Zustandsdiagramme zeigen die durch Ereignisse (Events) beeinflussten Zustände, die ein Objekt annehmen kann, sowie die Ereignisse oder Nachrichten, die im kausalen Zusammenhang mit einem Zustandswechsel stehen. In einem Geschäftssystem wird die Zustandsänderung der Objekte (Verhalten) durch Geschäftsprozesse nach Geschäftsregeln ausgelöst.

Am leichtesten sind Zustandsdiagramme zu verstehen, wenn die objektorientierte Programmierung verstanden wurde. Für Objekte gelten folgende Grundsätze:

• jedes Objekt gehört jeweils zu genau einer Klasse
• die Klasse beschreibt den Anfangszustand sowie Startparameter (welche den Zustand jedoch sofort ändern können)
• ein Objekt wird aus einer Klasse erzeugt und irgendwann wieder zerstört (gelöscht), der Zeitraum zwischen Erzeugung und Zerstörung ist der Lebenszeitraum des Objekts
• während des Lebenszeitraums kann ein Objekt von Ereignissen oder Nachrichten beeinflusst werden und dadurch seinen Zustand wechseln.

Zustandsdiagramme haben ihre größte Bedeutung in der Software-Entwicklung, Geschäftsprozessmodellierung oder allgemeiner in der Wirtschaftsinformatik.

Elemente eines Zustandsdiagramms

1. Zustand

Eine Aktivität bildet eine Funktion/Methode bzw. einen Prozess ab. Aktivitäten werden in abgerundeten Rechtecken dargestellt.

2. Übergänge (Ereignisse)

Übergänge stehen für Ereignisse.

2.1 Einfacher Übergang

Ein Übergang verursacht einen Zustandswechsel. Übergänge symbolisieren Ereignisse und werden mit Pfeilen dargestellt. Ereignisse können eingeteilt werden in:

• objekterzeugende Ereignisse
• Ereignisse zur Lebenszeit des Objekts
• objektzerstörende Ereignisse

Ein Ereignis kann statt einer Entscheidung auch eine einfache Bedingung haben. Bedingungen (als boolesche Ausdrücke) für Übergänge werden in eckigen Klammern an den jeweiligen Übergang geschrieben.

2.2 Aufspaltung

Die Aufspaltung führt von einem Ereignis zu mehreren Ereignisse. Eine horizontale oder vertikale Linie dient als Synchronisationsbalken, der für die Parallelisierung der nachfolgenden Ereignisse steht.

2.3 Zusammenführung

Die Zusammenführung ist die Umkehrung der Aufspaltung: Mehrere Ereignisse lösen ein Ereignis aus.

3. Entscheidung (Verzweigung)

Eine Verzweigung hat einen Eingang und mindestens zwei Ausgänge.

4. Startzustand

Tritt ein objekterzeugendes Ereignis ein, so beginnt der Übergang dem Symbol für den Startzustand.

Der Startzustand symbolisiert die Entstehung (in der Software-Entwicklung: Instanziierung) eines Objekts.

5. Endzustand

Tritt ein objektzerstörendes Ereignis ein, so endet ein Übergang beim Symbol für den Endzustand.

Endzustand bedeutet das Lebensende bzw. die Löschung des Objekts.

Beispiel eines Zustandsdiagramm

Das nachfolgende Zustandsdiagramm zeigt das Verhalten einer verteilten Anwendung (Client-Server-Programm). Diese Anwendung besteht im Grunde aus zwei verschiedenen Programmen, einem Client- und einem Server-Programm.

1. Standortplanung
2. Grobplanung
3. Detailplanung

Jedem Reallayout sollte unbedingt im Sinne der vorausschauenden Fabrikplanung ein Ideal-Layout voran gehen, denn nur so können Planungsfehler effektiv reduziert werden. Den Ergebnissen aus der Ideal-Layoutplanung sollte sich in der Realplanung angenähert werden. Jedoch werden technische, wirtschaftliche und nicht zuletzt auch rechtliche Rahmenbedingungen die Realisierung des Ideal-Layouts in der Regel nicht im vollen Umfang ermöglichen. Die Möglichkeiten der Realplanung werden durch Restriktoren begrenzt, welche von Standort zu Standort (Stadt, Land, Union) völlig unterschiedlich sein können. Für eine Fabrik in Guangzhou (China) gelten andere Restriktionen als z. B. in Berlin.

Restriktoren der Realisierung einer Fabrik:

