Produktionslogistische Optimierung einer Fabrik 
auf Basis einer Business App
Mobile Anwendung für praxisnahe Unterstützung einer 
Fabrikplanung und -optimierung

Tobias Heinen, Tim Busse

Durch die Wertschöpfung in Fabriken entsteht ein Großteil der Wirtschaftskraft. Gleichzeitig führen Umplanungen in Fabriken oft zu einer Einschränkung ihrer Performance. Ein Entwicklungsprojekt fokussiert nun einen Lösungsansatz für dieses Problem: Mit einer Business App wird der Weg zu einer optimierten Fabrik strukturiert dargestellt und mit Anwendungen so unterlegt, dass betriebliche Nutzer selbstständig eine Verbesserung erreichen können.

Mittelständische Unternehmen sind das Rückgrat der deutschen Wirtschaft. Sie stellen die größte Gruppe im Unternehmensspektrum dar und beschäftigen die Mehrzahl an Menschen. Der Ort der Wertschöpfung, die Fabrik, bestimmt dabei in entscheidender Weise über die Wirtschaftlichkeit der Unternehmen. In wirtschaftlich turbulenten Zeiten gilt es, die Produktion produktionslogistisch zu optimieren, um Wettbewerbsvorteile zu halten und auszubauen. Dies ist die Voraussetzung dafür, in wirtschaftlich robusten Zeiten strukturelle Veränderungen in der Produktion durchzuführen und bspw. einen Fabrikneubau zu realisieren. Viele Unternehmen haben aber wenig Erfahrung in der Optimierung von Fabriken. Daher ist es nicht sicher, dass eine hohe Ergebnisqualität bei einem Planungs- oder Veränderungsprojekt erreicht wird, die jedoch notwendig für die Wirtschaftlichkeit des einzelnen Unternehmens ist.

Probleme bei der Planung oder Optimierung einer Fabrik
Die Ursachen für mangelnden Planungserfolg sind zahlreich: So gibt es zunächst eine Vielzahl an beschriebenen Ansätzen, wie eine Produktion aufzubauen und im laufenden Betrieb zu optimieren ist. Dabei reicht die Spannweite von einfachen Optimierungen eines Arbeitsplatzes, z. B. [1], über die Gestaltung von verknüpften Produktionslinien bis hin zur Gestaltung ganzer Fabriken, z. B. [2]. Daneben gibt es Planungsansätze für etliche Spezialthemen wie die Gestaltung von Lagersystemen (bspw. [3]) oder der Intralogistik, z. B. [4]. Daneben gibt es umfangreiche Planungssammlungen, die viele der genannten Themen ansprechen, z. B. [5]. Fraglich bleibt indes, welcher Ansatz für welche Frage anzuwenden ist und inwiefern die genannten Ansätze planungsfreundlich und anwendungssicher sind. Daneben lauern auch an anderen Stellen Fallstricke für planende Produktionsunternehmen. So gibt es eine schier unüberblickbare Vielzahl an möglichen Planungsmethoden. In Fachbüchern, Methodensammlungen oder Internetplattformen werden allerlei Angebote unterbreitet. Gemein ist diesen jedoch, dass keine Einschätzung ihrer Eignung vorliegt: Welche Methode wirklich geeignet ist, eine Fabrikoptimierung sinnfällig zu unterstützen, bleibt offen. Eine systematische Auswahl von Ansätzen oder Methoden, die auf den spezifischen Planungsfall maßgeschneidert ist, gibt es nicht. Daher ist es häufig allein auf die Erfahrung der Planer zurückzuführen, dass diese erfolgreich angewendet werden. Sind diese im Unternehmen nicht verfügbar, ist der Projekterfolg gefährdet. Planungsfehler bei der Erstellung von zukünftigen Konzepten für Fabriken sowie Fehler in der späteren Umsetzung sind daher an der Tagesordnung. Es ist erforderlich, eine systematische Unterstützung zu entwickeln, die Unternehmen möglichst frühzeitig durch den komplexen Prozess der Fabrikoptimierung begleitet.

