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Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Übung 1: Konstruktion und Arbeitsplanung Aufgabe 1: Erstellung von Stücklisten Aufgabe 2: Arbeitsplanung Aufgabe 3: MTM-Analyse

1

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Ein exklusiver Spielzeughersteller möchte ein neues Modell eines Stirlingmotors auf den Markt bringen (vgl. Abbildung 1). Das Produktionsprogramm ist auf drei Jahre ausgelegt und das Produktmarketing des Unternehmens schätzt den jährlichen Absatz auf 1000 Stück.

Abbildung 1: Stirlingmotor

Aufgabe 1: Erstellung von Stücklisten Aus der der Konstruktionsabteilung erhalten Sie eine Darstellung der Produktstruktur in Form eines Gozintographen (vgl. Abbildung 2). Für weitere Tätigkeiten in der Arbeitsplanung und der Materialdisposition wird zusätzlich eine Strukturstückliste benötigt. Stirlingmotor 1

1

2

G1: Bodengruppe 2

G2: Zylindereinheit

2

1

1 T18: Kurbelzapfen

T17: Kurbelarm

T16: Kurbellasche

2

1

1

T15: Verdrängerk.

T14: Kolbenendst.

T13: Kolbenstange

Abbildung 2: Gozintograph des Stirlingmotors

T8: Pleuel-Vk.

T7: Pleuel-Ak.

T5:Riemenscheibe

T4: Kurbelwelle

T3: Zylinder

T2: Arbeitsk.

T6:Schwungscheibe

G8: Kurbeleinheit

1

1

1

T12: Lagerdeckel

T11: Halterung

T10: Schelle

T9: Lagerbock

Bauteil

1

1

1

1

1

1

1

T1: Bodenplatte 1

1

1

1 Gruppe

G7: Kolben

G6: Lagerung Zylinder

G4: Mechanik 1

1

G5: Lagerung Schwungscheibe

2

G3: Rotationseinheit

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

a.) Fertigen Sie in nachfolgender Tabelle eine Strukturstückliste des Stirlingmotors an!

Lfd. Nr. 1

1

Strukturebene 2

G1

2

Gruppe/Teil

3

G5

Menge

Bodengruppe

1

Lagerung Schwungscheibe

2

Lagerbock

1

3

T9

4

T10

Schelle

1

Lagerung Zylinder

2

6

T11

Halterung

1

7

T12

Lagerdeckel

1

Bodenplatte

1

Zylindereinheit

2

Kolben

1

5

G6

8 9

T1 G2

10

G7

11

T13

Kolbenendstück

1

12

T14

Kolbenstange

1

13

T15

Verdrängerkolben

1

14

T2

Arbeitskolben

1

15

T3

Zylinder

1

Rotationseinheit

1

16

G3

17

T4

Kurbelwelle

1

18

T5

Riemenscheibe

1

19

T6

Schwungscheibe

1

Mechanik

2

Kurbeleinheit

1

20 21

G4 G8

22

T16

Kurbellasche

1

23

T17

Kurbelarm

1

24

T18

Kurbelzapfen

1

25

T7

Pleuel (Verdrängerkolben)

1

26

T8

Pleuel (Arbeitskolben)

1

Tabelle 1: Strukturstückliste des Stirling-Motors

3

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Exkurs 1: Weitere Stücklistenarten Mengenstücklisten (vgl. Tabelle 2) geben an, welche Mengen eines bestimmten Teils oder einer Baugruppe in einem Erzeugnis insgesamt verarbeitet sind. Baukastenstücklisten hingegen zeigen nur auf, welche Anzahlen von Teilen bzw. Unterbaugruppen direkt in eine Baugruppe einfließen (vgl. Abbildung 3). Mit dem Einsatz von Baukastenstücklisten verringert sich der Gesamtumfang der Stücklisten, da die Wiederholungsbaugruppen nur einmal aufgeführt werden. Der Vorteil der Baukastenstückliste liegt in ihrer guten Übersichtlichkeit und der relativ geringe Änderungsaufwand. Allerdings ist der Gesamtzusammenhang eines Erzeugnisses anhand der Baukastenstückliste nicht mehr erkennbar. Teile-Nr. T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18

