Flow-Shop vs. Job-Shop

Die Technische Universität München und die Hochschule Mannheim gehen neue Wege

Die Modellanzahl und die Ausstattungsvarianten der Fahrzeuge der Automobilhersteller steigen seit mehreren Jahren stetig an. Ein Grund dafür ist die zunehmende Nachfrage nach Individualisierungs- und auch Personalisierungsmöglichkeiten der eigenen Fahrzeuge seitens der Kunden. So hatten die deutschen Automobilhersteller (BMW Group, Daimler AG, Volkswagen Konzern) 2007 zusammen noch lediglich 68  Modellvarianten in ihrem Produktportfolio. Dem gegenüber stehen die zukünftig prognostizierten Zahlen: So berichtet eine Studie von PricewaterhouseCoopers von insgesamt 121, über die deutschen Hersteller verteilte Modellreihen für das Jahr 2019 [Pwc-2013].

Mit steigender Variantenanzahl, entsprechenden Personalisierungsmöglichkeiten und wachsender internationaler Konkurrenz steigt auch der Kostendruck, nicht nur in der Automobilindustrie, sondern allgemein im produzierenden Gewerbe an. Es wird versucht, diesem Trend durch innovative Technologien entgegenzuwirken. So sorgen Entwicklungen im Rahmen der Industrie 4.0 und der Smart Factory für die Implementierung automatisierter, adaptiver, selbstlernender und -agierender Systeme, um sich agil an die dynamischen Veränderungen anpassen zu können. Ein Beispiel hierfür ist im Wandel der Montagesysteme zu sehen: So weicht das altbewährte Montagesystem Flow-Shop zugunsten der Flexibilität immer mehr dem Job-Shop.

Maßgebliches Merkmal für den Flow-Shop ist das Verfahren des Gutes von Arbeitsstation zu Arbeitsstation. Jede Arbeitsstation ist dabei zuständig für eine oder mehrere wertschöpfende Tätigkeiten, wobei die Reihenfolge beider konkret vorgegeben ist. Die langsamste Arbeitsstation ist hierbei verantwortlich für den Takt. Im Gegensatz dazu steht der Job-Shop. Hier sind ähnlich wie im Flow-Shop die zu verrichtenden Tätigkeiten auf unterschiedliche Stationen verteilt. Im Gegensatz dazu steht jedoch die räumliche Aufteilung der Stationen. So erlaubt der Job Shop ein Abweichen von der zuvor fixierten Bearbeitungskette hin zu flexiblen Bearbeitungsstrategien. Hierdurch wird das gegebene Produktionsprogramm entkoppelt und eine 2-dimensionale Aufteilung der Güter ermöglicht, wovon sich Unternehmen die angesprochene Flexibilitätssteigerung erhoffen. 

Sowohl in der Industrie als auch in der Forschung werden aktuell die Vor- und Nachteile beider Konzepte untersucht. Ein Vergleich der Montagesysteme, die Identifikation von deren Potentialen und das Ableiten entsprechender Strategien zur Konzeptionierung bei gegebenen Randbedingungen werden hierbei angestrebt.

Der Lehrstuhl für „Fördertechnik Materialfluss Logistik“ (fml) der Technischen Universität München beschäftigt sich im Rahmen von Industrie- und Forschungsprojekten intensiv mit der Konzeptionierung zukünftiger Produktionssysteme und deren Versorgung. Für die beschriebene Thematik hat sich der Lehrstuhl fml für einen besonderen Forschungsansatz entschieden. Das Ziel war es, die Themen „Smart Factory“ und „modulare Produktion“ in das Lehr- und Ausbildungsangebot stärker zu integrieren. Zum Ende des Jahres 2018 veranstaltet der Lehrstuhl fml daher zusammen mit Prof. Dr. Michael Hauth von der Hochschule Mannheim einen Studentenwettbewerb.

Die Studenten der Hochschule Mannheim sowie der Technischen Universität München werden im Rahmen eines „Hackathons“ den Aufbau und Ablauf eines Job-Shop-Systems gestalten. Ausgangssituation ist ein fiktives Flow-Shop-System mit festen Takten und definierten Arbeitsschritten. Die Aufgabe besteht darin, auf Basis des Flow-Shop-Systems ein Job-Shop-System zu entwickeln. Die Studenten haben dabei die Möglichkeit, die definierten Takte aufzulösen und die Anzahl an Montageinseln sowie deren jeweilige Arbeitsschritte neu zu definieren. Neben der Anzahl an Stufen, der Anzahl an Montagestationen je Stufe sowie der Leistungstiefe der Montagestationen entwickeln die Studenten zusätzlich einen Steuerungsalgorithmus, der die individuelle Abfolge der Werkstücke durch die Produktion bestimmt. Durch den Einsatz einer Simulationssoftware, die das Produktionsprogramm variiert und den Materialfluss abbildet,  können die entwickelten Job-Shop-Systeme überprüft, optimiert und mit dem Flow-Shop verglichen werden.

Die Ergebnisse des Hackathons bilden dabei die Grundlage für weitere Forschungstätigkeiten, die einerseits intern durch eigene Forschungsprojekte oder extern im Rahmen von Studien- und Abschlussarbeiten intensiviert werden können.

[Pwc-2013]         „How to stay No. 1! Impulse für die zentralen Herausforderungen in der Automobilindustrie.“, Stuttgart 2013

Autoren

Kauke, Dirk;

Mayershofer, Christopher;

Prof. Dr. Michael Hauth;

Prof. Dr.-Ing. Johannes Fottner

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