Fabrikplanung: Definition, Methoden, Vorgehen

Was ist Fabrikplanung?

Die Fabrikplanung wird laut VDI als die strukturierte Planung von Fertigungsanlagen definiert. Zu diesem komplexen Vorhaben gehören im Wesentlichen die Gebäudeplanung, die Gestaltung des Fertigungsanlagenlayouts sowie die Planung der Ver- und Entsorgung einschließlich der detaillierten Materialflussplanung. Darüber hinaus umfasst sie die Verknüpfung der Fertigungsanlagen untereinander sowie mit allen vor- und nachgelagerten Prozessstufen. Innerhalb von Fabrikplanungsprojekten können diverse übergeordnete Planungsfälle aus dem Lebenszyklus einer Fabrik abgeleitet werden. Grundsätzlich wird dabei zwischen der Neuplanung, also der sogenannten Green-Field Planung, und der Umplanung bestehender Fabriken, der Brown-Field Planung, unterschieden. Auch die Revitalisierung oder der Rückbau von Fabriken fallen in diesen Bereich. Projekte der Fabrikplanung sind in der Regel systematisch in aufeinander aufbauenden Phasen organisiert und reichen von der ersten Ideenfindung bis zum endgültigen Hochlauf der Produktion. Abhängig von der individuellen Zielsetzung und den Anforderungen kann dieser standardisierte Ablauf jedoch dynamisch im Umfang und Detaillierungsgrad variieren.

Bedeutung der Fabrikplanung

Die Bedeutung der Fabrikplanung liegt vor allem in ihrer Rolle als Grundlage für eine wertschöpfende Produktion und Logistik. Ein ineffizientes Layout, das beispielsweise Mängel bezüglich der Materialflüsse oder eine unzureichende Veränderungsfähigkeit aufweist, kann schnell zu einem hohen Kostenfaktor für Unternehmen werden. Ebenso stellt eine ineffiziente Dimensionierung von Fertigungsanlagen eine wirtschaftliche Belastung dar. Die Fabrikplanung begegnet diesen Herausforderungen durch verschiedene strategische Maßnahmen, wie etwa die Neuplanung durch einen Neubau an einem anderen Standort oder die Reorganisation am bereits bestehenden Standort. Zudem kann eine Erweiterung oder ein Anbau am bestehenden Standort notwendig sein. Eine weitere wichtige Bedeutung liegt in der Schaffung von flexiblen und wandlungsfähigen Anpassungsmöglichkeiten bestehender Fabrikstrukturen, um auf sich stetig ändernde Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise ändernde Kundenanforderungen, rechtzeitig reagieren zu können.

Wann ist Fabrikplanung sinnvoll?

Die Anlässe, durch die eine Fabrikplanung veranlasst wird, sind sehr vielfältig und werden meist durch unterschiedliche Impulse getrieben. Externe Impulse entstehen unter anderem durch die globalvernetzte Leistungserstellung, die zunehmende Individualisierung der Produkte sowie durch integrierte Produkte und Dienstleistungen. Auf der anderen Seite stehen interne Impulse, wie die Nutzung neuer Technologien, die Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz, die reaktive Schwachstellenbeseitigung oder präventive strategische Impulse. Fortwährende Änderungen in der Umwelt, der Politik, der Gesellschaft, der Weltwirtschaft sowie in der Technologie sind ständige Anlässe, die Maßnahmen der Fabrikplanung erforderlich machen.