• Recht: Geltende Gesetze und Verordnungen sowie ferner Satzungen und Verträge begrenzen das Realisierungspotenzial in der Fabrikplanung. Gesetze und Verordnungen wie das Bürgerliche Gesetzbuch (BGB), das Handelsrecht (HGB),  das Betriebsverfassungsgesetz (BetrVG), die Gewerbeordnung (GewO) sowie weitere Rechtsvorschriften aus dem Baurecht, Umweltrecht oder Arbeitsstättenrecht u.a. sind für die Fabrikumsetzung zu berücksichtigen. Dabei müssen innerbetriebliche Organisationen (z. B. Betriebsrat) und Beauftragte sowie außerbetriebliche Organisationen (Berufsgenossenschaft/Unfallversicherung und Aufsichtsämter, wie das Bauamt oder Gewerbeamt) berücksichtigt und zum Teil mit einbezogen werden.
• Planungsziele:
  Die Planungsziele für Fabriken können sehr unterschiedlich ausgestaltet sein, insbesondere Qualitäts-, Kosten- und Zeitziele stehen seit Jahrhunderten in Konflikt und verlangen nach Kompromissen. Hohe Qualität verlangt gute (und daher meistens langwierige und kostenintensive) Planung. Eine ausreichend lange Planungszeit ist wichtig, um spätere Kosten reduzieren oder ganz vermeiden zu können (Planungsfehler), eine zu lange und intensive Planung bedeutet jedoch wiederum hohe Planungskosten. Erst seit wenigen Jahrzehnten spielen heute hinzukommend noch Umweltziele eine wichtige Rolle. Die richtige Abstimmung in der Fabrikplanung gilt als das “A und O”.
• Layoutfaktoren
  Die Resultate aus der Ideal-Layoutplanung gelten als (abstraktes) Idealbild der Fabrik und sind somit den Restriktoren zugehörig, wie Material-, Personal-, Energie- und Informationsflüsse. Hinzu kommen aber auch Umgebungsvariablen, die sich aus dem Standort und den Grundstücken (Bebauung, Bodengrund, Abgrenzungen, Strukturen, Zu- und Abflüsse, Infrastruktur, Energie etc.) sowie aus technischen Gegebenheiten und Angeboten am Markt  (Verfügbarkeit von z. B. Arbeitsmaschinen) ergeben.
• Wissen und Erfahrung
  Auch theoretisches Wissen und praktische Erfahrung spiegelt Grenzen in der Fabrikplanung wieder. Dies gilt insbesondere für Wissen über Rechtsvorschriften, Bauwesen, technische und wirtschaftliche Zusammenhänge sowie konkretes Wissen in der Produktionsplanung und -steuerung sowie über Planungsregeln der Fabrikplanung.

In dieser zunehmend global vernetzten Unternehmensumwelt wird die technologie-getriebene Entwicklung in den Industrienationen nur durch ein interdisziplinäres Management in Wirtschaft und Politik nachhaltig ausgerichtet werden können.
Für die Zukunft wird ein integratives Management mit Blick auf Technik und Betriebswirtschaft in den Führungsetagen der Unternehmen immer wichtiger werden, um Herausforderungen in der strategischen Unternehmensausrichtung bewältigen zu können. Die Integration von Technologie und Management und das damit verbundene interdisziplinäre Arbeiten stellt hohe Anforderungen an zukünftige Führungskräfte und Manager – Anforderungen, denen der Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen an Universitäten und Fachhochschulen gerecht wird.

Führungskräfte für ein integriertes Management: Wirtschaftsingenieurwesen in Wissenschaft und Unternehmenspraxis

von Dr.-Ing. Hartmut Zadek und Dr.-Ing. Jörg Risse

Das Buch Führungskräfte für ein integriertes Management geht auf über 300 Seiten auf die Anforderungen des zukünftigen Managements in der Industrie und dem industrienahem Gewerbe ein. Im Buch werden zukünftige Entwicklungen im operativen und strategischen Management skizziert, es wird explizit auf die Bedeutung des Wirtschaftsingenieurwesens als Hochschulstudium und Beruf eingegangen.

Inhaltlich geht das Buch auf die unterschiedlichen Branchen ein, wie der Maschinenbau, die Luftfahrt, die Automatisierungstechnik, Automobil(zulieferer)industrie, Bauwirtschaft und viele mehr. Auch die Ausbildungskonzepte zum Wirtschaftsingenieur, die Perspektiven, konkrete und in Zahlen ausgedrückte Karrierechancen sowie Einsatzgebiete werden sehr ausführlich beschrieben. Technologie- und Innovationsmanagement bleiben dabei ein Themenschwerpunkt. Besonders wichtig ist den Autoren der Aspekt der globalisierten Welt und die internationale Ausrichtung des Wirtschaftsingenieurwesens.

Das Buch ist mit vielen Beispielen aus der Praxis in Unternehmen gespickt und lässt auch Persönlichkeiten aus Wissenschaft und Unternehmenspraxis zu Wort kommen. Zielgruppe sind Studieninteressierte, Studenten und Absolventen des Wirtschaftsingenieurwesens, Führungskräfte und Personalverantwortliche.

ISBN: 978-3540440611

Als Rüstzeit t_r wird die Zeit bezeichnet, die nötig ist, um Betriebs-/Hilfsmittel für Fertigungsprozesse vorzubereiten (Aufrüsten) sowie – nach der Prozessdurchführung – wieder in den ursprünglichen Zustand rückzuversetzen (Abrüsten). Es ist ferner die Zeit, die für die Umstellung eines Werkzeugs bzw. einer Maschinenanlage auf ein anderes Werkstück bzw. Produkt notwendig ist. Die Rüstzeit wird von den Fertigungsprozessen, den eingesetzten Maschinen und Werkzeugen unterschiedlich beeinflusst. Ein Rüsten kann in sehr regelmäßigen Abständen erfolgen (z. B. einmal Rüsten nach jeder Einheit) oder auch unregelmäßig sein (z. B. nach einem Schaden am Werkzeug). Für Abnutzung (z. B. Instandhaltung) werden regelmäßige Zeiten gesucht, die als Instandhaltungszeiten angesetzt werden – diese sollten möglichst lang gestaltet sein, dürfen jedoch die komplette Abnutzung, die zur Qualitätsminderung am Werkstück führt, nie ermöglichen. Oftmals wird das Abrüsten und erneutes Aufrüsten (beispielsweise nach Ablauf der Standzeit von Werkzeugen) oder Umrüsten (z. B. zur Umstellung von Prozesswerten an Maschinen) nach einer bestimmten Anzahl von gefertigten Einheiten notwendig. Anzustreben ist, dass die Rüstzahl unabhängig von der Einheit ist und pro Auftrag nur einmal oder weniger (im Durchschnitt) auftritt.

