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Montage
Inhaltsübersicht
I. Begriffserläuterung und Abgrenzung
II. Stellung in der Produktion
III. Planung von Montageabläufen und -systemen
IV. Steuerung und Betrieb der Montage
I. Begriffserläuterung und Abgrenzung
1. Grundbegriffe
Montage ist nach VDI-Richtlinie 2860 eine Teilfunktion des Fertigens. Aufgabe der Montage ist es, aus Teilen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten an unterschiedlichen Orten mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren hergestellt wurden, ein Produkt höherer Komplexität mit vorgegebener Funktion in einer bestimmten Zeit zusammenzubauen. Dabei kann auch formloser Stoff zur Anwendung kommen oder durch Füllen eine geometrisch bestimmte Form annehmen. Ein Montageprozess bildet sich aus der Kombination von Füge- (Primärmontagefunktion), Handhabungs-, Justier- und Kontrollfunktionen (Sekundärmontagefunktionen). Fügen als Kernfunktion der Montage ist ein Fertigungsverfahren nach DIN 8593.
Mit dem Austausch der Funktion Fügen durch Trennen (Fertigungsverfahren nach DIN 8580) erfolgt eine Beschreibung der bei der Aufarbeitung von Produkten notwendigen Demontage, wobei die Trennung der Bauteile aus dem Produktverbund an den in der Fertigung und Montage geschaffenen Verbindungsstellen durchgeführt werden sollte.
Wiederholmontagen werden erforderlich, um z.B. transportfähige Baugruppen für Außenmontagen zu erhalten. Die Remontage entspricht der zeitweiligen Entnahme von Bauteilen oder Baugruppen aus dem Produktzusammenhang.
2. Montagesystem
Ein Montagesystem bildet sich aus der Zusammenstellung von materiellen, dispositiven und operativen Komponenten (Spur, G./Stöferle, Th. 1986). Dies entspricht im produktionswirtschaftlichen Sinn der Kombination von Produktionsfaktoren zu einer Wert schöpfenden Einheit. Aufgabe des Systems ist der objektorientierte Auftrag, ein Produkt oder eine Baugruppe aus zugeordneten Bauteilen zu montieren (Abb. 1).
Abb. 1: Systemtechnische Darstellung eines Montagesystems
Dem Menschen kommt dabei als Träger von dispositiven wie auch wesentlichen operativen Funktionen höchste Bedeutung zu. Betriebsmittel werden für Fügeprozess-, Kontroll-, Handhabungs- und Transportfunktionen innerhalb der Montage bzw. zwischen Montageschritten in Form von Fördereinrichtungen und -systemen eingesetzt.
3. Unterscheidung von Montagesystemen
Für die Unterscheidung und Einordnung von Montagesystemen werden folgende Kriterien genutzt:
| (a) | Montagephasen, insb. Vor-, Haupt- und Nachmontagen:
Innerhalb der Vormontage werden zumeist Baugruppen und Komponenten gefertigt, die in Haupt- bzw. Endmontagen zum Produkt gefügt werden. Nachmontagen werden zur Vervollständigung von Produkten im Fehlteilfall erforderlich und können insb. bei Installationen Tätigkeiten der Justage und Einstellung beinhalten. | | (b) | Organisationsform bezüglich kinematischer Alternativen:
Hierbei werden Montageobjekte und Arbeitsplätze nach ihrer kinematischen Anordnung innerhalb des Montagesystems bewertet (Abb. 2). Die Anordnung erfolgt bisher objektbezogen. So werden in der Massenfertigung Reihen- und Fließkonzepte eingesetzt, während Baustellenmontagen bei kleinsten Losgrößen und Außenmontagen üblich sind. Gruppenkonzepte ermöglichen eine erhöhte Flexibilität des Systems bezüglich Losgrößen und Personaleinsatz.  Abb. 2: Kinematische Alternativen von Organisationsformen der Montage nach Eversheim (Eversheim, W. 1987)
| | (c) | Systemflexibilität:
Durch sinkende Losgrößen aufgrund wachsender Variantenvielfalt werden erhöhte Anforderungen an die Flexibilität eines Montagesystems gestellt. Flexibilität in der Montage bzw. in Montagesystemen kann definiert werden als die Anpassungsfähigkeit eines Systems an Änderungen bei den zu produzierenden Produkten (Geometrie, Werkstoffe, Verbindungen, Bauteileanzahl), den Produktionsanforderungen (Montageumfang, Stückzahl, Termine, Zeiten, Kosten) sowie den Produktionsbedingungen (Betriebsmittel, Personal, Qualifikation, Randbedingungen). Flexible Montagesysteme bestehen beispielsweise aus produktneutralen, manuellen Arbeitsplätzen mit automatisierten, wechselbaren und ggf. produktspezifischen Montagemodulen. | | (d) | Automatisierungsgrad:
Die Automatisierung von Montagesystemen wirkt i.A. der Forderung nach Flexibilität entgegen, da mit der Flexibilität der sensorische Anspruch an ein automatisches Montagesystem wesentlich steigt. Derartige Systeme werden daher bisher vornehmlich in der Großserien- und Massenfertigung eingesetzt. Hybride Systeme genannte Kombinationen aus automatisierten und manuellen Systemkomponenten werden mit dem Ziel niedriger Stückkosten bei hoher Flexibilität optimiert. | | (e) | Funktionale und fachliche Arbeitsteilung (Abb. 3):
Aufgrund wachsender Flexibilitätsansprüche und steigender Qualitätsanforderungen in der Montage werden dispositive und kontrollierende Funktionen in die Montagedurchführung integriert. Dies ermöglicht den Verzicht auf kostenintensive Nachkontrolle, Demontage und Nacharbeit. Eine Realisierung derartiger, ggf. autonom arbeitender Montagesysteme erfolgt im Rahmen von Gruppenarbeit.  Abb. 3: Gliederung nach funktionaler und fachlicher Integration nach Seitz (Seitz, D. 1992)
| | (f) | Ort der Montage aus Sicht des Durchführenden:
Eine Unterscheidung erfolgt zwischen Innenmontage (auch Werkmontage) und Außenmontage (auch Installation), wobei auch die Auslandsmontage als eine Form der Außenmontage bezeichnet wird. Besondere Merkmale der Außenmontage als Abgrenzung gegenüber Innenmontagen sind mobil einzusetzende Arbeitskräfte, wechselnde Montagebedingungen, das Fehlen installierter Montageeinrichtungen und eine variable Infrastruktur. |
II. Stellung in der Produktion
1. Anordnung im Produktionsprozess
Die Montage ist im Produktionsablauf zwischen der Einzelteilfertigung bzw. dem Lager und dem Versand bzw. der Qualitätssicherung angeordnet. Im Produktionsprozess zeigt sich die Montage als Sammelbecken organisatorischer, terminlicher und qualitativer Fehler. In ihr konzentrieren sich Schwachstellen aus dem Wareneingang, von Lagerstrategien, aus Konstruktionen, der Einzelteilfertigung, der Komponentenprüfung, der Logistik sowie aus der Ablaufplanung und -steuerung (Abb. 4).
Abb. 4: Stellung der Montage im Produktionsprozess
2. Ökonomische Relevanz
Neben der Teilefertigung ist die Montage der wichtigste Abschnitt der industriellen Produktion. Der Zusammenbau von Bauteilen zum Produkt beansprucht im Durchschnitt 40% bis 60% der Gesamtfertigungszeit und verursacht je nach Produkt bis zu 40% der Herstellkosten (Tab. 1). Da die Montage überwiegend manuell ausgeführt wird, ist sie die lohnintensivste Form der Fertigung. Die Montage bindet ca. 25% der in der Fertigung Beschäftigten und zeichnet sich durch eine hohe Wertschöpfung aus.
Tab. 1: Kennwerte der Montage für Produkte aus dem Bereich Maschinenbau nach Eversheim (Eversheim, W. 1992) und VDMA (VDMA, 1993)
Der Automatisierungsgrad ist aufgrund mangelnder Flexibilität gegenüber der Einzelteilfertigung niedrig, sodass nur im Bereich der Großserien- und Massenfertigung (elektrotechnische Produkte, Automobilbau) hohe Automatisierungsgrade erreicht werden. Das in Betriebsmitteln gebundene Kapital ist somit geringer als in der Teilefertigung. Die Montage hat jedoch hohen Einfluss auf die Umlaufkapitalbindung, da das in die Montage eingehende und dort lagernde Material i.A. hochwertig ist und durch die Montagevorgänge selbst einen hohen Wertzuwachs erfährt. Eine zeitliche Einordnung von Montagevorgängen im Produktionsprozess sollte daher zum Ziel haben, Zwischenlager zu minimieren und hohe Wertschöpfungsanteile erst spät einzubringen.
