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REFA-Standardprogramm PEP und montagegerechte Produktgestaltung

Von Ingo Helmrich und Wilfried Jungkind

Unternehmen, insbesondere kleine und mittlere (KMU), sind zunehmend mit nicht oder kaum beeinflussbaren externen Herausforderungen konfrontiert, wie Globalisierung (Wettbewerbsdruck, Preisverfall, Verknappung von Ressourcen), Individualisierung (in Bezug auf Produkte und Dienstleistungen) sowie steigende Ansprüche an die Lieferqualität (Zwang zur späten Produktauslegung, Reduzierung von Lieferzeiten).


Betriebliche Herausforderungen in Bezug auf die Produktentwicklung

Dies bedeutet für Unternehmen in Bezug auf die Produktentwicklung:

  • Reduzieren der Herstellkosten (insbesondere von Fertigungskosten/Fertigungszeit, Materialkosten, Logistikaufwand);
  • Verbessern der Qualität (in Bezug auf Funktion und Kundenzufriedenheit);
  • Reduzieren von Entwicklungskosten (insbesondere der Kosten für Produktentwicklung und Konstruktion sowie für Änderungen);
  • Verringern der Entwicklungszeit, also des Zeitraums von Produktplanung bis Serienanlauf;
  • Verbessern der Ergonomie (Produkt-, Prozess- sowie Produktionsergonomie).

(vgl. hierzu Kleinhorst 2009, S. 7; Scholz-Reiter/Lütjen 2009, S. 19; Erlach 2010, S. 16 f.; Reuber 2012, S. 185 f.)

Den skizzierten Herausforderungen und resultierenden betrieblichen Zielsetzungen kann auf Dauer nur begegnet werden, wenn systematisch und konsequent neben der Prozessinnovation auch die Produktinnovation betrieben wird. Dabei sind folgende Erfolgsfaktoren relevant:

  • Kundenorientierung (Anforderungen zwischen Kunden und Unternehmen ständig abgleichen, permanenter Kontakt),
  • Zusammenarbeit aller beteiligten betrieblichen Funktionen (Informationsaustausch, wenig Schnittstellen, definierte Zuständigkeiten);
  • Qualifikation der Entwickler;
  • Methoden (Analyse- und Gestaltungsmethoden für alle Phasen des Produkt- und Dienstleistungsentwicklungsprozesses);
  • Projektmanagement (Phasen mit Meilensteinen, Qualifikation der/des Verantwortlichen und dessen/deren Status im Unternehmen);
  • Kosten- und Termincontrolling (Ziele, Kennzahlen, Benchmarking).

Auf diesen Erfolgsfaktoren basierend ist ein REFA-Standardprogramms PEP und montagegerechte Produktgestaltung erarbeitet worden. Es soll dazu dienen, dass betriebliche Anwender in ihren Unternehmen mithilfe von Checklisten den Produkt- und Dienstleistungsentwicklungsprozess (PEP) analysieren (Datenerhebung und -bewertung) sowie einen Soll-PEP definieren können. Das Programm gliedert sich in die Schritte:

1) Analyse des PEP

- (Unternehmens-)Ziele/Projektziele

- Phasen und Meilensteine

- Funktion des Industrial Engineering (IE)

- Industrial-Engineering-Methoden mit Bezug zur montagegerechten und    

  ergonomischen Produktgestaltung

2) Projekt-/Prozesscontrolling

3) Soll-Konzept PEP und montagegerechte Produktgestaltung.

Im Folgenden soll nicht auf das gesamte Standardprogramm eingegangen werden, sondern auf die wesentlichen Aspekte, wie Phasen und Meilensteine, Funktion des IE sowie IE-Methoden mit Bezug zur montagegerechten und ergonomischen Produktgestaltung.


Relevanz montagegerechter Produktgestaltung

Bild 1 zeigt den Produktlebenszyklus mit seinen wichtigsten Phasen. Dabei wird deutlich, dass im frühen Stadium zunächst investiert werden muss (Vorleistungskosten → rotes Feld). Nach Serienanlauf dauert es eine Weile, bis alle Vorleistungskosten gedeckt sind (→ gelbes Feld). Wenn der Break Even Point erreicht ist, werden Gewinne erzielt (→ grünes Feld).

pep Bild1

Bild 1: Einwirkungsmöglichkeiten für Kosten- und Zeiteinsparungen im Produktlebenszyklus (vgl. Bitzer/Stern 2011, S. 63 ff.; Ehrlenspiel/Meerskamm 2013, S. 63 f.)