Die Rüstzeit t_r wird berechnet mit der Addition von Rüstgrundzeit t_rg, Rüstverteilzeit t_rv und Rüsterholzeit t_rer.

t_r = t_rg + t_rv + t_rer

Die Rüstzeit t_rg kann durch einfache Messung im Betrieb (Ist-Aufnahme) bestimmt werden, auch Planwerte (z. B. nach REFA, vom Betriebsmittelhersteller oder aus Mitarbeiter-Erfahrung) können hier angesetzt werden. Für die Rüstverteilzeit t_rv ist nach REFA ein prozentualer Zuschlag von 12% vorgesehen.

t_rv = t_rg * 12%

Die Rüsterholzeit  t_rer ist eine Schätzung mit dem Zuschlagsfaktor für Erholungszeiten Z_er auf die Rüstgrundzeit t_rg:

t_rer = t_rg * Z_er

Optimierung der Rüstzeiten mit der SMED-Methode

Rüsten ist eigentlich ein ungeliebter Prozess. Der Werkstoffwechsel bzw. die Anpassung von Maschinen und Anlagen fällt im Sinne des Lean Managements unter verdeckte Verschwendung. Die “Single Minute Exchange of Die”- Methode (SMED-Methode, zu Deutsch: “Werkzeugwechsel im einstelligen Minutenbereich”) kommt aus dem Lean Management der Produktion und hat das Ziel der Reduktion von Rüstzeiten auf ein notwendiges Minimum. Die SMED-Methode ist heute in westlichen Großunternehmen sehr etabliert und auch der deutsche Mittelstand bis hin zu Manufakturen mit nennenswerten Rüstaufwendungen setzen zunehmend auf die Optimierung von Rüstzeiten.

Gerade internes Rüsten gilt als Hemmnis der Produktivität. Internes Rüsten bedeutet, dass Maschinen/Anlagen für den Rüstvorgang stillstehen müssen, also für den Zeitraum des Rüstens keine Produktion übernehmen können. Es ist immer ein externes Rüsten anzustreben, denn beim externen Rüsten muss kein Stillstand erfolgen, die Maschinen/Anlagen können (unter bestimmten Bedingungen) während des laufenden Betriebs, auch während der Teilhabe an der Produktion, gerüstet werden.

Die SMED-Methode wurde in den 1969 von dem Japaner Shigeo Shingo (jap.: 新郷 重夫) im Rahmen des Toyota Production System entwickelt und ist heute als eine Art Grundlage erhalten geblieben. Die Anforderungen an Produktionssysteme sowie die Produktionstechnik selbst haben sich in den letzten Jahrzehnten sehr viel weiter entwickelt, so dass die Grundidee von Herrn Shingo (新郷) erhalten geblieben ist, die Methodik jedoch angepasst und verbessert wurde.

Vorgehensweise nach der SMED-Methode:

1. Ist-Analyse: Erfassung der bestehenden Rüstvorgänge mit Zeiten
2. Überführen von internen Rüstvorgängen in externe Rüstvorgänge (nach Möglichkeit)
3. Parallelisierung von Prozessen der Rüstung
4. Standardisierung
5. weitere Optimierung (z. B. Substitution) von Prozessen der Rüstung

Die Ist-Analyse kann über die Aufnahme der Vorgänge mit Hilfe von Erfassungsfragebögen geschehen. Empfohlen wird jedoch in der Regel eine Videoanalyse, insbesondere bei längeren und komplexeren Rüstprozessen. Ergebnisse aus Ist-Analysen sollten Prozessdiagramme, Datenblätter und Gantt-Diagramme sein. Die Ist-Analyse dient der Einarbeitung in vorhandende Rüstvorgänge, viele Optimierungsmöglichkeiten werden bereits während der Ist-Aufnahme gefunden.

Gerade Gantt-Diagramme visualisieren Rüstzeiten sehr gut, dazu gehört eine Zerlegung der Rüstvorgänge in einzelne modulare Prozesse. Die Relevanz der Rüstzeiten sinkt mit einer Überführung internen Rüstens in das externe Rüsten, da hier der laufende Betrieb von Maschinen/Anlagen nicht behindert wird. Allerdings sind auch beim externen Rüsten die Rüstvorgange möglichst zu verkürzen, damit Personal und Hilfsmittel für andere Aufgaben länger bereit stehen.

Wenn eine Überführung der Rüstvorgänge in das externe Rüsten nicht (vollständig) möglich ist, kann durch Parallelisierung der Rüstprozesse sehr viel Rüstzeit eingespart werden. Hierfür sind die Rüstprozesse genau zu analysieren, moderne Technologien zu recherchieren und der nötige Ressourceneinsatz (Kosten-Nutzen-Verhältnis) abzuwägen. Es ist im Sinne der SMED-Methode zudem wichtig, dass Rüstprozesse sowie die dafür einzusetzenden Werkzeuge und Hilfsmittel einer Standardisierung unterliegen. Am Ende steht die Ansammlung von vielen Optimierungsmöglichkeiten, welche Rüstprozesse deutlich verkürzen können, wie z. B. Klemm- oder Spannvorrichtungen statt Verschraubungen.