Bezeichnung

Anzahl

Bodenplatte Arbeitskolben Zylinder Kurbelwelle Riemenscheibe Schwungscheibe Pleuel-Vk. Pleuel-Ak. Lagerbock Schelle Halterung Lagerdeckel Kolbenendstück Kolbenstange Verdrängerkolben Kurbellasche Kurbelarm Kurbelzapfen

1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Tabelle 2: Mengenstückliste des Stirlingmotors (ohne Baugruppen)

Baukastenstueckliste Erzeugnis Lfd. Gruppe/ Teil Nr. 1 2 3 4

G1 G2 G3 G4

Menge Rohstoff 1 2 1 2

-

Baukastenstueckliste Gruppe 3 Lfd. Gruppe/ Teil Nr. 1 2 3

T4 T5 T6

Menge Rohstoff 1 1 1

R 10 R5 R9

Baukastenstueckliste Gruppe 1

Baukastenstueckliste Gruppe 2

Lfd. Gruppe/ Menge Rohstoff Teil Nr.

Lfd. Gruppe/ Menge Rohstoff Teil Nr.

1 2 3

G5 G6 T1

2 2 1

R8

Baukastenstueckliste Gruppe 4 Lfd. Nr. 1 2

Gruppe/ Menge Rohstoff Teil G8 T7 T8

1 1 1

R7 R9

1 2

1 1 1

R4 R4

Baukastenstueckliste Gruppe 5 Lfd. Gruppe/ Menge Rohstoff Teil Nr. 1 2

Abbildung 3: Baukastenstücklisten des Stirlingmotors

4

G7 T2 T3

T9 T10

1 1

R8 R8

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Exkurs 2: Teileverwendungsnachweise Teileverwendungsnachweise zeigen an, in welcher Anzahl bestimmte Teile in übergeordneten Baugruppen bzw. Erzeugnissen enthalten sind. In erster Linie interessiert sich die Konstruktion im Falle von Änderungen für einen lückenlosen Nachweis, wo das zu ändernde Bauteil überall verwendet wird. Eine weitere wichtige Anwendung liegt im Bereich der Materialdisposition, wenn z.B. im Fall Lieferverzögerungen zu entscheiden ist, welche Aufträge mit welchen Mengen betroffen sind und welche Prioritäten für die Beseitigung des Lieferengpasses zu setzen sind. Bei den Verwendungsnachweisen sind die gleichen Grundformen wie bei den Stücklisten anzutreffen: 

Der Mengen-Teileverwendungsnachweis bildet eine wichtige Dispositionsgrundlage für die Materialbereitstellung, da alle Verwendungen eines Teiles oder Materials in allen Baugruppen bis zum Enderzeugnis mit den jeweiligen Mengenfaktoren angegeben werden.



Der Baukasten-Teileverwendungsnachweis enthält nur die direkte Verwendung eines Teiles in allen übergeordneten Baugruppen.



Der Struktur-Teileverwendungsnachweis bietet die Möglichkeit, die Verwendung eines Teiles über alle Fertigungsstufen nachzuweisen. I 1 A

1

1 C

B

2 1

10 1

C 2 1

2

E

2 Hinweis: Abbildung bezieht sich nicht auf den Stirlingmotor aus der Aufgabe

1

2

E StrukturTeileverwendungsnachweis T 1

MengenTeileverwendungsnachweis T 1

BaukastenTeileverwendungsnachweis T 1

Lfd. Nr.

Gruppe/Teil

Lfd. Nr.