Entsprechend Bild 1 gibt es mehrere Möglichkeiten, Kosten und Zeit zu sparen. Zum einen können Vorleistungskosten gespart werden (Reduzierung der roten Fläche in Bild 1). Zum anderen können im Serienbetrieb höhere Gewinne erzielt werden, wenn die Selbstkosten niedrig sind, also die grün schraffierte Fläche in Bild 1 groß ist. Schließlich lässt sich die Zeit von der Phase der Produktplanung bis zur Markteinführung reduzieren, was dazu führt, dass das Produkt schnell am Markt platziert werden kann.

Die dargestellten Einsparungen werden im Wesentlichen durch einen strukturierten PEP sowie integrierte Maßnahmen zur fertigungs-/montagegerechten Produktgestaltung beeinflusst.

Folgende Aussagen sollen dies weiter verdeutlichen:

  • Die betriebliche Funktion Entwicklung/Konstruktion verursacht im PEP zwar relativ geringe Kosten, legt dafür aber ca. 70 % der Herstellkosten fest.
  • Der größte Anteil der Herstellkosten (bis zu 70 % im Maschinenbau) wird dabei in der Montage verursacht (daher wird die „Montage“ im Standardprogramm fokussiert).
  • Je später im PEP geändert wird, desto sehr viel höher werden die Änderungskosten.
  • Der sehr frühen Einflussnahme im PEP in Richtung einer montage-/fertigungsgerechten und ergonomischen Produktgestaltung kommt höchste Bedeutung zu.

(vgl. VDI 2235 1978; Ross 2002, S. 1; Picker 2006, S. 1; Ponn/Lindemann 2008, S. 205 f.; Eigner/Stelzer 2009, S. 16; Bokranz/Landau 2012 b, S. 35 f.; Fischer/Stowasser 2013, S. 21)


Produkt-/Dienstleistungsentwicklungsprozess

Im REFA-Standardprogramm PEP und montagegerechte Produktgestaltung werden z. B. die Phasen und Meilensteine eines PEP für ein Unternehmen (vgl. Bild 2) mithilfe von zugehörigen Checklisten (vgl. Bild 3) untersucht:

  • Zunächst sollen Anwender eintragen, wie die jeweilige Phase im untersuchten Unternehmen bzw. Produktentwicklungsprojekt bezeichnet wird.
  • Anschließend sind die Aktivitäten „abzuhaken“, wenn sie tatsächlich stattfinden; abweichende Bezeichnungen für die jeweiligen Aktivitäten sind zu vermerken. Auch die Meilensteine sind zu notieren.
  • Im unteren Teil der Checklisten soll abschließend, entsprechend den Ampelfarben, eingeschätzt werden, wie sich der Grad der Realisierung darstellt (eine der drei Ampelflächen ankreuzen).

pep Bild2

Bild 2: Produkt-/Dienstleistungsentstehungsprozess (Ausschnitt)

Zum Schluss können Anwender erkennen, inwieweit der gesamte betriebliche PEP mit dem „Soll-PEP“ übereinstimmt und in welchen Phasen besondere Abweichungen bestehen.


Industrial Engineering (IE) im PEP

Im PEP sind üblicherweise diverse betriebliche Funktionen beteiligt. Besonders relevant ist hier die Funktion des IE, in Bild 4 als IE/Prozess-/Produktionsplanung bezeichnet. Dies ist die Funktion, die in Unternehmen traditionell für die Planung, Gestaltung und Optimierung von Prozessen sowie von Arbeits- und Produktionssystemen zuständig ist – also das Betätigungsfeld eines/r REFA-Technikers/-in (in Bild 4 rot gekennzeichnete Felder bei IE/Prozess-/Produktionsplanung).

pep Bild4 1

Bild 4: Betriebliche Funktionen im PEP (vgl. Bullinger/Kugel/Ohlhausen/Stanke 1995, S. 19; Steinbeis 2013, S. 15)

Im Hinblick auf die Notwendigkeit der Einflussnahme auf die Produktentwicklung ist zukünftig das Handlungsfeld des IE weiter zu sehen, denn IE-Funktionen müssen bereits in den Phasen der Produktentwicklung sowie Konstruktion/Berechnung mitwirken (in Bild 4 türkis markiert).