Aktivitätsdiagramme sind vergleichbar mit Programmablaufplänen oder Struktogrammen und nicht nur in der Software-Entwicklung nützlich, sondern auch in der Prozessabbildung, beispielsweise zur Abbildung von Geschäftsprozessen. Aktivitätsdiagramme ermöglichen die Abbildung von Verantwortungsbereichen über Prozesse sowie die Parallelisierung von Prozessen, was Aktivitätsdiagramme besonders für die Darstellung und Analyse von Geschäftsprozessen in der Wirtschaftsinformatik und Aktivitäten bei verteilten Anwendungen in der Software-Entwicklung qualifiziert.

Elemente eines Aktivitätsdiagramms

1. Aktivität

Eine Aktivität bildet eine Funktion/Methode bzw. einen Prozess ab. Aktivitäten werden in abgerundeten Rechtecken dargestellt.

2. Zustand

Zustände von Objekten werden in Rechtecken dargestellt und sind in Aktivitätsdiagrammen als Eingangs- und Ausgangsinformation von Bedeutung. Viele Aktivitätsdiagramme kommen jedoch auch ganz ohne Zustände aus.

3. Kontrollfluss (Übergang)

Mit einem Kontrollfluss werden ein oder mehrere Aktivitäten ausgelöst. Diese Übergänge von Startpunkt zu Prozessen, Prozessen untereinander bis zu einem Endpunkt werden mit Pfeilen dargestellt. Jede Aktivität (Prozess) beginnt und endet mit einem Übergang, wenn nicht mit einer Verzweigung.

3.1 Einfacher Kontrollfluss

Ein einzelner Pfeil zeigt einen einfachen Übergang zwischen Startpunkt und Prozess, Prozess und Prozess oder Prozess und Endpunkt.

3.2 Aufspaltung

Die Aufspaltung führt von einem Prozess zu mehreren Prozessen. Eine horizontale oder vertikale Linie dient als Synchronisationsbalken, der für die Parallelisierung der nachfolgenden Prozesse steht.

3.3 Zusammenführung

Die Zusammenführung ist die Umkehrung der Aufspaltung: Mehrere Prozesse führen zu einem Prozess.

4. Entscheidung (Verzweigung)

Eine Verzweigung hat einen Eingang und mindestens zwei Ausgänge.

5. Startzustand

6. Endzustand

7. Verantwortlichkeitsbereiche

Jede Aktivität liegt in einem Verantwortlichkeitsbereich, beispielsweise in einer Client- oder Server-Software oder in verschiedenen Unternehmensbereichen.

Aktivitätsdiagramm – Beispiel

Nachfolgend ein vereinfachtes Beispiel eines Aktivitätsdiagramms, welches den Zahlungsprozess zwischen Kunden, Kassierer und Kassensystem abbildet. Aus Gründen der Einfachheit wird nur die Möglichkeit der EC-Karten-Zahlung eingeräumt.

Die Kunst im Projektmanagement liegt nicht darin, Budgets für die Kostenstellen im Vorfeld festzulegen – wenn auch diese Aufgabe nicht trivial sein mag. Viel schwieriger ist es jedoch, Kostenoptimierung herbei zu führen, welche möglichst früh wirkt.

Fallbeispiel: Ein Lautsprecher-Hersteller, welcher verschiedene Lautsprechersets für unterschiedliche Anwendungen vertreibt, entwickelte und produziert ein neues Lautsprecherset, und plant jedes Jahr 25 000 Stück in Europa zu verkaufen. Da die Marge wegen steigenden Logistik-Kosten sinkt, beschließt der Hersteller nach 3 Jahren, die Fertigung auf Kostenoptimierung hin zu untersuchen. Nach Analyse der Fertigungsprozesse und Wertanalyse des Lautsprechersets fällt auf, dass bei geringfügiger konstruktiver Änderung des Lautsprechersets durch Wegfall eines Kühlkörpers 2,40 € entfallen – also eingespart werden – können. Es können also pro Jahr 60 000 € eingespart werden – Die Geschäftsleitung freut sich, stellt aber die Frage, warum dies nicht bereits bei der Entwicklung betrachtet wurde.

Bei einer typischen Marktlebenszeit von 5 Jahren und der Jahresstückzahl von 25 000, können so praktisch  300 000 € eingespart werden, nur für dieses Lautsprecherset. Eine spätere Erkennung der Kostenpotenziale führt zu Opportunitätskosten, demnach zur Verringerung der Marge.

Wie konnte es zu diesem Problem kommen? Um die Antwort vorweg zu nehmen: Die Prioritäten wurden nicht richtig gesetzt und entsprechend kommuniziert. Die Produktentwicklung verursacht ab einer Mittelserienfertigung relativ wenig Kosten, sofern nicht erst noch eine Grundlagenforschung notwendig ist. Die meisten Produktentwicklungen etablierter Unternehmen gehen nicht tiefer in die Entwicklungsprozesse als bis zur Anpassungskonstruktion. Die verursachten Kosten in der Konstruktion/Entwicklung sind daher im Vergleich z. B. mit den Kosten der Logistik, Fertigung und Montage recht klein.

Die Konstruktion – oftmals ein Bürokomplex mit drei bis 25 angestellten Konstrukteuren – verursacht wie festgestellt wenig Kosten. Dennoch muss die Konstruktion eine hohe Verantwortung tragen! Die Entwicklung/Konstruktion entscheidet im erheblichen Ausmaß darüber, wie aufwändig die nachfolgenden Prozesse der Arbeitsvorbereitung/-planung und Logistikplanung sowie insbesondere der Fertigung/Montage und des Transports sind. Die Art, Summe und Reihenfolge der Prozessfolge gibt einen erheblichen Anteil der Produktionskosten vor.

