus werden gewisse Randbedingungen gesetzt, die als Grundlage für die Montagegestaltung dienen. Zum einen werden keine konstruktiven Änderungen an den Pumpen vorgenommen, um Bauteilsynergien zu erzielen, was sich wiederum in der Grobstrukturplanung der Montage niederschlägt, z.B. durch Anordnung von Vormontagen und Montagen. Zum anderen gibt es aber auch Randbedingungen in Form von Flächenrestriktionen: aus den dynamischen Fabrikstrukturen werden Flächeninformationen für die Auslegung der künftigen Montage übernommen. Diese Vorgaben sind derart gestaltet, dass sich die Montage optimal in die gesamte Fabrikstruktur eingliedert. Auch die Logistik findet ihre Berücksichtigung in den Restriktionen. Der Logistikprüfstand liefert Eingangsdaten für logistische Schwachstellen im Gesamtsystem, so dass diese sich gezielt optimieren lassen. Aus den im Prozess-Engineer hinterlegten Prozessen (Abb. 6.35) lassen sich Vorrangbedingungen für die Montage der Pumpen ableiten. Sie werden im Vorranggraph dokumentiert und haben so einen starken Einfluss auf die Reihenfolge der Montageprozesse. Sowohl die Grunddaten aus dem Prozess-Engineer als auch die Randbedingungen sind Teil der Analysephase. Aus diesen Daten gilt es, ein System für den neuen Aufbau des Montagesystems zu entwickeln. Es gilt also, ein Groblayout zu erstellen. Grundlegend ist dabei die organisatorische Gestaltung des Gesamtsystems.

Abb. 6.35 Prozess-Engineer – Prozessgraph

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

255

Man unterscheidet grundsätzlich die beiden Kategorien Verrichtungsprinzip und Fließprinzip, was sich auf die Bewegungsart der Montageobjekte bezieht. In der umgestalteten SPW- Montage finden beide Prinzipien ihre Anwendung. Die Kleinpumpen werden fortan im One-Piece-Flow montiert. Diese Verringerung der Losgröße ermöglicht eine stark kundenorientierte Montage. Dies beschränkt sich allerdings auf die Hauptmontage. Baugruppen wie z.B. der Pumpenkörper werden immer noch separat vormontiert und an der Hauptmontage angedient. Bei den Großpumpen gestaltet es sich etwas anders. Allein die Geometrie verlangt nach einem Verrichtungsprinzip in der Organisationsform der Montage. Hier werden künftig stationäre Arbeitsplätze eingerichtet, an denen sämtliche Bauteile an die Pumpe montiert werden, bis diese fertiggestellt ist. Auch hier ergibt sich eine Flexibilität bzgl. der Typen- und Variantenvielfalt. Es ist auch möglich, den Personaleinsatz flexibel zu gestalten und gleichzeitig erhöht sich der Handlungs- und Dispositionsspielraum der einzelnen Mitarbeiter. Dem ist ein erhöhter Transportaufwand für das Material und die Baugruppen gegenüberzustellen. Um bei einer Baustellenmontage eine gleichmäßige Kapazitätsauslastung zu gewährleisten, sind langfristige Kapazitätstermine notwendig. Die oben genannten Organisationsformen der Montage werden beim Systementwurf mittels eines Konfigurationswerkzeuges ausgewählt. Anhand der vorher definierten Parameter und Randbedingungen entsteht so ein Vorschlag für ein mögliches Montagelayout, welches es weiter auszugestalten gilt. Diese weitere Feinplanung wird in einer VR-Umgebung durchgeführt (Abb. 6.36). Startpunkt für diese ist das Groblayout aus dem Konfigurationswerkzeug.

Abb. 6.36 Screenshot der Feinplanung in VR-Umgebung

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6 Die digitale Modellfabrik

Dieses gilt es mit Montagekomponenten zu füllen. Zum einen werden hier bereits vorhandene Betriebsmittel aufgeführt, aber es können auch weitere aus der Bibliothek ergänzt werden. Es ist möglich, diese in der dreidimensionalen Darstellung zu positionieren, aber auch weiter zu parametrisieren. Der Vorteil der VR-Umgebung ist, dass der Montageplaner ein komplettes 3-D-Abbild der Montage erhält. Durch Metaphern, z.B. farbige Säulen für Taktzeiten, MA-Einsatz, etc., kann er zielgerichtet die Feinplanung der Montage durchführen. Während dieser Planung kann er auf Werkzeuge wie z.B. Messfunktionen zurückgreifen. Ziel ist es, das komplette Montagesystem mit sämtlichen Ressourcen, z.B. Material- und Handlingswerkzeuge und auch das benötigte Personal, abzubilden und zu optimieren. Der Automatisierungsgrad der Montage kann z.B. durch den Einsatz von Industrierobotern vom Planer variiert werden. Diese lassen sich ebenfalls in der VR-Umgebung teachen, das heißt, ihre Bewegungen können vorgegeben werden, indem einzelne Bewegungspunkte gesetzt werden. Nach Abschluss einer ersten Feinplanung werden die Ressourcen und ihre Parameter wieder an die Planungsdatenbank zurückgegeben. Aus dem Prozess-Engineer heraus kann nun wieder auf dessen Funktionalitäten zurückgegriffen werden z.B. eine Kostenbetrachtung der Montage-Ressourcen aufgestellt werden. In seiner Form als Integrationswerkzeug kann auch die Materialflusssimulation gestartet werden, um so die umgeplante Montage, aber auch deren Einfluss auf die Gesamtfabrik, zu bewerten. Des Weiteren wird die Planungsdatenbank als Datendrehscheibe für den Logistikprüfstand und auch für den Fabrikplanungstisch benutzt. So kann ein iterativer Planungsprozess in Gang gesetzt werden, der auf die optimale Fabrikstruktur gerichtet ist. 6.4.11 Anpassung der operativen Steuerungsgrößen Auf Grund der durch Marktveränderung notwendig gewordenen Umstrukturierungsmaßnahmen werden nun neue Zielvereinbarungen benötigt, die sich auf hierfür adäquate Steuerungsgrößen stützen. Um die bisherigen bzw. neu zu definierenden Steuerungsgrößen hinsichtlich der Anwendbarkeit für neu gebildete Arbeitsgruppen (horizontale Komponente der SASMatrix, strategie- und autonomieorientierte Steuerungs-Matrix) und für die Umsetzung neuer strategischer Zielsetzungen (vertikale Komponente der SAS-Matrix) auf Adäquatheit zu untersuchen, wird die SAS-Matrix angewendet (Abb. 6.37). Zunächst werden die Anforderungen für das Steuerungsgrößenset unter Berücksichtigung des Autonomiegrades und der strategischen Ausrichtung festgelegt, wobei diese den Soll-Informationsbedarf aufzeigen.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

257

Strategie

3 Wirkungsbeziehungen 1

Steuerungsdimensionen/ -größen 4

Steuerungs- Gewichtung objekte

Entscheidungsautonomie

2

SAS-Matrix

IST-Matrix

SAS-Dimensionen/ -Größen

IST-Dimensionen/ -Größen

Kontext

Entscheidungsdimension

Entscheidungsdimension

Informationsdimension

Informationsdimension SAS: Strategie- und autonomieorientierte Steuerung

Abb. 6.37 SAS-Matrix

Es erfolgt daher eine Erfassung und Gewichtung der Steuerungsobjekte, die mit Hilfe der Steuerungsgrößen erfasst werden sollen. In einem weiteren Schritt ist dann die Bewertung der Steuerungsdimensionen/-größen entsprechend deren Beitrag zur Wahrnehmung der Entscheidungsautonomie und zur Entscheidungsunterstützung bezüglich des Steuerungsobjektes vorzunehmen. Daraufhin erfolgt die Auswahl und Festlegung hierfür geeigneter Steuerungsgrößen. Abschließend werden die über den SollInformationsbedarf definierten Steuerungsgrößen zur strategie- und autonomieadäquaten Steuerung den bereits zur Anwendung kommenden Steuerungsgrößen bezüglich deren Informationsbeitrags gegenübergestellt. Man unterscheidet hierbei zwischen dem Informationsgap, also Steuerungsgrößen, die dem erforderlichen Informationsumfang hinsichtlich der Autonomieunterstützung sowie Gesamtzielorientierung nicht gerecht werden, und dem Entscheidungsgap, bei dem in Bezug auf die Entscheidungsmöglichkeiten ein zu hoher Informationsumfang zur Verfügung gestellt wird. Hierbei identifizierte Lücken in der Informationsversorgung münden in einer Anpassung des zur Anwendung kommenden Steuerungsgrößensets (in Art und Gewicht). Dementsprechend wurden neue Steuerungsgrößen in einem Workshop definiert und die bereits zur Anwendung kommenden Steuerungsgrößen auf ihre Adäquatheit bezüglich der neu definierten Strategie untersucht. Trotz Umstrukturierungsmaßnahmen wird im Segment der Großpumpen der Autonomiegrad der Arbeitsgruppen unverändert beibehalten und es kommt nur die strategische Neuausrichtung bei möglichen Veränderungen in der Zusammensetzung des Steuerungsgrößensets zum Tragen.

258

6 Die digitale Modellfabrik

Steuerungsgröße

Gewichtung

Durchlaufzeit

10%

Reklamationsrate

20%

Fehlzeitenquote

15%

Produktivität

30%

Einsparungen durch Vorschlagswesen

25%

Tab. 6.1 Steuerungsgrößen vor der strategischen Neuausrichtung

Das Unternehmen verfolgte bisher eine Kostenführerschaftsstrategie und versuchte sich dabei über den Faktor Kosten am Markt zu differenzieren. Folglich waren entsprechend diesem Ziel das gesamte Großpumpensegment und somit auch die Arbeitsgruppen über hierfür adäquate Steuerungsgrößen und Zielvereinbarungen ausgerichtet. Wie Tab. 6.1 zeigt, rücken die Steuerungsgrößen in ihrer Gewichtung und der Art der Zusammensetzung die Produktivität und Kosteneinsparungen in den zentralen Blickpunkt. Mit der jetzt veränderten Marktsituation und mit dem hierfür notwendigen strategischen Kurswechsel, müssen die Steuerungsgrößen und die Zielvereinbarungen angepasst werden. Die angestrebte Strategie „Reduzierung der Lieferzeiten bei hoher Termintreue“ im Segment der Großpumpen muss sich in der Wahl der Steuerungsgrößen und in den darauf basierenden Zielvereinbarungen widerspiegeln. Bei der Untersuchung der Steuerungsgrößen wurden die bisherigen und die neuen Steuerungsgrößen mit Hilfe der SAS-Matrix, wie oben beschrieben, gegenübergestellt. Hinsichtlich der strategischen Neuausrichtung wurde sowohl ein Informationsgap als auch ein Entscheidungsgap identifiziert, die beide für eine Veränderung des relevanten und zur Anwendung kommenden Steuerungsgrößensets und der dazugehörigen Zielvorgaben sprechen. Durch den Strategiewechsel muss sich nun der Schwerpunkt der Performance-Messung für das gesamte Segment der Großpumpen auf Messgrößen zur Erfassung des kritischen Erfolgsfaktors „Zeit“ verlagern. Tab. 6.2 zeigt das neue Steuerungsgrößenset, das mit Hilfe der SASMatrix definiert wurde. Um die Strategie umzusetzen und den Marktanforderungen gerecht zu werden, werden bewusst mittelfristige Produktivitätsverluste und somit eine verringerte Marge beim Absatz der Großpumpen in Kauf genommen.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

Steuerungsgrößen Durchlaufzeit

259

Gewichtung Ruhezeiten Wartezeiten Bearbeitungszeiten in.br. Transportzeiten

25%

Termintreue

25%

Reklamationsrate

15%

Produktivität

10%

Prozesszeitenoptimierung durch Vorschlagswesen

25%

Tab. 6.2 Steuerungsgrößen für die strategische Neuausrichtung

Die Steuerungsgröße Durchlaufzeit wurde allerdings auf Grund ihrer hohen strategischen Relevanz nochmals in vier weitere Steuerungsgrößen untergliedert, die mitunter Steuerungs-, Restrukturierungs- und Optimierungsmaßnahmen in den Produktionsabläufen vereinfachen sollen. 6.4.12 Anpassung der Produktionsregelung Nach der Umstrukturierung des Segments „Großpumpe“ sind die betroffenen lokalen Regler anzupassen. Der Anpassungsbedarf beschränkt sich auf die Neufestlegung der lokalen Sollbestände und die Eingabe der neuen Kapazitätsgrenzen für die Regler. Bei den zentralen Produktionsreglern erfordern die Änderungen der Produktionsstruktur keine Anpassungen, da sie weitgehend unabhängig von der Anzahl und Verteilung der Ressourcen arbeiten. Die strategischen Änderungen allerdings bedeuten eine neue Gewichtung von Kapazitäts-, Bestands- und Verzugskosten. Um trotz reduzierter Vorlaufzeiten der Produktionsaufträge eine hohe Liefertreue sicherzustellen, werden daher der Produktionsregelung neue Kostengrenzen insbesondere für die Verzugskosten vorgegeben. Aus dem Terminvorlauf der aktuell in der Produktion befindlichen Aufträge und den vom Management vorgegebenen Kostengrenzen ermitteln die globalen Regler laufend die zulässigen mittleren Durchlaufzeiten. Aus diesen leiten sie die notwendigen Korrekturen der Sollbestände ab, die den Reglern der Leistungseinheiten vorgegeben werden. Die reduzierten Vorlaufzeiten der von der Planung an die Produktion übergebenen Aufträge führen daher ohne weitere Eingriffe der Planung direkt zu niedrigeren Sollbeständen in der Produktion.

260

6 Die digitale Modellfabrik

Abb. 6.38 Reaktion der geregelten Produktion

Die neuen Sollbestände werden von den Reglern der einzelnen Leistungseinheiten automatisch bei den Auftragsfreigaben und der Berechnung des aktuellen Kapazitätsbedarfs berücksichtigt. Trotz der stark reduzierten Vorlaufzeiten der Produktionsaufträge kann die Termintreue damit sicher über 90% gehalten werden. In Abb. 6.38 wird die Reaktion der geregelten Produktion auf reduzierte Vorlaufzeiten der Produktionsaufträge dargestellt. Während bei ausreichenden Vorlaufzeiten und Kapazitäten Aufträge zugunsten hoher Auslastung auch vor dem Solltermin fertig gestellt werden (oben), wird bei sehr kurzen Vorlaufzeiten soweit möglich die Terminabweichung minimiert (unten). 6.4.13 Umverteilung von Mitarbeitern Der Auftragseinbruch bei den Klein- und Kleinstpumpen um 70% und die daraus resultierende Produktmixverschiebung führen zu großen Veränderungen in den Inhalten und der Ausführung der Tätigkeiten. Mitarbeiter, die in der Montage der Kleinpumpen verbleiben, sind mit kürzeren Durchlaufzeiten konfrontiert und müssen sich mit den Konsequenzen des OnePiece-Flow auseinandersetzen. Dies hat vorwiegend eine Standardisierung

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

261

der Arbeitsinhalte, Taktharmonisierung und starke Arbeitsteilung zur Folge. Mitarbeiter, die zur Montage der Großpumpen wechseln, müssen im Sinne der baustellenorientierten Montage verschiedene Tätigkeiten ausführen können, welche entsprechende Qualifizierungsmaßnahmen und veränderte Leistungsziele mit sich bringen. Neben diesen Veränderungen und erforderlichen Maßnahmen sind eine Umverteilung der Mitarbeiter und eine Umstrukturierung der Gruppen notwendig. Generell bleibt hierbei die Gesamtzahl von 750 Mitarbeitern in der Produktion erhalten, von denen 520 in der Vor- und Endmontage arbeiten. Jedoch findet bedingt durch die Produktmixverschiebung eine prozentuale Veränderung der Mitarbeiterzahl innerhalb der Klein- und Großpumpen statt. Mitarbeiter aus dem Bereich der Kleinpumpen wandern zu den Großpumpen, um der Auftragssteigerung in diesem Bereich gerecht zu werden. Dies bedeutet, dass von den ursprünglich 182 Mitarbeitern im Kleinpumpenbereich noch 125 verbleiben und 57 zu den Großpumpen wechseln. Die ursprüngliche Zahl von 338 Mitarbeitern im Großpumpenbereich erhöht sich somit auf 395 Mitarbeiter. Die Anzahl der Gruppen verringert sich im Kleinpumpenbereich. Während es vor der Produktmixverschiebung 13 Gruppen gab, sind es nun noch neun Gruppen. Die Gruppengröße bleibt im Kleinpumpensegment weitgehend konstant. Im Bereich der Großpumpen verringert sich aufgrund der qualitativ gestiegenen Anforderungen die durchschnittliche Gruppengröße von zehn auf sechs bis acht Mitarbeiter pro Gruppe. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der Anzahl der Gruppen im Großpumpensegment von anfangs 33 auf jetzt 56 Gruppen. Die Gesamtzahl der Gruppen in der Montage beläuft sich somit nun auf 65 Gruppen. Bedingt durch die Versetzung einiger Mitarbeiter ins Großpumpensegment und die daraus resultierenden neuen Tätigkeiten sind die Verantwortlichkeiten und Führungsaufgaben der Meister neu zu definieren. Im Bereich der Kleinpumpen werden auf Grund der Reduzierung der Anzahl der Gruppen und der Standardisierung der Gruppenaufgaben weniger Meister vorhanden sein. Die freigestellten Meister des Kleinpumpenbereichs wechseln zu den Großpumpen, wo ihnen erweiterte Führungsaufgaben zugeteilt werden. Des Weiteren werden die Meister in die Entscheidung, welche Mitarbeiter bzw. Gruppen aus dem Bereich der Kleinpumpen zu den Großpumpen wechseln, mit eingebunden. Da im Bereich der Kleinpumpen weniger Meister als bisher vorhanden und die Tätigkeiten standardisierter sind, werden die Verantwortlichkeiten der Gruppensprecher erhöht. In den Aufgabenbereich der Gruppensprecher fallen nun die Einarbeitung von neuen Mitarbeitern, die Mitsprache bei Personalfragen, die Aufgabenverteilung innerhalb der Gruppe und die

262

6 Die digitale Modellfabrik

Überwachung der Gruppenleistung. Hierdurch wird eine Aufwertung des Bereiches der Kleinpumpen erreicht und das Verbleiben in diesem Bereich attraktiver. Ebenso wie bei den Meisterstellen wird im Bereich der Großpumpen die Anzahl der Gruppensprecher in Abhängigkeit vom zahlenmäßigen Anstieg der Gruppen erhöht. Neben der Aufwertung der Befugnisse und Qualifikationen der Gruppensprecher bei den Kleinpumpen werden qualifizierte Springer ausgewählt. Diese haben auf Grund ihrer Kompetenzen die Möglichkeit, sowohl im Klein- als auch im Großpumpenbereich tätig zu sein. Je nach Bedarf, Auftragseingang oder Personalengpass werden sie flexibel von einem Bereich in den anderen wechseln und jeweils vor Ort temporär aushelfen. 6.4.13.1 Vorgehen und Kriterien für die Auswahl wechselnder Mitarbeiter Aus der oben beschriebenen Notwendigkeit der Umverteilung von Mitarbeitern ergibt sich, dass 57 Mitarbeiter, die bislang im Kleinpumpen-Segment arbeiten, in das Großpumpen-Segment wechseln müssen. Die Auswahl dieser Mitarbeiter wird von den Meistern des Kleinpumpen-Segments vorgenommen. Die Neubildung von Gruppen sowie die Platzierung der gewechselten Mitarbeiter in den Gruppen des Großpumpen-Segments werden von den Meistern des Großpumpen-Segments vorgenommen. Um die Meister darauf vorzubereiten, werden Kriterien entwickelt, die ihnen dabei helfen sollen, diese Aufgabe zu bewältigen. In Workshops, die gemeinsam mit Meistern aus beiden Pumpensegmenten durchgeführt werden, werden diese Kriterien kommuniziert und gemeinsam mit den Meistern werden Strategien zur Umsetzung der Kriterien sowie für die Kooperation zwischen den Meistern der beiden Segmente erarbeitet. Die Kriterien für die Auswahl der Mitarbeiter aus dem KleinpumpenSegment, die in das Großpumpen-Segment wechseln, werden zum einen aufgrund von Merkmalen der Arbeitsgruppen und zum anderen aufgrund von Merkmalen einzelner Mitarbeiter definiert. Zunächst ist aber zu beachten, dass ausschließlich solche Mitarbeiter wechseln, die dies freiwillig tun, womit dem generellen Anspruch des Unternehmens an eine partizipative Arbeitsgestaltung entsprochen wird. Um einen freiwilligen Wechsel zu unterstützen, werden den Mitarbeitern klare Informationen darüber zur Verfügung gestellt, was sie in dem verbleibenden Kleinpumpen- sowie im neuen Großpumpen-Segment erwarten wird. Während bei den Kleinpumpen die Arbeitsanforderungen relativ konstant bleiben und sich die Zielvereinbarungen dort auf reine Leistungskennzah-

