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Fertigungsorganisation


Fertigungsorganisation

Definition

Die Fertigungsorganisation besteht in der gezielten und planmäßig aufeinander abgestimmten Koordination der betrieblichen Produktionsfaktoren – „Mensch, Maschine und Material“ –, um die Leistungserstellung mit möglichst hoher Effizienz und unter Einhaltung humaner Arbeitsbedingungen zu wirtschaftlich besten Konditionen zu ermöglichen.

Damit ist die Fertigungsorganisation, auch Produktionsorganisation, Fertigungs- oder Arbeitsvorbereitung genannt, eine Managementaufgabe. Aufgesplittet werden kann sie in die beiden Bereiche Fertigungsplanung und Fertigungssteuerung. Der Einsatz von computergestützten Produktionsplanungs- und Steuerungs-Systemen (PPS-Systemen) oder auch Enterprise-Ressource-Planning (ERP-)Systemen unterstützt die Organisation und vereinfacht die administrativen Prozesse der Fertigung.

Die Fertigungsorganisation als Managementaufgabe

Die Fertigungsorganisation umfasst die planerischen und gestalterischen Aspekte sowie die operativen Tätigkeiten und Aktionen, die im Rahmen der Produktion anfallen. Die Fertigungsorganisation beginnt also bereits bei der Vorbereitung der Leistungserstellung, etwa bei der Personaleinsatzplanung und der Materialbereitstellung. Dazu kommt die Steuerung der wertschöpfenden Prozesse, die zur Herstellung eines Erzeugnisses notwendig sind, sowie die Überwachung des Wertstroms bis hin zur Qualitätskontrolle und -sicherung. Diese Leitungs-, Planungs-, Gestaltungs- und Kontrollfunktionen sind Führungsaufgaben und liegen daher in den Händen des zuständigen Managements der Abteilung – der Produktionsleitung.

Unterhalb der Leitungsebene kann das Management der Fertigungsabteilung weiter nach Aufgabenbereichen differenziert werden. Möglich ist eine Aufgliederung nach Produktportfolios – also der Art der Produkte und Produktfamilien –, nach Fertigungsverfahren oder -linien sowie anhand der eingesetzten Ressourcen. Eine solche Differenzierung findet in der Regel in industriellen Großbetrieben mit diversifiziertem Angebot statt. In der Lebensmittelherstellung ist zum Beispiel eine Unterscheidung in Tüten- und Dosensuppen, in Trocken- und Nassfertigung sowie in die Verarbeitung von Rohstoffen aus biologischer und aus konventioneller Landwirtschaft denkbar.

Fertigungsorganisation: Definitionen

Der Begriff der Fertigungsorganisation lässt sich auf verschiedenen Ebenen und mit unterschiedlichen Schwerpunkten definieren. Eine erste allgemeine Definition fokussiert beispielsweise den räumlich-zeitlichen Zusammenhang zwischen Arbeitsmitteln und Personal im Herstellungsprozess, also im Wertstrom:

Die Fertigungsorganisation umfasst die räumliche Anordnung von Arbeitsmitteln und den koordinierten Einsatz von Personal in der zeitlichen Abfolge von Tätigkeiten und Abläufen im Rahmen der Wertschöpfung als Kernprozess der Produktion.

Diese Definition lässt sich erweitern und konkretisieren, indem drei zusammengehörende und aufeinander aufbauende Teilaspekte betrachtet werden. Diese sind das Arbeitssystem an sich, die Fertigungsplanung und die Fertigungssteuerung. Diese Gesamtsicht ist typisch für REFA:

Die Fertigungsorganisation umfasst die Einrichtung, Gestaltung und Nutzung von Arbeitssystemen – und wird im Gegenzug selbst von diesen Faktoren beeinflusst. Basis der Organisation aller Arbeitsabläufe, Vorgänge und Tätigkeiten, die die Produktion betreffen, ist die Ermittlung, Analyse und Bewertung von Ist-Daten. Diese Daten werden einerseits genutzt, um Soll-Daten als Planungsgrundlage abzuleiten. Anderseits sind sie notwendig, um die Produktionskapazitäten, den Personaleinsatz, Materialmengen, Informationsflüsse und Abläufe im Rahmen der Fertigungsplanung festzulegen. Die Umsetzung der Planung an den bestehenden Arbeitssystemen erfolgt durch die Fertigungssteuerung als Lenkungsinstanz. Der Prozess der Leistungserstellung wird über die gesamte Wertschöpfung von seinem Beginn (der Bereitstellung der Ausgangsmaterialien) bis zu seinem Abschluss (dem fertigen Produkt) geführt, überwacht und kontinuierlich verbessert. Die Kontrolle der Prozess- und der Produktqualität ist dabei integraler Bestandteil des Wertstroms.