Beispiele für konstruktionsbeeinflusste Kosten:

• Motorblock eines Benzinmotors aus Aluminium statt Grauguss  (leichter -> Logistikkosten sinken)
• Verwendung von transparentem Kunststoff zum UV-Durchlass statt Quarzglas -> weniger Kosten in Beschaffung und Fertigung (leichter zu bearbeiten)
• Maschinenbauteile in Integralbauweise (gesamtes Bauteil wird gegossen [urformen]), statt in Differentialbauweise (aus einzelnen Bauteilen zusammen geschweißt [fügen]) -> spart Fertigung und Montage von Einzelteilen
• Standardisierung von Bauteilen und Baugruppen -> spart Kosten in Beschaffung, Arbeitsplanung und Fertigung durch geringere Vielfalt und durch Vereinheitlichung Kosten in der Konstruktion selbst
• Verwendung von Normteilen statt von individuell zu fertigenden Teilen -> Spart Prozess- und Qualitätsprüfungskosten
• In der Software-Entwicklung: Verwendung von Standard-Bibliotheken statt eigener Methoden -> spart Entwicklungszeit/-kosten, verringert auch den Qualitätstestaufwand

Die Entwicklung/Konstruktion legt einen Großteil der nachfolgenden Prozesskosten fest. Auch in den Prozessen der Beschaffung, Arbeitsvorbereitung, Logistik, Fertigung, Montage, Vertrieb und Qualitätsmanagement lässt sich immer Optimierungspotenzial finden. Die Entwicklung und Konstruktion ist und bleibt jedoch als größter Kostenfestleger der Bereich mit dem größten Optimierungspotenzial, wenn von der Entwicklung/Konstruktion aus die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet wird.

Was bedeutet dies für Unternehmen, welche Prozesse in Fertigung/Montage und Logistik optimieren wollen?

Es gibt viele sogenannte “Prozessoptimierer”, die sich auf dem Beratermarkt tummeln. Nicht selten sind dies technikaffine Betriebswirtschaftler, oftmals aber auch Fertigungsingenieure. Diese müssen nicht schlecht sein und gerade Fertigungsingenieure kennen Tipps/Tricks, wie sich gegebener Input kostengünstig in gewünschten Output fertigen lässt. Nicht vergessen sollten jedoch auch fundierte Kenntnisse in Konstruktion und Entwicklung, was ist grundlegend und konstruktiv möglich? Es ist schon ein Fortschritt, wenn eine Fertigungsverfahren hinsichtlich Geschwindigkeit und Ausschuss verbessern lässt, noch besser könnte es aber sein, wenn die Konstruktion so angepasst wird, dass das gesamte Fertigungsverfahren wegfallen kann.

Wo liegen die Gefahren der Optimierung aus dem Potenzial der Konstruktion heraus?

Optimierung der Produktionskosten kann den Gewinn des Unternehmens reduzieren – das darf nicht vergessen werden. Wie ist das möglich?

Die Optimierung der Produktionskosten führt…:

1. zur Verschlechterung des Produkts (Beispiel: Motorschäden durch zu empfindliche Bauteile) -> verweigerte/verzögerte Marktreife, hohe Gewährleistungskosten, Klagen, Imageschäden
2. zu weniger Funktionalität oder Ästhetik -> Verringerung der Marktakzeptanz
3. zur Rationalisierung oder Fluktuation durch veränderte Strukturen -> gesellschaftliche Akzeptanz schwindet, Imageschäden

Optimierung der Produktionskosten bedingt erstmalige Investitionen in Form von genauen und zuverlässigen Prüfungen, so dass das Produkt nicht qualitativ (oder nur in akzeptiertem Maße) minderwertiger wird, sich die vom Kunden nachgefragte Funktionalität nicht verringert und auch das Unternehmen nicht an Ansehen in der Gesellschaft verliert.

• Während einer Planung für neue Prozesse (Neuplanung) oder
• als Redesign bestehender Prozesse nach einer Ist-Analyse (z. B. Ausführungsanalyse von Produktionsprozessen nach MTM)

Es ist zu bevorzugen, die Methoden der Prozessoptimierung von Anfang an, also bereits mit der erstmaligen Planung (Neuplanung) von Prozessen/Prozessketten, anzuwenden bzw. zu berücksichtigen. Jedoch selbst wenn die Bemühungen für intelligente und schlanke Prozesse von Anfang an sehr hoch waren, sind Prozesse und Prozessketten nie “perfekt”, denn mit technischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Fortschritt steigen auch die Anforderungen an Prozesse sowie die Prozessoptimierungsmöglichkeiten.

Für jede Prozessoptimierung gibt es eine Vorgehensstrategie und Analyse auf Optimierungspotenzial. Abhängig von Branche und Sachgebiet werden für die Prozessoptimierung unterschiedliche Analysegrundlagen herangezogen. Eine Prozessoptimierung in der Industrie basiert häufig auf den Grundlagen, die aus einer Wertstromanalyse gewonnen wurden.