Neben den klassischen Aufgaben kann eine gut qualifizierte IE-Fachkraft auch ein Produktentwicklungsprojekt leiten und Spezialist/-in für das Feld der montagegerechten Produktgestaltung sein.


IE-Methoden mit Bezug zur montagegerechten und ergonomischen Produktgestaltung

Nachdem im REFA-Standardprogramm der PEP und die Funktion des IE analysiert worden sind, stehen nun die IE-Analysemethoden mit Bezug zur montagegerechten Produktgestaltung im Vordergrund. Es gibt eine Reihe von IE-Methoden, die bereits in frühen Phasen des PEP mit Bezug zur montagegerechten Produktgestaltung angewendet werden können. In Bild 5 sind den PEP-Phasen einige relevante Methoden zugeordnet worden. Die markierten Methoden sind IE-Methoden mit Bezug zur montagegerechten Produktgestaltung.

pep Bild5

Bild 5: Analysemethoden mit IE-Relevanz im PEP (vgl. Ehrlenspiel/Kiewert/Lindemann 2000, S. 164; Brombach 2010, S. 30 f.; Klein 2010, S. 5 ff.; Stowasser 2010, S. 16 ff.; Bokranz/Landau 2012 a, S. 48 und 301 ff.; Bokranz/Landau 2012 b, S. 12 ff.; Engeln 2014)


Im Folgenden soll, wie bereits erwähnt, der Bereich der „Montage“ aufgrund seiner Relevanz näher betrachtet werden. Als spezifische Methoden stehen hier zur Verfügung:

  • Product Design for Assembly (PDA);
  • MTM-1/UAS;
  • ProKon.

Vergleicht man diese Methoden anhand der wesentlichen Ansätze zur montagegerechten Produktgestaltung nach Bild 6 miteinander, fällt auf, dass sie zu 1. „Montageoperationen vermeiden bzw. vereinheitlichen“ und zu 4. „Prüfen und sonstige Vorgänge vermeiden bzw. reduzieren“ fast keine Hinweise liefern, aber für 2. „Handhaben erleichtern“ und 3. „Fügen optimieren“ relativ viele Merkmale abgefragt werden. Jedoch existiert keine Methode, die die Merkmale vollständig erfasst.

pep Bild6

Bild 6: Wesentliche Ansätze zur montagegerechten Produktgestaltung (vgl. Ross 2002, S. 14; Konold/Reger 2003; Ponn/Lindemann 2008; Picker 2006, S. 10, S. 52)

Dies ist der wesentliche Grund, warum für das REFA-Standardprogramm PEP und montagegerechte Produktgestaltung eine neue Checkliste entwickelt worden ist (vgl. Bild 7). Diese Checkliste stellt eine Kombination aus den drei oben genannten Methoden dar und ist mit Richtlinien aus vorliegenden Gestaltungskatalogen ergänzt worden. Sie hat folgenden Zweck und folgende Eigenschaften:

  • Analyse von konstruktiven Lösungen zur Beurteilung der montagegerechten Produktgestaltung;
  • Basis: PDA, MTM-1/UAS, ProKon, Gestaltungsrichtlinien aus der einschlägigen Literatur;
  • Strukturierung entsprechend der „wesentlichen Ansätze zur montagegerechten Produktgestaltung“;
  • Einsetzbar in den Phasen „Produktkonzeption“, „Produktentwicklung“, „Konstruktion“ und „Produkterprobung“;
  • Fokus: Erkennen von Potenzialen/Erschwernissen in der Handhabung und beim Fügen von Teilen/Baugruppen zur Verbesserung konstruktiver Lösungen.

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Bild 7: Checkliste zur Analyse montagegerechter Produktgestaltung (Ausschnitt)

Ergebnis einer Produktanalyse mit dieser Checkliste ist u. a. ein Balkendiagramm (vgl. Bild 8), das aufzeigt, in welchen Kategorien besonderer Handlungsbedarf besteht, sowie die Zusammenfassung der Analyseergebnisse als Basis für die Produktoptimierung (vgl. Bild 9).