Die Organisation der Fertigung – eine Typisierung

Bei der Fertigung gibt es verschiedene Typen. Unterscheidungsmerkmal ist zunächst die Mobilität des Produkts als zu fertigendem Objekt. Dieses kann prinzipiell ortsgebunden oder transportabel sein.

  • Ist das Produkt immobil, erfolgt die Fertigung an dessen Einsatzort bzw. am Ort der Nutzung. Das Prinzip der sogenannten Baustellenfertigung wird insbesondere im Hoch- und Tiefbau oder im Anlagenbau umgesetzt. 
  • Ist das Produkt mobil, kann die Anordnung der Betriebsmittel zur Typisierung herangezogen werden. Je nach deren Abfolge kann zwischen dem Verrichtungs- und dem Flussprinzip unterschieden werden.
    • Beim Verrichtungs- oder Funktionsprinzip werden die Arbeiten, die auszuführen sind, nach ihrer jeweiligen Art zusammengefasst. Arbeitsmittel mit vergleichbarer Funktion befinden sich an einem Ort. Identische oder gleichartige Bearbeitungsschritte werden dann zentralisiert in einer Werkstatt oder Werkstätte durchgeführt. Die Wertschöpfung erfolgt prozessorientiert.
    • Beim Fluss- oder Objektprinzip erfolgt die Be- und Verarbeitung im Wertstrom beim kontinuierlichen Durchlaufen der in einer technologisch notwendigen Abfolge angeordneten Arbeitsmittel. Organisationsprinzipien wie die Reihen- oder die Fließfertigung sind hierfür typisch. Die Wertschöpfung erfolgt produktorientiert.
    • Auch eine Kombination des Funktions- und des Objektprinzips ist möglich. Ausprägungen sind die Gruppenfertigung sowie die Werkstattfließfertigung oder die Zentrenfertigung.

Baustellenfertigung

Ist das Erzeugnis, das gefertigt werden soll, zu groß oder zu schwer für einen Transport oder hat es direkten Bezug zu seiner Umgebung, ist es immobil. Es muss also an dem Ort erstellt werden, an dem es genutzt oder eingesetzt werden soll – an seiner Baustelle. Typische Beispiele für solche Objekte sind etwa Bauwerke (also Gebäude, Brücken, Tunnel etc.), Anlagen (wie Windkraft-, Solar-, Förder- und Kläranlagen) oder Nutzflächen (z. B. Sport- und Parkplätze oder auch Parks) – also Immobilien. Aber auch große und komplexe Maschinen (vom Braunkohlebagger bis zur Walzstraße) oder Schiffe (beispielsweise Containerfrachter oder Kreuzfahrtschiffe) sind – zumindest während ihrer Errichtung – stationär.

Die Baustellenfertigung ist an einen Ort, die Baustelle, gebunden. Alle Arbeitsmittel, Materialien und Arbeitskräfte, die zur Fertigung notwendig oder an dieser beteiligt sind, müssen daher an diese Stelle gebracht werden. Zu planen sind dabei nicht nur der räumliche und zeitliche Einsatz des Personals und der Produktionsmittel, sondern auch die entsprechenden Material- und Informationsflüsse. Die meist komplexen logistischen Herausforderungen können mithilfe von Instrumenten wie Fließ- und Ablaufschemata (Flow Charts), Gannt- bzw. Balkendiagrammen oder durch (computerunterstützte) Methoden der Netzplantechnik bearbeitet werden.

Werkstatt-/Werkstättenfertigung

Die Werkstatt- oder Werkbankfertigung ist im Handwerk weit verbreitet. Das Erzeugnis wird in mehreren Arbeitsgängen an einem einzelnen Arbeitsplatz hergestellt. Oft handelt es sich um Auftragsarbeiten nach individuellen Kundenwünschen.

