2. Rahmenbedingungen der Gestaltung von Fließproduktionssystemen

Vgl. Gutenberg (1983), S. 5; Dyckhoff (2006), S. 3; Dyckhoff und Spengler (2010), S. 13.

In der Literatur bestehen weitere Präzisierungen von Produktionsfaktoren mit teilweise abweichender Begriffsverwendung, vgl. Beuermann (1996), S. 1498–1500; Fandel (1996), S. 32–35.

Arbeiter beispielsweise wirken in der Produktion durch Werkverrichtungen, während Gebäude Schutz gewähren und das Produktionsgeschehen erst ermöglichen. Antriebsenergie geht im Produktionsgeschehen unter und Bauteile werden Bestandteil der Produkte, vgl. Busse von Colbe und Laßmann (1988), S. 77–81.

Vgl. Kistner und Steven (2001), S. 1–2.

Vgl. Kistner und Steven (2001), S. 23; Dyckhoff und Spengler (2010), S. 22.

Vgl. Spengler (1994), S. 24; Brennan et al. (1994); Ketzenberg et al. (2003).

Dies gilt für alle zerstörungsfrei lösbaren Verbindungen, vgl. Spengler (1994), S. 14.

Vgl. Mars et al. (2016), S. 34–37.

Vgl. Huber (2001), S. 47; Steinborn (2011), S. 57. Verfahren zur Koordination von Montage und Demontage können dem teilweise abhelfen, vgl. Scheller et al. (2020).

Vgl. Kazmierczak et al. (2004).

Vgl. Altekin et al. (2008); Herrmann et al. (2012); Cerdas et al. (2018).

Vgl. Tempelmeier et al. (2006); IFR (2019); Müller (2019), S. 2.

Vgl. Günther und Tempelmeier (2014), S. 11.

Vgl. Günther und Tempelmeier (2014), S. 11.

Vgl. Weber und Kabst (2006), S. 92.

Eine einheitliche Verwendung der Begrifflichkeiten liegt in der betriebswirtschaftlichen Literatur allerdings nicht vor. Für eine weitergehende Übersicht der Begrifflichkeiten vgl. Boysen (2005), S. 6–8.

Vgl. Günther und Tempelmeier (2014), S. 14–15.

Vgl. Walther (1988), S. 28–29.

Vgl. Klenke (1977), S. 11.

Vgl. Kilbridge und Wester (1961).

Vgl. Dick (1966), S. 17–18.

Für eine Übersicht von Materialflusssystemen vgl. Fischer und Dittrich (1997), S. 22–23.

Vgl. Boysen (2005), S. 8–9; Müller (2019), S. 9–11.

Vgl. Steffen (1977), S. 22–23.

Aufgrund der typischerweise linearen Anordnung der Stationen wird zumeist auch der Begriff „Linie“ als Synonym verwendet. So auch im weiteren Verlauf der vorliegenden Arbeit.

Vgl. Battaïa und Dolgui (2013).

Vgl. Baybars (1986); Scholl und Voss (1996); Scholl und Becker (2006); Dolgui und Proth (2010), S. 237–240; Dou et al. (2011).

Vgl. van Zante-de Fokkert und Kok (1997); Boysen et al. (2008).

Vgl. Boysen (2005), S. 10–11.

Vgl. Boysen et al. (2007b); Battini et al. (2009); Boysen et al. (2009); Emde et al. (2010).

Vgl. Ağpak und Gökçen (2007); Toklu und Özcan (2008); Sabuncuoglu et al. (2009); Ogan und Azizoglu (2015).

Vgl. Delorme et al. (2009); Guschinskaya und Dolgui (2009); Battaïa et al. (2012).

Vgl. Ilgin und Gupta (2010); McGovern und Gupta (2011), S. 33–45.

Die bei der Rinderzerlegung durchgeführten Demontagetätigkeiten müssen allerdings als nicht reversibel beschrieben werden.

Vgl. Ron und Penev (1995); Thierry et al. (1995); Kazmierczak et al. (2004); Kazmierczak et al. (2007); PETEC (2018); Elektrocycling (2020).

Vgl. Kahmeyer (1995), S. 37–38; Güngör und Gupta (2001); Boysen (2005), S. 18–21.