Ansatzpunkte im Redesign

Im Redesign können vier “Stellschrauben” verändert werden, um insgesamt eine Verbesserung der Prozessgesamtleistung zu erreichen:

1. Führungssystem – Änderung von Management, Führungsstil, Organisation, Verantwortungssystem oder Reporting. Ziel ist zudem immer die Verringerung von Bürokratie
2. Prozesskette – Änderung der Prozessfolge durch Umkettung, Integration, Auslagerung, Substitution oder Parallelisieren
3. Prozessleistung – Erhöhung der Prozessleistung (beispielweise Erhöhung der Drehzahl, Arbeitsschrittanzahl oder der elektrischen Leistung)
4. Ressourcen – Änderungen der zur Verfügung stehenden Ressourcen (Informationen, Material, Arbeitskraft, Zeit etc.) und Zugang zu diesen

Redesign

Unter Redesign wird die Neustrukturierung von Prozessen nach der Erstinbetriebnahme (z. B. Produktionsanlauf in Produktionsprozessoptimierung) verstanden. Für das Redesign gibt es zwei Herangehensweisen:

• Kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP bzw. Kaizen)
• Re-Engineering

Prozessoptimierung durch kontinuierliche Verbesserungsprozesse (siehe Artikel: Kaizen) ist ein langfristiger Vorgang, welcher von jedem Mitarbeiter mitgetragen wird. Die Verbesserung erfolgt von allen Winkeln des Unternehmens heraus, also von der Geschäftsführung genauso wie von jedem anderen Mitarbeiter. Ausgehend von dem Gedanken, dass Prozesse niemals perfekt sind, wird permanent nach Verbesserungspotenzial gesucht. Nach der Prozessoptimierung ist vor der Prozessoptimierung.

Da die Verbesserungsschritte bei KVP / Kaizen jedoch verhältnismäßig klein und unregelmäßig sind, wird unter Redesign typischerweise vor allem das Re-Engineering verstanden. Im Re-Engineering werden die Fakten eher technisch betrachtet und die Änderungsvorschläge, ausgehend vom Management, vergleichsweise kurzfristig umgesetzt.

Re-Engineering

Beim Re-Engineering gehen die Verbesserungsprozesse, welche zeitlich begrenzt in Projekte verpackt werden, von der Geschäftsführung aus. Re-Engineering bedeutet die geplante, zielgerichtete, zeitzielbegrenzte Optimierung von Prozessen durch Redesign. Re-Engineering kommt dann zum Einsatz, wenn laufende Prozesse durch eine gezielte Umstrukturierung mit vorhergehender umfassender Planung schneller und wirkungsvoller optimiert werden können, als dies mit sich selbst tragender kontinuierlicher Verbesserung erreicht werden könnte. Oftmals wird das Re-Engineering von externen Beratern unterstützt. Re-Engineering ist Fachgebiet vieler Unternehmensberatungen, welche von Unternehmen in Redesign-Vorhaben eingebunden werden.

Für die Prozessoptimierung durch Re-Engineering gelten feste Schritte, welche der Reihenfolge nach abgearbeitet werden sollten. Während im kontinuierlichen Verbesserungsprozess immer wieder kleinere Verbesserungen vorgenommen werden, wirkt das Re-Engineering wie ein “Vorschlaghammer”, welcher eine radikale Änderung in relativ kurzer Umstrukturierungszeit veranlasst. Eine gute Zielformulieren, die Abwägung von Chancen und Risiken und die Planung der Umsetzung sind daher sehr wichtig für ein erfolgreiches Re-Engineering.

Re-Engineering ist projektbasiert, durch die Aufstellung eigener Projektteams und/oder der Hinzuziehung von externen Beratern eher teuer und konkreter in den Zielvorgaben. Im Re-Engineering wird daher großen Wert auf die Leistungsmessung bzw. Messung der Zielerreichung gelegt.

Vorgehensweisen im Redesign – Kaizen vs Re-Engineering

Zusammenfassend kann Redesign durch Kaizen (kontinuierliche Verbesserung) und durch Re-Engineering erreicht werden. Kaizen wird vom ganzen Unternehmen getragen, alle Mitarbeiter werden eingebunden und können durch bewährte Vorschlagssysteme zur Prozessverbesserung im Unternehmen beitragen. Re-Engineering wird vom (Top-)Management veranlasst, notfalls “durchgeboxt”. Im Re-Engineering arbeiten Projektteams zeitlich befristet an der Analyse, Planung, Methodenentwicklung und Umsetzung.

Wozu ein Ideallayout?

Ein Ideallayout wird von Auftraggebern schnell vorurteilhaft als unnötig oder “Zeitverschwendung” deklariert. Auftraggeber haben meistens jedoch schon vorab, ohne intensive Überlegung, eine konkrete, jedoch unabgestimmte Vorstellung von der Realplanung. Es liegt oft eine Voreingenommenheit mit Tendenz zur Selbsttäuschung vor. Es ist daher sehr förderlich für die Neuentdeckung des Machbaren, wenn sich der Planer loslöst von gegebenen realen Grenzen wie Raum und technischer Machbarkeit. Es gilt eine Idealvorgabe zu entwickeln, an welcher sich in der Realplanung orientiert und sich an diese angenähert wird.

Zielform des Ideallayouts ist ein Blocklayout. Es gibt zwei Ideallayout-Schritte bis zum Blocklayout, welche unter Umständen übersprungen werden können:

• Ideales Funktionsschema
  Das ideale Funktionsschema ist eine Darstellung der Funktionalität in der zu planenden Produktion. Es zeigt die gerichtete Verknüpfung der (Maschinen-)Bereiche und damit die Materialflüsse.

• Ideales, flächenmaßstäbliches Funktionsschema
  Werden die (Maschinen-)Bereiche im idealen Funktionsschema flächenmaßstäblich dargestellt, handelt es sich um das flächenmaßstäbliche Funktionsschema. Im Vorfeld muss der Flächenbedarf pro Maschine/Arbeitsplatz bestimmt worden sein.
  Das flächenmaßstäbliche Funktionsschema kann bereits leicht entnommen werden, welche Bereiche die “Platzfresser” im Produktionsbereich sind. Die räumliche Dimensionierung der Produktionsfläche ist jedoch nicht so leicht zu erkennen, weshalb das flächenmaßstäbliche Funktionsschema oft übersprungen wird.