Fabrik der Zukunft

Die Fabrik der Zukunft stellt völlig neue Ansprüche an die Fabrikplanung, da moderne Produktionsstätten veränderungsfähig gestaltet werden müssen, um auf geänderte Rahmenbedingungen bestmöglich anpassbar zu sein. Dabei spielt die Nutzung neuester Technologien hinsichtlich Automatisierung und Digitalisierung eine zentrale Rolle. Dies umfasst den Einsatz von Robotern, fahrerlosen Transportsystemen (FTF) und automatischen Lagersystemen sowie die Nutzung von Manufacturing Execution Systems (MES) für operative Fertigungsprozesse und den Einsatz von KI-Algorithmen in bestehenden Systemen wie ERP. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Wandel der Arbeitswelt, weshalb zukünftige Fabriken so geplant werden müssen, dass sie mit weniger Fachpersonal betrieben werden können. Die Arbeitsplätze sind dabei physiologisch und digital ergonomisch zu gestalten. Darüber hinaus müssen Produktionsstätten und Fabriken nachhaltige und ökologische Zielsetzungen erfüllen. Letztendlich dient dies auch der Steigerung der Attraktivität des Arbeitsplatzes, bedingt durch den allgemeinen Fachpersonalmangel.

Ziele der Fabrikplanung

Die primären Ziele der Fabrikplanung umfassen:

die Gestaltung der Fabrik aus der Prozesssicht, welche den Fertigungs- und Logistikablauf beinhaltet,
sowie aus der Raumsicht des Fabrikgebäudes.

Zu den wichtigen Zielfeldern gehört die Veränderungsfähigkeit bezüglich kommender veränderter Rahmenbedingungen, wie beispielsweise die Skalierbarkeit der Fertigungsbereiche oder -ressourcen. Zudem zählt die ergonomische Gestaltung der Arbeitsplätze, etwa im Hinblick auf Lärmbelastung und Licht, zu den elementaren Zielen. Ein weiteres Kernziel ist die effiziente Gestaltung der Materialflüsse, wobei Aspekte wie Stetigkeit und Länge im Fokus stehen. Ferner erfordert die Planung die Berücksichtigung ökologischer Ziele, was den Einsatz nachhaltiger Materialien und einen effizienten Ressourceneinsatz einschließt. Auch die Organisation und Kommunikation, beispielsweise durch transparente Stellflächen, spielt eine wichtige Rolle. Nicht zuletzt gehört die Förderung von Identität und Ästhetik des Fabrikgebäudes zu den erklärten Zielen.

Aufgaben der Fabrikplanung

Um den Projekterfolg zu gewährleisten, umfassen die Aufgaben der Fabrikplanung eine Vielzahl koordinierter Schritte. Dazu zählt zunächst die Diskussion und Gewichtung relevanter Zielkriterien innerhalb der vordefinierten Zielfelder, um den Projekterfolg zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe ist die Erfassung und Dokumentation der vorhandenen Objekte, wie Maschinen, Regale und Transportmittel, sowie der Prozesse für Fertigung, Montage und Logistik. Anschließend erfolgt die Dimensionierung von Produktions- und Lagerflächen. Darauf aufbauend wird die Unterteilung der Fabrik in verschiedene Funktionsbereiche vorgenommen. Abschließend gehören die Anordnung und Ausgestaltung der Funktionsbereiche sowie deren Bewertung nach vordefinierten Kriterien zu den Hauptaufgaben.

Objekte der Fabrikplanung

Die Objekte der Fabrikplanung beziehen sich auf die Anordnung und Gestaltung von Fabrikobjekten in einer Gebäudehülle oder an einem Standort. Je nachdem, auf welcher Betrachtungsebene man sich befindet, können diese Fabrikobjekte Werkshallen, Fertigungsbereiche, Arbeitsplätze oder Betriebsmittel sein. Zu den zentralen Aspekten gehört die Berücksichtigung von Flächen zur Materialbereitstellung, die Zugänglichkeit von Betriebseinrichtungen und Bearbeitungsseiten von Maschinen. Auch die Berücksichtigung der Technischen Gebäudeausstattung (TGA) ist ein Objekt der Planung. Darüber hinaus erfordert dies die Dimensionierung notwendiger Wegbreiten, die ausgehend von der bestehenden Arbeitsstätten-Richtlinie ermittelt werden. Die Anbindung an die externe Logistik, also Wareneingang und Warenausgang auf dem Werksgelände, stellt ein weiteres wesentliches Betrachtungsobjekt dar.