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

263

len beziehen, werden bei den Großpumpen auf die Mitarbeiter erhöhte Arbeitsanforderungen zukommen. Diese beinhalten aber keinen Anstieg der Arbeitsmenge oder -belastung, sondern vielmehr erhöhte Anforderungen an Qualifikation und soziale Interaktionen. Dementsprechend werden die Zielvereinbarungen sich dort auf komplexe und variable Leistungskennzahlen beziehen und zusätzlich Qualifikationsziele und Ziele zur Kompetenz der Arbeitsgruppen beinhalten. Den erhöhten Anforderungen stehen somit auch verbesserte Möglichkeiten gegenüber, sich weiter zu qualifizieren und evtl. auch persönlich weiterzuentwickeln. Für die Gewinnung eines zentralen Überblicks über den Stand der Kompetenz aller bestehenden Gruppen wird segmentübergreifend zunächst der Gruppencheck durchgeführt. In diesem Zusammenhang werden die Gruppen auch über die bevorstehenden Veränderungen informiert. Im Kleinpumpen-Segment werden für alle Gruppen nicht nur die Kompetenz-Profile und die Gesamt-Kompetenz berechnet, es werden auch für jede Gruppen die Kennwerte für die Homogenität der Gruppen ermittelt. Auf dieser Basis können bevorzugt Mitarbeiter aus Gruppen mit besonders geringen Werten der Homogenität in Bezug auf die individuellen Einschätzungen der Kompetenz der Gruppen ausgewählt und die verbleibenden Mitarbeiter auf bestehende Gruppen im Kleinpumpen-Segment verteilt werden. Die Gesamtwerte der Kompetenz der Gruppen dienen den Meistern im Kleinpumpen-Segment dazu, Entscheidungen über das Ausmaß der Mitbestimmung der Gruppen zu treffen. Gruppen mit hoher Kompetenz (Gesamtwerte größer als 3) sollten die Entscheidung über den Wechsel einzelner Mitarbeiter eigenständig treffen, weniger kompetente Gruppen in Absprache mit dem Meister. In Gruppen mit geringer Kompetenz (Gesamtwerte kleiner als 2) trifft der Meister die Entscheidung. In Bezug auf die einzelnen Mitarbeiter, die in das GroßpumpenSegment wechseln, gilt, dass insgesamt eine heterogene Auswahl von Mitarbeitern getroffen werden sollte, was eine intensive Kooperation der Meister des Kleinpumpen-Segments erfordert. Die Anforderung an die Heterogenität bezieht sich sowohl auf die Lebensphasen als auch auf das kalendarische Alter der Mitarbeiter. Dadurch soll vermieden werden, dass z.B. ausschließlich junge und karriereorientierte Mitarbeiter zu den Großpumpen wechseln. Dies hätte negative Effekte auf die Motivation bei den Kleinpumpen zur Folge und würde bei den Großpumpen zu einer unproduktiven Homogenität führen, die in diesem Fall einen Mangel an erfahrenen und sozial kompetenten älteren Mitarbeitern zur Folge hätte.

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6 Die digitale Modellfabrik

Bei dieser Auswahl ist auch darauf zu achten, dass ausreichend erfahrene Mitarbeiter für den Wechsel zur Verfügung stehen, die bei den Großpumpen die Funktion von Paten für die wechselnden Mitarbeiter übernehmen werden. Mit diesem Patenkonzept wird ein innovatives Konzept der lebensphasenorientierten Arbeitsgestaltung eingesetzt, das hier nicht nur die soziale Funktion für die wechselnden Mitarbeiter erfüllt, sondern auch dazu beiträgt, die Neubildung der Gruppen im Großpumpen-Segment mit geringst möglichen externen Eingriffen zu unterstützen. Diese Paten haben, gemeinsam mit den Meistern und bisherigen Gruppensprechern der Großpumpen, die Aufgabe, die Großpumpen-Gruppen neu- bzw. umzubilden. Dem liegt die von der Produktionsplanung vorgenommene Aufteilung der Arbeitsstationen zugrunde, aus der sich ergibt, wie viele Mitarbeiter an welchem Arbeitsplatz beschäftigt sein werden. Diese werden jeweils zu Gruppen zusammengefasst. Bei der Zusammenstellung der Gruppen ist darauf zu achten, dass in jeder Gruppe sowohl Mitarbeiter aus dem bisherigen Großpumpen-Segment als auch aus dem Kleinpumpen-Segment gewechselte Mitarbeiter platziert werden. Soweit es möglich ist, werden dabei Gruppenkollegen der bisherigen Gruppen in gemeinsamen Gruppen belassen. In Bezug auf Lebensphasen und Alter einzelner Mitarbeiter werden die Gruppen möglichst heterogen zusammengestellt. 6.4.14 Anpassung der Zielvereinbarungen Aus den Änderungen der für das Großpumpen-Segment geltenden Kennzahlen sowie aus der Neubildung der Gruppen bei den Großpumpen ergeben sich verschiedene Konsequenzen für die Zielvereinbarungen. Eine Anpassung der Zielvereinbarungen im Großpumpen-Segment ist erforderlich. Um die Gruppen auf diese Änderungen (bzw. Neuerungen für die aus dem Kleinpumpen-Segment gewechselten Mitarbeiter) vorzubereiten, wird ein entsprechendes Zielvereinbarungs-Modul für die Workshops zur Gruppenbildung entwickelt. Der bisherige Prozess der Zielvereinbarungen, der die partizipative Festlegung von Zielen, regelmäßige rechnergestützte Rückmeldungen über den aktuellen Stand der Zielerreichung, Maßnahmenplanung und -umsetzung sowie die Ableitung von Konsequenzen auf individueller und auf Gruppenebene umfasst, kann weitgehend beibehalten werden. Eine Änderung besteht aber darin, dass der Prozess nun in größerem Maß von den Gruppen eigenständig durchgeführt werden soll. Mit der Neubildung der Gruppen und der Neudefinition von Kennzahlen beginnt für alle Gruppen ein neuer Zyklus im Prozess. Die bisherigen

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

265

Zielvereinbarungen werden damit abgeschlossen, dass in allen Gruppen eine Bewertung des aktuellen Standes der Zielerreichung stattfindet und dass alle Gruppen die ihnen aufgrund dessen zustehenden Anreize auch erhalten. In den neuen Zielvereinbarungen müssen zunächst neue, auf Gruppenebene definierte Kennzahlen entwickelt und hierfür anschließend in allen Gruppen Zielwerte festgelegt werden. Für alle Gruppen werden Ziele zu folgenden Inhalten festlegt: Durchlaufzeiten, Qualifikationsprofil der Gruppen und Kompetenz. In Bezug auf die Qualifikation werden, abgeleitet von den Gruppenzielen, auch individuelle Ziele mit einzelnen Mitarbeitern vereinbart. Für die beiden neuen Kennzahlen auf Segmentebene, Termintreue und Prozesszeitoptimierung durch Vorschlagswesen, werden keine Ziele auf Gruppenebene definiert. Wie genau bei der Festlegung der Ziele vorgegangen wird, wird im Folgenden für die drei Gruppenziele beschrieben. Durchlaufzeiten: Hierzu waren bereits in den bisherigen Zielvereinbarungen Ziele definiert. Die Durchlaufzeiten gewinnen aber im neuen Kennzahlensystem an Bedeutung. Ziele zu den Durchlaufzeiten werden direkt zu Beginn festgelegt. Für jede Gruppe wird dabei auf der Basis von Schätzungen, die die Gruppen gemeinsam mit der Arbeitsvorbereitung erarbeiten, ein Wert festgelegt, der mit großer Wahrscheinlichkeit von allen Gruppen erreicht werden kann. Dadurch erhalten die Gruppen Spielräume, ihre neuen Kollegen kennen zu lernen und sich in die neuen Arbeitsprozesse einzuarbeiten. In dieser Zeit bearbeiten Meister vorrangig das neue Segmentziel Prozesszeitenoptimierung durch Vorschlagswesen. Es ist also Aufgabe der Meister, die Gruppen dabei zu unterstützen, ihre Arbeitsprozesse in dieser Zeit zu optimieren und insbesondere solche Prozessschritte ausfindig zu machen, an denen weitere Zeiteinsparungen möglich sind, um eine möglichst große Reduktion der anfänglichen Durchlaufzeiten zu erreichen. Hieraus werden Verbesserungsvorschläge erarbeitet, für die Gruppen und Meister jeweils einmalig honoriert werden. Nach Abschluss der drei Monate werden mit allen Gruppen neue Ziele für die Durchlaufzeiten festgelegt. Qualifikationsprofil: bei der Neuzusammenstellung der Gruppen im Großpumpen-Segment wurde in erster Linie auf die Heterogenität der Gruppen in Bezug auf Lebensphasen und Alter Wert gelegt. Eine großpumpenrelevante Qualifikation ist in allen Gruppen dadurch vorhanden, dass keine Gruppe ausschließlich aus gewechselten KleinpumpenMitarbeitern besteht. Dennoch ist es durch die geänderten und erweiterten Arbeitsinhalte erforderlich, die Qualifikation aller Mitarbeiter zu erhöhen. Dafür werden zu Beginn der Umbildung für alle Gruppen zunächst Mindest-Qualifikationsprofile erarbeitet. Das heißt, es wird ermittelt, welche

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6 Die digitale Modellfabrik

Qualifikationen in jeder Gruppe unbedingt vorhanden sein müssen, um die anstehenden Arbeiten erfolgreich bewältigen zu können. Das Qualifikationsziel der Gruppen besteht darin, diese Qualifikationen in der kürzest möglichen Zeit (was von den jeweiligen zu besuchenden Lehrgängen abhängig ist und von der Möglichkeit, einzelne Mitarbeiter zeitweise von der Arbeit freizustellen) zu erreichen. Auf welche Mitarbeiter sich diese erforderlichen Qualifikationen wie verteilen werden, wird ausschließlich von den Mitarbeitern bestimmt. Der Meister greift hierbei nicht unterstützend ein, erhält aber einen abschließenden mündlichen Bericht darüber, welcher Mitarbeiter seiner Gruppe welche Qualifikationen in den nächsten drei Monaten erhalten wird. Durch dieses Vorgehen wird als beabsichtigter Nebeneffekt erreicht, dass sich die Gruppenmitglieder nicht nur persönlich kennen lernen, sondern auch, dass zielorientierte und positive soziale Prozesse in den Gruppen angestoßen werden, worin auch eine Vorbereitung auf zukünftige von den Gruppen eigenständig zu treffende Entscheidungen gesehen wird. Kompetenz: die Entwicklung der Kompetenz der Gruppen wird als ein langfristiges Ziel angesehen. Zur Vorbereitung hierauf wird nach Ablauf der ersten drei Monate im neuen Großpumpen-Segment erneut der Gruppencheck in allen Gruppen durchgeführt. Ein Ziel wird hierfür aber erst nach Ablauf eines halben Jahres festgelegt, um den Gruppen die Möglichkeit zu geben, sich zunächst auf die produktionsprozessbezogenen Aspekte ihrer Arbeit zu konzentrieren. Die Gruppenziele zur Kompetenz werden dann gemeinsam von Gruppen und Meistern festgelegt. Um langfristig die Eigenständigkeit und die Reaktionsmöglichkeiten der Gruppen zu fördern, wird darauf geachtet, dass von jeder Gruppe möglichst viele verschiedene Aspekte des Gruppenchecks zur Verbesserung ausgewählt werden. 6.4.15 Bewältigung von Interessenkonflikten Treten innerhalb der identifizierten Kosten-Nutzen-Bilanzen deutlich negative Werte auf, ist die Entstehung von Interessenkonflikten wahrscheinlich. Um deren negative Folgen auf die Veränderungsbereitschaft der Beteiligten konsequent zu verhindern, müssen Maßnahmen entwickelt und umgesetzt werden, welche die Erzielung einer Win-Win-Situation für möglichst viele Beteiligte erlauben.

6.4 Mittelfristige Reaktionen im Unternehmen

267

6.4.15.1 Entwicklung von Gestaltungs-Optionen für Interessenkonflikte Die in den personengruppenspezifischen Kosten-Nutzen-Bilanzen enthaltenen Argumente werden vor dem Gesamteindruck aller ermittelten Bilanzen erneut bewertet und priorisiert. Unter anderem muss geklärt werden, ob Argumente außerhalb der Gestaltungsgrenzen liegen, denen die Interessenoptimierung unterworfen ist. Solche Grenzen können durch nicht beeinflussbare äußere Faktoren gegeben sein, aber auch durch unumkehrbare Setzungen durch das Management. Für die so eingegrenzte Menge der optimierbaren Kosten-Nutzen-Argumente erfolgt anschließend die Analyse der Stellhebel, mit denen das Ausmaß und die Wertung (positiv/negativ) der Argumente durch die Mitarbeiter und Führungskräfte beeinflusst werden können. Es ergeben sich beispielsweise – bezogen auf die im Kleinpumpensegment verbliebenen Mitarbeiter – als Stellhebel für das Argument Tätigkeitsvielfalt die Erhöhung der Aufgabenvielfalt sowie die Erweiterung des Handlungsspielraums und der Verantwortung. Als mögliche Gestaltungsmaßnahmen werden daraus die verstärkte Rotation der Mitarbeiter auf den Arbeitsplätzen, die verstärkte Übernahme organisatorischer Aufgaben wie z.B. der Schicht- und Urlaubsplanung, stärkere Delegation von inhaltlich anspruchsvollen Aufgaben wie z.B. der Qualitätssicherung durch Meister und Gruppensprecher, die verstärkte Einbindung in die Maschinenstörungs- und Fehleranalyse sowie die verstärkte Mitarbeit an der Umsetzung des One-Piece-Flow-Konzepts abgeleitet. Weiterhin wird als Ausgleich der eingeschränkten Tätigkeitsvielfalt ein phasenweiser Austausch einzelner Mitarbeiter zwischen Klein- und Großpumpenbereich vorgeschlagen, in dessen Rahmen unterstützende bzw. beratende Tätigkeiten ausgeübt werden. Umsetzung der Win-Win-Maßnahmen Nachdem die entwickelten Maßnahmen mit der Geschäftsleitung, den Bereichsleitern, dem Betriebsrat sowie Vertretern der Meister und Mitarbeiter diskutiert worden sind, erfolgt die Festsetzung des Win-Win-Designs. Je nachdem, welche Bedeutung die zuvor ermittelten Kosten-NutzenArgumente a) für die betreffende Interessengruppe und b) im innerbetrieblichen Vergleich aller Interessengruppen besitzen, werden Win-WinMaßnahmen für die Umsetzung ausgesucht und gemeinsam beschlossen. Sie werden in einem offiziellen Dokument fixiert und allen Mitarbeitern und Führungskräften der SPW zugänglich gemacht. Ihre Auswahl orientiert sich nicht nur an der jeweiligen motivationsbezogenen Relevanz, son-

268

6 Die digitale Modellfabrik

dern auch am zeitlichen und finanziellen Aufwand, der mit ihrer Umsetzung verbunden ist. Um die effiziente Durchführung der angesetzten Maßnahmen zu gewährleisten und die u.U. erforderlich werdenden Nachbesserungen frühzeitig in Gang setzen zu können, werden drei Vertreter aus der Management-, Meister- und Mitarbeiterebene zu Mentoren der Interessenoptimierung ernannt. Sie sind für die Dauer der Maßnahmen innerhalb des Betriebs Ansprechpartner für Fragen, Vorschläge und Beschwerden und sind maßgeblich in die Auswertung der Maßnahmen eingebunden. Zu ihren wichtigsten Aufgaben zählt die bedarfsgerechte und zeitnahe Entwicklung alternativer Gestaltungsoptionen, die z.B. bei unbeabsichtigten Folgewirkungen der Win-Win-Maßnahmen erforderlich werden. So ergibt sich im Kleinpumpenbereich der SPW nach der Übernahme von Qualitätssicherungsaufgaben durch Mitarbeiter ein größerer Qualifizierungsbedarf als zunächst angenommen. Als Reaktion darauf erhalten die Gruppensprecher die Aufgabe, die Mitarbeiter unter Einhaltung eines bestimmten Zeitbudgets in diesen Aufgabenbereich einzuarbeiten. Der letzte Schritt im Vorgehen der Interessenoptimierung ist die Evaluation der durchgeführten Maßnahmen. Hier gilt es zu bewerten, wie verbindlich die vereinbarten Win-Win-Maßnahmen umgesetzt wurden, ob sich die Bedeutung der ermittelten Kosten-Nutzen-Argumente bestätigt hat und welche Effekte sich auf die Unterstützungsbereitschaft der Beteiligten für den Veränderungsprozess ergeben haben. Die Ergebnisse dieser Auswertung fließen wiederum in die Anpassung der Win-Win-Maßnahmen mit ein.