Vgl. Dyckhoff und Spengler (2010), S. 29–31.

Vgl. Rohde et al. (2000).

Vgl. Fleischmann et al. (2015), S. 78; Werner (2017), S. 89.

Vgl. Bihlmaier et al. (2009); Dörmer (2013), S. 32–33; Fleischmann und Koberstein (2015), S. 107–108.

Vgl. Fleischmann und Koberstein (2015), S. 107–108; Fleischmann et al. (2015), S. 78.

Vgl. Kilger und Wagner (2015), S. 125–127.

Vgl. Günther und Tempelmeier (2014), S. 137.

Vgl. Meyr (1999), S. 21–23; Volling (2009), S. 59; Albrecht et al. (2015), S. 155–156.

Vgl. Günther und Tempelmeier (2014), S. 138.

Die Produktionsmenge je Periode wird auch als Produktionsrate bezeichnet, vgl. Kuhn (1998), S. 7. Die Taktzeit berechnet sich folglich als Kehrwert der Produktionsrate, vgl. Scholl (1999), S. 5.

Vgl. Kuhn (1998), S. 7; Müller (2019), S. 23.

Vgl. Boysen et al. (2007b), (2008).

Vgl. Zäpfel (2000), S. 195.

Vgl. Boysen et al. (2007b), (2008).

Vgl. Boysen et al. (2007b), (2008).

Vgl. Dörmer (2013), S. 37; Matzke (2016), S. 23–24.

Vgl. Matzke (2016), S. 24.

Vgl. Jacob (1990), S. 405.

Vgl. Günther und Tempelmeier (2014), S. 146.

Vgl. Boysen (2005), S. 24.

Vgl. Boysen (2005), S. 24; Boysen et al. (2009); Boysen und Bock (2011).

Vgl. Kuhn und Tempelmeier (1997); Kuhn (1998), S. 12–13; Zäpfel (2000), S. 192.

Vgl. Kuhn (1998), S. 7–10, (2001).

Vgl. Kuhn (2001).

Vgl. Zäpfel (2000), S. 195.

Vgl. Kuhn (1998), S. 7–8.

Vgl. Boysen (2005), S. 55.

Vgl. Kuhn (1998), S. 8–9, (2001).

Vgl. Zäpfel (2000), S. 197.

Vgl. Kuhn (1998), S. 8–9, (2001).

Vgl. Zäpfel (2000), S. 197.

Vgl. Zäpfel (2001), S. 71.

Vgl. Kuhn (1998), S. 9.

Vgl. Pinto et al. (1983); Pinnoi und Wilhelm (1998); Bukchin und Tzur (2000); Boysen und Fliedner (2006); Boysen et al. (2007b).

Beispielsweise eine Rollenbahn oder ein Förderband.

Beispielsweise eine starre oder elastische Verkettung. Für weitere Erläuterungen, vgl. Kuhn (1998), S. 9–10, (2001).

Vgl. Boysen (2005), S. 60–61.

Vgl. Boysen (2005), S. 60–61.

Vgl. Kuhn (1998), S. 8–9; Boysen (2005), S. 60. Das Bündel der Entscheidungen zur Ermittlung der Anzahl an Stationen, der Taktzeit sowie der Zuordnung der Arbeitselemente wird häufig auch als Fließbandabstimmung, Fließbandaustaktung, Leistungsabstimmung oder Bandabgleich beschrieben, vgl. Domschke et al. (1997), S. 183.

Vgl. Kellner et al. (2018), S. 13.

Vgl. Amen (1997), S. 91–92; Domschke et al. (1997), S. 188.

Vgl. Domschke et al. (1997), S. 188.

Vgl. Steffen (1977), S. 33; Domschke et al. (1997), S. 188–189; Bock (2000), S. 68; Boysen (2005), S. 61–64. Als weitere zeitorientierte Zielkriterien finden sich beispielsweise die Minimierung der Durchlaufzeit, die Minimierung der Gesamtleerzeit oder die Minimierung des Abstimmungsverlusts, vgl. Klenke (1977), S. 26–30; Ghosh und Gagnon (1989).

