In einem Montagewerk wird die Fertigung in der Regel entweder nach dem Fließband- oder dem Zellenkonzept organisiert. Obwohl Zellen im Allgemeinen besser sind als das Fließbandmodell, sind sie nicht immer für jede Anwendung praktikabel. Unter den verschiedenen Zellkonzepten ist die U-Zelle am weitesten verbreitet, wobei die Aufgabenzuweisungen nach drei verschiedenen Modellen strukturiert sind: (1) Baton-Touch, (2) Karawanen und (3) Bucket-Brigade.
Beim Baton-Touch-Modell, dem gebräuchlichsten Ansatz innerhalb U-förmiger Zellen, folgt ein Bediener einer Schleife von Aufgaben in der gleichen Richtung wie die sich bewegenden Werkstücke. Dabei wechselt der Bediener zur nächsten Station auf derselben Seite der Zelle oder geht gelegentlich auf die gegenüberliegende Seite. Normalerweise umfasst diese Bewegung maximal zwei Übergänge zwischen den Seiten. Es gibt jedoch einige Ausnahmen, z. B. bei Werkzeugmaschinen mit langen Zyklen, die es erforderlich machen können, dass der Bediener innerhalb eines Zyklus mehrmals an dieselbe Maschine zurückkehrt.
Der Caravan-Ansatz wird von den Bedienern bevorzugt, ist aber auf Zellen mit maximal zwei Bedienern beschränkt, die sich die Arbeitslast gleichmäßig teilen. Bei diesem Modell arbeitet jeder Bediener nacheinander an allen Aufträgen innerhalb der Zelle. Bei jedem Arbeitsschritt entnimmt der Bediener das zuletzt bearbeitete Teil und bringt es zur nächsten Maschine zur weiteren Bearbeitung.
Die Bucket-Brigade, auch als „Bump-Back-System“ bezeichnet, ist das dritte Modell und das einzige, das aufgrund seiner flexiblen Arbeitszuweisungen nicht in eine Arbeitskombinationstabelle passt. Diese Methode ist besonders vorteilhaft in Umgebungen mit Massenanpassung, wie z. B. in einem Fast-Food-Restaurant bei der Montage von Sandwiches. Beim Modell der Eimerbrigade werden die Bediener in der Reihenfolge vom langsamsten zum schnellsten Mitarbeiter eingeteilt. Wenn jede Einheit in der Zelle fertiggestellt ist, übernimmt jeder Bediener die nächste Einheit von seinem Vorgänger, während der erste Bediener mit der Arbeit an einem neuen Teil beginnt. Es wurde beobachtet, dass sich dieses System selbst ausbalanciert und es den Bedienern ermöglicht, auf natürliche Weise Aufgaben zu übernehmen, die die Arbeitsbelastung im Team ausgleichen.
Ein Montageplatz ist der zentrale Punkt, an dem Materialien, Vorrichtungen, Werkzeuge, Maschinen, Lehren, Methoden und Monteure zusammenkommen, um die Montagevorgänge zu erleichtern. Im Gegensatz zu Bearbeitungsprozessen, die einer linearen Abfolge von Vorgängen folgen, ähneln Montageprozesse Bäumen, bei denen jeder Zweig eine Abfolge von Vorgängen darstellt, die Material verbrauchen und in übergeordnete Zweige münden. Diese Zweige sind alle mit dem Hauptprozess verbunden, der schließlich zur Wurzel, dem fertigen Produkt, führt (siehe auch: Prozessdesign in der Fertigung).
Bei der Betrachtung der Teileversorgung wird die Montagestückliste (BOM) als Graph und nicht als strenger Baum dargestellt. Der Grund dafür ist, dass ein einzelnes Teil in mehreren Unterbaugruppen verwendet werden kann und dieselben Unterbaugruppen in verschiedene Endprodukte eingebaut werden können. Diese vernetzte Struktur ermöglicht Flexibilität und Effizienz bei der Verwaltung von Teilen in verschiedenen Baugruppen. Ein Montageprozess umfasst folgende Elemente:
Das Sammeln detaillierter Informationen, insbesondere über den Arbeitsbedarf, stellt eine große Herausforderung für eine Produktionslinie dar, die erst noch eingerichtet werden muss. Um dies zu bewältigen, können vorgegebene Zeitstandards wie die Methods Time Measurement (MTM) - ein international anerkannter Standard für die Arbeitsgestaltung - verwendet werden. Die Schätzung von Zeiten für Aufgaben, die noch nicht ausgeführt wurden, ist komplex und akribisch. Wenn die Produktion beginnt, liegen die tatsächlichen Ergebnisse in der Regel in einem Bereich von +/- 30 % dieser ersten Schätzungen.