In der Industrie wird dieses Prinzip bei der Herstellung von Einzelstücken aufgegriffen. Erzeugnisse wie Prototypen und Muster, aber auch Kleinserien werden dabei auftragsbezogen als Werkstättenfertigung organisiert. Sind die Herstellungsverfahren mehrstufig und damit komplex, werden die einzelnen Arbeitsschritte oft in verschiedenen Werkstätten mit jeweils gleicher Ausstattung an Arbeitsmitteln durchgeführt. Gleichartige Bearbeitungsgänge lassen sich so zentralisieren, auch an unterschiedlichen Produkten oder Produktfamilien. In jeder Werkstätte wird dabei (meist nur) ein spezieller Bearbeitungsschritt – wie Drehen, Fräsen, Härten oder Lackieren – vorgenommen. Nach der Be- oder Verarbeitung wird das Zwischenprodukt jeweils an den nächsten Arbeitsplatz bzw. in die nächste Werkstätte weitergereicht, bis das Endprodukt vorliegt. Dabei kann der Durchlauf durch die einzelnen Werkstätten produktabhängig variieren.

Die Werkstättenfertigung erhöht die Flexibilität bei der Leistungserstellung und lässt auch die Herstellung individualisierter Varianten eines Erzeugnisses zu. Voraussetzung dafür sind aber entsprechend qualifizierte Arbeitskräfte und insbesondere universell einsetzbare Maschinen, die sich schnell umrüsten lassen. Denn Rüstvorgänge bedingen einen zumindest temporären Stillstand der Maschinen und reduzieren damit die Produktionsgeschwindigkeit. Das Resultat sind eine verminderte Produktivität und längere Durchlaufzeiten. Um diese Beeinträchtigungen zu minimieren, wird möglichst losweise gefertigt.

Auch die Universalmaschinen können, wie die Werkstätten, zum Engpass werden, wenn viele (unterschiedliche) Produkte zu fertigen sind oder alle Erzeugnisse eine bestimmte Werkstätte (z. B. die Lackiererei) – zum Teil auch mehrmals – durchlaufen müssen. Die daraus resultierenden Transportwege zwischen den Werkstätten sowie Warte- und Lagerzeiten mindern die Effizienz. Die Gesamtanlageneffektivität (GAE) und die Verschwendung von Ressourcen sind deshalb genau zu überwachen. Idealerweise werden daher die Kapazitäten im Rahmen des Workflow-Managements anhand von Maschinenbelegungsplänen oder über ein Enterprise-Ressource-Planning- (ERP-)System geplant. Bei einer Lean Production greift hier oftmals die Kanban-Steuerung.

Reihenfertigung

Bei der Reihenfertigung entspricht die Anordnung der Arbeitsmittel und der Arbeitsplätze dem Produktionsverlauf. Die Wertschöpfung nimmt im Wertstrom linear von Station zu Station mit dem Fertigstellungsgrad zu. Werkstücke werden an einem Arbeitsplatz bearbeitet und anschließend an den nächsten Arbeitsplatz weitergereicht. Dies minimiert die Transportwege zwischen den Arbeitssystemen. Zugleich sorgen Puffer zwischen den einzelnen Arbeitsplätzen für ein stets vorhandenes Reservoir an Teilen, die zu bearbeiten oder weiterzugeben sind. Die Produktion erfolgt damit auf ein Werkstück bezogen diskontinuierlich – es bestehen keine direkten zeitlichen Abhängigkeiten zwischen vor- und nachgelagerter Station, also zwischen internen Lieferanten und Kunden. Diese Art der Fertigungsorganisation wird häufig in der Serienproduktion realisiert.

Warte- und Durchlaufzeiten sind kurz, für die Mitarbeiter besteht kein unmittelbarer Zeitdruck. Die Produktion ist übersichtlich und lässt sich leicht überschauen und überwachen. Das Qualifizierungsniveau der Beschäftigten muss nicht hoch sein, da die Arbeiten eher repetitiv sind, sich also permanent wiederholen. Eine schnelle Umstellung auf neue Produkte oder eine Individualisierung der Erzeugnisse ist dabei kaum umzusetzen.

Fließfertigung

Bei der Fließfertigung sind Arbeitsmittel und Arbeitsplätze in der Produktion wie bei einer Reihenfertigung ausgerichtet. Im Gegensatz zu dieser gibt es aber eine (oft strikte) Zeitvorgabe in Form eines Arbeitstakts. Dieser kann in seiner Taktfrequenz allerdings in gewissem Umfang an das Arbeitsaufkommen bzw. die Auftragslage angepasst werden. Die Wertschöpfung wird am Wertstrom, also beim Durchlauf der Werkstücke durch die verschiedenen Stationen der Herstellung, räumlich sichtbar. Der Materialfluss ist aber nicht strikt an die Produktion gekoppelt: Benötigte Teile können auch asynchron an den Arbeitsplätzen zur Verfügung gestellt werden.

