Flächendimensionierung in der Fabrikplanung

Soll ein neues Fertigungslayout geplant werden, stellt sich immer die Frage nach dem Platzbedarf. In der Fabrikplanung bezeichnet man die daraus resultierende Aufgabe als Flächendimensionierung. Sie ist dem Planungsschritt Dimensionierung zugeordnet.

Im Ablauf eines Fabrikplanungs-Projekts ist die Dimensionierung eine Voraussetzung für die Layoutplanung. Denn nur hinsichtlich Platzbedarf vorbestimmte Objekte können zu einem Fertigungslayout arrangiert werden. In dieser Abhängigkeit liegt auch die größte praktische Schwierigkeit.

Illustration der Flächendimensionierung in einer Fabrik voll mit Ausrüstung

Was ist das Problem?

Immer kürzer werdende Produktlebens- und Innovationszyklen bedingen zeitliche Parallelisierung von Planungsabläufen. So beginnen in vielen Fällen die Planung der Fertigungstechnik und die Gebäudeplanung zum gleichen Zeitpunkt. Die tatsächliche Ausgestaltung insbesondere neuer, noch nicht vorhandener Anlagen ist folglich noch nicht bekannt, während eine Abschätzung zum Platzbedarf im Layout und weitere Erfordernisse für die Auslegung des Fabrikgebäudes bereits benötigt werden. Auch sind neue Fertigungsprozesse häufig noch in Entwicklung, so dass z. B. die Weiternutzungsmöglichkeiten vorhandener Maschinen noch nicht umfänglich abzuschätzen sind. All dies sorgt für Unsicherheit bei der Planung der Flächen im zukünftigen Fertigungslayout.

Aber selbst wenn dieses Problem durch frühzeitige Modellbildung für die Hauptprozesse recht gut fokussiert ist, bleibt eine weitere Schwierigkeit zu überwinden: Hauptprozesse benötigen Serviceprozesse und diese wiederum benötigen auch Platz. Prominentester Serviceprozess ist die Logistik. Sie verursacht Flächenbedarfe für Transportwege, -systeme und Lagerbereiche. Anforderungen an diese Services können gerade in frühen Phasen noch gar nicht so ausformuliert werden, wie es für ihre Auslegung nötig ist.

Andere Servicedimensionen für die Fabrik sind dagegen gut abschätzbar. Z. B. beim Platzbedarf für Sozialräume gibt es z. T. gesetzliche Vorgaben, welche die benötigten Ausrüstungen und Mindestanforderungen direkt von der Anzahl der Beschäftigten ableiten. So lassen sich leicht in Algorithmen zu fassende Berechnungsvorschriften für die Flächen der Sozialräume ableiten.

Wie funktioniert Flächendimensionierung in der Fabrikplanung?

Die o. a. Herausforderungen verdeutlichen, dass der Platzbedarf für ein Fertigungslayout in weiten Teilen erst bestimmt werden kann, wenn die Fertigungstechnologie in ihren wesentlichen Komponenten und Anforderungen bekannt ist. Unter dieser Voraussetzung lassen sich Dimensionierungsverfahren einsetzen, die ausgehend von den Platzbedarfen für die Ausrüstungen der Hauptprozesse auf alle übrigen Flächenbedarfe der Fabrik schließen.

Zugang zu solchen Verfahren eröffnet eine Klassifizierung der Fabrikausrüstungen bzgl. ihres Flächenverbrauchs in sog. Flächentypen. Ein erster Entwurf im Blocklayout kann diese Informationen bereits liefern. Man unterscheidet dabei ganz grob in Hauptflächen und Nebenflächen. Hauptflächen stehen für die Hauptprozesse, Nebenflächen für die Services.

Die Haupt- und Nebenflächen am Arbeitsplatz sind Kalkulationsbasis für die Flächendimensionierung in der Fabrikplanung.
Beispiel für Haupt- und Nebenflächen am Maschinen-Arbeitsplatz

Die Abhängigkeiten zwischen Haupt- und Nebenflächen werden über Berechnungs-Funktionen abgebildet. Diese beschreiben z. B., wieviel Prozent Nebenfläche einer Hauptfläche zugeschlagen werden muss, um den vom Hauptprozess insgesamt verursachten Flächenbedarf zu kalkulieren. Neben der prozentualen Abhängigkeit sind auch andere mathematische Zusammenhänge nach diesem Konzept zu berücksichtigen. So gibt es z. B. bei den Sozialbereichen sprunghafte Veränderungen im Flächenbedarf. Hierzu sei die Notwendigkeit von Toiletten in Abhängigkeit von absoluter Anzahl und der Verteilung der Geschlechter unter den Beschäftigten genannt. Darüber hinaus gibt es regional unterschiedliche Gesetzgebungen und branchenspezifische Regeln, die z. B. von den deutschen Berufsgenossenschaften eingefordert werden.

Als weiterer Einfluss sind unternehmensspezifische Standards und Ziele zur optimalen Flächennutzung zu nennen. So gibt es für die Fabrikplanung vereinzelt Flächennutzungsziele, z. B. zu angestrebten Grenzwerten für den Verbrauch von Flächen für nicht wertschöpfende Prozesse (z. B. für die Bereitstellung von Material). Häufig stehen auch Ziele, die sich nicht direkt in Flächenkennzahlen abbilden lassen, aber dennoch im Flächenverbrauch wirksam sind. Hierzu zählen

  • hohe Flexibilität des Layouts (Wandlungsfähigkeit),
  • gerichteter Materialfluss (u. a. a. als Forderungen von Kunden),
  • Transparenz in der Logistik,
  • Standards zur räumlichen Anordnung (z. B. U-Layout, Abgrenzung von Bereichen für Lieferanten).

Fazit

All dies macht deutlich, dass es keine allgemeingültige Kalkulationsvorlage zur Flächendimensionierung in der Fabrikplanung geben kann. Denn die Ermittlung des Flächenbedarfs wird zumindest in weiten Teilen von unternehmensspezifischen Erfahrungen und Erwartungen geprägt. Konkret sind die o. a. Verhältniskennzahlen zwischen Haupt- und Nebenflächen im Einzelfall zu bestimmen und sukzessive zu optimieren. Nicht zuletzt wird das die Fabrikplanungs-Kompetenz im Unternehmen erhöhen; Wettbewerbsvorteile im Ringen um die Flächeneffizienz in der Produktion entstehen.

Erfahrungen zeigen, dass schon einfache Berechnungsansätze zur Flächendimensionierung wertvolle Erkenntnisse liefern. In jedem Fall mildern sie das Risiko von Fehleinschätzungen erheblich. Unser englischsprachiges Video illustriert diesen Sachverhalt und veranschaulicht auch das o. a. Grundprinzip der Flächenbedarfsrechnung.

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Thomas Weber
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