6.5 Ausblick digitale Modellfabrik Die digitale Fabrik ist Realität. Aber die Versprechen der Forschung und der Systemanbieter sind längst nicht vollständig eingelöst. Insbesondere die Datenbeschaffung für existierende und zukünftige Fabriken kann und muss stark vereinfacht werden. Die Frage nach Standard-Formaten, in denen Hersteller digitale Daten für Investitionsgüter bereitstellen wird lauter und muss beantwortet werden. Eine objektorientierte, dienstebasierte Architektur, in der planungsrelevante Objekte (z. B. Maschinen) entweder selbst oder durch Stellvertreterobjekte Grund- und Zustandsdaten bereitstellen, gilt hier als viel versprechender Ansatz. Die Realisierung selbst ist hier weniger problematisch als die Standardisierung und Akzeptanz bei den Anbietern.Die Planung und Bewertung zentraler Aspekte und Erfolgsfaktoren eines Fabrikkonzeptes, wie z. B. der Produktionslogistik wurden

6.5 Ausblick digitale Modellfabrik

269

im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 467 exemplarisch in die digitale Fabrik integriert und in der Modellfabrik dargestellt. Themengebiete wie Wissensmanagement und Humanpotentiale sind erstmals in Verbindung mit der digitalen Fabrik untersucht und exemplarisch dargestellt worden. Es wird – auch im Dialog mit der Industrie – zu untersuchen sein, welche Themen zukünftig im Kontext einer Digitalen Fabrik nutzbringend dargestellt, analysiert und gestaltet werden können. Die heute existierende Digitale Fabrik ist vor allem eine Integrationsplattform, die Prozesse vereinheitlicht, aktuelle Daten bereitstellt und so Werkzeuge und folglich Planungsprozesse synchronisiert. Dies gelingt dann gut, wenn die verwendeten Denkmodelle logisch kompatibel und überschaubar sind. Dass dies nicht immer der Fall ist, zeigen die Probleme der Pilotanwendungen in der Praxis und der Forschung. Daher werden vier Aspekte der Integration in der Digitalen Fabrik in Zukunft noch zu überdenken und zu verbessern sein: Daten-Integration: Die Hersteller der heute gängigen SoftwareLösungen bieten insbesondere eine Daten-Integration an. Ähnlich dem Trend der ERP-Software vor zwei Jahrzehnten ist heute die Zentralisierung planungsrelevanter Daten das zentrale Anliegen der digitalen Fabrik und die Grundlage für jegliche Werkzeug-Integration. Besonders das Problem der unterschiedlichen und gleichzeitig genutzten Abstraktionsebenen durch verschiedene Bearbeiter (z. B. Maschinenverfügbarkeit in MTBF und MTTR und aggregierter Verfügbarkeit in Prozent) ist bisher nicht zufriedenstellend gelöst. Ansätze wie z. B. die Propagation von Daten innerhalb weitgehend isomorpher Datenstrukturen sind realisierbar. In der Regel können Daten aus aggregierten Abstraktionsebenen nicht mehr in detaillierte Ebenen transformiert werden. Methoden-Integration: Weit schwieriger als die Daten-Integration ist die Verzahnung von Methoden. Bei der Beschleunigung des Wandels sind langwierige Iterationsschleifen möglichst zu vermeiden. Eine enge Verflechtung von Methoden (z. B. Prozessplanung, Fabriklayout-Planung, Logistik-Gestaltung) ist daher erforderlich. Dabei ist die Balance zwischen potentiellem Nutzen in Form von Geschwindigkeitszuwachs und latenter Überforderung der Beteiligten durch massive Interdisziplinarität zu wahren und im Zweifel eher zugunsten der einfachen Handhabung zu entscheiden. Aufgaben-Integration: Als direkte Folge der Methoden-Integration verschwimmen die Grenzen der tradierten Aufgaben im Unternehmen. Was heute sequenziell und nicht selten in getrennten Abteilungen bearbeitet wird, kann und soll in Zukunft von einer Person oder einem Team zeitgleich bearbeitet werden. Der Fabrikplanungstisch etwa ist ein Werkzeug, das eine zeitgleiche Bearbeitung durch mehrere Personen nicht nur ermöglicht sondern diese geradezu erfordert.

270

6 Die digitale Modellfabrik

Werkzeug-Integration: Als Folge der oben genannten Schritte werden Systemanbieter mehr und mehr dazu übergehen, Werkzeuge vollständig zu integrieren. Was heute teilweise über Datenimport und -export mit Datenverlusten und hoher Arbeitsintensität gelöst ist, wird der Anwender in wenigen Jahren transparent nutzen können.Es scheint möglich, mithilfe der digitalen Fabrik ein neues Produkt mit großen Marktchancen zu schaffen: Die Fabrik selbst. In Zeiten „hochmobiler Unternehmen“, in der die Fabrik nah am Markt mit möglichst geringen Stückkosten je nach Bedarf auf- und wieder rückgebaut wird, stellt die Fabrik selbst ein HightechProdukt mit guten Marktchancen dar. Auf der anderen Seite muss es unser Anliegen sein, die hier ansässigen Unternehmen bei der Bewahrung und Schaffung wettbewerbsfähiger Fabriken und Arbeitsplätze zu unterstützen.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

271

7 Anhang

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“ 7.1.1 Einleitung Wandlungsfähigkeit bezeichnen viele Autoren als die wesentliche Eigenschaft erfolgreicher Unternehmen im 21. Jahrhundert. Gründe für die zunehmende Bedeutung der Wandlungsfähigkeit sind beispielsweise kürzere Produktlebenszyklen, zunehmende Marktschwankungen und verstärkter Preiskampf auf den Märkten. Eine detaillierte Betrachtung der Ursachen von Wandlungsfähigkeit, der Barrieren der Wandlungsfähigkeit oder des grundlegenden Bedarfs an Wandlungsfähigkeit liegt heute jedoch nicht vor (Enderlein et al 2000, Westkämper u. Winkler 2002). Hierdurch besteht die Gefahr, dass Wandlungsfähigkeit dem Schicksal der „Flexibilität“ folgt und nicht mehr als Mittel zum Zweck, sondern als Selbstzweck eines Unternehmens verstanden wird. Dabei erfolgt die Entwicklung der Wandlungsfähigkeit nicht zielgerichtet, sondern am entstehenden Bedarf vorbei. Unternehmen riskieren dadurch, ihre Strukturen „überwandlungsfähig“ zu machen. Forschung und Praxis benutzen den Begriff der Wandlungsfähigkeit oftmals sehr unterschiedlich. Die vorliegende Studie versteht unter Wandlungsfähigkeit von Unternehmen die frühzeitige bzw. vorausschauende Anpassung von direkten und indirekten Objekten, Strukturen und Prozessen der Wertschöpfung. Auslöser für die Notwendigkeit der Anpassung sind Turbulenzen. Die Anpassung sollte dabei innerhalb der vom Markt geforderten Reaktionszeit und mit nur geringem Aufwand vollzogen werden können. Die Erhöhung der Wandlungsfähigkeit korreliert deshalb in den meisten Fällen mit einer Verkürzung der Reaktionszeit auf interne und externe Turbulenzen. Zur Untersuchung wandlungsfähiger Strukturen und zur Erarbeitung wissenschaftlich fundierter Methoden zum Erreichen angemessener, unter-

272

7 Anhang

nehmensbezogener Wandlungsfähigkeit, wurde in dem von der DFG geförderten Sonderforschungsbereich 467 „Wandlungsfähige Unternehmensstrukturen für die variantenreiche Serienproduktion“ des Instituts für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) eine breit angelegte Befragung von Unternehmen durchgeführt. Ziel der Befragung war es, die Gründe für Wandlungsfähigkeit aus Unternehmenssicht zu verifizieren, die möglichen Reaktionen auf Turbulenzen zu erheben und das Phänomen Wandlungsfähigkeit sowie die Selbsteinschätzung der Unternehmen zu untersuchen. Die Studie wurde im Jahr 2003 durch die vertiefende Befragung weiterer Unternehmen verifiziert. Im Mittelpunkt dieser Studie steht die Frage nach dem Verständnis von Turbulenz als Auslöser für den Wandel. Darüber hinaus wird geklärt, in welcher Form Unternehmen auf diese Turbulenzen reagieren wollen. Hieraus wird die relative Wichtigkeit von Maßnahmen beurteilt. Die Frage nach der Selbsteinschätzung der Unternehmen unterstreicht den Aktivitätsbedarf, um einen angemessenen Zustand der Wandlungsfähigkeit zu erreichen. Dieser Teil der Studie berücksichtigt dabei, dass Wandlungsfähigkeit grundsätzlich subjektiv empfunden wird und auch so zu verstehen ist. Sie stellt damit eine relative Einschätzung der Differenz zwischen Wandlungsanforderungen und Wandlungsbedarf dar. 7.1.2 Management - Summary Viele Autoren aus Forschung und Praxis bezeichnen Wandlungsfähigkeit als wesentlichen Erfolgsfaktor der Zukunft. Die Unternehmensstudie untersucht die Ursachen von Turbulenzen, die Erfolgsfaktoren und Barrieren der Wandlungsfähigkeit sowie den grundsätzlichen Bedarf an Wandlungsfähigkeit. Der Begriff Turbulenz steht für die Auswirkungen von meist unerwarteten Veränderungen auf bzw. in einem Unternehmen. Die Untersuchung ergab, dass die Ursachen von Turbulenzen zu einem großen Anteil im externen Unternehmensumfeld liegen. Insbesondere Änderungen von Nachfragemenge und Lieferzeitanforderungen auf Kundenseite verursachen im längerfristigen Bereich Turbulenzen. Im kurzfristigen Bereich stehen Probleme auf der Zulieferseite als Verursacher von Turbulenz an erster Stelle. Die Auswertungen belegen, dass die Ursachenschwerpunkte branchenspezifisch unterschiedlich sind und teilweise auch von der Unternehmensgröße abhängen. Unternehmen bedienen sich zur Verminderung der Auswirkungen auf Turbulenz unterschiedlicher Möglichkeiten: Erhöhung der Mitarbeiterqua-

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

273

lifikation, kapazitive Flexibilität durch eigene oder fremde Ressourcen oder Optimierung bzw. Anpassung des Fabriklayouts finden derzeit häufig Anwendung. Neben weiteren organisatorischen Maßnahmen, wie der Einführung von Zielvereinbarungen zur Selbststeuerung, wünschen sich die Unternehmensvertreter häufig eine bessere Anpassung von Produktionsund Logistikprozessen und -strategien an veränderte Marktbedingungen. Wandlungsfähigkeit reduziert die Auswirkungen von Turbulenzen. In der Studie beschreibt die Wandlungsfähigkeit das Potential eines Unternehmens zur frühzeitigen bzw. vorausschauenden Anpassung von Objekten, Strukturen und Prozessen der Wertschöpfung. Die wichtigsten Voraussetzungen für eine höhere Wandlungsfähigkeit sind eine verbesserte Kommunikationsstruktur zwischen den Kernbereichen des Vertriebs, der Entwicklung und der Produktion sowie motivierte Mitarbeiter. Interessant ist hier, dass eine konsequente Umsetzung von Entscheidungen als Voraussetzung für die Erhöhung der Wandlungsfähigkeit genannt wird. Die befragten Unternehmen sehen als wesentliche zukünftige Herausforderungen Preis-, Anlaufzeit- und Lieferzeitreduktionen sowie die Verkürzung von Entwicklungszeiten auf sich zukommen. Wandlungsfähigkeit unterstützt die Unternehmen bei der Bewältigung. Die Unternehmensvertreter nennen als Haupthindernisse einer angemessenen Wandlungsfähigkeit die unzureichende Unterstützung des Managements, die Bedenken der Mitarbeiter und die unzureichende personelle Kapazität. Diese Aussagen bilden die Grundlage für Ansätze, die diese Hindernisse aufheben. Mitarbeiter müssen demnach umfassend informiert werden, damit deren Ängste abgebaut werden. Auf Seiten des Managements müssen Kosten/NutzenVergleiche angeboten werden, um so die Notwendigkeit wandlungsfähiger Unternehmensstrukturen zu verdeutlichen und um das Management als einen wichtigen Partner bei der Durchsetzung wandlungsfähiger Strukturen zu gewinnen. Die Umfrageergebnisse zeigen, dass der überwiegende Anteil der Unternehmen (86%) zukünftig eine Steigerung der Wandlungsfähigkeit anstrebt. Die Automobilzulieferer stehen sowohl bei der Ist- Wandlungsfähigkeit als auch bei der Bewertung des Drucks zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit eindeutig an erster Stelle. Bei der Betrachtung der Produktvarianz zeigt sich, dass insbesondere Produzenten von variantenreichen Serienprodukten im Ist- Soll-Vergleich die größten Differenzen aufweisen. Unternehmen mit einer sehr hohen Produktvariantenvielfalt (Einzelfertiger) dagegen sehen nur einen geringen Druck für ihr Unternehmen, in der Zukunft in die Wandlungsfähigkeit zu investieren. Der überwiegende Anteil der Unternehmen (92%) sieht Wandlungsfähigkeit als wichtigen Erfolgsfaktor der Zukunft an. An vorderer Front stehen dabei die Automobilzulieferer und die Unternehmen der Elektrotech-

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7 Anhang

nik. Die Kunden dieser Branchen haben hohe Anforderungen an die Flexibilität und Innovationskraft ihrer Lieferanten. Häufige Produktänderungen sowie teilweise schwierige Zuliefermarktbedingungen kumulieren sich dabei zu einem Bündel von zu bewältigenden Turbulenzen. 7.1.3 Die Ergebnisse im Detail Die Befragung hatte folgende Struktur: Der Fragebogens umfasste acht Seiten mit 23 Fragen. Der Fragebogen selbst gliederte sich in vier Teilbereiche: • • • •

persönliche Angaben des Beantworters, allgemeine Fragen zum Unternehmen, Fragen zum Thema „Turbulenz“, Fragen zum Thema „Wandlungsfähigkeit“.

Die allgemeinen Fragen zum Unternehmen dienten zur differenzierten Analyse der Befragungsergebnisse. Der vollständige Fragebogen ist im Anhang einzusehen. Die Befragung richtete sich an Unternehmen des produzierenden Gewerbes mit mehr als 50 Mitarbeitern. Adressaten der Fragebögen waren Produktionsleiter und Geschäftsführer. Insgesamt wurden 1506 Fragebögen verschickt. Zum Schluss lagen 199 auswertbare Fragebögen vor, was einer Rücklaufquote von 13,2 % entspricht. Im Folgenden sind Auszüge aus der Studie zu fol genden Aspektendargestellt: • Wandlungsfähigkeit von Unternehmen, • Wandlungsfähigkeit und Veränderungsbedarf, • Erfolgsfaktor Wandlungsfähigkeit. Weitere Ergebnisse der Studie können unter http://www.iff.uni-stuttgart.de/forschung/sfb/sfb467/sfb467.shtml eingesehen werden. 7.1.3.1 Wandlungsfähigkeit von Unternehmen Nach der ausführlichen Analyse der Turbulenzursachen und der sich anschließenden Bewertung möglicher Reaktionen, erfolgt im nächsten Abschnitt die detaillierte Untersuchung des Themenfeldes Wandlungsfähigkeit. Wandlungsfähigkeit gilt heute als einer der Schlüsselfaktoren, um im turbulenten Marktumfeld wettbewerbsfähig zu sein bzw. zu bleiben. Ver-

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

275

kürzte Produktlebenszyklen, erhöhte Absatzschwankungen, Zunahme der Variantenzahlen, verkürzte Lieferzeiten sowie erhöhte Liefertreueanforderungen zwingen Unternehmen dazu, Evolutionspfade frühzeitig vorzudenken und permanente Veränderungen als Unternehmensphilosophie zu deklarieren. Die im Folgenden dargestellten Fragen geben aus empirischer Sicht Antworten darüber, • welche Voraussetzungen in den Unternehmen geschaffen werden müssen, um wandlungsfähiger zu werden, • welche Hindernisse dabei erwartet werden, • auf welche Herausforderungen sich Unternehmen aus heutiger Sicht einstellen und • wie Unternehmen ihre eigene Wandlungsfähigkeit in Bezug auf ihre Marktanforderungen bewerten. Welche wesentlichen Voraussetzungen sehen Sie für die Erhöhung der Wandlungsfähigkeit Ihres Unternehmens? Diese Frage bezog sich auf die aus der Sicht der Unternehmen zu ergreifenden Maßnahmen, um das jeweilige Unternehmen wandlungsfähiger zu machen. Die befragten Unternehmen gewichteten dazu eine Liste von Voraussetzungen von unwichtig bis sehr wichtig. Rang

Maßnahmen

1

Verbesserte Kommunikation zwischen Vertrieb, Entwicklung und Produktion Erhöhung der Motivation der Mitarbeiter Durchgängiges Unternehmenszielsystem Konsequentere Durchsetzung von Entscheidungen Erhöhung der Zielorientierung im Unternehmen Verbesserte Methoden zur Marktbeobachtung

2 3 4 5 6

Tab. 7.1 Voraussetzungen für höhere Wandlungsfähigkeit

Überblick Die Auswertung dieser Frage zeigt neben der branchenspezifischen Differenzierung auch eine Unterscheidung der Unternehmen nach der Anzahl der Produktvarianten und der jährlichen Produktionsstückzahl. Diese Analyse zeigt eine deutliche Glättung bezogen auf die unterschiedliche Ge-

276

7 Anhang

wichtung zwischen den angegebenen Voraussetzungen und einen signifikanten Unterschied zwischen Unternehmen mit mittlerer bis hoher Produktvarianz und Stückzahlen zu Unternehmen mit niedriger Variantenzahl und Stückzahlen. a.) Spezifische Auswertung nach Branchen (vgl. Abb. 7.1) Die größten Abweichungen von den Mittelwerten verzeichnet die Branche der Automobilzulieferer. Die Auswertung zeigt hier eindeutig, dass diese Branche einem enormen Wettbewerbsdruck ausgesetzt ist und deshalb Entscheidungsautonomie, Zielorientierung, Zielsysteme, Mitarbeitermotivation und geringe Mitarbeiterfluktuation als wesentliche Voraussetzungen für Wandlungsfähigkeit einschätzt. Des Weiteren unterscheiden sich die Punkte Flexibilität der technischen Ressourcen, Integration indirekter Bereiche in die Planung, Partizipation an Planungsentscheidungen und Kommunikation zwischen Vertrieb, Entwicklung und Produktion deutlich von den übrigen Branchen. Marktbeobachtung und Zugriff auf Zulieferer’ sind für die Automobilzulieferer derzeit von untergeordneter Wichtigkeit. Erhöhung Entscheidungsautonomie der Produktion 5 Sonstige Erhöhung Zielorientierung Verbesserten Zugriff auf die Zulieferer

4

Durchg. Unternehmenszielsystem

3 Verbesserte Methoden zur Marktbeobachtung

Konseq. Durchsetzung von Entscheidungen

2 1

Automobilzulieferer Elektrotechnik

Reduktion Fluktuation Mitarbeiter

Maschinenbau Metall Alle Branchen

Verbesserte Kommunikation zw.Vertrieb, Entwicklung und Produktion

Verbesserung PPS-Planungsmethoden

Erhöhte Partizipation der Betroffenen in Planung Integration indirekter Funktionen

Erhöhung Motivation Mitarbeiter

1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung

Verbesserung Anpassbarkeit PPS-Systeme Verbesserte Planungs- und Bewertungsmethoden für Durchführung von Verbesserung Änderungen Veränderbarkeit tech. Ressourcen

Abb. 7.1 Auswertung nach Branchen

b.) Spezifische Auswertung nach Produktvarianz (vgl. Abb. 7.2) Diese Analyse lässt den Einfluss der Produktvielfalt und der Stückzahlen bezogen auf die Notwendigkeit einer hohen Wandlungsfähigkeit erkennen. Unternehmen mit geringer Variantenanzahl und im Vergleich geringeren Stückzahlen beherrschen Turbulenz wesentlich besser als Unternehmen mit mittlerer bis hoher Variantenzahl und mittleren bis großen Produktionsstückzahlen.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

277

Ursache hierfür ist wahrscheinlich die bessere Zuordnung von Produkt und Prozess d.h. weniger komplexe Abhängigkeiten zwischen Ressourcen und Produkten. Dies verdeutlicht bspw. der Punkt erhöhte Zielorientierung. Die Antworten bestätigen, dass die Zielorientierung der Produktion für Unternehmen mit kleinen Stückzahlen und Varianten bei einer überschaubaren Anzahl an Produktvarianten und geringeren Stückzahlen wesentlich einfacher zu handhaben ist. Erhöhung Entscheidungsautonomie der Produktion 5 Sonstige Erhöhung Zielorientierung Verbesserten Zugriff auf die Zulieferer

4

Durchg. Unternehmenszielsystem

3 Verbesserte Methoden zur Marktbeobachtung Konseq. Durchsetzung von Entscheidungen Verbesserte Kommunikation zw. Vertrieb, Entwicklung und Produktion Erhöhte Partizipation der Betroffenen in Planung Integration indirekter Funktionen

2 1

Erhöhung Motivation Mitarbeiter Reduktion Fluktuation Mitarbeiter

Verbesserung PPS-Planungsmethoden

kleine Varianz mittl. Varianz hohe Varianz Mittelwert 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung

Verbesserung Anpassbarkeit PPS-Systeme Verbesserte Planungs- und Bewertungsmethoden für Durchführung von Verbesserung Änderungen Veränderbarkeit tech. Ressourcen

Abb. 7.2 Auswertung nach Produktvarianten und Stückzahlen

Kommunikation, Motivation, Unternehmenszielsystem und konsequente Entscheidungen sind wichtige Vorrausetzungen für die Wandlungsfähigkeit variantenreicher Serienproduzenten. Dies verdeutlicht, dass Unternehmen Wandlungsfähigkeit nicht nur als kurzfristige Reaktion auf Turbulenz sehen, sondern vielmehr einen organisatorischen Rahmen und eine entsprechende Infrastruktur fordern. Die größten Unterschiede zwischen den Unternehmensgruppen zeigen sich bei der Einschätzung der Voraussetzungen verbesserte Planungs- und Bewertungsmethoden, verbesserte PPS-Planungsmethoden, Erhöhung der Zielorientierung, Anpassbarkeit der PPS-Systeme und verbesserte Methoden der Marktbeobachtung’. Den Unternehmen fehlt demnach ein geeignetes Instrumentarium für die Planung und Bewertung. PPS-Systeme bieten, trotz aller Fortschritte, noch immer nicht die notwendigen Wandlungsfähigkeit unterstützenden Funktionen.