Die ausgeprägteste Form der Fließfertigung ist die Fließbandfertigung in der Massen- oder Großserienproduktion. Dabei sind die Werkstücke auf einer sogenannten Transferstraße fest mit dem Transportsystem verbunden und können nur simultan weiterbewegt werden. Der Produkt- und der Materialfluss sind damit synchronisiert und direkt an die Arbeitsschritte und Taktzeiten gekoppelt. Eine Störung an einer Einheit der Transferstraße kann damit im schlimmsten Fall zu einem Stillstand der gesamten Produktion führen.

Die Durchlaufzeiten sind bei der Fließfertigung minimiert, denn die Material- und Informationsflüsse können leicht aufeinander abgestimmt und optimiert werden, sodass es keine (geplanten) Warte- und Liegezeiten gibt. Liefertermine lassen sich so sehr exakt planen. Die Zwischenlagerbestände sind aufgrund des kontinuierlichen Materialflusses niedrig. Die Produktion lässt sich daher leicht überwachen und in der Regel einfach automatisieren. Als Nachteile in Kauf genommen werden müssen dafür eine geringe Flexibilität bei der Produkt- oder Variantenvielfalt und eine oft monotone, repetitive, einseitig belastende Tätigkeit für die oftmals gering qualifizierten Beschäftigten.

Gruppenfertigung

Bei der Gruppenfertigung ist einerseits das Funktionsprinzip realisiert: Die für die Bearbeitung notwendigen Arbeitsmittel und das dazugehörende Personal zur Herstellung bestimmter Erzeugnisse – Teile, Baugruppen oder Produkte – werden an einem Ort zusammengefasst. In einer solchen Arbeitsgruppe wird dann andererseits in der Regel das Flussprinzip bei den Abläufen oder Arbeitsschritten umgesetzt.

Eine moderne Form der Gruppenfertigung besteht in der Einrichtung von Fertigungsinseln, -segmenten oder -zellen als Fertigungszentren. Hier sind Arbeitsgruppen tätig, die viele Elemente der Fertigungssteuerung selbst übernehmen. So sind sie beispielsweise (teil-)autonom in Bezug auf Termine, Arbeitszeiten, Urlaubs- und Vertretungsregelungen und planen auch Wartungs- und Instandhaltungsvorhaben. Läuft der Materialfluss nicht automatisch, handelt es sich bei dem Fertigungszentrum um eine Produktionsinsel. Ist er automatisiert, wird das Fertigungszentrum als flexibles Fertigungssystem bezeichnet, bei dem in letzter Konsequenz auch der Werkstückfluss automatisiert werden kann.

Bei der Werkstattfließfertigung sind die Werkstätten die funktionsbezogenen Einheiten. Ihre Abfolge bildet die Reihenfolge der Arbeiten in der Fließfertigung ab, also den objektbezogenen Wertstrom. Die Erzeugnisse durchlaufen die Werkstätten damit in einer vorgegebenen Reihenfolge bis zu ihrer Fertigstellung nur ein einziges Mal.

Die Gruppenfertigung mit ihren komplexen Abläufen steigert die Flexibilität in der Produktion. Gleichzeitig sinkt die Anfälligkeit für Störungen. Die Arbeiten sind weniger monoton und interessanter als die Fließfertigung. Solche herausfordernden Arbeitsbedingungen verlangen dann allerdings nach höher qualifiziertem und motiviertem Personal. Da die Transportwege kurz sind und im Team eine schnellere Bearbeitung möglich ist, verringern sich die Durchlaufzeiten. Die Produktivität und Effizienz der Produktionseinrichtung erhöhen sich. Allerdings ist die technische Ausstattung etwa einer Fertigungsinsel kostspielig und erfordert höhere Investitionen.

Lean Production

Die Lean Production ergibt sich aus der Anwendung der Lean-Prinzipien in der Fertigung. Grundpfeiler sind dabei die Kundenorientierung und die Vermeidung jeglicher Form von Verschwendung (Muda).