Vgl. Steffen (1977), S. 65.

Vgl. Klenke (1977), S. 77; Boysen (2005), S. 63–64.

Vgl. Boysen et al. (2007a).

Vgl. Boysen (2005), S. 64.

Vgl. Domschke et al. (1997), S. 88–89 und S. 262–263.

Vgl. Geldermann (2014), S. 134.

Vgl. Götze (2014), S. 56–57; Götze et al. (2015), S. 29–30.

Vgl. Amen (1997), S. 124–125.

Vgl. VDI 3800; Geldermann (2014), S. 150.

Der Betrachtung müssen die alternativen Arbeitskräfte und Betriebsmittel zugrunde gelegt werden. Die betriebsmittelverbrauchsabhängigen Kosten für Energie (Energiekosten) eines kollaborativen Roboters mögen sich grundsätzlich wohl von den Energiekosten bei Verrichtung durch einen Werker unterscheiden. Bei einer Leistung von 200 Watt, einer angenommenen Betriebsdauer des Roboters von 1600 Stunden pro Jahr und einem Strompreis von 0,19 EUR pro Kilowattstunde resultieren die Energiekosten für den Betrieb des Roboters zu 61 EUR pro Jahr, vgl. Universal Robots (2016); Statista (2020e). Da auch die Verrichtung durch einen Arbeiter elektrische Energie für den Betrieb der Werkzeuge erfordert, wird die Differenz als nicht entscheidungsrelevant bewertet. Die Leistung klassischer Industrieroboter ist mitunter weitaus höher und Aspekte ihrer Energieeffizienz von Relevanz, vgl. Automationspraxis (2011); Nördinger (2017). Derartige Robotertechnologien eignen sich jedoch nicht zum Einsatz in manuellen Fließproduktionssystemen und sind für die vorliegende Arbeit daher irrelevant.

Vgl. Sinnott (2005), S. 243.

Vgl. Sinnott (2005), S. 250–251.

Vgl. Geldermann (2014), S. 124.

Vgl. Müller (2019), S. 140–141.

Vgl. Spengler (1998), S. 96; Müller (2019), S. 140–141.

Vgl. Geldermann (1999), S. 151.

Vgl. Kerdoncuff (2008), S. 128.

Vgl. Remmers (1995), S. 51.

Vgl. Kosiol (1962), S. 25.

Vgl. Kosiol (1962), S. 29–30.

Diese Grundsätze der Entgeltpolitik ergeben sich durch Art. 3 GG (Gleichheit vor dem Gesetz) und § 75 Abs. 1 BetrVG (Grundsätze für die Behandlung von Betriebsangehörigen), vgl. Holtbrügge (2018), S. 206.

Vgl. Stock-Homburg und Groß (2019), S. 456.

Die Industriegewerkschaft Metall ist mit circa 2,2 Millionen Mitgliedern die größte Gewerkschaft Deutschlands. In ihrer Tätigkeit zur Vertretung der wirtschaftlichen, sozialen und kulturellen Interessen ihrer Mitglieder vereinbart die Gewerkschaft Tarifverträge zur Bindung der Entgelthöhe mit Unternehmen unterschiedlicher Branchen, vgl. IG Metall (2020a), (2020b).

Vgl. Holtbrügge (2018), S. 207.

Vgl. Stock-Homburg und Groß (2019), S. 463–471.

Vgl. Eurostat (2020).

Im internationalen Sprachgebrauch werden die Betrachtungsgegenstände der Arbeitswissenschaft den Disziplinen der „Micro-Ergonomics“ und „Macro-Ergonomics“ zugeordnet, vgl. Schlick et al. (2018), S. 19.

Vgl. Bullinger (1994), S. 3.

Vgl. Luczak et al. (1983), S. 1; Ulmer (1987a), S. 683.

Vgl. Luczak (1998), S. 450.

Vgl. Bullinger (1994), S. 5.

Vgl. Bullinger (1994), S. 8–9; Luczak (1998), S. 38; Schlick et al. (2018), S. 48.

Vgl. Stirn (1980), S. 19–20.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 521.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 49.

Vgl. § 90 BetrVG.

Vgl. § 5 ASiG.

Vgl. § 6 ASiG.