In der anschließenden Phase der Prozessgestaltung wird der abstrakte Montagebaum in ein Netz von Arbeitsstationen umgewandelt. Diese Arbeitsstationen sind durch Transportmechanismen zwischen aufeinanderfolgenden Stationen verbunden und mit Werkzeugen, Vorrichtungen, Teilepräsentations- oder Zuführungsvorrichtungen und detaillierten Arbeitsanweisungen ausgestattet. Die Effizienz des Materialflusses innerhalb dieser Konstruktionen wird anhand von Plänen bewertet, bei denen Miniaturmodelle der Produkte wie bei einem Brettspiel bewegt werden, so dass die Konstrukteure den Montageprozess visualisieren können. Zwar kann dies manchmal mit Hilfe von Simulationssoftware für diskrete Ereignisse geschehen, doch die hohen Kosten - insbesondere die für die Entwicklung und Feinabstimmung dieser Simulationsmodelle erforderlichen Ingenieurstunden - machen diesen Ansatz oft unpraktisch.
Vor der Fertigstellung des Montagekonzepts wird in der Regel eine Versuchslinie oder -zelle in einem speziellen Bereich eingerichtet, damit letzte Anpassungen vorgenommen werden können, bevor die Linie oder Zelle für den Produktionsanlauf in der Fabrikhalle gebaut wird. Darüber hinaus dient dieser Versuchsaufbau als Schulungs- und Vorbereitungsumgebung für die Bediener.
Bei Montageprozessen ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Materialien in der richtigen Menge, an den richtigen Montagestationen, genau dann, wenn sie benötigt werden, und auf eine Weise, die die Montage erleichtert, zur Verfügung stehen.Dies steht im Gegensatz zur maschinellen Bearbeitung, bei der ein einzelnes Werkstück den gesamten Prozess durchläuft und sich die logistischen Probleme im Allgemeinen auf die Entsorgung der Späne beschränken.Montagekonstrukteure müssen den Fluss jedes Teils sorgfältig planen und seinen Weg durch die gesamte Lieferkette bis hin zu internen und externen Zulieferern zurückverfolgen.Bei diesem Planungsprozess müssen wesentliche Fragen geklärt werden, wie z. B.:
In der Phase der Prozessgestaltung steht der Hersteller vor der Entscheidung, welche Teile er intern produzieren und welche er von externen Zulieferern beziehen soll.
Der Hauptgrund für die Eigenfertigung ist häufig die Beibehaltung der Kontrolle über die Lieferkette, während das Outsourcing im Allgemeinen durch die Notwendigkeit der Kostensenkung bedingt ist.Bei der Gestaltung eines Montageprozesses dürfen jedoch logistische Überlegungen rund um die Montage nicht außer Acht gelassen werden, da sie eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Effizienz und Durchführbarkeit des Gesamtvorgangs spielen.
Die Größe des Produkts beeinflusst die Gestaltung des Arbeitsplatzes erheblich.
Bei kleinen Produkten wie Mobiltelefonen oder Industriesägen erfolgt die Montage in der Regel in einer U-förmigen Zelle, wobei der Monteur innerhalb dieses Bereichs arbeitet, damit die Lieferung von Teilen den Arbeitsablauf nicht stört.Die Werkbänke sollten kompakt sein, um die Kommunikation, die Logistik und den Produktfluss nicht zu erschweren und um Platzverschwendung zu vermeiden.
Darüber hinaus gibt es oft beträchtliche Möglichkeiten, die Effizienz durch eine bessere Nutzung von Förderanlagen zu verbessern.
Bei mittelgroßen Produkten, wie z. B. Pkw-Dieselmotoren, muss die Konstruktion sicherstellen, dass die Teile für die Montage leicht und genau positioniert werden können. Am Arbeitsplatz sollten nur die Teile gelagert werden, die für ein einziges oder wenige Produkte benötigt werden. Wenn dieser Grundsatz nicht befolgt wird, kommt es häufig vor, dass die Arbeitsplätze mit überschüssigen Teilen, Kisten und Paletten überfüllt sind. Dieses Szenario ist zwar üblich, führt aber zu Produktivitätseinbußen, da die Mitarbeiter Zeit damit verbringen, in dem Durcheinander nach Teilen zu suchen, bei schlechter Beleuchtung und eingeschränkter Sicht zu arbeiten und sich mit veralteten Teilen herumzuschlagen, die in der ganzen Fabrik verstreut sind.
Eine ideale Montagevorrichtung sollte es dem Monteur ermöglichen, mit beiden Händen frei zu arbeiten, ergonomische Montageschritte zu unterstützen, sich bei Bedarf nahtlos in automatisierte Anlagen zu integrieren und als Bausatzpalette für produktspezifische Teile zu dienen.
Idealerweise sollte die Vorrichtung auch mehrere Produkte aufnehmen können.