Zur Abschätzung der Wirtschaftlichkeit muss das Gesamtsystem der Montage unter technischen, organisatorischen, wirtschaftlichen und personalbezogenen Kriterien (Abb. 5) analysiert werden. Kriterien wie z.B. Investitionskosten und Personalbedarf bei manuellen Montagen ermöglichen einfache Vergleiche alternativer Systeme, die allerdings nur geringen Aussagewert haben.
Abb. 5: Beurteilungskriterien eines Montagesystems nach Miese/Schinke (Miese, M./Schinke, E. 1987)
Aussagekräftiger sind dagegen Bewertungen, bei denen neben auftretenden Kosten auch Aspekte wie Flexibilität, erzeugbare Qualitäten durch Integration von Qualitätsregelkreisen, Durchlauf- und Liegezeiten, Projektierungsaufwand, Planungs- und Steuerungsaufwand, Instandhaltungsaufwand und Verfügbarkeit nach Möglichkeit monetär bewertet werden.
Derartige Bewertungen gestalten sich als schwierig und gelten z.B. als Haupthemmnis für den Einsatz flexibler Montagesysteme und damit für die Ausschöpfung von Kostensenkungspotenzialen der Montage. Insbes. umfangreiche Wechselwirkungen der zu analysierenden Parameter erschweren die Bewertung. Beispielsweise steigen mit dem Automatisierungsgrad auch die Investitionskosten, während die technische Verfügbarkeit und damit die nutzbare Systemkapazität aufgrund zunehmender Komplexität sinkt (Abb. 6). Mit hoher, aber kostenintensiver Personalanwesenheit bei automatisierten Systemen ist die Verfügbarkeit durch ein geeignetes Instandhaltungsmanagement zu erhöhen. Während qualitätssichernde Maßnahmen bei manuellen Systemen einfach und kostengünstig umzusetzen sind, erfordern automatisierte Systeme die Installation aufwendiger Sensorik und Regelungssysteme.
Abb. 6: Wirtschaftlichkeit von Montagesystemen
III. Planung von Montageabläufen und -systemen
1. Aufgaben und Ziele
Aufgabe der Montageplanung als Teil der Produktionsplanung ist die Lösung des objektorientierten Montageauftrags durch eine optimale Kombination der betrieblichen Ressourcen zu einem Montagesystem. Dies geschieht durch Festlegung und Zuordnung von Funktionen, Orten und Zeiten der Montagen (Abb. 7).
Abb. 7: Vorgehen in der Montageplanung
Initiiert durch die im Montageobjekt implizierte Aufgabenstellung schafft die in einen Mikro- (Planung der Arbeitsabläufe am Arbeitsplatz, Feinplanung) und einen Makrobereich (Arbeitsablauf im Gesamtsystem, Grobplanung) gegliederte Montageplanung Arbeitspotenzial und bereitet die Durchführung der Prozesse vor. Weiterhin muss das geplante System technisch und wirtschaftlich bewertet werden.
Durch sie verkürzende Produktlebenszyklen und zunehmende Typen- und Variantenzahlen und somit sinkende Losgrößen werden Bestrebungen der Rationalisierung insb. in der Montage erschwert. Ziel der Montageplanung muss daher die Senkung der nicht Wert schöpfenden Sekundärmontageanteile sein (Lotter, B. 1992). Mögliche Ansätze sind die Parallelschaltung von Montageabschnitten, die Integration von Qualitätssicherung, eine geeignete Arbeitsplatzstrukturierung und die Einführung einer Montagevorbereitung.
2. Planungsaspekte a) Objekt
Ausgehend vom Montageobjekt wird angestrebt, Montagen bezüglich Planung und Durchführung sicher und kostengünstig zu gestalten. Montagegerechte Produktgestaltung ermöglicht die Nutzung angepasster Fügeverfahren und erfordert die integrierte Durchführung von Konstruktion und Montageplanung. Werden in der Konstruktion auch nur durchschnittlich 12% der Produktionskosten verursacht (gegenüber 60% in der Montage), so verantwortet sie doch 75% der Kosten (gegenüber 13% durch die Montage).
Neben konstruktiv durchzuführender später Variantenbildung können mithilfe von objektorientierten ABC-Analysen Produktgruppen gebildet und Baugruppenmontagen eingeführt werden, um trotz kleiner Losgrößen den Seriencharakter zu erhöhen.