278

7 Anhang

c.) Spezifische Auswertung nach Unternehmensgröße (vgl. Abb. 7.3) Die Erhöhung der Entscheidungsautonomie zeigt eine deutliche Korrelation zur Unternehmensgröße. Nur Unternehmen mit mehr als 5000 Mitarbeitern gewichten diesen Punkt ebenso wie ’durchgängige Unternehmensziele’ über dem Durchschnitt. Ein möglicher Erklärungsansatz ist, dass diese Unternehmen entsprechend ihres Reifegrades PPS-Systeme schon eingeführt und adaptiert haben, sodass sie die Punkte Verbesserung der PPS-Planungsmethoden und verbesserte Adaption dieser Systeme sehr gering gewichten. Dieses Ergebnis lässt auch noch eine andere Interpretation zu: Unternehmen dieser Größe erkannten, dass solche EDV-Systeme untauglich sind, derart kom-plexe Aufgabenstellungen befriedigend zu bewältigen; sie haben offensichtlich das Vertrauen in wandlungsfähige PPSMethoden und PPS-Systeme verloren. Ganz anders bei der Verbesserung der Veränderbarkeit der technischen Ressourcen: Diesem Punkt messen Unternehmen mit mehr als 5000 Mitarbeitern eine überdurchschnittlich große Bedeutung bei. Die Punkte Konsequente Durchsetzung von Entscheidungen, Marktbeobachtung und Zugriff auf Zulieferer werden sehr indifferent beantwortet. Erhöhung Entscheidungsautonomie der Produktion 5 Erhöhung Zielorientierung

Sonstige Verbesserten Zugriff auf die Zulieferer Verbesserte Methoden zur Marktbeobachtung

4

Durchg. Unternehmenszielsystem

3

Erhöhung Motivation Mitarbeiter

2 Konseq. Durchsetzung von Entscheidungen

Reduktion Fluktuation Mitarbeiter

1

50 - 249 Mitarbeiter 250 - 499 Mitarbeiter 500 - 999 Mitarbeiter 1000 - 4999 Mitarbeiter mehr als 5000 MA Mittelwert

Verbesserte Kommunikation zw. Vertrieb, Entwicklung und Produktion

Verbesserung PPS-Planungsmethoden Verbesserung Anpassbarkeit PPS-Systeme

Erhöhte Partizipation der Betroffenen in Planung Integration indirekter Funktionen

1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung

Verbesserung Veränderbarkeit tech. Ressourcen

Verbesserte Planungs- und Bewertungsmethoden für Durchführung von Änderungen

Abb. 7.3 Auswertung nach Unternehmensgröße

d.) Spezifische Auswertung nach Wandlungsfähigkeit (Abb. 7.4) Bei dieser Auswertung fallen die Unterschiede der Unternehmen der Stufe 5 zu den Unternehmen mit geringerer Wandlungsfähigkeit auf. In den Punkten Erhöhung der Entscheidungsautonomie, Verbesserung der PPSPlanungsmethoden, Verbesserung der Anpassbarkeit der PPS-Systeme, Verbesserter Kommunikation zwischen Vertrieb, Entwicklung, Produktion und Verbesserter Zugriff auf Zulieferer gewichten diese Unternehmen sehr deutlich über dem Durchschnitt. Deutlich unter dem Durchschnitt dagegen bewerten sie die Fluktuation der Mitarbeiter.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

279

Erhöhung Entscheidungsautonomie der Produktion Erhöhung 5 Sonstige Zielorientierung Verbesserten Zugriff auf die Zulieferer Verbesserte Methoden zur Marktbeobachtung

4 3

Durchg. Unternehmenszielsystem Erhöhung Motivation Mitarbeiter

2 Konseq. Durchsetzung von Entscheidungen

1

Verbesserte Kommunikation zw. VertriebEntwicklung und Produktion,

Stufe 3 Stufe 4

Reduktion Fluktuation Mitarbeiter Verbesserung PPS-Planungsmethoden

Stufe 5 Mittelwert 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung

Verbesserung Anpassbarkeit PPS-Systeme

Erhöhte Partizipation der Betroffenen in Planung Integration indirekter Funktionen

Stufe 2

Verbesserung Veränderbarkeit tech. Ressourcen

Verbesserte Planungs- und Bewertungsmethoden für Durchführung von Änderungen

Abb. 7.4 Selbsteinschätzung der Wandlungsfähigkeit durch die Unternehmen

Resümee Unterschiede bei der Bewertung der Voraussetzungen zeigen sich in allen befragten Branchen. Deutlich werden diese insbesondere zwischen den Automobilzulieferern und den Branchen Maschinenbau und Elektrotechnik. Gründe dafür sind in der Erfahrung, der Standardisierung von Produkten und der produktgrößenabhängigen Prozessgestaltung zu sehen. Bei der Klassifizierung der befragten Unternehmen nach Variantenanzahl und Stückzahl gewichten Unternehmen, die kleine Stückzahlen und geringe Produktvariantenzahlen fertigen, durchweg niedriger als Unternehmen mit mittlerer bis hoher Varianz und großen Stückzahlen. Dies unterstreicht die These, dass variantenreiche Serienfertiger stärker als andere Unternehmen auf wandlungsfähige Mitarbeiter, Prozesse, Ressourcen und Strukturen angewiesen sind. Welche wesentlichen, von Ihren Kunden geforderten Herausforderungen sehen Sie auf Ihr Unternehmen in Zukunft zukommen? In dieser Frage werden die spezifischen, kundenbezogenen Gründe für eine Erhöhung der Wandlungsfähigkeit in den befragten Unternehmen erhoben. Von Interesse ist dabei, ob bei den bekannten Gründen für Wandel branchenspezifische Unterschiede erkennbar sind. Die Unternehmen sollten hier die angegeben Herausforderungen von „sehr geringe“ bis „sehr hohe Bedeutung“ gewichten.

280

7 Anhang

Überblick Die in der Befragung aufgelisteten kundenbezogenen Herausforderungen stimmen mit den von den Unternehmen wahrgenommenen Herausforderungen überein. Dies zeigt sich in einer durchgehend hohen Gewichtung der Herausforderungen. Damit sind die grundlegenden Annahmen auch empirisch belegt.

3,71

3,93

4,1

4,14

4,17

Anpassung der Produktionskapazitäten

Verkürzung Produktentwicklungszeiten

Reduktion Lieferzeit

Preisreduktion

3

3,68

Erhöhung Produktqualität

4

Verkürzung Anlaufzeiten

5

2,74

2 1

Reduzierung Fertigungstoleranzen

0

Abb. 7.5 Ranking der wichtigsten Herausforderungen

Das Ranking (Abb. 7.5) zeigt, dass Preisreduktion an erster Stelle der kundengetriebenen Herausforderungen steht. Verkürzte Liefer- und Produktentwicklungszeiten zeigen hier den Trend zum ‚Real Time Enterprise’. a.) Zukünftige, kundengetriebene Herausforderungen für Unternehmen: spezifische Auswertung nach Branchen (vgl. Abb. 7.6) Alle befragten Unternehmen sehen sich durch die Forderungen ihrer Kunden stark beeinflusst. Unterdurchschnittlich schneidet nur der Punkt Reduzierung der Fertigungstoleranz ab. Hier ist außerdem eine Streuung zu verzeichnen. Dies zeigt, dass grundsätzlich der Kundenservice z.B. durch Lieferzeitreduzierung, Preisreduzierung oder schnellen Produktionsanlauf und schnelle Produktionsentwicklung als Herausforderungen durch die Kunden an die Unternehmen herangetragen werden.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

281

Erhöhung Produktqualität 5 Sonstige

Reduzierung Fertigungstoleranzen

4

Automobilzulieferer Elektrotechnik

3

Maschinenbau

2 Verkürzung Produktentwicklungszeiten

Metall

Reduktion Lieferzeit

1

Alle Branchen 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung

Anpassung der Produktionskapazitäten

Verkürzung Anlaufzeiten Preisreduktion

Abb. 7.6 Auswertung nach Branchen

b.) Zukünftige, kundengetriebene Herausforderungen für Unternehmen: spezifische Auswertung nach Produktvarianz (vgl. Abb. 7.7) Erhöhung Produktqualität 5 Sonstige

4

Reduzierung Fertigungstoleranzen

kleine Varianz

3

mittl. Varianz

2 Verkürzung Produktentwicklungszeiten

1

hohe Varianz

Reduktion Lieferzeit

Mittelwert 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung

Anpassung der Produktionskapazitäten

Verkürzung Anlaufzeiten Preisreduktion

Abb. 7.7 Auswertung nach Produktvarianten und Stückzahlen

282

7 Anhang

c.) Zukünftige, kundengetriebene Herausforderungen für Unternehmen: spezifische Auswertung nach Unternehmensgröße (vgl. Abb. 7.8) Erhöhung Produktqualität 5 Verkürzung Produktentwicklungszeiten

4

Reduzierung Fertigungstoleranzen

3

50 - 249 Mitarbeiter 250 - 499 Mitarbeiter 500 - 999 Mitarbeiter

2

1000 - 4999 Mitarbeiter

1 Verkürzung Anlaufzeiten

mehr als 5000 MA

Reduktion Lieferzeit

Mittelwert 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung

Preisreduktion

Anpassung der Produktionskapazitäten

Abb. 7.8 Auswertung nach der Unternehmensgröße

Signifikante Unterschiede bei der Gewichtung sind bei den Punkten Reduzierung der Fertigungstoleranz, Verkürzung der Anlaufzeiten und Verkürzung der Produktentwicklungszeiten zu sehen. Die Gruppe der Unternehmen mit mehr als 5000 Mitarbeitern stellt bei diesen Punkten immer ein Extremum dar. Diese Unternehmen gewichten die Reduzierung der Fertigungstoleranz über dem Durchschnitt, wohl weil sie fertigungstechnisch schon weit entwickelt sind und eine weitere Verschärfung dieser Forderung hohen Ressourcenaufwand erfordern würde. Unternehmen mit mehr als 5000 Mitarbeitern gewichten die Verkürzung der Anlaufzeiten eher unterdurchschnittlich. Hier spielt deren Marktmacht und ggf. ihre Fähigkeit, einen schnellen Anlauf zu realisieren z.B. durch vorhandene personelle Ressourcen, eine Rolle. Alle anderen Unternehmen sehen in diesem Punkt jedoch eine Herausforderung. Die personelle Stärke allein scheint die Unternehmen mit mehr als 5000 Mitarbeitern nicht zu befähigen, die Verkürzung der Produktentwicklungszeiten zu bewältigen. d.) Zukünftige, kundengetriebene Herausforderungen für Unternehmen nach Selbsteinschätzung der Unternehmen: spezifische Auswertung nach Wandlungsfähigkeit (vgl. Abb. 7.9) Unterschiede bei dieser Auswertung sind nur bei den Punkten Verkürzung der Anlaufzeiten und Verkürzung der Produktentwicklungszeiten zu erkennen. Hier ist ein Zusammenhang zu Unternehmen mit mehr als 5000 Mitarbeitern feststellbar. Unternehmen, die sich selbst als sehr wandlungsfähig einschätzen (Stufe 5), beherrschen den Anlauf, sehen jedoch überdurchschnittliche Herausforderungen bei der Verkürzung der Produktentwicklungszeiten.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

283

Erhöhung Produktqualität 5 Verkürzung Produktentwicklungszeiten

4

Reduzierung Fertigungstoleranzen

Stufe 2

3

Stufe 3

2

Stufe 4 Stufe 5

1 Reduktion Lieferzeit

Verkürzung Anlaufzeiten

Mittelwert 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung

Preisreduktion

Anpassung der Produktionskapazitäten

Abb. 7.9 Selbsteinschätzung der Unternehmen

Welche Hindernisse zur Erreichung einer angemessenen Wandlungsfähigkeit kennen Sie in Ihrem Unternehmen und wie gewichten Sie diese? In den Unternehmen gibt es viele Ursachen dafür, dass ein angemessener Grad an Wandlungsfähigkeit nicht erreicht wird. Diese Frage ermittelte die am häufigsten auftretenden Ursachen für das Nichterreichen der Wandlungsfähigkeit. Des Weiteren war es beabsichtigt, den Grad der Hinderung darzustellen. Ziel ist es, die Gründe die dem Erreichen der optimalen Wandlungsfähigkeit entgegenwirken zu ermitteln, um geeignete Strategien für die Lösung dieses Spannungsfeldes erarbeiten zu können. Rang

Reaktion

1

Ängste der Mitarbeiter vor Wandel

2

Management sieht keine Notwendigkeit für Wandlungsfähigkeit

3

Management fordert Wandel nicht genug ein

4

Keine personelle Ressourcen zur Durchführung des Wandels

5

Abhängigkeit von Zulieferunternehmen

Tab. 7.2 Hindernisse beim Streben nach Wandlungsfähigkeit

284

7 Anhang

Überblick Nachfolgend sind die fünf Hindernisse aufgelistet, die am häufigsten genannt wurden. Dabei wird deutlich, dass die Beteiligung der Mitarbeiter an Wandlungsprozessen ein elementarer Ansatzpunkt zur Verbesserung der Wandlungsfähigkeit ist, da nur so die Ängste vor Veränderungen abgebaut werden können. Das Management scheint dabei, zumindest aus Sicht der befragten Unternehmen, nicht immer Treiber von Veränderung und erhöhter Wandlungsfähigkeit zu sein. a.) Spezifische Auswertung nach Branchen (vgl. Abb. 7.10) Signifikante Unterschiede bei der Gewichtung der Hindernisse zeigt die Branche der Automobilzulieferer bei den Hindernissen Management fordert Wandel nicht ein, Unternehmens-/Mitarbeiterzielsetzungen widersprechen Wandel, Einschätzung der Kosten für Wandel zu hoch und Unsicherheit über das Kosten-Nutzen-Verhältnis. Dieses Antwortverhalten erlaubt folgende Aussage: Automobilzulieferer sehen sich einem hohen Wandlungsdruck ausgesetzt und fordern nach Unterstützung des Topmanagements sowie nach Werkzeugen zur wirtschaftlichen Beurteilung von Maßnahmen zu verbesserter Wandlungsfähigkeit. Management sieht keine Notwendigkeit f. Wandlungsfähigkeit Abhängigkeit von Zulieferern

4

Management fordert Wandel nicht ein

3 Unternehmenssoftware nicht wandlungsfähig

2

Automobilzulieferer

Unternehmens-/ Mitarbeiterzielsetzung widerspricht Wandel

Elektrotechnik Maschinenbau Metall

1 Kosten für Wandlungsfähigkeit zu hoch eingeschätzt

Produktionstechnik nicht wandlungsfähig

Unsicherheit über Kosten/Nutzen

Keine personelle Ressourcen

Alle Branchen 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung (Stufe 5 hier nicht dargestellt)

Ängste der Mitarbeiter vor Wandel

Abb. 7.10 Hindernisse für die Erreichung von Wandlungsfähigkeit

Die Branche Maschinen- und Anlagenbau gewichtet das Kriterium Produktionstechnik nicht wandlungsfähig unterdurchschnittlich. Dies weist darauf hin, dass für diese Branche entweder keine Notwendigkeit für wandlungsfähige Produktionstechnik besteht, oder dass die Techniken schon als ausreichend wandlungsfähig empfunden werden.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

285

b.) Spezifische Auswertung nach Produktvarianz (vgl. Abb. 7.11) Diese Auswertung zeigt deutliche Unterschiede bei der Gewichtung der Kriterien in Abhängigkeit von der Anzahl von Produktvarianten und Stückzahlen. Hersteller mit kleiner Varianz sehen deutlich weniger Handlungsbedarf in den Bereichen Management und Zieldefinition. Sie sind durch ihre überschaubaren Stückzahlen und Varianten hier gut aufgestellt. Diese Einschätzung belegt die Vermutung, dass variantenreiche Serienfertiger einem höheren Wandlungsdruck ausgesetzt sind. Unternehmen mit kleiner Varianz sehen dafür die personellen Ressourcen als kritischen Faktor an. Es ist nahe liegend, dass in diesen Unternehmen eine starke Spezialisierung der Ressourcen auf bestimmte Varianten erfolgte und daher kaum (auch nicht temporär) freie Ressourcen zur Umsetzung von Wandlungsfähigkeit vorhanden sind. Management sieht keine Notwendigkeit f. Wandlungsfähigkeit Abhängigkeit von Zulieferern

4 3

Unternehmenssoftware nicht wandlungsfähig

2

Management fordert Wandel nicht ein kleine Varianz

Unternehmens-/ Mitarbeiterzielsetzung widerspricht Wandel

hohe Varianz Mittelwert

1 Kosten für Wandlungsfähigkeit zu hoch eingeschätzt

Produktionstechnik nicht wandlungsfähig

mittl. Varianz

1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung (Stufe 5 hier nicht dargestellt)

Unsicherheit über Kosten/Nutzen

Keine personelle Ressourcen Ängste der Mitarbeiter vor Wandel

Abb. 7.11 Gewichtung der Kriterien in Abhängigkeit von Produktvarianten

c.) Spezifische Auswertung nach Unternehmensgröße (vgl. Abb. 7.12) Bei diesem Diagramm fallen vor allem die Unternehmen mit mehr als 5000 Mitarbeitern durch eine starke Differenzierung zu den anderen Unternehmen auf. Zusammen mit den Unternehmen von 1000 – 4999 Mitarbeitern bilden sie eine große Gruppe, die alle Hindernisse unterdurchschnittlich gewichtet. Dies weißt darauf hin, dass große Unternehmen ihre Organisation und Zielorientierung bereits für mehr Wandlungsfähigkeit angepasst haben.