Vorrichtungen, die für die manuelle Montage verwendet werden, müssen verschiedene Stationen durchlaufen und dann zur Ausgangsstation zurückkehren, wobei sie sich in der Regel entlang einer Ober- oder Unterflurschiene bewegen, die mit der Montagelinie ausgerichtet ist.
Außerdem sollte das Handwerkzeug an der Station befestigt sein und nicht vom Monteur getragen werden. Zu den üblichen Werkzeugen, die bei Montageprozessen verwendet werden, gehören:
Die Monteure verfügen über das meiste Fachwissen, wenn es um die optimale Platzierung von Handwerkzeugen geht. Daher ist es wichtig, sie zu konsultieren und, wenn möglich, aktiv in den Entscheidungsprozess einzubeziehen.
Effektive Werkzeugplatzierung bedeutet, dass jedes Werkzeug in Reichweite des Monteurs positioniert wird, wobei die am häufigsten verwendeten Werkzeuge am nächsten platziert werden sollten.
Die Werkzeuge sollten auch so ausgerichtet sein, dass sie möglichst wenig bewegt werden müssen, damit die Monteure das Werkzeug vor der Verwendung nicht um 180° drehen müssen.
Bei großen Produkten, insbesondere bei solchen, die auf sich bewegenden Förderbändern montiert werden, wird das Problem der Sicherung der Werkzeuge an den Stationen durch die Montage von Werkzeugen auf mobilen Vorrichtungen gelöst. Diese Vorrichtungen fahren neben dem Produkt durch die Station und kehren automatisch in ihre Ausgangsposition zurück, sobald die Aufgabe abgeschlossen ist.
Welche Vorteile bietet eine U-förmige Zelle bei Montagearbeiten?
Das U-förmige Zellendesign ist vorteilhaft, weil es den Monteur in eine zentrale Position bringt, die einen einfachen Zugang zu allen notwendigen Werkzeugen und Materialien in Reichweite der Arme ermöglicht.
Diese Anordnung erhöht die Effizienz, indem sie die Bewegungen minimiert und die Montagezeit verkürzt. Darüber hinaus unterstützt die U-Form reibungslosere Übergänge zwischen den einzelnen Arbeitsschritten, was die Gesamtproduktivität erhöht und es einfacher macht, potenzielle Probleme zu erkennen und zu lösen.
Warum ist die Platzierung der Werkzeuge an den Montagestationen so wichtig?
Die Platzierung der Werkzeuge wirkt sich direkt auf die Leichtigkeit und Geschwindigkeit aus, mit der die Monteure ihre Aufgaben erledigen können. Durch die Platzierung von Werkzeugen in bequemer Reichweite werden unnötige Bewegungen vermieden, und die korrekte Ausrichtung der Werkzeuge verhindert, dass der Monteur sie vor der Verwendung einstellen oder drehen muss. Eine effektive Werkzeugplatzierung minimiert nicht nur die körperliche Belastung, sondern optimiert auch die Produktivität, da die Monteure schneller und effizienter arbeiten können.
Was sind die Herausforderungen bei der Organisation von Materialien für mittlere und große Produkte?
Mittelgroße und große Produkte erfordern eine sorgfältige Planung, um ein Durcheinander an den Arbeitsplätzen zu vermeiden, das zu Effizienzeinbußen führen kann.
Bei mittelgroßen Produkten sollte die Station nur Teile für ein oder wenige Produkte enthalten, um eine Überfüllung zu vermeiden, die zu Verzögerungen führen kann, wenn die Monteure nach bestimmten Teilen suchen. Bei großen Produkten besteht die Herausforderung darin, dafür zu sorgen, dass Werkzeuge und Teile dem Produkt auf den sich bewegenden Förderbändern folgen können; hier werden häufig mobile Vorrichtungen verwendet, um die Werkzeuge zugänglich zu halten, während das Produkt den Montageprozess durchläuft.
Die effektive Gestaltung von Montagearbeitsplätzen ist entscheidend für die Verbesserung von Produktivität, Ergonomie und Arbeitsabläufen in der Fertigung. U-förmige Zellen, die strategische Platzierung von Werkzeugen und ein rationeller Materialfluss spielen eine entscheidende Rolle bei der Optimierung der Montageeffizienz.
Hersteller können Verzögerungen reduzieren und den Komfort und die Genauigkeit der Monteure verbessern, indem sie die Produktgröße, das Layout des Arbeitsplatzes und die Logistik berücksichtigen. Ein tieferes Verständnis dafür, wie diese Konstruktionsprinzipien in umfassendere Produktionssysteme integriert werden, erhalten Sie im nächsten Artikel über den Montageprozess, in dem wir den gesamten Weg von der Konstruktionsplanung bis zur Serienfertigung untersuchen.
Tauchen Sie tiefer in eines unserer Kernthemen ein: RTLS System
Quellen:
(1) Baudin M., Netland T. (2023): Introduction to Manufacturing. New York: Routledge