Vgl. § 3a ArbStättV.

Vgl. Luczak (1998), S. 448–449.

Vgl. Schneider und Irastorza (2010), S. 16.

Vgl. Schneider und Irastorza (2010), S. 48–49.

Vgl. Schneider und Irastorza (2010), S. 19–20.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 50.

Vgl. Otto (2012), S. 28.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 521.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 50.

Dieser Schluss lässt sich analog zur Wirtschaftlichkeit eines Fließproduktionssystems ziehen, welche durch die Gestaltung des Systems langfristig fixiert und in kürzerer Frist nur noch in geringerem Umfang beeinflusst werden kann, vgl. Kuhn und Tempelmeier (1997); Kuhn (1998), S. 12–13; Zäpfel (2000), S. 192.

Vgl. Otto (2012), S. 48–49.

Vgl. Otto und Battaïa (2017).

Vgl. Eklund (1995); Helander und Burri (1995); Hendrick (1996); Moreau (2003); Dul und Neumann (2009); Falck et al. (2010); Neumann und Dul (2010); Zare et al. (2016). Auch Henry Ford erkannte bereits einen Zusammenhang zwischen der Produktivität der Werker und der Arbeitshöhe des Fließproduktionssystems, vgl. Ford (1923), S. 95.

Vgl. Beevis und Slade (1970); Beevis (2003).

Vgl. Bullinger (1994), S. 31; Schlick et al. (2018), S. 25.

Vgl. Ulmer (1987a), S. 683.

Vgl. Bullinger (1994), S. 31.

Der Begriff Arbeit entspricht hierbei nicht dem Verständnis des physikalischen Begriffs, der durch die Größen Kraft und Weg bestimmt wird. In der Arbeitswissenschaft wird auch das Halten eines Objekts als Arbeit verstanden, welche die Erbringung einer Leistung erfordert und folglich in einem Umsatz von Energie im Organismus resultiert, vgl. Bullinger (1994), S. 43; Schlick et al. (2018), S. 142–143.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 147–148.

Vgl. Bullinger (1994), S. 43–44.

Vgl. Bullinger (1994), S. 65; Hartmann et al. (2018).

Vgl. Ulmer (1987a), S. 702.

Vgl. Zipp (1983), S. 30–34; Ulmer (1987a), S. 693.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 170.

Vgl. Ulmer (1987a), S. 683–684; Schlick et al. (2018), S. 25.

Vgl. Bullinger (1994), S. 34.

Vgl. Bullinger (1994), S. 39.

Unterschiede der Messgrößen Herzfrequenz und Pulsfrequenz ergeben sich nur bei gestörter Herztätigkeit, sodass die Messgrößen grundsätzlich alternativ verwendet werden können, vgl. Ulmer (1987a), S. 686.

Vgl. Ulmer (1987b), S. 659; Bongwald et al. (1995), 54-57; Schlick et al. (2018), S. 163.

Vgl. Ulmer (1983b), S. 66–67, (1987a), S. 687–688.

Vgl. Ulmer (1983a), S. 153–155, (1987b), S. 654–656; Schlick et al. (2018), S. 171.

Vgl. Rutenfranz und Klimmer (1983), S. 107–109.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 41.

Vgl. Bullinger (1994), S. 39. Psychologische Fragestellungen werden allerdings eher als Randgebiet der Physiologie betrachtet, vgl. Bullinger (1994), S. 45.

Vgl. Bongwald et al. (1995), S. 54; Boutellier und Ulmer (2005), S. 928.

Vgl. Bongwald et al. (1995), S. 54.

Vgl. Bullinger (1994), S. 47; Ulmer (1987a), S. 694.

Vgl. REFA (1984), S. 183.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 147.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 163.

Vgl. Ulmer (1983a), S. 158–160; Bongwald et al. (1995), S. 72–77; Luczak (1998), S. 167; Schlick et al. (2018), S. 174–175.

Einen Überblick über verschiedene Verfahren geben beispielsweise Bongwald et al. (1995), S. 81–85.