286

7 Anhang

Management sieht keine Notwendigkeit f. Wandlungsfähigkeit 4 Abhängigkeit von Management fordert Zulieferern Wandel nicht ein 3 Unternehmens-/ Mitarbeiterzielsetzung Unternehmenssoftware 2 widerspricht Wandel nicht wandlungsfähig

50 - 249 Mitarbeiter 250 - 499 Mitarbeiter 500 - 999 Mitarbeiter 1000 - 4999 Mitarbeiter mehr als 5000 MA

1 Kosten für Wandlungsfähigkeit zu hoch eingeschätzt

Produktionstechnik nicht wandlungsfähig

Keine personelle Ressourcen

Unsicherheit über Kosten/Nutzen

Mittelwert 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung (Stufe 5 hier nicht dargestellt)

Ängste der Mitarbeiter vor Wandel

Abb. 7.12 Hindernisse zur Erreichung der Wandlungsfähigkeit

d.) Spezifische Auswertung nach Wandlungsfähigkeit (vgl. Abb. 7.13) ’Stufe 5 Unternehmen’, also Unternehmen mit einer hohen Wandlungsfähigkeit, zeigen durch ihre Antworten deutlich, dass sie mehr als andere Unternehmen in der Lage sind, Turbulenzfaktoren zu begegnen. Bleibende Herausforderungen für diese Unternehmen sind mangelnde personelle Ressourcen, Ängste der Mitarbeiter und eine starre Unternehmenssoftware. Management sieht keine Notwendigkeit f. Wandlungsfähigkeit Abhängigkeit von Zulieferern

4

Management fordert Wandel nicht ein

3 Unternehmenssoftware nicht wandlungsfähig

2

Stufe 2

Unternehmens-/ Mitarbeiterzielsetzung widerspricht Wandel

Kosten für Wandlungsfähigkeit zu hoch eingeschätzt Unsicherheit über Kosten/Nutzen

Keine personelle Ressourcen

Stufe 4 Stufe 5

1 Produktionstechnik nicht wandlungsfähig

Stufe 3

Mittelwert 1 = geringe Gewichtung 5 = hohe Gewichtung (Stufe 5 hier nicht dargestellt)

Ängste der Mitarbeiter vor Wandel

Abb. 7.13 Hindernisse zur Erreichung der Wandlungsfähigkeit durch die Selbsteinschätzung

Stufe 2 Unternehmen mit geringer Wandlungsfähigkeit gewichten oft über dem Durchschnitt. Augenfällig sind hier die Kosteneinschätzung, Kosten/Nutzen-Verhältnis, personelle Beschränkungen und nicht hinreichend wandlungsfähige technische Ressourcen.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

287

Insgesamt zeigt sich, dass Stufe 5 Unternehmen deutlich weniger Probleme im Umgang mit Turbulenz haben als alle anderen Unternehmen. Wandlungsfähigkeit verringert oder vermeidet also die negativen Auswirkungen von Turbulenz und wird so zu einem der Schlüsselfaktoren für zukünftigen Unternehmenserfolg. Resümee Die Ergebnisse in dieser Frage zeigen wichtige Ansatzpunkte für die Verbesserung der Wandlungsfähigkeit in Unternehmen und lassen Rückschlüsse für die Gestaltung von Vorgehensweisen zu. Die am häufigsten genannten Hindernisse lassen sich in die Gruppen Management, Bedenken der Mitarbeiter und unzureichende personelle Kapazität zusammenfassen. Diese Aussagen bilden die Grundlage für Ansätze, die diese Hindernisse aufheben. Mitarbeiter muss man demnach umfassend informieren, um deren Ängste abzubauen. Es müssen Kosten/Nutzen-Vergleiche angeboten werden, um so die Notwendigkeit wandlungsfähiger Unternehmensstrukturen zu verdeutlichen und das Management als einem Partner bei der Durchsetzung wandlungsfähiger Strukturen zu gewinnen. Die hier genannten Punkte bilden die Basis für die Überwindung des nächsten Hemmnisses: Die Verfügbarkeit personeller Ressourcen zur Durchführung des Wandels. Unterschiede bei der Beurteilung von Hindernissen spiegeln sich in der Marktposition der befragten Unternehmen wider: Signifikant sind die Unterschiede bei der Einschätzung der Wichtigkeit bei sich widersprechenden Zielsetzungen, der Kosteneinschätzung, der Unternehmenssoftware und den personellen Ressourcen, die zum Erreichen angemessener Wandlungsfähigkeit notwendig sind. 7.1.3.2 Wandlungsfähigkeit und Veränderungsbedarf Als wie wandlungsfähig würden Sie Ihr Unternehmen bezeichnen und wie wird Ihrer Meinung nach ein wirtschaftlich sinnvoll realisierbarer Zustand (Sollzustand) sein? Wandlungsfähigkeit ist kein Selbstzweck, sondern ist im Zusammenhang mit den entsprechenden Marktturbulenzen und ihren wirtschaftlichen Auswirkungen zu bewerten. Absicht dieser Frage war es, zu klären, wie die Unternehmen ihre derzeitige Wandlungsfähigkeit selbst einschätzen und welchen Veränderungsbedarf sie für die zukünftigen Herausforderungen dabei sehen.

288

7 Anhang

Überblick Die Selbsteinschätzung der Wandlungsfähigkeit zeigt eine eher normalverteilte Charakteristik (Abb. 7.14) Etwas mehr als die Hälfte der Ansprechpartner stufen die Wandlungsfähigkeit ihres Unternehmens als mittelmäßig ein. Nur 4% sind der Meinung, dass sie sehr wandlungsfähig sind und dadurch gut auf Turbulenzen reagieren können. 60% 52%

Istzustand 50% 40%

32% 30% 20% 13% 10%

4%

1% 0%

nicht wandlungsfähig

sehr wandlungsfähig

Abb. 7.14 Aktuelle Wandlungsfähigkeit durch Selbsteinschätzung

Aus der Einschätzung, dass 86% der Unternehmen sich bereits für mittelmäßig bis hoch- wandlungsfähig halten, könnte geschlossen werden, dass die Unternehmen bereits entsprechende Maßnahmen eingeleitet und umgesetzt haben. Ein anderes Bild zeigt dagegen die Auswertung des Veränderungsbedarfs (Abb. 7.15). Über 80% der Unternehmen erachten eine Erhöhung ihrer Wandlungsfähigkeit unter der Prämisse der Wirtschaftlichkeit für notwendig. Wie aus der Grafik ersichtlich ist das Thema Wandlungsfähigkeit sehr hoch auf der Wunschliste der Unternehmen angesiedelt. In naher Zukunft werden Unternehmen vermehrt ihre Ablauf- und Strukturplanungen unter dem Blickwinkel der Wandlungsfähigkeit durchführen.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

289

17,09% 2,51%

80,40% Reduktion der Wandlungsfähigkeit Keine Veränderung der Wandlungsfähigkeit Erhöhung der Wandlungsfähigkeit Abb. 7.15 Veränderungsbedarf

Spezifische Auswertung nach Branchen

4

1,5 Ist - Wandlungsfähigkeitsindex relativ Wandlungsdruck relativ

3

1,25

2

1

0,75

1 Alle Automobil- Maschinenund Branchen zulieferer Anlagenbau

Metall

Elektrotechnik

Abb. 7.16 Ist-Wandlungsfähigkeit und -druck nach Branchen

Gewünschte Verbesserung in Anzahl Wandlungsfähigkeitsstufen

nicht wandlungsfähig

sehr wandlungsfähig

Die Bewertung der Unterschiede in den Branchen erfolgt durch den relativen Wandlungsfähigkeitsindex. Der Wandlungsindex gibt dabei den durchschnittlichen gewichteten Wandlungsstufenwert einer Branche wieder (Abb. 7.16). Mit deutlichem Abstand bewerten sich die Automobilzulieferer als derzeit am wandlungsfähigsten. Die anderen folgen in einigem Abstand mit einer mittleren Wandlungsfähigkeit.

290

7 Anhang

Auch im Soll-Ist-Vergleich stehen die Automobilzulieferer an erster Stelle. Obwohl sie bereits sehr gute Ist-Werte unter den ausgewerteten Branchen erreicht haben, ist der Verbesserungsdruck (relativer Wandlungsdruck) trotzdem am größten. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass die Automobilzulieferer aus der Vergangenheit gelernt haben, dass Wandlungsfähigkeit ein Erfolgsfaktor für die Zukunft ist. Umso größer ist für sie die Herausforderung, trotz der hohen Ist-Wandlungsfähigkeit, weitere Potentiale in dem Feld zu erschließen. Am wenigsten Sorgen machen sich die metallverarbeitenden Betriebe. Im Vergleich zu den anderen Branchen wird hier ein Erhöhen der Wandlungsfähigkeit als weniger dringlich angesehen. a.) Spezifische Auswertung nach Produktvarianz Beim Hinzuziehen der Produktvarianz als differenzierendes Kriterium zeigt sich, dass Unternehmen mit mittlerer Produktvarianz (100 bis 5000 Produktvarianten) ihre Wandlungsfähigkeit am höchsten einschätzen (Abb. 7.17). sehr wandlungsfähig

Ist - Wandlungsfähigkeitsindex relativ Wandlungsdruck relativ

4

0,75

nicht wandlungsfähig

3

2

1

Gewünschte Verbesserung in Anzahl Wandlungsfähigkeitsstufen

1,50

5

0 0-20

20-100

100-500 500-1000 1000-5000 >5000

Abb. 7.17 Ist-Wandlungsfähigkeit und -druck nach Produktvarianz

Die Kategorie dieser Unternehmen wird häufig auch als „variantenreiche Serienproduzenten“ bezeichnet. Massenfertiger (niedrige Produktvarianz) und Einzelfertiger (sehr hohe Produktvarianz) zeigen sich als weniger wandlungsfähig. Die Unterschiede zwischen den Kategorien sind jedoch relativ gering.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

291

Ein anderes Bild zeigt sich bei der Untersuchung des Verbesserungsdrucks bezüglich der Wandlungsfähigkeit (Abb. 7.18). Hier sind sehr deutliche Unterschiede bei der Beantwortung erkennbar: Insbesondere Unternehmen mit einer Produktvarianz von 500 bis 1000 unterschiedlichen Produkten einen deutlichen Nachholbedarf aufweisen. Einzelfertiger (Produktvarianz > 5000) dagegen sehen sich derzeit gut aufgestellt und verspüren nur einen geringen Anreiz, ihre Wandlungsfähigkeit zu erhöhen.

Ist - Wandlungsfähigkeitsindex relativ Wandlungsdruck relativ

4

1,00

nicht wandlungsfähig

3

2

1

Wandlungsfähigkeitsstufen

1,25

5

Gewünschte Verbesserung in Anzahl

sehr wandlungsfähig

b.) Spezifische Auswertung nach Unternehmensgröße Bei der Auswertung nach der Unternehmensgröße konnten hinsichtlich der Ist-Wandlungsfähigkeit nur geringe Unterschiede erkannt werden (Abb. 7.18). Die Annahme, dass kleine Unternehmen generell wandlungsfähiger sind, bestätigt sich durch die Stichprobe nicht! Vielmehr schätzen sich mittelgroße Unternehmen, die über ein gewisses Maß an personellen Ressourcen verfügen, am wandlungsfähigsten ein.

0,75 50-249

250-499 500-999 1000-4999 >5000

Abb. 7.18 Ist-Wandlungsfähigkeit und -druck nach Unternehmensgröße

Auch bei der Betrachtung des Wandlungsdrucks sind nur geringe Unterschiede festzustellen. Grundsätzlich ist jedoch keine eindeutige Tendenz zu erkennen. Resümee Die Umfrageergebnisse verdeutlichen, dass der überwiegende Anteil der Unternehmen (86%) zukünftig eine Steigerung der Wandlungsfähigkeit

292

7 Anhang

anstrebt. Die Automobilzulieferer stehen sowohl bei der Ist-Wandlungsfähigkeit als auch bei der Bewertung des Drucks zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit eindeutig an erster Stelle. Bei der Betrachtung der Produktvarianz zeigt sich, dass insbesondere Produzenten von variantenreichen Serienprodukten im Ist-Sollvergleich die größten Differenzen aufweisen. Unternehmen mit einer sehr hohen Produktvariantenvielfalt (Einzelfertiger) sehen dagegen nur einen geringen Druck für ihr Unternehmen, in der Zukunft in die Wandlungsfähigkeit zu investieren. 7.1.3.3 Erfolgsfaktor Wandlungsfähigkeit Wie wichtig ist Wandlungsfähigkeit für Ihr Unternehmen, um am Markt erfolgreich agieren zu können? Inwieweit Wandlungsfähigkeit für das einzelne Unternehmen zutrifft, welche Branchen das Thema Wandlungsfähigkeit als besonders wichtig ansehen und welcher Unternehmenstyp (Größe, Produktvarianz) einen hohen Nutzen damit verbindet, klärt die abschließende Frage der Studie. 50% 45%

47%

Anteil der Nennungen

40%

30%

20%

10% 6% 1%

2%

0% unwichtig

sehr wichtig

Abb. 7.19 Wandlungsfähigkeit als Erfolgsfaktor

Überblick Wie aus Abb. 7.19 eindeutig ersichtlich ist, wird Wandlungsfähigkeit als Erfolgsfaktor von fast allen Unternehmen als wichtig eingestuft. 47 % der Unternehmen wählen sogar den normalerweise in Umfragen vermiedenen Extremwert „überaus wichtig“.

7.1 Studie „Turbulenz und Wandlungsfähigkeit“

293

a.) Spezifische Auswertung nach Branchen nicht wichtig

100%

80%

60%

sehr wichtig

40%

20%

0%

Automobilzulieferer

Elektrotechnik

Maschinenund Anlagenbau

Metall

Abb. 7.20 Wandlungsfähigkeit als Erfolgsfaktor nach Branchen

Die Differenzierung nach Branchen verdeutlicht leichte Unterschiede in der jeweiligen Einstufung (Abb. 7.20). Vor allem bei den Automobilzulieferern bewerten weit mehr als 50% „Wandlungsfähigkeit als Erfolgsfaktor“ mit „sehr wichtig“. b.) Spezifische Auswertung nach Produktvarianz Die Untersuchung der Produktvarianz ergab keine auffallenden Unterschiede bei der Bewertung: Einzig bei Unternehmen mit einer sehr niedrigen Produktvarianz gab es einen erhöhten Anteil (18%) derer, die Wandlungsfähigkeit für ihren Markt für weniger oder nicht wichtig halten. c.) Spezifische Auswertung nach Unternehmensgröße Auch bei der Differenzierung nach der Unternehmensgröße sind keine eindeutigen Aussagen ableitbar: Die Auswertungen zeigen, dass insbesondere die Befragten bei Großunternehmen (Mitarbeiteranzahl > 5000) Wandlungsfähigkeit für sehr wichtig halten. Da allerdings die Zahl der Antworten dieser Gruppe von Unternehmen gering ausfällt, ist diese Aussage nur unter Vorbehalt zu machen. Resümee Der überwiegende Anteil der Unternehmen (92%) sieht Wandlungsfähigkeit als wichtigen Erfolgsfaktor der Zukunft an. Ganz vorne stehen dabei die Automobilzulieferer und die Unternehmen der Elektrotechnik. Die Kunden dieser Branchen haben hohe Anforderungen an die Flexibilität und

294

7 Anhang

Innovationskraft ihrer Lieferanten. Häufige Produktänderungen sowie teilweise schwierige Zuliefermarktbedingungen (z.B. elektronische Komponenten) kumulieren sich zu einem Bündel von zu bewältigenden Turbulenzen. Hinsichtlich Produktvarianz bzw. Unternehmensgröße waren keine nennenswerten Unterschiede bei der Bewertung von Wandlungsfähigkeit zu erkennen. 7.1.4 Literatur Enderlein H, Wirth S, Hildebrand T (2000): Die wandelbare Fabrik von morgen – visionäre Ansätze. Vortragsband „Vernetzt planen und produzieren“, Chemnitz: 2000 Westkämper E, Winkler R (2002): Praxisbeispiel und Nutzen der objektorientierten Konzeption für die Fabriksimulation. In: wt Werkstattstechnik online 92 (2002) 3:52–56

7.2 Der Sonderforschungsbereich (SFB) 467

295

7.2 Der Sonderforschungsbereich (SFB) 467

7.2.1 Der SFB im Überblick Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 467 der Universitäten Stuttgart und Mannheim wurden Methoden, Modelle und Verfahren zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit von Unternehmen erforscht und entwickelt. Der Anwendungsschwerpunkt liegt auf der variantenreichen Serienproduktion. Ausgehend von der Erkenntnis in der ersten Förderperiode, dass die Erhöhung der Wandlungsfähigkeit von Unternehmen nicht durch singuläre technische, informationstechnische, organisatorische und betriebswirtschaftliche Maßnahmen zu erzielen ist, wurde die interdisziplinäre Zusammensetzung des Sonderforschungsbereiches in der zweiten Förderperiode (2000-2002) dazu genutzt, das Gedankenmodell eines wandlungsfähigen Unternehmens aufzubauen. Dieses Gedankenmodell leitete sich aus der Vision der ersten Förderperiode (1997-1999) ab und bildet den Grundstein des „Stuttgarter Unternehmensmodells“, das in der dritten Förderperiode (2003-2005) vervollständigt und im Rahmen einer Modellfabrik umgesetzt wurde. Dabei wurden in diesem Gedankenmodell zunächst die wesentlichen Begriffe (Turbulenz, Wandlungsfähigkeit) als Randbedingungen spezifiziert und zueinander in Beziehung gesetzt. Hierdurch ergab sich ein Entwicklungsrahmen für das Unternehmensmodell. Im Rahmen des Gedankenmodells wurden die Aufgaben und die Veränderungen der wesentlichen Elemente (Mitarbeiter, Technische Ressourcen, DVSysteme, Planungs- und Steuerungsprozesse) im wandlungsfähigen Unternehmen über Leitsätze beschrieben. Zusätzlich wurde die teilautonome Leistungseinheit als wesentliches Strukturelement des wandlungsfähigen Unternehmens in ihren Eigenschaften und in der Vernetzung (horizontal, vertikal) beschrieben. Somit entstand neben der prinzipiellen Begriffsstrukturierung ein vernetztes Modell, das die Begriffe und Methoden im Sonderforschungsbereich, wie in Abb. 7.21 dargestellt, zueinander in Beziehung setzt. Auf der Basis dieses Beziehungsmodells wurde eine Integration von Teilmodellen vorangetrieben um daraus Rückschlüsse für die Gesamtintegration zu ziehen. Diese Integration wurde in den Teilmodellen von Ablauf- und Beziehungsmodellen bis hin zur datentechnischen Integration erweitert.

