Austaktung berechnen: Linienabstimmung an zehn Arbeitsschritten einer Pumpenmontage

Was Austaktung ist

Austaktung heißt, die Arbeitsschritte eines Produkts so auf die Stationen einer Linie zu verteilen, dass jede Station innerhalb der Taktzeit fertig wird und dabei möglichst wenig wartet. Die Reihenfolge, die das Produkt vorgibt, bleibt erhalten. Dasselbe heißt auch Linienabstimmung, Leistungsabstimmung oder Fließbandabstimmung, im Englischen line balancing.

Wie viele Stationen eine Linie mindestens braucht, steht schon vor der Verteilung fest:

Mindestzahl der Stationen = Summe der Arbeitsinhalte ÷ Taktzeit, aufgerundet auf die nächste ganze Zahl

Brauchen alle Arbeitsschritte zusammen 260 s und gibt der Kunde 60 s vor, kommen 4,33 heraus, also mindestens 5 Stationen. Ob 5 tatsächlich reichen, zeigt erst die Verteilung. Die Schritte lassen sich nicht beliebig teilen, und viele müssen in einer festen Reihenfolge laufen.

Was Sie für die Rechnung brauchen

Die Arbeitsschritte mit ihren Zeiten. Ein Arbeitsschritt ist die kleinste Einheit, die sinnvoll an einer Station bleibt, etwa „Lagerbuchse einpressen“. Die Zeiten kommen aus der Stoppuhr oder aus einer Zeitaufnahme, in Sekunden. Je feiner die Schritte geschnitten sind, desto gleichmäßiger lässt sich verteilen.

Die Reihenfolge. Für jeden Schritt steht fest, welche Schritte vorher fertig sein müssen. Die Welle geht erst hinein, wenn die Lagerbuchse sitzt. Aufgezeichnet heißt das Vorranggraph. Für zehn Schritte reicht eine Tabelle mit einer Spalte „Vorgänger“.

Die Taktzeit. Sie kommt aus verfügbarer Zeit und Kundenbedarf. Wie man sie rechnet und was in die verfügbare Zeit gehört, steht im Beitrag Taktzeit berechnen.

Ist ein einzelner Schritt länger als die Taktzeit, hilft keine Verteilung. Dann muss der Schritt geteilt oder kürzer werden, oder er läuft an zwei Stationen parallel, die sich die Teile abwechselnd nehmen.

Die Formeln

Mit t für die Zeit eines Arbeitsschritts, T für die Taktzeit und n für die Zahl der Stationen, die die Linie nach der Verteilung tatsächlich hat:

Mindestzahl der Stationen = Σ t ÷ T, aufgerundet

Bandwirkungsgrad = Σ t ÷ (n × T)

Bandabstimmungsverlust = 1 − Bandwirkungsgrad

Leerzeit pro Takt = n × T − Σ t

Der Bandwirkungsgrad sagt, welcher Anteil der bezahlten Stationszeit Arbeit am Produkt ist. Der Rest ist Warten. Die Leerzeit ist derselbe Verlust in Sekunden, summiert über alle Stationen für ein Teil.

Manche Lehrbücher und Werke setzen statt der Taktzeit die Zeit der langsamsten Station ein. Das ergibt eine andere Zahl. Mehr dazu bei Fehler 4.

Das Beispiel: eine Pumpenmontage mit zehn Arbeitsschritten

Betrieb, Produkt und alle Zeiten sind für dieses Beispiel erfunden. Sie sind so gewählt, dass Sie jede Zahl von Hand nachrechnen können.

Eine Linie montiert eine kleine Umwälzpumpe in einer Variante. Wie in der Montagezelle aus dem Taktzeit-Beitrag stehen pro Schicht 440 Minuten zur Verfügung, also 26.400 s. Der Kunde ruft 2.200 Pumpen pro Woche ab, gearbeitet wird in fünf Schichten. Das sind 440 Pumpen pro Schicht.

Taktzeit = 26.400 s ÷ 440 Stück = 60 s

Der Arbeitsplan listet zehn Schritte:

Der Vorranggraph hat einen langen Strang. Nach A folgen D, E, F, G, H, I und J nacheinander. B und C hängen nur an A und lassen sich irgendwo vor G beziehungsweise vor J einschieben.

Schritt 1: Mindestzahl der Stationen

260 s ÷ 60 s = 4,33, aufgerundet 5 Stationen

Die Gegenprobe zeigt, warum aufgerundet wird. Vier Stationen hätten zusammen 4 × 60 s = 240 s pro Pumpe. Das sind 20 s weniger, als die Arbeit braucht.

Schritt 2: Positionsgewichte

Für die Verteilung nutzt dieses Beispiel das Rangwertverfahren, englisch Ranked Positional Weight. Helgeson und Birnie haben es 1961 veröffentlicht. Jeder Schritt bekommt ein Positionsgewicht. Das ist seine eigene Zeit plus die Zeiten aller Schritte, die erst nach ihm laufen können, direkt oder über andere Schritte. Ein hohes Gewicht heißt, dass an diesem Schritt viel nachfolgende Arbeit hängt. Er sollte deshalb früh an eine Station.