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Bild 8: Visualisierung der Punkte je Kategorie

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Bild 9: Analyseergebnisse (Beispiel; Ausschnitt)


Gestaltungsrichtlinien zur montagegerechten Produktgestaltung

Nachdem mit der Checkliste zur Analyse montagegerechter Produktgestaltung Schwachstellen identifiziert und visualisiert werden können, geht es nun um Gestaltungsansätze zur montagegerechten Produktgestaltung. Dazu ist die einschlägige Fachliteratur gesichtet worden. Dort dokumentierte Lösungen sind entsprechend der Struktur nach Bild 6 zusammengetragen und als Gestaltungsrichtlinien zur montagegerechten Produktgestaltung zusammengestellt worden (vgl. Bild 10).

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Bild 10: Gestaltungsrichtlinien zur montagerechten Produktgestaltung (Ausschnitt)

Anwender können nun auf Basis der Analyseergebnisse gezielt in den Gestaltungsrichtlinien nach Lösungsansätzen suchen; die Nummerierung in der Checkliste entspricht der Nummerierung in den Gestaltungsrichtlinien.

Es ist sinnvoll, die Checkliste zur Analyse montagegerechter Produktgestaltung auf Basis der beabsichtigten Gestaltungsmaßnahmen wiederholt anzuwenden, um zu überprüfen, welche Effekte realisiert werden können.


Modul im REFA-Techniker-Seminar „Gestaltung von Produktionssystemen mit REFA“

Das dargestellte REFA-Standardprogramm ist Bestandteil des neuen REFA-Techniker-Seminars „Gestaltung von Produktionssystemen mit REFA“:

>>> zum Seminar "Gestaltung von Produktionssystemen mit REFA"!

In diesem Modul werden die Teilnehmer zunächst für die hohe Relevanz montagegerechter Produktgestaltung sensibilisiert und ihre Handlungsmöglichkeiten in diesem Bereich als Industrial Engineer/REFA-Techniker beleuchtet.

Kern des Standardprogramms sind die Checkliste zur Analyse montagegerechter Produktgestaltung und die Gestaltungsrichtlinien zur montagegerechten Produktgestaltung.

Am Beispiel des REFA-Rennwagens erarbeiten die Teilnehmer zunächst einen Vorranggraphen, u. a., um Baugruppen zu definieren. Anschließend werden ausgewählte Baugruppen/Teile des Rennwagens mit der Checkliste analysiert und bewertet. Auf Basis dieser Ergebnisse werden die Baugruppen/Teile dann mithilfe der Gestaltungsrichtlinien optimiert und erneut bewertet.

Die Teilnehmenden sollen mit diesem Modul befähigt werden, in ihren Unternehmen künftig das Thema „montagegerechte Produktgestaltung“ zu platzieren und mit erlernten Methoden Optimierungsprozesse unterstützen.


Zusammenfassung

Das REFA-Standardprogramm PEP und montagegerechte Produktgestaltung hilft betrieblichen Anwendern mit einer Systematik, zunächst die Unternehmensziele in Bezug auf Produktgestaltung hin zu überprüfen, den PEP im betrachteten Unternehmen mit einem Soll-PEP zu vergleichen und die Funktion des Industrial Engineering abzugleichen. Kern des Standardprogramms ist die Checkliste zur Analyse montagegerechter Produktgestaltung, die die Merkmale der wesentlichen existierenden Methoden vereint. Mit dieser Checkliste können Industrial Engineers zusammen mit Entwicklern/Konstrukteuren Schwachstellen in Bezug auf montagegerechte Produktgestaltung identifizieren. Mit den Gestaltungsrichtlinien können die festgestellten Schwachstellen systematisch bearbeitet werden.
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VDI-Richtlinie 2220 (1980): Produktplanung, Ablauf, Begriffe, Organisa- tion. Düsseldorf: Beuth-Verlag


Verfasser

ingo helmrich

Dipl.-Ing. Ingo Helmrich
Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Fachbereich Produktion und Wirtschaft, Labor für Industrial Engineering, Lemgo

wilfried jungkind

Prof. Dr. Wilfried Jungkind
Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Fachbereich Produktion und Wirtschaft, Labor für Industrial Engineering, Lemgo


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