• Blocklayout
  Das Bocklayout ist ebenfalls flächenmaßstäblich, jedoch geblockt. Durch die Blockung fügt sich das Layout in einen imaginären Raum, welcher bereits eine sehr gute Vorstellung von dem späteren Reallayout vermitteln kann. Zudem kann mit dem Blocklayout die berechnete räumliche Dimensionierung der Produktionsfläche grafisch visualisiert werden.
  Das Blocklayout berücksichtigt auch die räumliche Anordnung und kommt damit einem Reallayout näher. Die optimale Flächenanordnung ist dabei keine triviale Aufgabe, welche daher oftmals unter Einsatz von IT-Lösungen gefunden wird.
  

Restriktionsfreiheit

Das Ideallayout ist restriktionsfrei zu gestalten. Dies bedeutet, dass es keine Einschränkungen aus (vermeintlich) technischen oder räumlichen Realisierungsgrenzen gibt. Nur so können aus dem Ideallayout neue Ideen für das Reallayout geschöpft werden, auch wenn sich viele davon nach Prüfung tatsächlich nicht realisieren lassen.

Die Layoutplanung erfolgt mithilfe von Optimierungsverfahren, die Ergebnisse werden in Form von grafischen Darstellungen präsentiert. Die Darstellungsmöglichkeiten reichen von einer einfachen Handskizze bis hin zu fotorealistischen 3D-Welten. Die Virtuelle Realität (VR) findet in der Fabrikplanung seine Ausprägung als Digitale Fabrik.

Die Layoutplanung ist eine Kernaufgabe in der Fabrikplanung. Die Layoutplanung kann unterschieden werden in:

• Ideal-Layoutplanung
• Real-Layoutplanung

Ziele der Layoutplanung sind die optimale Flächennutzung sowie die Minimierung von Transportwegen. Die Optimierung wird dabei insbesondere in der Idealplanung herausgearbeitet, welche dann in der Realplanung so weit wie möglich umgesetzt werden soll. Die Idealplanung befasst sich demnach – wie der Name vermuten lässt – mit der Ideallösung, welche als Orientierung für das Real-Layout dient. Einem Real-Layout sollte immer ein Ideal-Layout voran gehen.

Die Analyse von Material- und Informationsflüssen erfolgt auf unterschiedlichen Ebenen außerhalb und innerhalb der Fabrik. Die Materialflussgruppen für Fabriken werden in vier Ebenen/Level unterschieden:

Level 1 – Standortebene

Auf der höchsten Ebene werden Materialflüsse sowie Informationsflüsse im Umfeld der Fabrik analysiert. Die Beschaffungs- und Distributionslogistik sowie die Entsorgungslogistik spielen hier eine Rolle. Die Betrachtung der Standortebene kann noch sehr viel umfassender gestaltet werden und ganze Infrastrukturbereiche, wie die Zug- oder Straßenanbindung des näheren Umfelds berücksichtigen.

Level 2 – Werksebene / Fabrikebene

Die nächste Ebene befasst sich mit dem Inneren der Fabrik, jedoch vor allem mit den Produktionsstätten und angrenzenden Bereichen, wie z. B. Qualitätsbüros. Es werden die Materialströme erfasst, die zwischen den Produktionsbereichen stattfinden. Hier ergibt sich bereits Potenzial zur Einsparung von Verschwendung, denn die optimale Anordnung von Produktionsbereichen verkürzt Transportwege.

Level 3 – Produktionsstättenebene

Auf dieser Ebene werden die Material- und Informationsströme zwischen den Betriebsmittel bzw. Arbeitsplätzen betrachtet. Genauso wie zwischen den Produktionsstätten, sollten auch für die Arbeitsplätze optimale Wege gefunden werden.

Level 4 – Arbeitsplatzebene

Auf Arbeitsplatzebene sind ebenfalls Verschwendungen zu vermeiden. Bei Montage-Arbeitsplätzen helfen die Optimierungsmethoden des MTM-Produktionssystems (MTM-1, MTM-UAS, MTM-MEK). Zudem müssen die Betriebsmittel, welche Arbeitsplätze darstellen (z. B. CNC-Maschinen), für bestimmte Anforderungen (z. B. Mehrmaschinenbedienung oder bestimmte Sicherheitsbestimmungen) korrekt angeordnet werden.

Zuordnungsverfahren

Bei hoher Komplexität der Materialflüsse und sonstigen Objektbeziehungen ist die Anordnung zu optimieren, um die Transportwege so kurz wie möglich zu halten. Die Anordnungsoptimierung ist auf Produktionsstättenebene insbesondere bei der Werkstattfertigung sinnvoll. Aber auch für eine Gruppenfertigung kann dies hilfreich sein.

Es gibt verschiedene Zuordnungsverfahren, die zur Findung der optimalen Anordnung von Produktionsstätten, Arbeitsplätzen und Betriebsmitteln geeignet sind.

Bei weniger komplexen Materialströmen, beispielsweise in einfachen Gruppenfertigungen, eignen sich grafische Zuordnungsverfahren. Der beliebte Klassiker unter den grafisch zu lösenden Verfahren sind das Kreisverfahren (nach Schwerdtfeger) sowie Sankey-Diagramme.

Bei komplexeren Systemen mit einer Vielzahl von auch rückwärts gerichteten Materialströmen wie sie vor allem bei Werkstattfertigungen vorkommen, sind mathematische Zuordnungsverfahren hilfreich. Zu den mathematischen Zuordnungsverfahren zählen analytische und heuristische Verfahren.