Entwicklung einer praxisnahen Planungsunterstützung
Das Ziel eines Projektes, das mit Strukturmitteln der Europäischen Union durchgeführt wird, ist es daher, eine mobile Anwendung aufzubauen, die produzierende Unternehmen aus dem Mittelstand aktiv durch den Optimierungsprozess sowie die spätere Umsetzung in der Fabrik begleitet (im Folgenden als „Navigator“ bezeichnet). Dieser Navigator umfasst zunächst den Ablauf einer Optimierung einer Fabrik von der Projekt- und Zieldefinition bis hin zur Ausführungsüberwachung. Damit kann sichergestellt werden, dass der gesamte Prozess mit der besonders erfolgskritischen Umsetzung abgedeckt wird. Den einzelnen Planungsphasen sind systematisch Inhaltsbeschreibungen, Methodenwissen und Best-Practices zugeordnet. Da die Inhalte mit vielen Beispielen sowie eigenständig nutzbaren Online-Tools (bspw. für die Auswertung von Planungsdaten oder die Bewertung von Planungsergebnissen) unterlegt sind, können die Nutzer selbstständig eine Konzeptplanung und eine sich an eine Konzeptplanung anschließende Umsetzungsplanung ergebnissicher durchführen. Schließlich liefern Erklärfilme für jede Planungsphase einen Überblick über die wesentlichen Planungsinhalte und zeigen die Anwendung der Online-Tools. In dem Navigator werden Methoden und Planungsabläufe nicht offen gesammelt; vielmehr werden diese vorab einer Bewertung hinsichtlich ihrer praktischen Nutzbarkeit unterzogen. So soll sichergestellt werden, dass nicht die meisten Methoden bereitgestellt werden, sondern die für den Anwendungsfall wirksamsten. Wichtig wird dies insb. in der Umsetzungsphase eines Optimierungsprojekts, da dort etliche Vorgaben zu beachten sind. So finden sich immer wieder Anforderungen im Hinblick auf bspw. Wasserschutz, Lärm- oder Arbeitsschutz. Weiterhin gibt es branchenspezifische Anforderungen, die sich in Fabriken niederschlagen, wie die ISO/TS 16949 im Automobilbereich oder sog.“Good Manufacturing Practices“ in der Pharmabranche. Ziel ist daher, umfangreiche Rechts- und Anforderungskataloge anzulegen, um sicherzustellen, dass die Fabrik die späteren Anforderungen erfüllt. Auf dem Weg zur Business App für die Fabrikoptimierung Im Folgenden wird ein kurzer Überblick über den Arbeitsplan des Entwicklungsprojekts gegeben. Dieser unterteilt sich in sieben Arbeitspakete (vgl. Bild 1).

Bild 1: Arbeitsplan des Vorhabens

Zunächst wird eine Methode zur Erstbefundung von Unternehmen erarbeitet. Auf Basis von wenigen Leitfragen soll bei den Nutzern abgefragt werden, wie der derzeitige Planungsstand in Bezug auf die Fabrikoptimierung ist. Wichtig wird es daneben sein, abzuschätzen, welche Vorarbeiten (bspw. Analysen oder Konzeptideen) bereits geleistet wurden. Ergebnis des leitfragenbasierten Einstiegs ist eine valide Abschätzung, welcher Planungsstand beim Nutzer vorliegt. Diese Erstbefundung dient damit der Individualisierung der Ergebnisse. Einen Einblick in das Tool zur Erstbefundung gibt Bild 2. Auf dieser Basis können die nachfolgenden Arbeitspakete durchlaufen werden.


