Ein Fabriklayout verdeutlicht die Produktionsstrategie eines Unternehmens. Dazu verbindet es die Arbeitsabläufe sowie die Bewegung und Lagerung von Materialien zu einem Gesamtprozess. Ausschlaggebend für die Layoutgestaltung ist das Produktionsziel. Das kann die Fertigung auf Bestellung, das One-Piece-Flow-Prinzip, die zellulare Fertigung oder die Serienfertigung sein. Die Fabrikplaner müssen im Hinblick darauf entscheiden, welche Maschinen sie einsetzen, wie sie angeordnet und wie viel Platz sie für den Materialtransport, den Zugang der Arbeiter und die Wartung benötigen werden.
Auf dem Greenfield optimieren
Bei der Fabrikplanung kommen prinzipiell zwei Szenarien in Frage: das Greenfield- und das Brownfield-Szenario: Das Greenfield-Szenario bezieht sich auf den Neubau einer Fabrik. Die Planer starten hier buchstäblich auf einem leeren Blatt Papier oder Bildschirm, sodass sie das Layout mit wenig Einschränkungen optimieren können. Die Gestaltung beginnt meist vor dem Abschluss der Bauarbeiten des Gebäudes. Denn so können beispielsweise benötigte Komponenten wie Luftfilter an den richtigen Stellen berücksichtigt werden. In manchen Fällen ist ein konzeptionelles Layout sogar noch während der Bauplanung erforderlich, da es wichtige Angaben für die Fabrik wie die benötigte Fläche, die Anzahl der Verladedocks und Größe des Materiallagers enthält.
Bestehendes verbessern
Im Brownfield-Szenario wird ein existierendes Fabriklayout überarbeitet. Die Gründe dafür sind vielfältig: So kann es möglich sein, dass sich die hergestellten Produkte oder die Mengen verändern oder dass die Effizienz gesteigert werden soll. Die Herausforderung besteht vor allem darin, die Arbeitsabläufe innerhalb der vorhandenen Einschränkungen zu optimieren. Denn die Zufahrtswege sind oft festgelegt, das Gebäude selbst hat eine bestimmte Fläche und Konfiguration, Versorgungsleitungen sind nur in bestimmten Bereichen verfügbar oder es gibt Hindernisse wie Säulen.
Schritte im Planungsprozess
Für die digitale Fabrikplanung ist ein detailliertes Verständnis des Herstellungsprozesses erforderlich. Am Ende steht ein 3D-Modell, das sich für die Bewertung verschiedener Produktionsszenarien und die Lösung spezifischer Herausforderungen eignet. Viele Hersteller möchten zudem einen digitalen Zwilling generieren, der u.a. für die virtuelle Inbetriebnahme und für Tests genutzt werden kann. Die Umsetzung erfolgt in der Regel in drei Schritten:
1. Definieren und starten
Für die Planung eines Fabriklayouts sollten formale Ziele und ein Umfang definiert werden. Auch potenzielle Einschränkungen, Fristen und Interessengruppen sollten vorab bestimmt werden. Die Identifizierung des Umfangs und der Einschränkungen ist insbesondere bei Brownfield-Szenarien herausfordernd: Die Gesamtfläche ist begrenzt und kann so konfiguriert sein, dass Änderungen komplex und teuer sind. Außerdem soll die Produktion häufig weiter laufen, während die Fertigung überarbeitet und Anlagen neu platziert werden. Daher sollte für diesen Schritt ausreichend Zeit eingeplant werden.
2. Beginn der Planung
Sobald die Rahmenbedingungen festgelegt sind, kann mit der Layoutplanung begonnen werden. Diese beginnt in der Regel mit einer übergeordneten konzeptionellen Übersicht. Daraus geht hervor, wie die Funktionen zueinander angeordnet werden – etwa ob die Bearbeitung neben der Reinigung und diese wiederum neben der Montage liegen soll. In modernen Fabriken verläuft der Herstellungsprozess selten von Anfang bis Ende geradlinig. Produktvarianten und Anpassungswünsche führen dazu, dass Materialien und Komponenten an verschiedenen Stellen einfließen, Arbeitsschritte umgangen werden und unterschiedliche Endpunkte erreichen. Planer müssen diese Variationen verstehen. Die Entwicklung einer vollständigen Karte mit sämtlichen erforderlichen Prozessen kann dabei helfen. So können Planer Abhängigkeiten ermitteln und leichter erkennen, welche Prozesse räumlich nebeneinander und welche möglicherweise getrennt liegen sollten. Es ist beispielsweise in der Regel ratsam, das Schweißen vom Lackieren zu trennen.
3. Detailarbeit
Steht das übergeordnete Konzept fest, folgt die Detailarbeit, bis auf die Automatisierungssysteme wie Roboter und Werkbänke hinunter. Da die Detailarbeit arbeitsaufwendig ist, müssen die Planer einen Kompromiss zwischen Details und Geschwindigkeit finden. Spezielle 3D-Fertigungssimulationssoftwares wie Visual Components können bei dem Prozess unterstützen. Die Anwendungen stellen Standardmodule für verschiedene Produktionsszenarien zur Verfügung, die per Drag&Drop zusammengestellt werden können. Das bietet die Möglichkeit, digitale Layouts und Modelle schnell zu erstellen, zu bewerten und zu überarbeiten.
Schneller starten
Ein Fabriklayout kann nicht allein mit CAD entworfen werden, denn es geht um mehr als die Anordnung der Maschinen. Das Layout muss wirklich funktionieren, ist möglichst optimal abgestimmt und erprobt. Mit Werkzeugen wie Visual Components zur Echtzeitsimulation von Fabrikumgebungen wird diese Aufgabe überschaubarer und die Produktion kommt schneller in die Gänge.
der Raumausnutzung: Durch die Modellierung der Arbeitsbereiche können die Abstände zwischen Robotern und anderen Maschinen oft verringert werden.
der Lagerhaltung: Durch Modelle kann die erforderliche Größe der Lagerräume oft genauer geplant werden, um etwa unnötig große Räume zu vermeiden.
den Transportwegen: Auf Basis der Modellierungen können Plane Stationen im Werk oft mit kürzeren Wegen und weniger Aufwand miteinander verbinden.
Engpässe auflösen: Die Übersicht im Softwaresystem vermittelt den Planern oft erforderliches Wissen, um Produktionsengpässe zu erkennen und abstellen zu können.
