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Stuart Nathan Di, Okt 12, '21 6 min read

Alles, was Sie schon immer über Fabrikplanung wissen wollten

Was ist Fabrikplanung? Und wie unterscheidet sie sich von der Produktions- oder der Layoutplanung? Hier erfahren Sie alles, was Sie dazu wissen müssen.

Herzlichen Glückwunsch! Ihre nagelneue Fabrik ist endlich fertig. Wahrscheinlich sieht alles noch etwas spartanisch aus: gegossener Betonboden, vier Wände und ein Dach, Strom- und Wasseranschlüsse.

Um Ihre Fabrik wirklich in Betrieb nehmen zu können, fehlt also noch so einiges. Vor Produktionsstart müssen noch Anlagen, Geräte, Ausrüstung, etc. installiert werden - kurzum, alles, was Sie für Ihre Fertigungslinie benötigen. Willkommen in der Welt der Fabrikplanung!

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Wie Produkte in einer Fabrik hergestellt werden

Die meisten Unternehmen, die sich näher mit dem Thema Fabrikplanung befassen, haben oftmals bereits genaue Vorstellungen davon, wie die Fertigung ablaufen soll:

  • Als Erstes müssen Rohstoffe und/oder Halbzeuge besorgt werden.
  • Diese werden in konkreten Fertigungsschritten so in Form gebracht, wie sie für die spätere Verwendung benötigt werden. Häufig kommen dafür spezielle Werkzeugmaschinen zum Einsatz.
  • Als Nächstes folgt die Montage, die von Menschen oder Robotern durchgeführt werden kann.
  • Manchmal schließt sich noch eine Endfertigungsphase an, z. B. in Form von zusätzlichen Polier- und Lackierschritten.
  • Bevor das Produkt ausgeliefert werden kann, ist eine letzte Qualitätskontrolle notwendig. So wird sichergestellt, dass das Endprodukt alle Standards erfüllt.

Außerdem muss das Produkt jeweils von einer Produktionsetappe zur nächsten transportiert werden.

Aber selbst, wenn man sich über diese Abläufe im Klaren ist, ist es nicht gerade einfach, herauszufinden, wie die Anlagen und Geräte am besten in der Fabrik aufgestellt werden sollten, um die Fertigung so effizient wie möglich zu gestalten. Daher ist es oftmals sinnvoll, sich für die Fabrikplanung professionelle Unterstützung zu suchen.

Ein Gefühl für die Produktionshalle bekommen

Die erste Aufgabe eines Fabrikplaners besteht in der Regel darin, sich einen guten Überblick über die räumlichen Gegebenheiten zu verschaffen. Vielleicht kennt er sich in der Fabrik schon gut aus, möchte sich aber den Ist-Zustand der Anlage noch einmal näher prüfen.

Neben den Raumabmessungen ist es wichtig, die Lage bereits vorhandener Strukturen zu kennen, z. B. von Pfeilern, Säulen, Dachstühlen sowie Wasser- und anderen Anschlüssen. Außerdem muss klar sein, wo sich Zugänge für Menschen und Rohstoffe/Halbzeuge befinden.

Um dazu genauere Daten zu gewinnen, können mobile Mappingtechnlogien wie Laserscanner eingesetzt werden: Die mit diesen Geräten erfassten Punktwolkendaten können dann in CAD-Programme importiert und dort für die Planung des Fabriklayouts verwendet werden.

Die Komplexität dieses Fabriklayouts hängt neben anderen Faktoren maßgeblich von dem Produkt ab, das hergestellt werden soll.

Der Produktionsprozess muss in verschiedene Phasen unterteilt werden, wobei jeder Schritt gut durchdacht sein muss.

Wenn zum Beispiel Metall für den Automobilbau in bestimmte Formen gebracht werden muss, stellen sich Fragen wie:

  • Lässt sich das benötigte Teil durch Biegen von Blechen, Schleifen von Blöcken, Bohren von Löchern, oder einer Kombination aus all diesen Möglichkeiten fertigen?
  • Können diese Fertigungsschritte durch multifunktionale Werkzeugmaschinen erledigt werden oder müssen die Arbeiten manuell durch einen Menschen ausgeführt werden?
  • Soll die Verbindung zwischen zwei Halbzeugen per Schweißen oder Kleben realisiert werden? Oder würden sich mechanische Verbindungen wie Nieten, Schrauben oder Bolzen eher anbieten?
  • Muss eine stabile Stromverbindung bestehen?
  • Welche Toleranzen müssen während der Fertigung eingehalten werden?

In jedem Fall muss in der Fabrikplanung genügend Raum für die Maschinen und Werkbänke einkalkuliert werden. Anschließend muss die jeweils passende Ausrüstung bestimmt und an den richtigen Ort gebracht werden.

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Die Unterschiede zwischen Produktions-, Fabrik- und Layoutplanung

Es ist wichtig, zwischen Fabrikplanung, Produktionsplanung und Layoutplanung zu unterscheiden, auch wenn diese drei Begriffe manchmal synonym verwendet werden.

Mit Produktionsplanung meint man in der Regel einen kurzfristigen Prozess, der die Planung des täglichen Betriebs einer bestehenden Anlage umfasst, um sicherzustellen, dass diese reibungslos läuft und die Ziele des Unternehmens erfüllt werden.