Es ist zu beachten, dass die Tätigkeiten ähnlichen Charakter aufweisen, vgl. Mainzer (1983), S. 171. Hierbei ist insbesondere eine Abgrenzung von statischer und dynamischer Arbeit vorzunehmen, da bei statischer Arbeit weitaus geringere Leistungen erbracht werden können und somit ein geringerer Energieumsatz vorliegt, vgl. Ulmer (1987a), S. 694; Bullinger (1994), S. 57. Im Gestaltungskontext gilt aber grundsätzlich, dass statische Muskelarbeit möglichst vermieden werden soll, vgl. Schlick et al. (2018), S. 423. Bei Tätigkeiten mittlerer und schwerer dynamischer Arbeit ist der Energieumsatz als Kenngröße gut geeignet, vgl. Bongwald et al. (1995), S. 72.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 172–173.

Vgl. Mainzer (1983), S. 165; Bongwald et al. (1995), S. 55–56; Schlick et al. (2018), S. 173–174.

Verschiedene Studien widmen sich der experimentellen Bestimmung des maximalen Arbeitsenergieumsatzes durch Ermittlung eines maximal anwendbaren Anteils des aufgenommenen Sauerstoffs für die Arbeit. Einen Überblick über derartige Studien geben Legg und Myles (1981).

Vgl. Bongwald et al. (1995), S. 56.

Eine Zusammenfassung verschiedener Untersuchungen findet sich bei Bongwald et al. (1995), S. 57. Der genannte Wertebereich bezieht sich auf männliche Teilnehmer, vgl. Häublein (1979); Rutenfranz (1983); Hettinger et al. (1989); Schmidtke (1989). Weitere Arbeiten präzisieren die Dauerleistungsgrenze zu 17 kJ/min, 17,5 kJ/min und 18 kJ/min, vgl. Price (1990); Bullinger (1994), S. 47; Luczak (1998), S. 167–168. Diese Werte finden auch heutzutage weiterhin Anwendung, vgl. Hartmann et al. (2018).

Vgl. Hartmann et al. (2018).

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 174.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 420.

Vgl. Bullinger (1994), S. 69–72; Schlick et al. (2018), S. 128–130 und S. 426–427.

Vgl. Battini et al. (2015); Battini et al. (2016a); Battini et al. (2016b); Sgarbossa et al. (2016); Battini et al. (2017a).

Für einen Überblick zum Lagermanagement, vgl. beispielsweise Wannenwetsch (2007).

Vgl. Battini et al. (2016c); Calzavara et al. (2016); Battini et al. (2017b); Calzavara et al. (2017); Calzavara et al. (2019).

Vgl. Lotter (2016), S. 125.

Vgl. DIN EN 614-1; Schlick et al. (2018), S. 524.

Vgl. Battini et al. (2015); Schlick et al. (2018), S. 419.

Vgl. Schlick et al. (2018), S. 49.

Vgl. Bongwald et al. (1995), S. 195–196.

Vgl. Bongwald et al. (1995), S. 198.

Die Beschreibungen Pareto-optimal, Pareto-effizient und nicht-dominiert werden synonym zum Begriff der effizienten Lösungen verstanden, vgl. Miettinen (2008), S. 2.

Vgl. Branke et al. (2008), S. X. Zur Darstellungsweise: Es handelt sich nicht um einen kontinuierlichen effizienten Rand. Die in den Abbildungen enthaltenen Verbindungslinien zwischen den effizienten Lösungen dienen hier – und auch im weiteren Verlauf der Arbeit – der Anschaulichkeit der Abbildungen und nähern den Korridor möglicher Entscheidungen des Entscheidungsträgers an, sollen den Leser jedoch nicht zur Annahme eines kontinuierlichen effizienten Randes des hier diskutierten Problems motivieren.

Vgl. Bullinger (1994), S. 19.

Vgl. Rose et al. (2013); Sgarbossa et al. (2020).

Vgl. Calzavara et al. (2020). Häufig wird der Begriff „Industrie 4.0“ für den technologischen Fortschritt der vergangenen Jahre genutzt. Für eine Übersicht zur Industrie 4.0, vgl. beispielsweise Liao et al. (2017); Yin et al. (2017); Xu et al. (2018). Ziele und Handlungsfelder der Initiative Industrie 4.0 beschreiben Kagermann et al. (2013). Bestehende Bezugsrahmen unterstützen Unternehmen bei der Evaluation aussichtsreicher Einsatzfelder, vgl. Schneider et al. (2020).