Die Tabelle ist schon nach dem Gewicht sortiert. Das ist die Liste für den nächsten Schritt.

Schritt 3: Schritte auf Stationen verteilen

Sie öffnen eine Station und gehen die Liste von oben durch. Sie nehmen den ersten Schritt, dessen Vorgänger schon verteilt sind und der noch in die Restzeit bis 60 s passt. Das wiederholen Sie, bis nichts mehr passt. Dann kommt die nächste Station.

Station 1. A hat das höchste Gewicht und keinen Vorgänger, 15 s. Es bleiben 45 s. D folgt in der Liste, A ist verteilt, 35 s passen. Station 1 steht bei 50 s, es bleiben 10 s. E bräuchte 40 s, B und C je 15 s, die übrigen warten noch auf Vorgänger. Station 1 ist voll.

Station 2. E braucht 40 s, es bleiben 20 s. F mit 35 s passt nicht mehr. B mit 15 s passt, Station 2 steht bei 55 s. Für die restlichen 5 s gibt es keinen Schritt.

Station 3. F braucht 35 s, es bleiben 25 s. G wäre jetzt frei, weil B und F verteilt sind, aber 30 s passen nicht. C mit 15 s passt, Station 3 steht bei 50 s.

Station 4. G mit 30 s und H mit 25 s ergeben 55 s. I mit 30 s passt nicht mehr.

Station 5. I mit 30 s und J mit 20 s ergeben 50 s. Alle zehn Schritte sind verteilt.

Prüfen Sie jede Verteilung gegen die Vorgänger-Spalte. Hier steht jeder Schritt an derselben Station wie seine Vorgänger oder an einer späteren. Die 5 Stationen aus Schritt 1 reichen also.

Schritt 4: Bandwirkungsgrad und Leerzeit

Bandwirkungsgrad = 260 s ÷ (5 × 60 s) = 260 s ÷ 300 s = 86,7 %

Bandabstimmungsverlust = 100 % − 86,7 % = 13,3 %

Leerzeit pro Takt = 300 s − 260 s = 40 s

Über die Schicht kommen 440 × 40 s = 17.600 s zusammen. Das sind gerundet 293 Minuten oder 4,9 Stunden Warten, verteilt auf fünf Personen.

Das klingt nach viel, ist hier aber das Ergebnis des Aufrundens. Vier Stationen schaffen die Arbeit nicht, und fünf haben 40 s Luft pro Pumpe. Weniger Leerzeit gibt es nur, wenn sich Schritte feiner teilen lassen oder der Takt sich ändert. Selbst perfekt verteilt hätte jede Station 260 s ÷ 5 = 52 s Arbeit und 8 s Leerzeit.

Was die Linie schafft

Die langsamsten Stationen brauchen 55 s. Sie bestimmen, wie viele Pumpen die Linie abgeben kann.

26.400 s ÷ 55 s = 480 Pumpen pro Schicht

3.600 s ÷ 55 s = gerundet 65,5 Pumpen pro Stunde

Der Kunde braucht 440 pro Schicht, im Takt von 60 s sind das 60 pro Stunde. Die Linie hat an den Stationen 2 und 4 einen Abstand von 5 s zum Takt, an den anderen 10 s. Wie man solche Stückzahlen pro Stunde und pro Minute rechnet, auch am Förderband, steht im Taktzeit-Beitrag.

Vier Fehler bei der Austaktung

1. Abrunden

4,33 Stationen auf 4 abzurunden heißt, 260 s Arbeit in 240 s Stationszeit unterzubringen. Selbst perfekt verteilt bräuchte dann jede Station 65 s. Bei 65 s schafft die Linie in 26.400 s nur 406 ganze Pumpen, 34 weniger als bestellt. Die Mindestzahl wird immer aufgerundet, auch bei 4,05.

2. Stationen in der Reihenfolge des Arbeitsplans füllen

Naheliegend ist, den Arbeitsplan von A bis J abzuarbeiten und eine neue Station zu öffnen, sobald der nächste Schritt nicht mehr passt.

Das ergibt sechs Stationen statt fünf und einen Bandwirkungsgrad von 260 s ÷ 360 s = 72,2 %. Die Linie braucht eine Person mehr für dieselben 440 Pumpen. Das Rangwertverfahren überspringt einen Schritt, der nicht passt, und sucht weiter unten in der Liste. So ist C an Station 3 gelandet und hat dort die Lücke gefüllt.

3. Bis auf die Sekunde an den Takt füllen

Die Regel aus Schritt 3 erlaubt Stationen bis 60 s. Im Beispiel landet keine dort, die höchsten stehen bei 55 s. Eine Station mit genau 60 s hat aber keinen Spielraum. Jede Störung und jedes Ausschussteil fehlt dann am Ende der Schicht.