Gruppe/Teil

1

C

2

1

C

2

2 3

A I

12 17

2 3

A I

10 1

Menge

Lfd.

Menge

Nr. 1

Gruppe/Teil C

2

Abbildung 4: Teileverwendungsnachweise

5

3 4 5 6 7 8

2 A

2 I

A I I C I

Menge

2 10 10 1 2 4

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Aufgabe 2: Arbeitsplanung Sie wurden damit beauftragt, die Arbeitsplanung für die Fertigung der Schwungscheibe durchzuführen. Folgende Werkstattzeichnung wurde Ihnen dafür von der Konstruktionsabteilung zur Verfügung gestellt (Abbildung 3).

Abbildung 5: Werkstattzeichnung Schwungscheibe

Zunächst muss ein geeignetes Rohmaterial für die Fertigung festgelegt werden. Folgende Möglichkeiten stehen Ihnen dabei zur Auswahl: 1. Verwendung von Stangenmaterial 2. Einkauf von Gussrohlingen 3. Einkauf von Schmiederohlingen

6

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Sie haben sich bereits folgende Informationen und Angebote für diese Möglichkeiten eingeholt (Tabelle 3). Halbzeug

Kosten

Stangenmaterial

Automatenstahl 9SMn28 125mm

Halbzeug:



Dichte: = 7,9 g/cm3



Für die Verarbeitung mit CNC-Automaten geeignet

2,42 €/kg

Einsatzstahl 16MnCrS5 125mm

Halbzeug:



Dichte: = 7,9 g/cm3

1,92 €/kg



Nur für Verarbeitung mit manuellen Maschinen geeignet

Stahlguss GX120Cr29

Schmiederohling

Guss



Halbzeug:

Dichte: = 7,9 g/cm3

2,96 €/kg



Es werden 4 Gussmodelle benötigt, deren Kosten auf Modellkosten: eine Jahresproduktionsmenge umgelegt werden sollen. 520 €/Stck.  30% Materialeinsparung gegenüber Stangenmaterial

Schmiedestahl 37Cr4

Halbzeug:



Investition in Schmiedewerkzeug erforderlich



Werkzeugkosten werden auf Produktionsmenge von Werkzeug: drei Jahren umgelegt. 40.000 €

5,97 €/Stck.

Tabelle 3: Rohmaterialdaten für die Schwungscheibe

Beim Zuschnitt der Rohteile aus Stangenmaterial ist zu beachten, dass bei der Zuschnitt-Länge 5mm Bearbeitungszugabe berücksichtigt werden müssen. a.) Berechnen Sie die Kosten, die jeweils für ein Rohteil des Schwungrades anfallen. Treffen Sie anhand Ihrer Berechnungen eine erste Auswahl für ein Rohmaterial. 1.) Stangenmaterial: Volumen V und Masse m des zylindrischen Rohlings: 2

VS tan ge

2

125mm  d 3 3       l       40 mm  490874 mm  490,9 cm  2  2

mS tan ge  V    490,9cm3  7,9 g cm3  3877 g  3,88 kg

Kosten für einen Rohling beim Stangenmaterial 7

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

a.) Einsatzstahl: K Einsatzstahl  3,88kg  1,92 € kg  7,45€ b.) Automatenstahl: K Automatenstahl  3,88kg  2,42 € kg  9,39€ 2.) Gussrohling VGuss  VS tan ge  0,7  344cm3

mGuss  mS tan ge  0,7  2,71kg KGuss  mGuss  2,96 € kg 

K Modelle 4  520€  2,71kg  2,96 € kg   10,10€ Jahresstückzahl 1000Stck .

3.) Schmiederohling

K Schmied  K Rohling 

K Werkzeug 40000€  5,97   19,30 3  Jahres Stückzahl 3000 Stck.

Schlussfolgerung: Nach dieser Rechnung ist das Schwungrad aus Einsatzstahl zu fertigen, da das Rohmaterial am preiswertesten ist.