Planungsbereiche der Fabrikplanung — Bild 3: Bereiche der Fabrikplanung

Bestandteile der Fabrikplanung

Die Bestandteile der Fabrikplanung sind vielschichtig. Ein wesentlicher Bestandteil ist die Auswahl eines geeigneten Produktionsstandorts hinsichtlich logistischer Anbindung und vorhandener Ressourcen, insbesondere Personal. Im Anschluss erfolgt die Ermittlung der benötigten Betriebsmittel und Lagerplätze sowie damit zusammenhängender Flächenbedarfe. Ein weiterer elementarer Schritt ist die Verbesserung der Produktions- und Logistikprozesse im Rahmen des Prozessdesigns. Dies führt zur Überführung des Produktions- und Logistikprozesses in eine Fertigungs- bzw. Fabrikstruktur. Danach steht die Implementierung der Fabrikstruktur in einem Layoutkonzept mittels Anordnung der Fabrikobjekte innerhalb vordefinierter Bereiche oder Gebäude im Fokus. Den Abschluss bildet die Realisierung des Layoutkonzepts bestehend aus der Vorbereitung, wie der Umzugsplanung, und der Umsetzung.

Vorgehen bei der Fabrikplanung

Das Vorgehen bei der Fabrikplanung gliedert sich in verschiedene, systematische Phasen.

1. Aufnahme und Diskussion der Ziele
Der erste Schritt umfasst die Aufnahme und Diskussion der Ziele, was die strategische Ausrichtung, die Gewichtung der Gestaltungsfelder und die Operationalisierung der Zielkriterien einschließt.

2. Erfassung der Fabrikobjekte
Anschließend erfolgt die Erfassung aller vorhandenen und die Erarbeitung der notwendigen Fabrikobjekte.

3. Aufnahme der Prozesse im Shop Floor
En weiterer wichtiger Schritt ist die Aufnahme der vorhandenen Produktions- und Logistikprozesse mittels Interviews der Mitarbeitenden im Shop Floor.

4. Erarbeitung der Fabrikstruktur
Basierend auf diesen Informationen wird die Erarbeitung einer Fabrikstruktur in Workshop-Charakter vorgenommen.

5. Gestaltung und Bewertung von Layoutvarianten
Den Abschluss bildet die Gestaltung und Bewertung von Layoutvarianten in mehreren aufeinander aufbauenden Workshops.

Schritte bei der Fabrikplanung — Bild 2: Ablauf der Fabrikplanung

Methoden und Werkzeuge der Fabrikplanung

Für eine erfolgreiche Umsetzung greift die Fabrikplanung auf bewährte Methoden und Werkzeuge zurück. Als Rahmen dient häufig das Vorgehensmodell der Synergetischen Fabrikplanung, oftmals nach Wiendahl. In der Prozessanalyse kommen Prozessflussdiagramme, die Wertstromanalyse und Arbeitsablaufdiagramme zum Einsatz. Die Objektanalyse bedient sich Techniken wie Laserscan, Photogrammetrie und Kartierung via Drohne. Weiterhin spielen die Arbeitsplatzgestaltung nach ergonomischen Prinzipien, Arbeitsablauf- und Bewegungsanalysen eine große Rolle. Ein Fokus liegt auf Lean-Methoden wie 5S, Kanban, Kaizen und Just-in-Time (JIT). Zudem werden CAD-Systeme, Simulationstools wie Plant Simulation, BIM und Layoutplanungs-Software wie VisTable verwendet.