296

7 Anhang Selbst- und Fremdcontrolling

Selbstregulierte Gruppenarbeit

Wandlungsfähige Arbeitssysteme

marktorientierte Führungssysteme Strategie, Führung und Controlling in wandlungsfähigen Unternehmen

Turbulenz

Wissensmanagement in wandlungsfähigen Unternehmen

Kooperation und Kommunikation

Personal in wandlungsfähigen Unternehmen

Wandlungsfähige Informationssysteme

Gesamtmodell der Wandlungsfä Wandlungsfähigkeit

Selbstoptimierende Produktionsregelung

Wandlungsfähigkeit in Planungs- und Steuerungsprozessen Wandlungsfähige Strukturen und Ressourcen

Wandelbare Montagesysteme

Wandelbare Bearbeitungssysteme

Systemadaption Dynamische Fabrikstrukturen

Exploration und Propagation

Adaptive Prozessplanung

Situative Auftragsmanagementkonfiguration

Abb. 7.21 Beziehungszusammenhänge zur Verbesserung der Wandlungsfähigkeit

An der Entwicklung der Arbeiten für wandlungsfähige Unternehmensstrukturen der variantenreichen Serienproduktion waren neun Lehrstühle bzw. Institute der beteiligten Hochschulen involviert. In den Teilprojekten arbeiteten 15 wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter kontinuierlich zusammen und tauschten die Ergebnisse aus. Darüber hinaus waren an den Lehrstühlen und Instituten über 90 Beschäftigte im Rahmen der Grundausstattung an der Entwicklung der Modelle und Verfahren beteiligt. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Fachbereichen Produktionstechnik, Betriebswirtschaft, Informatik sowie der Psychologie schaffte eine breite Basis für die fachübergreifende Zusammenarbeit der Universitäten Stuttgart und Mannheim. Die Arbeiten des Sonderforschungsbereichs fanden umfassend und in vielfältiger Weise Eingang in die Ausbildung und das Lehrangebot der Universitäten Stuttgart und Mannheim. Insbesondere flossen die Ergebnisse im Rahmen der allgemeinen Vorlesungen der Lehrstühle mit ein und wurden auch in Form von Praktika und Diskussionen mit den Studierenden in das Hauptstudium integriert. Ebenso bildete der Sonderforschungsbereich den Rahmen für eine Vielzahl von Diplom- und Studienarbeiten. Dabei konnten auch fachübergreifende Studien- und Diplomarbeiten insbesondere zwischen den betriebswirtschaftlichen und produktionstechnischen Instituten realisiert werden. Die fachübergreifende Zusammenarbeit ermöglichte es, Studierende der Ingenieur-, Wirtschaftswissenschaften, Informatik und Arbeitspsychologie auszubil-

7.2 Der Sonderforschungsbereich (SFB) 467

297

den, die neben einer umfassenden Ausbildung in der jeweiligen Fachrichtung eine breite Kenntnis fachübergreifender Themen aufweisen. Wie neueste Äußerungen aus der Industrie zeigen, sind es gerade diese fachübergreifenden Themen, die als erweiterte Anforderung an die wissenschaftliche Ausbildung von Seiten der Industrie gefordert werden. Durch die Mitarbeit wissenschaftlicher Hilfskräfte in der Pflege der gemeinsamen Kommunikationsplattform und des Internetauftrittes wurden die Studierenden mit aktuellen Informationssystemen bekannt gemacht und konnten deren Einsatz anhand eines komplexen Informationsnetzwerkes bereits überprüfen. In Zusammenarbeit mit Gastwissenschaftlern aus Japan, Malaysia, Mazedonien, Rumänien, Russland, der Slowakei und den USA flossen die Ergebnisse des SFB in internationale Forschungsarbeiten ein. Diese Kooperationen ermöglichen aufgrund der guten Zusammenarbeit auch den Austausch von Wissenschaftlern und Studierenden. Die Forschungsarbeiten wurden von folgenden Institutionen der Universitäten Stuttgart und Mannheim durchgeführt: • • • • • • • •

Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung unter der Leitung von Prof. Westkämper Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation unter der Leitung von Prof. Spath Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen unter der Leitung von Prof. Pritschow und Prof. Klemm Institut für Werkzeugmaschinen unter der Leitung von Prof. Heisel Institut für Parallele und Verteilte Systeme unter der Leitung von Prof. Mitschang und Prof. Levi Betriebswirtschaftliches Institut: Lehrstuhl für Betriebswirtschaftliche Planung und Strategisches Management unter Leitung von Prof. Zahn Betriebswirtschaftliches Institut: Lehrstuhl Controlling unter der Leitung von Prof. Horváth Lehrstuhl für Wirtschafts- und Organisationspsychologie der Universität Mannheim unter der Leitung von Prof. Bungard

298

7 Anhang

7.3 Lösungsansätze Auf folgende Fragestellungen finden Sie in diesem Buch Lösungsansätze. Führung und Controlling Welche grundsätzlichen Handlungsoptionen stehen der Unternehmensführung zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit in turbulenten Umfeldern zur Verfügung? Wie können vielfältig vorhandene Schnittstellen zwischen Leistungseinheiten in Bezug auf eine optimale Kosten/Nutzenrelation gestaltet werden? Wie können Führungsprozesse in wandlungsfähigen Unternehmen kontextgerecht gestaltet werden? Wie können geeignete Führungsgrößen für teilautonome Leistungseinheiten ermittelt werden? Wie kann der Wertbeitrag teilautonomer Leistungseinheiten (insbesondere der Einheit Produktion) ermittelt werden? Wie kann ein wertorientiertes Früherkennungssystem eingerichtet werden? Planung und Steuerung Wie wird Turbulenz mess- und quantifizierbar? Wie kann das Auftragsmanagement im turbulenten Umfeld systematisch gestaltet werden? Was ist eine dynamische Logistikstrategie? Wie kann das Zusammenspiel von Planung und Steuerung analysiert werden? Welche Anforderungen werden an ein ganzheitliches Logistik-Simulationswerkzeug gestellt? Wie kann zentral geplant werden ohne der dezentralen Steuerung alle Freiheitsgrade zu nehmen? Wie erfolgt eine dezentrale und flexible Erzeugung von Belegungsplänen? Wie kann eine Anpassung der Planungsverfahren zu den Turbulenzen und Reparatur der durch Turbulenzen beschädigten Pläne erfolgen? Wie erfolgt eine automatische Zerlegung der durch Turbulenzen verursachten Planungsabweichungen in Sequenzen der Lösungsschritte? Wie erfolgt die Integration von autonomen LE (Maschinen, Mensch) in einen Workflow? Wie können Produktionskosten durch eine Produktionsregelung beeinflusst werden? Wie kann erreicht werden, dass der Anpassungsaufwand bei der Produktionssteuerung bzw. Produktionsregelung nach Änderungen von Abläufen oder Strukturen in der Produktion möglichst gering ist? Welche Einflussgrößen (Stellgrößen) können an der einzelnen Leistungseinheit zur lokalen Regelung des Auftragsdurchlaufs genutzt werden?

7.3 Lösungsansätze

299

Technik und Strukturen Gegeben sind Produkt und Nachfragestruktur, Ressourcen und verschiedene Zielvorgaben. Gesucht ist eine optimale Strukturierung von Ressourcen und Materialfluss ("Sollkonzept"). Wie gruppiere ich Ressourcen und ordne sie den Prozessen zu, um die Produkte zu fertigen? Wie kann der Prozess zur Umplanung einer Fabrik beschleunigt werden? Wie kann die Durchgängigkeit der Datenhaltung für die eingesetzten Werkzeuge im Fabrikplanungsprozess gewährleistet werden? Wie kann das Know-how des Montageexperten ohne zusätzliche Kenntnisse spezieller Planungstools in die Montageplanung einfließen? Wie können Mehrfachfähigkeiten der Ressourcen in der Montage zum Ausgleich von Kapazitätsschwankungen und Störungen genutzt werden? Wie können die im VR-System gewonnenen Ergebnisse in der Realität verifiziert werden? Wie müssen wandelbare Maschinen (Module) und deren Steuerungen aussehen, um sie kurzfristig kapazitiv, technologisch, strukturell und funktional an den Produktionsprozess anpassen zu können? Wie müssen Module beschaffen sein, um lokal innerhalb der Maschinenstruktur auf kapazitive, technologische und funktionale Änderungen reagieren zu können? Wie müssen Steuerungssysteme aussehen, um auf die mechanischen Umbauten reagieren zu können? Wie kann eine solche Maschine mit Auftragsplanung und Auftragssteuerung kommunizieren? Humanressourcen Wie unterstützt man selbstregulierte Arbeitsgruppen dabei, Aufgaben eigenständig zu erledigen und sich an der Festlegung von Zielen zu beteiligen? Wie misst und fördert man die Kompetenz der selbstregulierten Arbeitsgruppen unter Berücksichtigung aufgabenbezogener und sozialer Aspekte der Zusammenarbeit in den Gruppen? Wie genau kann die Lernfähigkeit von wandlungsfähigen Unternehmen verbessert werden? Welche Anpassungen sind erforderlich, um Zielvereinbarungen und andere Unterstützungsinstrumente in Abhängigkeit von vorhandenen Kompetenzen, Rahmenbedingungen und der Struktur der Gruppe hinsichtlich Lebensphasen optimal zu gestalten? Welchen Einfluss haben die Lebensphasen einzelner Gruppenmitglieder auf die Zusammenarbeit und Effektivität von Arbeitsgruppen und wie sollten sie bei Arbeitsgestaltung, Gruppenzusammensetzung und Personalentwicklung berücksichtigt werden? Welche Hilfsmittel (z.B. Projektplanung, Gruppentreffen, Mitarbeiter-Infos) und welche Fähigkeiten (z.B. Projektmanagement, Moderation von Gruppen, Bereitschaft zur Veränderung) können die Mitarbeiter und Führungskräfte einsetzen, um die Veränderungen wirkungsvoll zu unterstützen?

300

7 Anhang

Welche guten (z.B. mehr Entscheidungsbefugnis und Mitsprachemöglichkeiten), welche schlechten Auswirkungen (z.B. höhere Arbeitsanforderungen, mehr Stress) gibt es für Mitarbeiter und Führungskräfte? Wie können zu große Nachteile verhindert werden und Vorteile verstärkt werden, damit alle das Veränderungsprojekt unterstützen wollen? Mit welchen Aufgaben und zu welchem Zeitpunkt im Projekt werden die Mitarbeiter und Führungskräfte eingesetzt, damit sie die Veränderung am besten unterstützen können? Wie kann man messen, wie schnell, zuverlässig und vollständig Mitarbeiter und Führungskräfte Veränderungen im Unternehmen durchführen können? (z.B. wenn neue Maschinen, neue Computersysteme oder neue Schichtsysteme eingeführt werden) Wie kann schon im Vorfeld der Veränderungen geklärt werden, welche Interessen seitens Mitarbeitern und Führungskräften von den Maßnahmen positiv oder negativ beeinflusst werden? Wie können die objektiven und subjektiven Auswirkungen der Veränderungen, die sich für die Mitarbeiter ergeben, für die Planungsverantwortlichen transparent gemacht werden? Wie können auf Basis der Interessenanalyse systematische Vereinbarungen über die Gestaltung der Veränderungen getroffen werden, die von den Beteiligten mitgetragen werden? Wie können Win-Win-Kriterien in die Planung integriert werden, damit rein technisch-organisatorische Lösungen vermieden werden, die ein hohes Risiko für mangelnde Unterstützung durch die Belegschaft beinhalten? Informationstechnologie Welche Technologie ermöglicht die softwaretechnische Unterstützung der Prozessplanung? Was unterscheidet Agentensystem von anderen Systemen? Welche Mechanismen haben die Agenten für die Kommunikation? Wie kann man mit Hilfe von Agenten die Turbulenzen behandeln? Welche Möglichkeiten gibt es Daten zu integrieren? Wie können IT-Insellösungen in einem heterogenen Umfeld, samt ihrer Autonomie (zum Beispiel unterschiedliche Betriebssysteme, DBMS) flexibel integriert werden? Wie kann das Konzept der Änderungspropagation für die Integration eingesetzt werden? Wie können Datenabhängigkeiten mit Propagationsskripten und Transformationsskripten definiert werden? Wissen Wie kann das im Unternehmen vorhandene Wissen verfügbar gemacht werden? Wie kann das Wissen strukturiert werden? Wie können Ontologien Wissensmanagementprozesse unterstützen? Welches Wissen ist in der Montage erfolgsrelevant? Wie erfolgt die Anwendung eines WM-Systems

7.4 Glossar

301

7.4 Glossar

adaptive Montagesysteme Anpassungsfähige Montagesysteme advanced Industrial Engineering (aIE)

Grundlagenwissen der Arbeits- und Prozessplanung – das Industrial Engineering – mit den Methoden, Modellen und Verfahren zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit zu verknüpfen und diese um die Betrachtung von durchgängigen Prozessketten, den Aspekten der partizipativen Planung, den Einsatz von digitalen Werkzeugen & Methoden, dem Ansatz der integrierten Planungsverfahren sowie den Potentialen eines Technologiemanagements zu erweitern.

Ant Colony Optimization „Ameisenkolonie“- Optimierung ist ein Vor(ACO) gehen, das von naturinspirierter Beobachtung, Experimenten und Analyse der Koordinationsmechanismen bei Sozialinsekten (Ameisen) entstanden, algorithmisch imitiert und für die Lösung des Optimierungsproblems adaptiert wurde. Balanced Scorecard (BSC)

Die Balanced Scorecard (BSC) ist ein Hilfsmittel zum Zielmanagement. Im Mittelpunkt stehen dabei Vision und Strategie des Unternehmens. Sie bilden den Ausgangspunkt, um schrittweise die wichtigsten Ziele, Kennzahlen, Vorgaben und Maßnahmen für jede einzelne der Perspektiven Mitarbeiter, Finanzen, Kunden und Prozess top-down (vom Globalen zum Konkreten) abzuleiten. Die ganzheitliche Sichtweise der BSC bildet den Rahmen zur Umsetzung einer Strategie in operative Größen.

BDE

Betriebsdatenerfassung

Beam-Suche, Best-firstSuche, Bester-ZuerstSuche

Heuristisch informierte Suchstrategien, die für das Optimierungsproblem angewendet werden. Diese Suchverfahren können nur dann

302

7 Anhang

eingesetzt werden, wenn sich für jeden Knoten im Suchbaum eine Maßzahl bestimmen lässt, die die Entfernung zum gewünschten Suchziel festlegt. Das Beam Search Verfahren ist dann effektiv, wenn ein Zielpfad unter jenen Pfaden ist, die bei jedem Entscheidungspunkt als die bestmöglichen erscheinen. BestFirst Search arbeitet auch dann noch effektiv, wenn mutmaßlich gute Pfade auf den ersten Blick nicht als am kürzesten erscheinen. Benchmarking

Methode zur Bestimmung der eigenen Positionierung gegenüber dem Wettbewerber bezüglich interessierender relevanter Kriterien

Best-first-Suche

Prioritätensuche

Bullwhipeffekt

Der Bullwhipeffekt beschreibt einen sich allmählich aufschaukelnden Bedarf eines Produktes und seiner Komponenten entlang der logistischen Kette. Ursache ist meist der mangelnde Informationsfluss zwischen den beteiligten Unternehmen

Constraint Optimization Probleme

Optimierungsproblem, bei dem zusätzlich die Bedingungen erfüllt werden müssen

Constraint-basierte Verfahren

Zu diesen Verfahren gehört das Lösen von Problemen unter einschränkenden Randbedingungen. Mit Hilfe von Constraints können die Relationen bzw. erlaubte Kombinationen zwischen Variablen mit Wertebereichen spezifiziert werden. Die Lösung wird als vollständige und konsistente Variablenbelegung dargestellt. Die Anwendungen von Constraintbasierten Verfahren reichen vom Lösen komplexer Optimierungsprobleme bis zur Entwicklung der Robotik-Systemen, Bildverarbeitung usw.

deliberative Autonomie Zyklen

Autonomie-Zyklus ermöglicht reaktive und deliberative Verhalten von autonomen Agenten. Reaktive Agenten sind fähig, ständig die Umwelt wahrzunehmen und dabei rechtzeitig auf die Veränderungen zu reagieren, indem sie

7.4 Glossar

303

eigenes Verhalten, basierend auf festen Regeln ändern, um so weiterhin die Ziele erreichen zu können. Deliberative Agenten verfügen über das Wissen, Ziele, Pläne anderer Agenten, eigene Fähigkeiten und Umwelt. Sie haben ein Ziel, das durch die Ausführung der möglichen Handlungen mit anderen Agenten erreicht werden kann. Flow-Shop-Scheduling

Optimale Zuordnung von Zeitintervallen, die jeweils für Operationen stehen, unter Berücksichtigung, dass mehrere Aufträge, die aus den Einzeloperationen bestehen, mehrere Bearbeitungsstationen durchlaufen sollen, wobei die Stationsreihenfolge für alle Aufträge gleich ist. Dabei kann jede Operation eines Auftrages nur auf den dafür geeigneten Bearbeitungsstationen erledigt werden. Die Problemstellung besteht darin, die Reihenfolge der Aufträge auf den Stationen zu finden, bei der die Gesamtdurchlaufzeit oder die maximale Terminüberschreitung minimal wird.

Fraktale Fabrik

Offenes System, welches aus selbständig agierenden und in ihrer Zielausrichtung selbstähnlichen Einheiten – den Fraktalen – besteht und durch dynamische Organisationsstrukturen einen vitalen Organismus bildet. Aus der Definition gehen drei wesentliche Eigenschaften von Fraktalen hervor: Selbstorganisation, Selbstähnlichkeit und Dynamik.

Fuzzy-Logik (engl.: fuzzy = ungenau, unscharf)

Unter diesem Begriff versteht man im KI Bereich eine Theorie der Modellbildung durch die Erweiterung der klassischen zweiwertigen Booleschen Algebra bzw. Mengenlehre, die nur zwei Wahrheitszustände erlaubt, auf unscharfe Mengen bzw. mit Wahrscheinlichkeiten

Genetische Algorithmen

Heuristische Optimierungsverfahren, die zur Verkleinerung des Suchraums angewendet werden. Die grundliegende Idee besteht darin, eine Anzahl von Individuen in einer Populati-

304

7 Anhang

on durch Crossover und Mutation zufällig zu erzeugen und diejenigen Individuen auszuwählen, die einem bestimmten Gütekriterium am besten entsprechen. Heuristische Verfahren (abgeleitet von Griechisch,heurískein’ : finden, entdecken)

Strategien zur methodischen Suche von meist guten (in Abhängigkeit von Kriterien) Lösungen in möglichst kurzer Zeit. Gegenüber den exakten mathematischen Verfahren beruhen die heuristischen Verfahren im Bereich der KI meist auf Faustregeln bzw. Algorithmen, die aufgrund der praktischen Erfahrung entwickelt werden. Aus informatikspezifischer Sicht bedeutet dies, dass die Anzahl von Vorgängen im Suchraum bzw. Suchbaum, der durchquert und in verschiedenen Reihenfolgen durchgesucht wird, minimiert wird.

Jop-Shop-Scheduling

Optimale Zuordnung von Zeitintervallen, die jeweils für Operationen stehen, unter Berücksichtigung von • Maschinen, auf denen jede Operation ausgeführt werden muss, • Aufträge, bei denen mindestens ein Auftrag aus mehreren Operationen besteht, • Reihenfolgebedingungen für Operationen KI Künstliche Intelligenz Forschungsbereich der Informatik, in dem das natürliche intelligente Verhalten von Men(engl.: Artificial Intellischen und anderen sozialen Lebewesen mit gence (AI)) Hilfe von Computern untersucht und modelliert wird Kompetenz

Die Kompetenz einer Arbeitsgruppe ist definiert als deren Fähigkeiten und Fertigkeiten sowie die Kenntnis ihrer Handlungsbereiche, die notwendige Voraussetzungen für das Erreichen der Gruppenziele sind

Konzepte

Unter einem Konzept versteht man einen umfassenden gedanklichen Entwurf, der sich an einer Leitidee bzw. bestimmten Richtgrößen (Zielen) orientiert und grundlegende Handlungsrahmen (Strategien) wie auch die not-

7.4 Glossar

305

wendigen operativen Handlungen zu einem schlüssigen Plan zusammenfasst. Ein Konzept beinhaltet daher ein Konglomerat aus explizit formuliertem, praktischem Handlungswissen und meist induktiv gewonnen, systematischen Interpretationen von Erfahrungen. kumulieren

sich anhäufen

Kundenentkopplungsprozess

Die Trennung des Materialflusses einer Produktion in kundenauftragsorientierte und kundenanonyme Produktion wird durch den Kundenentkopplungspunkt beschrieben.

KVP

Kontinuierlicher Verbesserungsprozess: Das Gestaltungsprinzip KVP repräsentiert die Philosophie der kontinuierlichen Verbesserung (jap. Kaizen) im Ganzheitlichen Produktionssystem. Wesentlich ist, dass Verbesserungen in kleinen Schritten durch die Einbeziehung aller Mitarbeiter zur Umsetzung gelangen. Und das nicht nur einmal, sondern durch den Aufbau geeigneter Systeme, Strukturen und Arbeitstechniken während des gesamten Produktionsprozesses kontinuierlich und mit geringem Aufwand.