Vgl. BMAS/BAuA (2018), S. 66–69.

Als Industrieroboter wird ein „automatisch gesteuerter, frei programmierbarer Mehrzweck-Manipulator, der in drei oder mehr Achsen programmierbar ist und zur Verwendung in der Automatisierungstechnik entweder an einem festen Ort oder beweglich angeordnet sein kann“ verstanden, vgl. DIN EN ISO 8373.

Vgl. Steil und Maier (2020), S. 324–325.

Vgl. Krüger et al. (2009); Bauer et al. (2016), S. 24.

Vgl. DIN EN ISO 10218-1. Ein Überblick über geltende Standards zum Einsatz von Robotertechnologie und Verfahren zur Reduzierung des Risikos der Werker wird beispielsweise in Fryman und Matthias (2012) gegeben.

Vgl. Statista (2020c); Steil und Maier (2020), S. 327–328.

Vgl. Steil und Maier (2020), S. 327–328. Vorherrschend sind Anwendungsfälle der Kooperation und nicht der ursprünglich begriffsprägenden Kollaboration, vgl. Surdilovic et al. (2020), S. 102–103. Einen Planungsansatz zur Gestaltung von Fließproduktionssystemen mit tatsächlicher Kollaboration von Mensch und Roboter entwickelten Weckenborg et al. (2020a).

Vgl. Bauer et al. (2016), S. 17; Hashemi-Petroodi et al. (2020).

Vgl. Tsarouchi et al. (2017); Bruno und Antonelli (2018); Malik und Bilberg (2019); Stadnicka und Antonelli (2019); Zanchettin et al. (2019); Kuhlenkötter und Hypki (2020); Magrini et al. (2020).

Vgl. Hull und Minarcin (2016); Khalid et al. (2018); Broum und Šimon (2020); Saenz et al. (2020); Vicentini (2020); Zacharaki et al. (2020).

Vgl. Statista (2019d), (2020a), (2020f), (2020 g), (2020h).

Vgl. Schillmoeller (2013); IFR (2015a), (2015b); Brigl (2017); Volkswagen (2017); IFR (2018); Volkswagen (2020a).

Vgl. Kremer (2020); Tausch et al. (2020); Wirth et al. (2020).

Vgl. Onnasch et al. (2019); Bendel (2020); Buxbaum und Häusler (2020).

Vgl. Pons et al. (2008), S. 5.

Vgl. Kazerooni (2008), S. 773; Pons et al. (2008), S. 4; Bogue (2018).

Vgl. Bostelman et al. (2017); Dahmen et al. (2018).

Vgl. Bostelman et al. (2017); Howard et al. (2020).

Vgl. Masood et al. (2019); Howard et al. (2020).

Vgl. Bosch et al. (2016); Looze et al. (2016); Toxiri et al. (2019); Howard et al. (2020).

Vgl. Rashedi et al. (2014); Weston et al. (2018); Kim und Nussbaum (2019); Schmalz et al. (2019); Smets (2019); Howard et al. (2020); Maurice et al. (2020).

Vgl. Rashedi et al. (2014); Gillette und Mitchell (2018); Kim et al. (2018); Howard et al. (2020).

Vgl. Herr (2009).

Vgl. Nussbaum et al. (2019).

Einen Überblick über aktuelle Arbeiten zu Entwicklung und Einsatz von Exoskeletten gibt der Tagungsband von Carrozza et al. (2019).

Vgl. McFarland und Fischer (2019).

Vgl. Nussbaum et al. (2019).

Vgl. Dahmen et al. (2018); Statista (2019a), (2019b), (2019c), (2020b), (2020d).

Vgl. Feigl (2017); Ford (2018); Volkswagen (2020b).

Vgl. Kim et al. (2019).

Vgl. Crowell et al. (2019).

Vgl. Upasani et al. (2019).

Vgl. Yamamoto (2008).

Vgl. Howard et al. (2020).

Vgl. Otto und Scholl (2011); Sgarbossa et al. (2020).