Beteiligte an der Fabrikplanung

Zahlreiche Akteure beteiligen sich an der Fabrikplanung. Dazu gehören beteiligte Produktionsabteilungen mit dem Produktionsleiter und Logistikleiter. Ebenso nehmen Werks- oder Standortleiter sowie die Geschäftsführung als Bauherr und Bauleiter eine Rolle ein. Aus der Gebäudesicht sind Architekt*innen beteiligt, ergänzt durch Planer*innen der Technischen Gebäudeausstattung. Für die Einhaltung von Vorschriften sorgen Sicherheitsbeauftragte, während der Betriebsrat die Belegschaft vertritt. Dem Fabrikplaner obliegt die Projektsteuerung aus der Prozesssicht.

Vor- und Nachteile der Fabrikplanung

Eine professionelle Fabrikplanung bietet Kostenvorteile, denn eine Fabrik mit ineffizienten und/oder nicht veränderbaren Strukturen kostet kurz-, mittel- oder langfristig viel Geld. Dem gegenüber steht die Herausforderung, dass zukünftige Entwicklungen aus externer Perspektive, wie Markt und Politik, sowie aus interner Perspektive durch Technologie und Organisation nie vollständig vorhergesehen werden können. Daher ist ein gewisser Grad an Veränderungsfähigkeit einzuplanen. Allerdings sind logistische Effizienz und Veränderungsfähigkeit meist gegenläufige Zielgrößen, die in der Fabrikplanung ausbalanciert werden müssen.

Erfolgsfaktoren der Fabrikplanung:

Der Erfolg der Fabrikplanung hängt von verschiedenen Faktoren ab. Ein Erfolgsfaktor besteht darin, heute schon potenzielle Entwicklungen der Zukunft in die Planung einfließen zu lassen. Zudem muss die Verknüpfung von Objekt- und Prozessdaten funktionieren, es muss alles reinpassen und der produktionslogistische Ablauf, also der Materialfluss, muss optimal gestaltet werden. Ein strukturiertes Vorgehen, bei dem vom Groben ins Feine geplant wird, ist unerlässlich. Nicht zuletzt ist es wichtig, alle Beteiligten an einen Tisch zu holen und auch das Change Management mitzudenken.

Technologische Innovationen und Trends in der Fabrikplanung

Die Trends in der Fabrikplanung werden stark durch Innovationen geprägt. Eine zentrale Rolle spielt die digitale Planung und Bewertung von Fabriken mittels digitaler Planungssoftware, wie beispielsweise VisTable. Darauf aufbauend kommt die 3D-Visualisierung der Fabrik unter Nutzung von 3D-Darstellungen als Virtual Reality Modell (VR) zum Einsatz. Ein weiterer Trend sind Kollisionsprüfungen in einer bestehenden Fabrik mittels Augmented Reality (AR). Zudem wird der Scan bestehender Fabriklayouts mittels Drohnen angewandt, wobei die Photogrammmetrie zur Verarbeitung der erhobenen Daten dient. Auch Planungsalgorithmen zur Optimierung von Layout- und Realisierungskonzepten, wie in Forschungsprojekten des IPH, stellen Innovationen in der Fabrikplanung dar.

Leistungen des IPH

Das IPH bietet diverse Leistungen für die Fabrikplanung an. Dazu gehört die Moderation von Workshops zur Gewichtung relevanter Zielkriterien. Ein Schwerpunkt ist die Erfassung der Produktions- und Logistikobjekten mittels moderner Technologie wie Drohne oder Laserscanner. Das IPH führt strukturierte Interviews mit Prozessbeteiligten aus verschiedenen Abteilungen zur Erfassung und Modellierung des Produktions- und Logistikprozesses durch. Zudem werden digitale Methoden zur Erfassung mittels Simulation und Visualisierung bestehender oder prognostizierter Materialflüsse mit vistable eingesetzt. Neben der Moderation von Workshops zur optimalen Fabrikstruktur und anschließenden Layoutanordnung, legt das IPH großen Wert auf die Involvierung aller Mitarbeitenden aus Change Management Perspektive entlang des gesamten Planungsablaufs der Fabrikplanung.

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