Lean Factory

"Schlanke Fabrik". Arbeitet nach dem Prinzip der Lean Production („Schlanke Fertigung“), das Zusammenwirken aller Unternehmensbereiche in einer optimal abgestimmten Prozesskette. Die Grundausrichtung eines schlanken Unternehmens ist einerseits durch eine konsequente und zugleich ausgeprägte Markt- und Kundenorientierung, andererseits durch eine ausgeprägte und konsequente Kostenorientierung gekennzeichnet beschreiben. Entscheidend für die erfolgreiche Zielerreichung und damit auch charakteristisch für Lean Production sind wechselseitige Wirkbeziehungen und enge Kooperationen zwischen den betrieblichen Aufgabenbereichen sowie die organisatorische Integration der externen Partner (z.B. Zulieferer) in das gesamte Unternehmen.

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7 Anhang

Lebensphasen

Im Unterschied zu Altersgruppen sind Lebensphasen Abschnitte im Leben eines Menschen, die nicht über das rein kalendarische Alter definiert werden. Vielmehr werden hier Merkmale zusammengefasst, die ein Kombination aus beruflichen und privaten Bedingungen sowie aus allgemeinen und arbeitsbezogenen Einstellungen darstellen und in ihrer Entwicklung über die Lebensarbeitszeit betrachtet werden.

Losgrößen

Anzahl gleichartiger Teile oder Produkte, die im Rahmen eines gegebenen Fertigungs- oder Montageauftrags zu bearbeiten bzw. zu montieren sind

Marge

Differenz zwischen An- und Verkaufspreis

Methoden

Systematisch bestimmte, prozessual strukturierte Vorgehensregel formaler Art, um von einem definierten Anfangszustand zu einem definierten Endzustand zu kommen. Sie muss objektiv und verifizierbar sein und bei gleichen Randbedingungen zu gleichen Ergebnissen führen. Durch den Einsatz von Methoden (in Abhängigkeit von der Problemsituation) im Rahmen eines Modells wird dieses näher spezifiziert und erhält einen größeren Praxisbezug. Allgemein beschreibt der Begriff „Methode“ jedes Verfahren (Technik), das intersubjektiv nachvollziehbar ist und der Beantwortung offener Fragen dient.

Modelle

Auf der Basis von Funktions-, Struktur- oder Verhaltensähnlichkeiten bzw. -analogien zu einem Original werden Modelle für Problemlösungen benutzt, deren Durchführung am Original nicht möglich, sinnvoll oder zu aufwändig wäre. Modelle sind also das Abbild einer definierten Ausgangsstruktur unter bestimmten Gesichtspunkten. Modelle werden grundsätzlich für ganz bestimmte Frage- oder Problemstellungen entworfen und durch diese, den Anforderungen an das Modell, geprägt.

7.4 Glossar

307

Modelle können deshalb schwer miteinander verglichen werden, sondern nur dahingehend beurteilt werden, ob sie der jeweiligen Frageund Problemstellung angemessen sind. Verschiedene Modelle derselben Ausgangsstruktur verarbeiten und betonen unterschiedliche Informationen und beantworten unterschiedliche Fragen. Das Ergebnis ist modellabhängig. Modelle werden oft gebildet um den generalisierenden Anspruch von Theorien zu relativieren. MTM

Im klassischen Wortsinn ist MTM die Abkürzung von Methods-Time Measurement, was mit Methodenzeit-Messung übersetzt werden kann. MTM ist ein Instrument zur Beschreibung, Strukturierung, Gestaltung und Planung von Arbeitssystemen mittels definierter Prozessbausteine und damit ein Standard leistungsfähiger Produktionssysteme. Durch MTM werden Arbeitsabläufe systematisch gegliedert und geordnet, Einflussgrößen sichtbar gemacht und Arbeitssysteme somit von Anfang an richtig gestaltet.

Neuronale Netze

Die Neuronalen Netze beziehen sich auf den KI-Bereich der Informatik, dessen Gegenstand die Erforschung biologischer Informationsverarbeitung des menschlichen Nervensystems und seiner Lernfähigkeit durch computergestützte Modellierung und Simulation ist. Die künstlichen Neuronalen Netze nutzt man für die Regelung und Analyse von komplexen Prozessen, Mustererkennung, Optimierung.

One-Piece-Flow Prinzip

Kontinuierlicher Materialfluss: Einzelteile werden ohne zwischen Lagerung durch eine Prozesskette geschoben.

Operations Research

Teilgebiet der angewandten Mathematik, dessen Gegenstand die Entwicklung von Methoden, Verfahren und algorithmischen Modellen für die Lösung komplexer Planungs- und Entscheidungsproblemen ist.

308

7 Anhang

Paradigma

Grundkenntnis, auf eine Theorie gestützt

partizipative Planung

Team-basierte Planung, unter der aktiven Einbeziehung des gesamten Planungsteams

Performance Measurement System

Leistungsmessungssystem

persistent

In der Informatik steht der Begriff für „ auf Datenträger dauerhaft gespeichert“

plug and play

Begriff aus der Informatik. Peripheriegeräte werden beim Anschluss durch den Computer automatisch erkannt und installiert.

Probabilistische Schlussfolgerungsnetze

Mittel, unsicheres und vages Wissen mathematisch mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitstheorie zu verarbeiten

Ramp-Up

Produktionsanlauf

Real Time Enterprise

Real Time Enterprise beschreibt die Beschleunigung aller unternehmerischen Prozesse bis hin zum ‚Echtzeitunternehmen’. Kennzeichen für die Tendenz, dass Unternehmen immer weniger bereit sind auf Produkte und Dienstleistungen zu warten. In einem Real Time Enterprise folgen alle Prozesse aufeinander, ohne zeitlichen Verzug. Vgl. Raskino, M.: Vorbereitung auf die „Jetzt-Wirtschaft“; Computerwoche 46/2002

redundante

mehrfach vorhandene

REFA

Der REFA Bundesverband e. V. und seine zehn Mitgliedsverbände sind eingetragene Vereine zur Förderung von Bildung und Wissenschaft. Dazu gehören auch berufliche Weiterbildung, Seminare und Beratung von Firmen- und Einzelmitgliedern.

Regelgröße

Eine Regelgröße ist eine Größe im betrachteten System, die durch gezielte Anpassung einer oder mehrerer Stellgrößen einem vorgegebenen Wert (Sollwert) angenähert werden soll.

7.4 Glossar

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Selbstregulierte Arbeitsgruppen

Eine in Fertigung und Montage eingesetzte Organisationsform, in der mehrere Mitarbeiter an einer ihnen gemeinsam übertragenen Aufgabe weitgehend eigenverantwortlich arbeiten

Shopfloor

Ebene der Fertigung einer Produktion

Simulated Annealing (Verfahren des simulierten Ausglühens)

Die Idee kommt aus der Erfahrung beim Kochen von Stahl. Besonders guten und harten Stahl erhält man dadurch, dass man den rohen Stahl anfangs erhitzt und dann langsam abkühlen lässt. Als Folgerung können sich die Atome in der energetisch günstigen Struktur anordnen. Nach dieser Analogie wurde der Suchalgorithmus entwickelt, beruhend darauf, dass im Laufe der Zeit schlechte Lösungen immer unwahrscheinlicher gewählt werden.

Sintflutalgorithmus (engl.: great deluge)

Ist eine Weiterentwicklung und Vereinfachung des Simulated Annealing-Verfahrens

Stellgröße

Eingangsgröße eines Systems, durch deren Veränderung sich das Verhalten des Systems gezielt beeinflussen lässt

Suchraum (engl. Search Space)

Die Menge aller möglichen Lösungen zu einem bestimmten Problem

Tabu Search

Heuristische Suchstrategie im Nachbarschaftsbereich zur Lösung von Optimierungsproblemen mit mehreren lokalen Optima. Der Hauptgedanke besteht darin, bestimmte Aktionen (z.B. Zyklen) zur Lösungsveränderung zu verbieten (Tabu zu setzen), um neue, möglichst bessere Lösungen finden zu können.

Taylorismus

Auf wissenschaftlichen Ergebnissen beruhende Betriebsführung mit dem Ziel, den Betriebsablauf möglichst wirtschaftlich zu gestalten [nach dem amerik. Ingenieur u. Betriebsberater F. W. Taylor, 1856-1915]. Arbeitsvorgänge werden in Teilschritte aufgeteilt, deren Ausführung detailliert vorgeschrieben ist. Es findet eine strikte Trennung von Kopf- und Handarbeit statt.

310

7 Anhang

Teilautonome Leistungseinheit

Teleservice

Eine Leistungseinheit ist eine organisatorische Einheit eines Unternehmens, in der ein oder mehrere Mitarbeiter unter Zuhilfenahme von Ressourcen abgestimmte Ziele verfolgen. Aus Material und Informationen werden mittels Führungs- und Ausführungsprozessen Produkte oder Informationen generiert. Fernservice, Fernwartung

Verteilte Künstliche Intelligenz (VKI)

Ein Teilgebiet der KI, das sich mit Problemen beschäftigt, die den verteilten interagierenden Systemen eigen sind. Dabei konzentriert sich (engl.: Distributed Artifidie Forschung auf die Entwicklung der „intelcial Intelligence (DAI)) ligenten“ Problemlösungsstrategien, der Koordinations- und Kooperationsmechanismen sowie die Methoden der Bildung von Agententeams. Wertstrom

Alle Tätigkeiten (wertschöpfende und nichtwertschöpfende), die nötig sind um ein Produkt vom Rohmaterial bis in die Hände des Kunden zu bringen.

Win-Win-Situation

Kompromiss bei einem Interessenkonflikt, bei dem alle Parteien profitieren können

Workflow

Arbeitsabläufe

Workingsteps

Arbeitsschritte

Job-Shop

Werkstattfertigung

Autorenverzeichnis

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Autoren Bantel Thomas, Dipl.-Math., Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Fachgebiete: numerische Optimierung und evolutionäre Algorithmen Berger Stefan, Dipl.-Ing., Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Fachgebiet: Wissensmanagement Brinzer, Boris, Dipl.-Ing., Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart, Fachgebiete: Produktionslogistik und Produktionsregelung Constantinescu, Carmen, Dr.- Ing., Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb. Fachgebiete: Datenbanken, Datenintegration und XML-Technologien Dunker, Thomas, Dr.-Ing., Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Fachgebiete: numerische Optimierung und evolutionäre Algorithmen Erke, Alena, Dipl.-Psych., Lehrstuhl für Wirtschafts- und Organisationspsychologie der Universität Mannheim, Fachgebiete: Teilautonome Gruppenarbeit, Zielverarbeitungen, Mitarbeiterbefragungen Fisser, Frank, Master of Engineering, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Fachgebiet: Montageplanung Heinkel, Uwe, Dipl.-Inf., Institut für Parallele und Verteilte Systeme, Universität Stuttgart, Fachgebiete: Datenbanken, Datenintegration und XMLTechnologien. Hummel , Vera, Dr.-Ing., Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universität Stuttgart, Gesamtkoordination des SFB 467, Fachgebiete: Unternehmensmanagement und advanced Industrial Engineering Jöns, Ingela, PD Dr., Lehrstuhl für Wirtschafts- und Organisationspsychologie der Universität Mannheim, Fachgebiete: Gruppenarbeit, Führung und Fusionen & Akquisitionen Kapp, Ralf, Staatsexamen Mathematik, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Fachgebiete: Produktionsmanagement und Logistiksimulation Kircher, Christian, Dipl.-Ing., Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart, Fachgebiet: Steuerungstechnik für Maschinen und Anlagen. Kornienko,Sergey, Dipl.-Inf., Institut für Parallele und Verteilte Systeme, Fachgebiete: Informationstechnische Systeme und Robotik Kornienko, Olga, Dipl.-Inf., Institut für Parallele und Verteilte Systeme, Fachgebiete: Informationstechnische Systeme und Robotik Kremer, David, Dipl.-Psych., Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart, Fachgebiete: Personalmanagement und Change Management

312

Autorenverzeichnis

Langer, Andreas, Dipl.-Kfm., Betriebswirtschaftliches Institut: Lehrstuhl für Controlling, Universität Stuttgart, Fachgebiete: Strategiekonforme Anreizsysteme für Führungskräfte in der industriellen Produktion le Blond, Jan, Dipl.-Wirtsch.-Ing., Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universität Stuttgart / Fraunhofer IPA, Fachgebiet: Fabrikplanung Lehr, Patricia, Dipl.-Ing., Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Fachgebiet: Fabrikplanung Löffler, Benno, Dipl.-Ing., Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Fachgebiete: Produktionsmanagement und Simulation Mangold, Christoph, Dipl.-Inform. Institut für Parallele und Verteilte Systeme der Universität Stuttgart, Fachgebiete: Ontologien und Wissens- und Informationsmanagementsysteme Meitzner, Martin, Dipl.-Ing.; Institut für Werkzeugmaschinen, Universität Stuttgart; Fachgebiet: wandelbare Bearbeitungssysteme Meyer, Sebastian, Dipl.-Kfm., Betriebswirtschaftliches Institut: Lehrstuhl für Betriebswirtschaftliche Planung und Strategisches Management, Fachgebiete: Management von Wissen, insbesondere im dynamischen Umfeld und Dienstleistungsmanagement Minning , Frank, Betriebswirtschaftliches Institut: Lehrstuhl für Controlling, Universität Stuttgart, Fachgebiet: Strategiekonforme Anreizsysteme für Führungskräfte in der industriellen Produktion Nowak, Michael, Dipl.-Kfm., Betriebswirtschaftliches Institut: Lehrstuhl für Betriebswirtschaftliche Planung und Strategisches Management, Universität Stuttgart, Fachgebiete: Prozessmanagement und prozessorientierte Unternehmensführung Priese Jörg, Dipl.-Ing., Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart, Fachgebiete: Arbeitsplanung, Produktionsplanung und Leitsysteme. Racky, Sabine, Dipl.-Psych., Lehrstuhl für Wirtschafts- und Organisationspsychologie der Universität Mannheim, Fachgebiete: Gruppenarbeit, Personalentwicklung, Lebensphasenorientierte Arbeitsgestaltung, Mitarbeiterbefragungen Rönnecke, Thomas, M.Sc.Dipl.-Wirt.-Ing. (FH), Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universität Stuttgart, Fachgebiete: KVP, Business Excellence Konzepte und advanced Industrial Engineering. Schön, Michael, Dipl.-Kfm., Betriebswirtschaftliches Institut: Lehrstuhl für Betriebswirtschaftliche Planung und Strategisches Management, Universität Stuttgart, Fachgebiete: Veränderungsmanagement und strategische Unternehmensführung Wiendahl, Hans-Hermann, Dr.-Ing., Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universität Stuttgart, Fachgebiete: Auftragsmanagement, Produktionsplanung und -steuerung

Abbildungsverzeichnis

313

Abbildungsverzeichnis Abb. 1.1 Anpassung des Transformationsprozesses „Produktion“ .....................................................2  Abb. 2.1 Die Produktion in der Wertschöpfungskette .........................................................................7  Abb. 2.2 Wertschöpfung und Konsum in der Triade ...........................................................................9  Abb. 2.3 Wandlungstreiber in der industriellen Fertigung ................................................................10  Abb. 2.4 Relativer Verlauf des Auftragseingangs in einem Unternehmen .......................................11  Abb. 2.5 Fabriken im Wandel der Zeiten ...........................................................................................13  Abb. 2.6 Wichtigkeit von Wandlungsfähigkeit als Erfolgsfaktor .....................................................14  Abb. 2.7 Bilanzgrenze der Wandlungsfähigkeit ................................................................................15  Abb. 2.8 Begrenzende Faktoren der Wandlungsfähigkeit von Fabriken...........................................16  Abb. 2.9 Maximierung der Auslastung und Nutzung von Ressourcen .............................................18  Abb. 2.10 Das Taylorsche Prinzip der wissenschaftlichen Betriebsführung.....................................19  Abb. 2.11 Taylorismus für die maschinellen Prozesse ......................................................................21  Abb. 3.1 Die Fabriken sind komplexe Systeme .................................................................................25  Abb. 3.2 Ansätze zur Steigerung der Leistungsfähigkeit...................................................................26  Abb. 3.3 Begriffsverständnis für GPS ................................................................................................29  Abb. 3.4 GPS: sozio-technisches System ..........................................................................................33  Abb. 3.5 Ganzheitliches Fertigungssegment einer Teilefertigung ....................................................34  Abb. 3.6 Schema des Toyota-Produktionssystems ............................................................................35  Abb. 3.7 Die 3 Ebenen eines Produktionssystems .............................................................................36  Abb. 3.8 Fabrik der Zukunft ...............................................................................................................42  Abb. 4.1 Attribute neuer Produktionskonzepte ..................................................................................48  Abb. 4.2 Methodische Unterstützung des Stuttgarter Unternehmensmodells ...................................49  Abb. 4.3 Referenzmodell des „Stuttgarter Unternehmensmodells“ ..................................................51  Abb. 4.4 Leistungseinheit im „Stuttgarter Unternehmensmodell“ ....................................................52  Abb. 4.5 Betriebliche Aufgaben des SUM.........................................................................................53  Abb. 4.6 Systemtheorie – Basis der Modellierung ............................................................................58  Abb. 4.7 Wirkmodell der Leistungseinheiten ....................................................................................59  Abb. 4.8 Planung als Bestandteil der Funktion einer Leistungseinheit .............................................60  Abb. 4.9 Skalierung der Strukturen produzierender Unternehmen ...................................................61  Abb. 4.10 Zeitliche Skalierung der Produktion .................................................................................62  Abb. 4.11 Zeitliche Skalen der Planung.............................................................................................63  Abb. 4.12 Kooperation teilautonomer Leistungseinheiten ................................................................64  Abb. 4.13 Supply Chains mit teilautonomen Leistungseinheiten ......................................................65  Abb. 5.1 Analogie technischer Prozessfähigkeit zu Turbulenzindikatoren .......................................88  Abb. 5.2 Darstellung des Auftragsmanagements ...............................................................................89  Abb. 5.3 Architektur und Softwarebausteine des Logistikprüfstandes .............................................91  Abb. 5.4 Objekte des Logistik-Prüfstandes........................................................................................92  Abb. 5.5 Datenstruktur der Eingabedaten ..........................................................................................95  Abb. 5.6 Beispiel eines divergierenden Materialflusses ....................................................................95  Abb. 5.7 Komplexeres Beispiel ..........................................................................................................96  Abb. 5.8 Unterstützung von aufwandsarmem Wandel ......................................................................97  Abb. 5.9 Struktur der zentralen Regler ............................................................................................100  Abb. 5.10 Struktur eines lokalen Reglers.........................................................................................101  Abb. 5.11 Workingstep.....................................................................................................................103  Abb. 5.12 Ermittlung der maschinenspezifischen Bearbeitungsmöglichkeiten ..............................104  Abb. 5.13 Struktur des Bearbeitungsmodells ...................................................................................105  Abb. 5.14 Struktur des Agentensystems ..........................................................................................106  Abb. 5.15 Entwicklung eines Agentensystems zur dynamischen Arbeitsplanung..........................108  Abb. 5.16 Integration von dynamischer und hierarchischer Arbeitsplanung ..................................109  Abb. 5.17 Zuordnung von Operationen zu Ressourcen über Fähigkeiten .......................................110  Abb. 5.18 Handlungsfelder in der Produktion .................................................................................117  Abb. 5.19 Konstruktive Gestaltung von Schnittstellen aus Normalien ...........................................121 