Durch systemüberschreitende Integration von Einzelteilfertigungsvorgängen in die Montage sowie durch Prozessverkettung mit vor- und nachgelagerten Produktionsschritten können Schnittstellenprobleme (z.B. Material- und Informationsfluss) und der notwendige Steuerungsaufwand verringert werden. Weiterhin sollten Maßnahmen zur Qualitätssicherung des Produkts schon während der Montageprozesse durchgeführt werden. b) Personelle, betriebsmittelbezogene und räumliche Aspekte
Zunächst ist die Frage zu klären, ob die (Teil-)Montage inner- oder außerbetrieblich durchgeführt wird. Im Rahmen von Just in Time-Produktion werden verschiedene Konzepte der außerbetrieblichen Verlagerung angewandt, deren Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung der notwendigen Zulieferer-Abnehmer-Beziehungen, des notwendigen logistischen Aufwands und der Gefahr einer Systeminstabilität durch Fehlteile oder Minderqualitäten zu prüfen ist. Weiterhin ist bezüglich des Auslandsmarktes relevanten Aspekten (logistische Kosten, Ein- und Ausfuhrbestimmungen, Sicherheit des lohnpolitischen Systems, Anteil des local content) eine Entscheidung zwischen Formen der Inlands- und Auslandsmontage zu fällen.
Bei der kapazitätsabhängigen Wahl von Personal und Betriebsmitteln im Unternehmen werden operative wie auch dispositive Funktionen des Montageprozesses zugeordnet. Durch diese Systemgestaltung wird gleichzeitig der Grad der fachlichen und funktionellen Arbeitsteilung und der Automatisierung bestimmt. Im Rahmen der Ermittlung von Montagezeiten (z.B. mit Systemen vorbestimmter Zeiten oder mit Maschinentaktzeiten) sind zur Minimierung von Durchlaufzeiten auch die Rüst- und Vorbereitungsprozesse der Stationen zu beachten.
Weiterhin müssen die aus dem Objekt resultierenden Funktionen der Montage räumlich zugeordnet werden. Innerbetrieblich ist mittels Fabrik- und Layoutplanung die materialflussoptimierte kinematische Anordnung von Arbeitsplätzen und Montageobjekten bezüglich Montagestationen, Peripherieanordnung und Verkettung zu definieren. c) Zeitliche und logistische Aspekte
Die Montageplanung muss insb. darauf abzielen, die Durchlaufzeiten des i.A. hochwertigen Materials in der Montage zur Reduzierung der Umlaufkapitalbindung zu senken. Dies wird durch dynamische Optimierung von Kapazitätsplanungen und der Materialflussorganisation sowie Auflösung von Zwischenlagern durch Einsatz von Just in Time- und Kanban-Strategien ermöglicht.
Durch wachsende Variantenvielfalt steigen die logistischen Ansprüche an die Montageplanung, die Forderungen der gleichmäßigen Nutzung betrieblicher Montageressourcen und der termingerechten Zusammenführung zugehöriger Komponenten zur Variante erfüllen muss.
3. Planungshilfsmittel
Bei der Planung von Montagesystemen sollten Synergieeffekte des Simultaneous Engineering durch Einrichtung von systemgrenzenüberschreitenden Teams genutzt werden.
Die Gliederung der Montageaufgabe und des -ablaufs wird durch die Erstellung von Vorranggraphen und -matrizen erleichtert. Neben Planungskatalogen stehen umfangreiche rechnergestützte Hilfsmittel zur Verfügung. Diese reichen von Projektmanagement-Systemen über CAD-Konstruktionshilfen bis hin zur Echtzeit-Simulation von Verfahren, Prozessen und Anlagen (Milberg, J. 1992). Simulationen bieten sich innerhalb der Montage insb. für Fügeprozess-, Zugänglichkeits- und Kollisionsbetrachtungen an. Sie ermöglichen die Abbildung und Analyse von manuellen und mechanisierten Montagestrukturen wie auch die Berechnung des Nutzens flexibler Montageautomatisierung.
IV. Steuerung und Betrieb der Montage
Die Steuerung von Montageprozessen und -systemen beinhaltet im Rahmen mittelfristiger Planungen die Festlegung des Arbeitsvorrats in Abhängigkeit vom Kapazitätsangebot, die Bereitstellung von Material und Informationen durch Erstellung von Aufträgen und Arbeitspapieren sowie die Planung des Personaleinsatzes.
Kurzfristig ist die Steuerung der Materials durch Transporte und Zwischenlager, die Koordination des Personaleinsatzes sowie die Überwachung des Montagefortschritts und der Qualitätsanforderungen durchzuführen. Wichtige Aufgaben der Montagesteuerung liegen weiterhin im Instandhaltungsmanagement bezüglich der Vermeidung bzw. der Behebung von technischen, organisatorischen und logistischen Störungen, deren Gefahr des Auftretens in der Montage gegenüber der Einzelteilfertigung durch die Anordnung im Produktionsprozess groß ist.