Bild 2: Konzept sowie exemplarische Fragen zur Erstbefundung

In einem zweiten Arbeitspaket wird eine Interviewreihe mit Experten durchgeführt. Dabei werden insbesondere Unternehmen berücksichtigt, die unlängst eine größere Fabrikoptimierung umgesetzt haben. Es werden die Defizite, die bei den Umsetzungen identifiziert wurden („Lessons Learned“) aufgegriffen und gemeinsam erörtert, welche Form der Unterstützung (Checkliste, Richtlinien, Vorgehensbeschreibung) sinnvoll gewesen wäre. So wird auf eine größtmögliche Anwenderfreundlichkeit abgezielt, da diese Defizite aufgegriffen und im Navigator mit geeigneten Tools und Vorgehensweisen hinterlegt werden. Im dritten Arbeitspaket werden gängige Planungsvorgehen zur Fabrikoptimierung aufgegriffen, bewertet und in einem durchgängigen Ablauf verdichtet. Diesem Planungsablauf, der von der Projekt- und Zieldefinition bis zur Ausführungsüberwachung reicht, werden benötigte Inhaltsbeschreibungen, Methoden sowie Vorlagen zugeordnet. Diese werden um zu beachtende behördliche und gesetzliche Vorgaben ergänzt. Schließlich werden in diesem Arbeitspaket die jeweiligen Planungsabläufe und -inhalte standardisiert beschrieben und technisch in die Business App integriert.

Entwicklung eines Algorithmus zur Selektion der Ergebnisse
Das vierte Arbeitspaket bildet den inhaltlichen Kern des Entwicklungsprojekts ab. Ziel ist die Ableitung eines Algorithmus zum Abgleich von Ergebnissen der Erstbefundung (vgl. Arbeitspaket 1) sowie dem Planungablauf mitsamt seinen Methoden (vgl. Arbeitspaket 3). Angedacht ist, die Ergebnisse der Erstbefundung zu nutzen, um abzuschätzen, welche Methoden im weiteren Verlauf der Planung genutzt werden sollten. Dadurch stehen dem Anwender nur die für seinen individuellen Planungsfall wesentlichen Methoden zur Verfügung. Die Vielzahl möglicher Planungshilfsmittel wird systematisch reduziert und die Angebote werden selektiert für den spezifischen Einzelfall zur Verfügung gestellt. Bild 3 gibt einen Überblick über das Frontend der angedachten Business App für die Fabrikoptimierung.


Bild 3: Konzeptioneller Aufbau der Business App

Im letzten Schritt erfolgt eine inhaltliche Validierung mit ausgewählten Industriepartnern. Ziel ist, dass die geschilderten Methoden und Anwendungsbeispiele betriebliche Relevanz besitzen, leicht und verständlich beschrieben sowie fehlerfrei dargestellt werden. Um diese Validierung zu erreichen, sollen Experteninterviews mit bestehen Industriekontakten durchgeführt werden. Weiterhin soll der dann umgesetzte Navigator nach der technischen Erstumsetzung im Rahmen einer umfangreichen Testreihe validiert werden. Dies stellt sicher, dass initiale Fehler und technische Schwächen zur Freischaltung behoben sind.

Zusammenfassung und Ausblick
Fabriken zu planen oder im laufenden Betrieb zu optimieren, erweist sich in der Praxis als komplexe Aufgabe. Das Ergebnis der Planung ist stark personenabhängig, es kann nicht mit Sicherheit von einem Erfolg ausgegangen werden. Abhilfe soll eine Business App schaffen, die notwendiges Wissen selektiert, auf den spezifischen Planungsfall anpasst und dem Anwender online zur Verfügung stellt. Die Grundzüge der Plattform sind hier vorgestellt worden.

Dieser Beitrag entstand im Rahmen des Projekts „Systematische Unterstützung der Umsetzungsplanung von Fabriken“, das von der Europäischen Union mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) unter der Antrags-Nr. ZW 3-80140390 gefördert wird.

Schlüsselwörter:

Fabrikoptimierung, Planungsablauf, Business Apps, mobile Anwendungen

Literatur:

1. Luczak, H.: Arbeitswissenschaft. Springer Verlag. Berlin 1998.
2. Verein Deutscher Ingenieure (Hrsg.): VDI-Richtlinie 5200 Blatt 1 Fabrikplanung – Planungsvorgehen. Beuth-Verlag. Berlin, Düsseldorf 2009.
3. Martin, H.: Transport- und Lagerlogistik. Planung, Struktur, Steuerung und Kosten von Systemen der Intralogistik. 9. Auflage. Springer Vieweg Verlag. Wiesbaden 2014.
4. Gudehus, T.: Logistik. Grundlagen – Strategien – Anwendungen. 4. Auflage. Springer Verlag. Berlin 2010.
5. Arnold, D.: Handbuch Logistik. 3. Auflage. Springer Verlag. Berlin 2008.