Bei Fabrikplanung hingegen handelt es sich um einen mittel- bis langfristigen Prozess, bei dem man sich vor allem auf die Planung anhand der räumlichen Gegebenheiten und die für die Produktion benötigten Anlagen konzentriert, aber auch Lösungen für Probleme entwickelt, die während des Betriebs der Anlage zutage getreten sind.

Die Layoutplanung ist weniger umfangreich und konzentriert sich mehr auf die einfache Frage, was (und wer) wo seinen Platz findet.

Standardisierte Module im Produktionsprozess

Die einzelnen Schritte, aus denen ein Produktionsprozess besteht, werden in der Regel als Module bezeichnet. So umfasst die Herstellung eines Autos beispielsweise ein Antriebsmodul, ein Kraftstoffmodul und ein Steuermodul für den Fahrer oder die Fahrerin. Diese Module sind meist größeren Modulen zugeordnet, das Steuermodul beispielsweise ist ein Teil des größeren Fahrgastmoduls.

Um verschiedene Modelle der Fabrikpläne zu erfassen, kommt zumeist eine Spezialsoftware zum Einsatz, in die spezifische Parameter wie die vom Fabrikbetreiber geforderten Leistungskennzahlen eingegeben werden können.

Diese Modelle ermöglichen es, die Fabrikmodule in verschiedenen Detaillierungsgraden zu entwerfen - beginnend mit einem einfachen Block, aus dem hervorgeht, welcher Vorgang ausgeführt wird, bis hin zu detaillierten Angaben zu Spezifikationen der verwendeten Maschinen. Darüber hinaus können die Standorte der Arbeitsstationen und die Transportinfrastruktur, mit der Materialien und Komponenten in das Modul hinein- und herausgebracht werden, geplant werden.

Die Module können in einem Schema, das einem Flowchart ähnelt, miteinander verbunden werden. Dieses Schema wiederum lässt sich in eine Layoutstruktur übersetzen, welche die räumliche Gestaltung der Fabrik simuliert.

Heutzutage geschieht dies in der Regel mit Hilfe dreidimensionaler digitaler Renderings, um eine realitätsnahe bildliche Darstellung der Fabrik zu erstellen. Dieses Modell kann dann „durchflogen“ werden - man spricht in diesem Zusammenhang oft von einem Flythrough - und mit näheren Angaben zu den Spezifikationen der einzelnen Geräte angereichert werden.

Diese Einbettung von technischen Daten in virtuelle 3D-Modellen wird zwar zumeist eher mit Architektur-Profis und dem Bauwesen in Verbindung gebracht (Stichwort Building Information Modelling, kurz BIM), bringt aber auch in der Fabrikplanung enorme Vorteile mit sich.

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Intelligente Modelle sind die Zukunft

Solche virtuellen Fabrikmodelle, in denen die virtuellen Darstellungen von Anlagen und Geräten mit weiteren technischen Daten angereichert werden, nennt man auch digitale Zwillinge, und sie sind nicht nur für die Planung nützlich.

Neben technischen Spezifikationen können auch aktuelle Betriebsdaten von Maschinen und Anlagen integriert werden, z. B. die Drehzahl einer Welle oder die Temperatur eines Schneidkopfes einer Werkzeugmaschine, wodurch der digitale Zwilling auch für Anwendungen wie die Betriebssteuerung interessant wird.

BIM kann hier einen gewaltigen Beitrag leisten: In einem Beitrag, der auf einer Konferenz im September 2021 in Spanien vorgestellt wurde, argumentierte ein Forschungsteam des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen, dass Mehrkosten und Zeitverzögerungen, die durch schlechte Kommunikation zwischen verschiedenen Fabrikplanungsteams verursacht werden, vermieden werden könnten, wenn alle Beteiligten während des gesamten Projekts einen standardisierten BIM-Ansatz verwenden würden.

Automobilhersteller nutzen bereits Technologien wie die mobilen Mappingsysteme von NavVis, um Punktwolkenmodelle ihrer Fabriken zu erstellen. Diese Modelle können dann in Software wie Revit (ein in der Architektur weit verbreitetes BIM-System) oder CATIA (ein etabliertes CAD-Programm) integriert werden, sodass verschiedene Planungsteams gemeinsam an dem Projekt arbeiten können.  

Fazit

Und damit ist unser kurzer Ausflug in die Welt der Fabrikplanung auch schon wieder beendet. Wir hoffen, dass Sie einen besseren Überblick über die wichtigsten Konzepte und Perspektiven gewinnen konnten.

Wenn Sie gerne mehr über Fabrikplanung in der Automobilindustrie erfahren möchten, finden Sie hier ein Interview mit unserem Senior Solution Manager (Digital Factory) Paul Hänchen, in dem es u. a. darum geht, wie Reality Capture die Fabrikplanung unterstützen können.

Möchten Sie mehr über unsere NavVis Digital Factory Solution erfahren? Dann treten Sie gerne mit uns in Kontakt und wir werden uns in Kürze bei Ihnen melden. Alternativ finden Sie hier unseren Digital Factory Guide zum kostenlosen Download.

Stuart Nathan lebt in London und arbeitet als Wissenschaftsjournalist. Früher war er als Redakteur für das britische Magazin The Engineer tätig und verfasste Beiträge für Publikationen wie The Economist 1843, Ingenia und das MIT Technology Review Magazin. Er ist der Ansicht, dass gute Kommunikation der Schlüssel ist, um das Potenzial von Wissenschaft und Technologie voll auszuschöpfen.