314

Abbildungsverzeichnis

Abb. 5.20 Komponenten eines selbstadaptierenden Steuerungssystems ........................................ 122  Abb. 5.21 Planungsphasen der Fabrikplanung ................................................................................ 124  Abb. 5.22 Vorgehensweise des 3-D-Laserscannens ........................................................................ 125  Abb. 5.23 Werkzeuge der Planungsumgebung................................................................................ 126  Abb. 5.24 Einsatz der Werkzeuge im Planungsprozess .................................................................. 127  Abb. 5.25 Planungstisch, Arbeitsfläche, 3-D-Ansicht..................................................................... 129  Abb. 5.26 Verknüpfung CAD-Werkzeug und Planungstisch ......................................................... 130  Abb. 5.27 Systematischer Ablauf .................................................................................................... 132  Abb. 5.28 Delmia Planungswerkzeuge ............................................................................................ 133  Abb. 5.29 VR-Montage Visualisierung ........................................................................................... 135  Abb. 5.30 Agentenplattform ............................................................................................................ 135  Abb. 5.31 Entwicklung bis zum Jahre 2050 (Quelle: Stat. Bundesamt, 2003) ............................... 144  Abb. 5.32 Entstehung von Kosten-Nutzen-Argumenten ................................................................. 152  Abb. 5.33 Kosten-Nutzen-Bilanzen durch Analyse ........................................................................ 154  Abb. 5.34 Schritte bei der Entwicklung eines Win-Win-Designs ................................................... 155 Abb. 5.35 Umfeld eines Propagationssystems ................................................................................ 164 Abb. 5.36 Merkmale von einzelnen Agenten und Multi-Agenten-Systemen ................................. 170 Abb. 5.37 Unterschiedliche Schichten der Agentenaktivitäten ....................................................... 173 Abb. 5.38 a) Fragmente eines Belegungsplanes b) Verteilte Optimierung .................................... 174 Abb. 5.39 Darstellung von Ausnahmezuständen ............................................................................ 176 Abb. 5.40 Schema des Aufgabenzerlegungsalgorithmus ................................................................ 177 Abb. 5.41 Die Propagation einer Datenänderung ........................................................................... 179 Abb. 5.42 Die Architektur des Propagationssystems ...................................................................... 181 Abb. 5.43 Kern- und Integrationswissen ......................................................................................... 187 Abb. 5.44 Dimensionen des Stuttgarter Wissensmanagement-Modells ......................................... 188 Abb. 5.45 Lernen und Vergessen in der Montage ........................................................................... 190 Abb. 5.46 Anwendung der SWM-Datenbank im Überblick ........................................................... 192 Abb. 5.47 Beispiel für Erstellungs- und Anwendungsprozess ........................................................ 195 Abb. 5.48 Ein Ausschnitt in OWL ................................................................................................... 197 Abb. 5.49 Rechercheszenario in einem ontologiebasierten DMS ................................................... 199 Abb. 6.1 Bausteine der digitalen Fabrik .......................................................................................... 203  Abb. 6.2 Delmia PPR-Hub............................................................................................................... 205  Abb. 6.3 Eine fertig montierte und lackierte SPW-Pumpe ............................................................. 206  Abb. 6.4 Aufbau einer Standardpumpe ........................................................................................... 207  Abb. 6.5 Schematischer Aufbau einer typischen SPW-Pumpe ....................................................... 207  Abb. 6.6 Aufbau des Pumpenkörpers .............................................................................................. 208  Abb. 6.7 Prozessstruktur der Pumpenherstellung ............................................................................ 208  Abb. 6.8 Layout................................................................................................................................ 209  Abb. 6.9 Umsatzentwicklung und die daraus resultierende Auslastung ......................................... 213  Abb. 6.10 Vergleich der Arbeitsinhaltszuordnung .......................................................................... 214  Abb. 6.11 Reaktion der lokalen Produktionsregelung in der Fräserei GP ...................................... 216  Abb. 6.12 Rekonfigurierbare Maschine RKM 1 ............................................................................. 218  Abb. 6.13 Trendmeldebogen............................................................................................................ 224  Abb. 6.14 Beispiel von propagierten Verkaufszahlen des Vertriebs .............................................. 226  Abb. 6.15 Datenflüsse in SPW, die vom Vertrieb ausgehen (Ausschnitt) ...................................... 227  Abb. 6.16 Das verwendete Propagationsskript zur Propagation der Vertriebsdaten ...................... 228  Abb. 6.17 Strategieanpassung und Zielkorrektur ............................................................................ 229  Abb. 6.18 Anpassung der Lieferzeit an neue Marktanforderungen ................................................ 231  Abb. 6.19 Verschiebung der Turbulenzcharakteristik: bisher Æ zukünftig ................................... 232  Abb. 6.20 Veränderungen der Zeitcharakteristik ............................................................................ 234  Abb. 6.21 Meilensteine zur Verkürzung der minimalen Lieferzeit ................................................ 235  Abb. 6.22 Aus dem Wandel resultierende Änderung der Methodenanforderungen ....................... 236  Abb. 6.23 Zuordnung der Montagetasks zu den Ressourcen .......................................................... 238  Abb. 6.24 Bestandskosten in Abhängigkeit von der Kapazitätsflexibilität..................................... 241  Abb. 6.25 Gegenüberstellung von Handlungsalternativen .............................................................. 242  Abb. 6.26 Grobe Kostengegenüberstellung verschiedener Baukastenstrukturen (BK1 –BK3) ..... 243  Abb. 6.27 Ressource mit Informationen in der Datenbank ............................................................. 244 

Abbildungsverzeichnis

315

Abb. 6.28 Anordnung der Maschinen mit dem Planungstisch ........................................................245  Abb. 6.29 Bewertung mit Planungstisch und LOP ..........................................................................246  Abb. 6.30 Ausgangszustand im CAD ..............................................................................................246  Abb. 6.31 Darstellung möglicher Kollisionen .................................................................................247  Abb. 6.32 Halle mit Tragkonstruktion, technische Gebäudeausstattung und Maschinen im CAD ...........................................................................................................................248  Abb. 6.33 Kosten-Nutzen-Bilanz .....................................................................................................251  Abb. 6.34 Prozess-Engineer – Standardsicht ...................................................................................253  Abb. 6.35 Prozess-Engineer - Prozessgraph ....................................................................................254  Abb. 6.36 Screenshot der Feinplanung in VR-Umgebung ..............................................................255  Abb. 6.37 SAS-Matrix ......................................................................................................................257  Abb. 6.38 Reaktion der geregelten Produktion ................................................................................260  Abb. 7.1 Auswertung nach Branchen...............................................................................................276  Abb. 7.2 Auswertung nach Produktvarianten und Stückzahlen ......................................................277  Abb. 7.3 Auswertung nach Unternehmensgröße .............................................................................278  Abb. 7.4 Selbsteinschätzung der Wandlungsfähigkeit durch die Unternehmen .............................279  Abb. 7.5 Ranking der wichtigsten Herausforderungen ....................................................................280  Abb. 7.6 Auswertung nach Branchen...............................................................................................281  Abb. 7.7 Auswertung nach Produktvarianten und Stückzahlen ......................................................281  Abb. 7.8 Auswertung nach der Unternehmensgröße .......................................................................282  Abb. 7.9 Selbsteinschätzung der Unternehmen ...............................................................................283  Abb. 7.10 Hindernisse für die Erreichung von Wandlungsfähigkeit...............................................284  Abb. 7.11 Gewichtung der Kriterien in Abhängigkeit von Produktvarianten .................................285  Abb. 7.12 Hindernisse zur Erreichung der Wandlungsfähigkeit .....................................................286  Abb. 7.13 Hindernisse zur Erreichung der Wandlungsfähigkeit durch dieSelbsteinschätzung ......286  Abb. 7.14 Aktuelle Wandlungsfähigkeit durch Selbsteinschätzung................................................288  Abb. 7.15 Veränderungsbedarf ........................................................................................................289  Abb. 7.16 Ist-Wandlungsfähigkeit und -druck nach Branchen........................................................289  Abb. 7.17 Ist-Wandlungsfähigkeit und -druck nach Produktvarianz ..............................................290  Abb. 7.18 Ist-Wandlungsfähigkeit und -druck nach Unternehmensgröße ......................................291  Abb. 7.19 Wandlungsfähigkeit als Erfolgsfaktor.............................................................................292  Abb. 7.20 Wandlungsfähigkeit als Erfolgsfaktor nach Branchen ...................................................293  Abb. 7.21 Beziehungszusammenhänge zur Verbesserung der Wandlungsfähigkeit ......................296  Tab. 6.1 Steuerungsgrößen vor der strategischen Neuausrichtung .................................................258  Tab. 6.2 Steuerungsgrößen für die strategische Neuausrichtung ....................................................259  Tab. 7.1 Voraussetzungen für höhere Wandlungsfähigkeit.............................................................275  Tab. 7.2 Hindernisse beim Streben nach Wandlungsfähigkeit ........................................................283 

Sachverzeichnis

317

Sachverzeichnis   3-D-Darstellung 245, 256 3-D-Laserscanner 124

  8-D-Ablauf 193

  Abhängigkeit 228 Adaption 50 Adoleszenz-Maximum-Hypothese 145 Agentensystem 218 Agententechnologie 167 Agilität 183 Aktivität, primäre 175 Aktivität, sekundäre 176 Algorithmen, genetische 92 Alter 143 Altersstruktur 144 Analyseassistent 242 Änderungspropagation 163, 179 Annotationen 200 Anreize 147, 149 Anreizsystem 149 Arbeits- und Personalpolitik 146 Arbeitsaufgaben 149 Arbeitsgestaltung, differenzierte 144 Arbeitsgestaltung, lebensphasenorientierte 145 Arbeitsgruppen, selbstregulierte 139, 211 Arbeitsgruppen, teilautonome 139 Arbeitsplanung, dynamische 86, 102, 217, 235 Arbeitsprozess 148 Arbeitsstrategien 149 Arbeitsteam 249 Attributierwerkzeug 198 Aufgaben-Integration 269 Auftragsmanagement 86, 87, 232 Ausnahmezustand, globaler 176

Automatisierungsgrad 256 Autonomie 149

  Babyboom-Generation 144 Balanced Scorecard 75, 147 Basiswissen 191 Baukastenstrukturen 243 Bausteinbibliothek 91 Bauweise, modulare 119 Best Practice 198 Betreiber 23 Betriebskennlinien 99 Bevorratungsebene 92 Bevorratungsstrategie 233, 234 Bilanzhülle, logistische 233

  CAD-Werkzeug 246 Constraint-basiertes Verfahren 171 Constraints 106 Constraints Satisfaction Problems 219 Contentmanagementsystem 198 Controlling 147, 211

  Datenabhängigkeit 164 Datenänderung 164, 225, 226 Datenintegration 269 Datenintegrationslösung 168 Datenkern, zentraler 204 Datenmodell, zentrales 125, 127 De-Briefing 194 Defizit-Modell des Alterns 145 Delmia PPR-Hub 205 Description-Logics-Systeme 197 Detaillierungsgrad 233 Digitale Fabrik 12, 50, 203, 268 digitale Planungswerkzeuge 55, 203, 204 Distributed Problem Solving 105 Distribution 188 Dokumentenkatalog 200

318

Sachverzeichnis

Dokumentenmanagementsysteme 198 Durchlaufzeiten 265 Dynamik 50 Dynamisierung 211

  Effektivität 147 Engpassressource 241 Enterprise Application Integration – EAI 168 Entscheidungsreihenfolge 233 Entwicklung, demographische 144 Erfahrungen, implizite 221 Erfahrungswissen 146, 191, 193 Erfassungswerkzeug 198 Erwerbsfähigkeit 145 Explikationsgrad 189

  Fabrikmodell 91 Fabrikstruktur 243 Fabrikstrukturanpassung 123 Fähigkeiten 149 Faktoren, begrenzende 16, 18 Feinplanung 84, 129 Fertigkeiten 149 Flexibilität, externe logistische 233 Flexibilitätsfähigkeit, logistische 89 Flexible Fertigung 13 Folgenbewertung 248 Fragebogen 149 Frame Based Systems 197 Früherkennung, wertorientierte 55 Früherkennungsinformationen 224 Frühindikatoren 222, 223 Führung 17, 140, 146 Führungs- und Controllingsysteme 68 Führungssysteme 146

  Ganzheitliche Produktionssysteme 26, 29, 33 Gesamtmodell, mechatronisches 123, 220 Geschäftsprozessintegration 167 Gesundheit 145

Gesundheitszirkel 145 Globalisierung 8 Grobplanung, automatische 86, 236 Grobplanung, fähigkeitsbezogene 235 Gruppenarbeit 139 Gruppencheck 149 Gruppenebene 149 Gruppenstruktur 140 Gruppenzusammensetzung 144

  Handlungsressource 149

  Inferenzmaschinen 196, 197 Information Mapping 194 Information, explizite 197 Information, implizite 197 Informationsgap 257 Informationssysteme 179, 209 Integration 178 Integrationsfähigkeit 30 Integrationslösungen 167 Integrationsplattform 125, 127, 165, 269 Integrationswerkzeug 253 Integrationswissen 187, 191 Intelligenz, technische 55 Interessenkonflikte 140, 266 Interessenmanagement 54, 143 Interessensubjekte und -objekte 154 Interessenverhältnisse 152 Iteration 246

  job-enlargement 139 job-enrichment 139

  Kaizen 193 Kapazitätsflexibilität 100, 240 Kapazitätshüllkurve 100 Kapazitätsplanung 87 Kennzahlen 148, 265 Kern- bzw. Komponentenwissen 187 Kernwissen 187 Klassifikation 196

Sachverzeichnis Kommunikation 147 Kompetenzaspekte 150 Kompetenzen 149, 189, 266 Kompetenzzirkel 145 Konfigurationswerkzeug 255 Kooperation 32, 147 Kosten-Nutzen-Argumente 141, 249, 250 Kosten-Nutzen-Bilanz 141 Kundenentkopplungspunkt 240 Künstliche Intelligenz 197 KVP 193

  Laserscannen 124 Layoutgestaltung 128 Layoutplanung 125, 243 Layoutvarianten 243 Lebensphasen 142, 145 Leistungsabbau 145 Leistungseinheit 50, 54 Leistungseinheiten, teilautonome 191 Leistungsrückmeldesystem 147 Leistungsunterschiede 145, 149 Leitbild, logistisches 233 Lernen 54, 190 Lernerfahrung 194 Lernprozess 190, 222 Logistik-Prüfstand 86, 125, 239 Logistik-Strategie 87 Logistik-Szenario 240

  Management by Objectives 146 Maschine, wandlungsfähige 217 Materialflusssimulation 204, 256 Metadaten 198 Methodenanforderung 232, 235 Methodenintegration 269 Methodenkoffer 32 Mikroartikel 194 Mitarbeitereinweisung 221 Mitarbeiterinformationssysteme 191 Modellansätze GPS 36 Modellfabrik 3, 204 Modul 196

319

Modul, autarkes 120 Modul, mechatronisches 120 Modularisierung der Produktstruktur 242 Modularitätsprinzip 119 Modulbaukasten 121 Modultausch 220 Monitoring 222 Montage 190, 194, 209 Montageaufgaben, primäre 191 Montagekomponenten 256 Montageumplanung 253 Motivation 250 MRP 84 Multi-Agenten-System 170

  Neuausrichtung der Produktion 230 Neuer Taylorismus 20 Neustrukturierung 236

  One-Piece-Flow 237 Ontologien 195, 196, 197, 199, 200 Optimierungswerkzeuge 237

  Parametrierung des Auftragmanagements 90 Partizipation 146 Partizipatives Produktivitätsmanagement 147 Planung, kontinuierliche 19 Planung, partizipative 19, 54, 128 Planungsagenten 107, 174, 219 Planungsdatenbank 256 Planungsergebnis 246 Planungskette 85 Planungsprozess, ganzheitlicher 203 Planungsprozess, mehrskaliger 62 Planungsteam 244 Planungstisch 125, 128, 244 Planungsumgebung 125 Planungswerkzeug 253 Planungszwischenstände 245 Plug and Play 55 Portalintegration 167

320

Sachverzeichnis

PPS-Ansatz 97 Problemlösung 193 Produktionslogistik 239 Produktionsplanung 84, 105, 213 Produktionsprozess 4, 191 Produktionsregelung 86, 97, 98, 102, 235, 241 Produktionsstruktur 236 Produktionsziele 148 Produktivitätsmanagement, partizipatives 147 Produktmixverschiebung 214 Propagation 225 Propagationsskript 182 Propagationssystem 180, 224 Prozess, irregulärer 171 Prozess, regulärer 171 Prozess-Engineer 254 Prozessfähigkeit, logistische 89

  Qualifikationsanforderungen 249 Qualifikationsprofil: 265 Qualifizierung 145 Qualitätszirkel 193

  Recherchewerkzeug 198 Regelgrößen für die Produktionsregelung 98 Regelkreise, lokale 100 Regelkreise, zentrale 99 Regelungsfunktion 148 Regler, globaler 259 Reihefolgenplanung 107 Rekombination 188 Rekonfigurierung 220 Rekonfigurierung 121, 220 Replikation 188 Restriktionen 219 Rollenkonzept 171 Rückmeldung 148

  SAS-Matrix 256 Schnittstellenmanagement 73 scientific management 20, 23 Selbstcontrolling 56

Selbstoptimierung 56 Selbstorganisation 56 Selbstregulation 149, 211 Selbstvertrauen 147 Semantik 196 Signale 223 Signale, schwache 212 Simulation 16, 19, 22 Simulationswerkzeug 90 Skala, zeitliche 62 Skalierbarkeit 183 Sollbestand 99 Steuerungsfunktion 148 Steuerungsgröße 56, 75, 256 Steuerungsplattform, modulare 121 Steuerungssystem, selbstadaptierendes 121, 220 Steuerungstechnik 118 Strategieanpassung 229 Strategieeinsatz 147 Strategiewechsel 258 Strukturplanung 129, 244 Stuttgarter Unternehmensmodell 3, 49, 52, 205 Stuttgarter Wissensmanagement Modell 188 Synchronisationsprinzip 233, 234 System 28 Systemansatz, sozio-technischer 30, 139, 145 Systeme, emergente 171 Szenario 200

  Task Decomposition 177 Tätigkeiten, vollständige 139 Taxonomien 196 Taylor 19, 22 Teilefertigung 208 Termin- und Kapazitätsplanung 108 Terminführerschaft 230 Toyota Produktionssystem 35 Transformation 179 Transformationsskript 179, 182 Transparenz 140 Triade 8 Turbulenzen 3, 10, 11, 87, 272

Sachverzeichnis Turbulenzen, unvorhersehbare 175 Turbulenzen, vorhersehbare 175 Turbulenzindikator 86, 87, 233 Turbulenzursachen 274

  Umfrageergebnisse 273 Umplanung 217 Umsetzungsplanung 247 Unternehmensführung 68 Unternehmensstrategie 211, 229 Unternehmensstudie 272 Unternehmenssystem, prozessorientiertes 31

  Veränderungsbarrieren 248 Veränderungsfolgen, sekundäre 153 Veränderungs-Interessen-Analyse 153 Verbesserungsprozess 199 Verhandlungsprotokoll 172 Virtuelle Realität 253 Volkswirtschaft 8 Vorranggraph 254 VR-Umgebung 256

  Wandlungsfähigkeit 2, 13, 205, 271 Wandlungsnotwendigkeit 213 Weiterentwicklung 188 Werkzeug-Integration 270 Werkzeugkasten 32 Wertschöpfung 8 Wertschöpfungskette 7, 31

321

Win-Win-Design 143 Win-Win-Situation 141, 248, 266 Wissen 54, 149, 186 Wissen, explizites 189 Wissen, implizites 189 Wissensarten 189, 194 Wissensbausteine 194 Wissensinhalte 191, 193 Wissensmanagement 191, 192 Wissensmanagementsystem 196, 221 Wissensmerkmale 188 Wissensobjekte 189 Wissensstellen 189 Wissensstrukturen 195 Wissensträger 189 Workingstep 103, 218

  XML 182 XSLT 182

  Zeitführerschaft 240 Zielcommitment 147 Ziele 139, 146 Zielgruppe 3 Zielkonflikt 16 Zielorientierung 140 Zielsetzungstheorie 147 Zielvereinbarungen 143, 146, 192, 252, 258, 264 Zielvereinbarungssystem 56