Ziele einer optimierten Montagesteuerung liegen in hoher Termintreue bei niedrigen Durchlaufzeiten und minimaler Umlaufkapitalbindung. Weiterhin wird versucht, unter Bildung einer stabilen Reihenfolge zugehörige Komponenten bei der Montage von Varianten so einzusteuern, dass die Kapazitäten des Personals und der Betriebsmittel hoch und gleichmäßig ausgelastet werden.
Durch den Aufbau der Steuerungsorganisation als Regelkreis (Abb. 8) wird ein dynamischer Vergleich der Planungsdaten mit dem Montagefortschritt ermöglicht.
Abb. 8: Regelkreismodell der Montagesteuerung
Zur Steuerung der Montage werden Modelle der belastungsorientierten Auftragsfreigabe, Kanban-Systeme und Fortschrittszahlenkonzepte eingesetzt. Eine wichtige Organisationsform der kurzfristigen Montagesteuerung ist die konventionelle Meistersteuerung (bestehend aus einem Meister-Vorarbeiter-Montagepersonal/Springer-System). Zunehmend werden Konzepte selbststeuernder Montagegruppen eingesetzt, in denen Meister lediglich beratende Funktionen einnehmen und Gruppenleiter als informatorisches Bindeglied unter Verteilung dispositiver Funktionen eingesetzt werden.
Eine montageorientierte Auftragsabwicklung bezieht weitere Produktionsbereiche in die Steuerung ein. Dabei steht die Montage am Beginn der Auftragsabwicklung und damit der Informationskette, obwohl sie im Materialfluss an letzter Stelle angeordnet ist, und zieht die Aufträge durch die gesamte Abwicklungskette (Eversheim, W. 1987).
Unterstützung erfolgt durch rechnergestützte PPS-Systeme, die auch die Integration von CAQ-Komponenten zulassen sollten (Milberg, J. 1992). Erfolge durch den Einsatz von CIM-Komponenten zur Bildung reaktionsschneller und damit flexibler Montagesteuerungen zeigen sich in erhöhter Materialverfügbarkeit sowie wesentlicher Reduzierung der Durchlaufzeit und der Bestände in der Montage.
Literatur:
Eversheim, W. : Strategien zur Rationalisierung der Montage, Düsseldorf 1987
Eversheim, W. : Organisation in der Produktionstechnik, Bd. 4, 2. A., Düsseldorf 1992
Lotter, B. : Wirtschaftliche Montage, 2. A., Düsseldorf 1992
Miese, M./Schinke, E. : Wirtschaftlichkeitsvergleich und Bewertung alternativer Montagesysteme, in: IndAnz, , S. 1995 – 1999
Milberg, J. : Von CAD/CAM zu CIM, Berlin et al. 1992
Milberg, J./Dieterle, A. : Integration der Demontage in die Produktgestaltung, in: wt, H. 3/1993, S. 42 – 44
Milberg, J./Lotter, B. : Rechnerintegrierte Konstruktion und Planung, in: Rechnerintegrierte Konstruktion und Produktion, Bd. 8, hrsg. v. VDI-Gemeinschaftsausschuss CIM, , Düsseldorf 1992, S. V – XXI
Reinhart, G. : Wettbewerbsfähige Produktion, in: Unsere Stärken stärken, Landsberg a. Lech 1994, S. 187 – 212
Reinhart, G./Eich, B./Koch, M. R. : Standort Deutschland, in: Jb. VDI/ADB 94/95, hrsg. v. VDI-ADB, , Düsseldorf 1994, S. 8 – 26
Reinhart, G./Fichtmüller, N. : Flexible Montagearbeitsplätze erleichtern die Rationalisierung, in: VDI-Z/Montage, H. 4/1994, S. 105 – 107
Schmidt, M. : Konzeption und Einsatzplanung flexibel automatisierter Montagesysteme, in: iwb-Forschungsbericht Nr. 41, hrsg. v. Milberg, J., Berlin et al. 1992
Seitz, D. : Arbeit und Organisation in der Serienmontage, Düsseldorf 1992
Spur, G./Stöferle, Th. : Handbuch der Fertigungstechnik, Bd. 5, München et al. 1986
VDMA, : Statistisches Handbuch für den Maschinenbau, Frankfurt a.M. 1993
Warnecke, H.-J. : Einführung in die Fertigungstechnik, Stuttgart 1990
Zachau, H. : Außenmontage im Maschinen- und Anlagenbau, Berlin 1982
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