Für die Fertigung – und damit die Fertigungsorganisation – lassen sich daraus zwei Konsequenzen ableiten:

  1. Alle Prozesse sind auf die Anforderungen der Kunden auszurichten. Dazu ist das Pull-Prinzip umzusetzen. Die Steuerung erfolgt idealerweise über Kanban.
  2. Jede Vergeudung von Ressourcen ist zu vermeiden, um eine möglichst hohe Produktivität und Effizienz zu erreichen. Als Bewertungsmaßstab dient die Gesamtanlageneffektivität (GAE), auch Overall Equipment Effectiveness (OEE) genannt.

Die Individualisierung der Produkte nach Kundenwunsch – bis hin zur „Losgröße 1“ – bei gleichzeitiger Verringerung der Durchlaufzeiten und Minimierung der Kosten ist also das angestrebte Ziel der Lean Production.

In der Realität der Fertigung schließen sich diese Ansprüche allerdings teilweise gegenseitig aus: Während die Werkstatt- oder Werkbankfertigung hochflexibel ist, ist sie auch (zeit-)aufwendig und damit teuer. Die Massenfertigung ist dagegen extrem unflexibel, aber aufgrund des hohen Automatisierungsgrads hocheffizient. Auf den Stückpreis des Produkts heruntergebrochen ist sie damit die kostengünstigste Alternative. Individualität und Effizienz können dagegen in der Kombination der Fertigungsprinzipien Verrichtungsorientierung und Objektorientierung erreicht werden. Dies lässt sich mit der Werkstattfließfertigung, der Inselfertigung und auch in anderen dezentralen oder modularen Systemen erreichen – bei oftmals zunächst hohen (Investitions-)Kosten.

Das Lean-Prinzip ist aber nicht an eine bestimmte Fertigungsorganisation gekoppelt. Es kann immer dann umgesetzt werden, wenn die Mitarbeiter motiviert und zum Mitdenken angeregt werden. Als Experten in ihrem Arbeitssystem, also am Ort des Geschehens (Gemba), kennen sie die jeweiligen Schwachstellen, Störfaktoren und Unzulänglichkeiten ihrer Produktionseinheit und können Verbesserungsvorschläge einbringen. Sind sie für ihren Arbeitsbereich verantwortlich, haben sie ein Interesse daran, drohende Störungen zu erkennen, darüber zu informieren oder sie selbst zu beheben. Mit ihrer Kenntnis der Abläufe und der eingesetzten Technik sind sie in der Lage zu beurteilen, wann welche Materialien in welcher Menge bereitzustellen sind, wie Rüstzeiten minimiert oder wann ein Arbeitsmittel gewartet oder instandgesetzt werden sollte.

Die Motivation der Beteiligten ist der Schlüssel zu diesem persönlichen Einsatz. Sie ist einerseits das Resultat aus wertschätzender Führung und Qualifizierungsmaßnahmen im Rahmen der Personalentwicklung. Andererseits müssen die Bedeutung der einzelnen Prozesse bei der Wertschöpfung sowie die eigene Rolle dabei transparent sein. Unter diesen Voraussetzungen sind die Arbeitnehmer bereit, zur Befriedigung der Ansprüche der Kundschaft beizutragen. Die Mitarbeiter auf diese Weise einzubinden, ist eine anspruchsvolle, aber lohnende Führungsaufgabe.

Fazit

Die Organisation der Fertigung ist eine komplexe Aufgabe, die zudem stark vom herzustellenden Erzeugnis, dem Produktportfolio und Produktionsmengen abhängt. Daher gibt es nicht „die einzig richtige“ Fertigungsorganisation, sondern nur mehr oder weniger perfekt auf die herrschenden Bedingungen abgestimmte Formen.

Die gängige Unterscheidung zwischen Funktions- und Objektprinzip bei der Fertigungsorganisation ist in erster Linie eine theoretische. Eine scharfe Trennung und Ausrichtung der Fertigung nach einem dieser Prinzipien ist in der Praxis nicht immer möglich und auch gar nicht unbedingt sinnvoll. Generell steht die unternehmerische Entscheidung im Vordergrund, nicht die Umsetzung der Theorie: In Betracht zu ziehen sind die Eigenschaften der zu fertigenden Produkte oder Produktgruppen, bauliche und technische Gegebenheiten sowie personelle und rechtliche bzw. normative Rahmenbedingungen. All diese Faktoren führen zu verschiedensten Kombinationen auf Ebene der Organisation. Dies wird sichtbar an der Vielfalt der Mischformen, die bei der Fertigungsorganisation auftreten.

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