Die Entwicklung des MTM-Systems begann in den 40er Jahren in den USA mit dem Vorsatz, ein System vorbestimmter Zeiten für die Planung und Bewertung von Produktionsprozessen zu schaffen. Das erste Buch zum Thema mit dem Titel “Methods-Time Measurement” wurde 1948 veröffentlicht. Seitdem kam eine Wandlung von MTM als ein System vorbestimmter Zeiten zu einem Produktionsmanagementsystem auf. Mittlerweile ist Produktivitätsmanagement mit MTM weltweit der geläufigste Ansatz zur Produktionsoptimierung und ist daher als Weiterbildungsform in Form von Kursen und Zertifikaten für Studenten und Absolventen interessant, die sich mit Produktionsmanagement beschäftigen. Insbesondere Wirtschaftsingenieure sollten das MTM-System kennen, verstehen und idealerweise auch anwenden können.

MTM bedeutet ferner, durch:

• den Einsatz von passfähigen Methoden und Werkzeugen,
• Standardisierung der Produktion mit durchgängigen Datenkonzepten sowie durch
• Bereitstellung von Zeitstandards auf Basis normierter Bezugsleistung…

..über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg mittels Methodenplanung die Vermeidung von Verschwendung herbei zu führen. Dafür gibt es zwei Ansätze: Das MTM-Planungskonzept und das MTM-Optimierungskonzept.

Mit dem Planungskonzept soll vor Produktionsanlauf bis zum Start of Production (SOP) fabrikplanerisch ein bestmögliches, durch Benchmarks abgesichertes Produktivitätsniveau erreicht werden. Das Optimierungskonzept gilt für Arbeitssysteme, die bereits gestaltet wurden und im laufenden Betrieb sind.

Durch die Umsetzung von MTM, insbesondere auch in Kombination mit den Ansätzen aus dem Lean Management (beispielsweise Kaizen), sollen Arbeitssysteme in ihren Prozessbausteinen möglichst von Anfang an systematisch und mit einem Minimum an Verschwendung geplant und aufgebaut werden. Produktionsbezogenes Lean Management verfolgt komplementäre Ziele mit MTM. Lean bedeutet im Kontext des Lean Management höchste Effizienz durch die Synchronisation des Flusses zu erzeugen. Dabei soll dies durch Reduzierung von Zeit-, Lagerbestands- und Arbeitskraftverschwendung sowie durch kürzere Zyklus- und Lieferzeiten im Sinne der Kundenzufriedenheit erreicht werden.

MTM hat im Vergleich zu anderen Systemen vorbestimmter Zeiten weltweit die größte Verbreitung als Instrumentarium der Arbeits- und Zeitwirtschaft. Zudem handelt es sich bei den Methoden im MTM-System um weltweit einheitliche Standards zur Beschreibung und Quantifizierung manueller Arbeitsabläufe. Ob in den USA, Deutschland oder China, dieses System ist durch internationale Standardisierung weltweit identisch.

MTM befasst sich jedoch überwiegend mit Berechnung der Auftragszeit sowie teilweise mit Zeitzuschlägen im REFA-Zeitsystem. In der reinen Automatisierung spielt MTM höchstens eine untergeordnete Rolle. MTM findet umso breitere Anwendung, je höher der Anteil von Menschen beeinflussbarer Zeiten ist.

MTM steht für Gestaltung der Arbeitsabläufe (Geschäftsprozesse) durch

• Beschreibung
• Strukturierung
• Planung
• Analyse/Synthese

mittels inhaltlich und zeitlich definierter Prozessbausteine.

Innerhalb eines Produktionssystems kann MTM als Gestaltungsstandard die Funktion einer gemeinsamen Prozesssprache ausüben und kann Basis für das Messen, Vergleichen und Verändern in allen Ebenen dieses Systems sein.

Handbuch Industrial Engineering: Produktivitätsmanagement mit MTM

MTM bietet reproduzierbare Methodenbeschreibung, eindeutige Methoden-Zeit-Beziehung, Vorausplanung von Methoden und Zeit sowie international anerkannte Zeitstandards.

Beratung und Weiterbildung

Die Deutsche MTM-Vereinigung e.V. bietet anderen Unternehmen Beratung an. Da eine Gewinnerzielungsabsicht vorliegt, wurde hierfür die MTM-Gesellschaft Industrie- und Wirtschaftsberatung mbH gegründet. Produzierende Unternehmen können sich von der MTM-Gesellschaft hinsichtlich Produktionsoptimierung und effizienter Arbeitsgestaltung beraten lassen. Auch für das Handwerk, Logistikunternehmen und sogar für Finanzdienstleister und öffentliche Einrichtungen werden interessante Beratungsleistungen angeboten. Das Motto lautet dabei von Anfang an richtig auf Effizienz abstimmen.

Die MTM-Vereinigung e. V. bietet Unternehmen an, ihre Mitarbeiter für die Produktionsoptimierung zu sensibilisieren und entsprechend weiter zu bilden. Auch Einzelpersonen können an den Kursen teilnehmen. Es gibt ein sehr umfangreiches Lehrangebot, welches sich in einer Vielzahl von aufeinander aufbauenden Ausbildungskursen ausdrückt. Hochschulstudenten sollten sich an ihre Hochschule wenden, denn manche Hochschulen bieten gemeinsam mit der MTM-Vereinigung sehr günstige Weiterbildungsmaßnahmen (Basic MTM) direkt in den Räumlichkeiten der Hochschulen an.