Für die Fertigung der Schwungscheiben stehen Ihnen die folgenden Maschinen zur Verfügung. Je nach Ausgangsmaterial kommen unterschiedliche Maschinen in Betracht. Nach der mechanischen Bearbeitung soll die Schwungscheibe aus optischen Gründen noch grün lackiert werden. Maschine

Bemerkung

Kostenstelle

Lohngruppe

Bügelhubsäge

Maximale Bauteilgeometrie 120mm x 120mm

3150

2

Bandsäge

Maximale Bauteilgeometrie 300mm x 600 mm

3155

2

3-Achsen-Fräse

Spannvorrichtung 5205479 benötigt

3320

5

CNCDrehmaschine

Arbeitsstundensatz 74 €/h

3410

5

manuelle Drehbank

Arbeitsstundensatz 59 €/h

3450

4

3810

4

Bohrmaschine Tabelle 4: Verfügbare Maschinen

b.) Erstellen Sie einen Arbeitsplan für die Fertigung der Schwungscheibe. Geben Sie dabei auch die jeweils eingeplanten Maschinen an und ergänzen Sie – soweit möglich – Angaben im Arbeitsplankopf. Sind für den Arbeitsplan auch Alternativen möglich? 8

Datum:

12.11.2008

Auftrags-Nr.:

Bearbeiter: Stückzahl:

ARBEITSPLAN

Benennung:

Bereich:

Zeichnungs-Nr.:

Schwungscheibe

AVG Nr.

Werkstoff:

Rohform und -abmessungen:

Rohgewicht:

16MnCrS5

Ø 125 x 40

3,88kg

Arbeitsvorgangsbeschreibung

Kostenstelle

Lohngruppe

Maschine

Fertiggewicht:

Fertigungshilfsmittel

Tabelle 5: Arbeitsplan

9

10

Ablängen

3155

2

Bandsäge

---

20

Plandrehen (1. Seite)

3450

4

man. Drehmasch.

---

30

Zapfen und Absatz drehen

3450

4

man. Drehmasch.

---

40

Plandrehen (2. Seite)

3450

4

man. Drehmasch.

---

50

Zapfen und Absatz drehen

3450

4

man. Drehmasch.

---

60

Längsdrehen auf 120

3450

4

man. Drehmasch.

---

70

Bohrung anlegen

3450

4

man. Drehmasch.

---

80

Speichen ausfräsen

3320

5

3-Achs-Fräsmasch.

90

Beschichten (grün)

5205479

t r [min] te [min]

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Blatt:

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Mögliche Varianten im Arbeitsplan:

 Einsatz der CNC-Drehmaschine  Anlegen der Bohrung mit Bohrmaschine  Anlegen der Bohrung mit Fräsmaschine

Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Schwungscheiben aus dem Stangenmaterial gefertigt werden. Um den Arbeitsplan zu vervollständigen, müssen als nächstes die Einzelzeiten für die Bearbeitungsschritte berechnet werden. Für die Bearbeitung auf der Drehmaschine sollen die Zeiten im Folgenden zusammengefasst ermittelt werden. Dabei stehen Ihnen die die Hinweise im Anhang auf S. 16 bis 18 zur Verfügung. Für die Berechnung von Hauptzeiten sollen jeweils nur die Werkstückabmessungen zugrunde gelegt werden, Anlauf- und Auslaufstrecke sind in dieser Aufgabe zu vernachlässigen. Die Nebenzeiten der Fertigung werden pauschal mit 120% der Hauptzeiten angenommen. Nicht in den Nebenzeiten berücksichtigt sind Zeiten für Werkzeugwechsel (Dauer 20s) und für das Umspannen des Werkstücks (Dauer 30s) auf der manuellen Drehbank. Für die Fertigung auf der manuellen Drehbank stehen Ihnen folgende Werkzeuge zur Verfügung:

Werkzeug

Daten

Drehmeißel für Plandrehen1

Schnittbreite ap= 2,5 mm

Schnittgeschwindigkeit vc= 240 m/min

Vorschub f= 0,3 mm/U

Schnittbreite ap= 2 mm

Schnittgeschwindigkeit vc= 250 m/min

Vorschub f= 0,3 mm/U

Drehzahl n= 3420 U/min

Vorschub f = 0,12 mm/U

(Angaben für Einsatzstahl) Drehmeißel für Längsdrehen (Angaben für Einsatzstahl) Spiralbohrer

Tabelle 6: Werkzeugdaten für Bearbeitung auf der manuellen Drehbank

c.) Berechnen Sie die Stückzeit für die Bearbeitung auf der manuellen Drehbank.

1

Aus GARANT Handbuch Zerspanen 2007 10

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

Hauptzeitformel

th 

v 1000 mm l i m mit n  c (s. Anhang) dm  f n

beim Plandrehen gilt:

dm 

D 2  v c  1000 mm m (vgl. Anhang) also n  2 D 

 thP 

D l  i   2  f  v c  1000 mm m

(Hinweis: Zur Vereinfachung der nachfolgenden Rechnungen wird hier dm 

D 2

für

alle Plandrehoperationen angenommen, auch wenn Absätze zu drehen sind. Die obenstehende Formel kann somit für alle Plandrehoperationen angewendet werden.) Beim Plandrehen eines Vollzylinders gilt:

lP 

D 2

Das Bauteil muss von beiden Seiten plangedreht werden (Bearbeitungszugabe von 5mm abdrehen):

lP 1 

D 125 mm   62,5 mm 2 2

thP1 

125 mm 62,5 mm 2    0,341 min  20,5s 2 0,3 mm U  240 m min 1000 mm m

Dann wird auf beiden Seiten des Schwungrades der Zapfen Ø 20mm gedreht. Das Drehen des Zapfens Ø 20mm sowie des Absatzes für die Speichen ist vergleichbar mit dem Plandrehen eines Hohlzylinders. Hier gilt:

lP 

(D  d ) 2

lP2 

( D  d) (125  20) mm   52,5 mm 2 2

thP 2 

125 mm 52,5 mm 8    1,145 min  68,7s 2  0,3 mmU  240 m min 1000 mm m

Schließlich wir der Absatz für die Speichen in der Schwungscheibe beidseitig gedreht:

lP3 

( D  d) (100  20) mm   40 mm 2 2

11

Methoden der Unternehmensführung Übung – Konstruktion und Arbeitsplanung

thP 3 

100 mm  40 mm  4    0,349 min  20,9 s mm  240 m 1000 mm 2 0,3 U min m

beim Längsdrehen gilt: d m  D , also n 

 thL 

v c  1000 mm m D 

D l i   2  f  v c  1000 mm m

Durch Längsdrehen wird das Schwungrad vom Ø 125mm auf Ø 120mm abgedreht:

thL 1 

16mm  2  125mm L i    D  0,168min  10,1s  mm mm  250 m 1000 mm 0 , 3 f  v c 1000 min U m m

Schließlich wird die zentrale Bohrung angelegt:

thB 

35mm LB   0,085  5,1s mm f  n 0,12 U 3420U min

Hauptzeiten gesamt:

t h, ges  thP1  thP2  thP3  thL1  thB  20,5 s  68,7 s  20,9 s  10,1 s  5,1s  125,3 s

Nebenzeiten für Werkzeugwechsel und Werkstückumspannen:

t N, Wechsel  3 20 s  2 30 s  120 s

sonstige Nebenzeiten:

t N , sonst  1,2 th, ges  1,2 125,3 s  150,3 s

Einzelzeit für manuelles Drehen:

te  th ,ges  tN ,Wechsel  tN ,sonst  125,3 s  100 s  150,3 s  395,6 s  6,59 min