Rechnen Sie deshalb gegen eine geplante Zykluszeit unter dem Takt. Wie sie entsteht, zeigt Fehler 5 im Taktzeit-Beitrag, dort sind es 112 s bei 120 s Takt. Wie viel Zeit Störungen und Ausschuss an Ihrer Linie tatsächlich kosten, liefert eine OEE-Rechnung. Angenommen, die Pumpenlinie plant mit einer Zykluszeit von 55 s. Dann gilt 260 s ÷ 55 s = 4,73, aufgerundet wieder 5 Stationen. Die Verteilung oben hält diese 55 s ein.

4. Bandwirkungsgrade mit verschiedener Bezugsgröße vergleichen

Gegen den Takt von 60 s gerechnet hat die Linie 86,7 %. Gegen die langsamste Station mit 55 s gerechnet sind es 260 s ÷ (5 × 55 s) = 260 s ÷ 275 s = 94,5 %. Es ist dieselbe Linie mit denselben Leuten.

Beide Rechnungen sind verbreitet. Die erste zeigt, wie gut die Linie zum Kunden passt. Die zweite zeigt, wie gleichmäßig die Arbeit verteilt ist. Schreiben Sie dazu, welche Sie meinen, und vergleichen Sie nur Zahlen mit derselben Bezugsgröße.

Wann Sie neu austakten müssen

Eine Austaktung gilt für einen Takt und einen Arbeitsinhalt. Ändert sich eines davon, rechnen Sie neu.

Der Abruf steigt. Bestellt der Kunde 2.640 statt 2.200 Pumpen pro Woche, sind es 528 pro Schicht. Der Takt sinkt auf 26.400 s ÷ 528 Stück = 50 s. Fünf Stationen hätten zusammen 250 s für 260 s Arbeit. Gebraucht werden 260 s ÷ 50 s = 5,2, aufgerundet 6 Stationen. Die Stationen 2 und 4 lägen mit 55 s schon 5 s über dem neuen Takt.

Der Abruf sinkt. Bei 1.650 Pumpen pro Woche sind es 330 pro Schicht und ein Takt von 26.400 s ÷ 330 Stück = 80 s. Dann reichen 260 s ÷ 80 s = 3,25, aufgerundet 4 Stationen. Bleibt die Linie bei fünf, fällt der Bandwirkungsgrad auf 260 s ÷ (5 × 80 s) = 65 %.

Die Arbeit ändert sich. Eine neue Vorrichtung macht das Einpressen kürzer, eine Variante bringt einen zusätzlichen Schritt, ein Schritt wandert in die Vormontage. Jede dieser Änderungen verschiebt die Summe und oft die Positionsgewichte.

Die verfügbare Zeit ändert sich. Rüstet die Linie zwischen Varianten um, fehlt die Rüstzeit in der verfügbaren Zeit, und der Takt wird kürzer. Wie man Rüstzeiten verkürzt, zeigt der Beitrag zur SMED-Methode.

Laufen auf einer Linie mehrere Varianten mit unterschiedlichem Arbeitsinhalt, nimmt man für die Austaktung das nach Stückzahl gewichtete Mittel der Arbeitsinhalte. Dann kommt es zusätzlich auf die Reihenfolge an. Zwei lange Varianten hintereinander bringen eine Station über den Takt, auch wenn das Mittel passt.

Die Austaktung bestimmt, in welchem Abstand die Linie Teile abgibt. Wie lange ein einzelnes Teil unterwegs ist, hängt dagegen am Bestand zwischen den Stationen. Das rechnet der Beitrag Durchlaufzeit berechnen durch. Welche Linie in einem Werk überhaupt über dem Takt liegt, zeigt eine Wertstromanalyse.

Häufige Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Taktzeit und Austaktung?

Die Taktzeit ist eine Zahl. Sie sagt, in welchem Abstand der Kunde ein Teil braucht. Die Austaktung ist die Arbeit, die daraus folgt. Sie verteilt die Arbeitsschritte so auf Stationen, dass keine Station länger braucht als dieser Abstand.

Wie berechnet man die Anzahl der Stationen?

Sie teilen die Summe aller Arbeitsinhalte durch die Taktzeit und runden auf. Bei 260 s Arbeit und 60 s Takt sind es 4,33, also 5 Stationen. Das ist die Untergrenze. Ob sie reicht, zeigt erst die Verteilung unter Beachtung der Reihenfolge.

Welcher Bandwirkungsgrad ist gut?

Einen allgemeinen Zielwert gibt es nicht. 100 % erreicht eine Linie nur, wenn die Summe der Arbeitsinhalte genau ein Vielfaches des Takts ist und sich die Schritte passend verteilen lassen. Vergleichen Sie Ihren Wert mit dem, was bei der Mindestzahl der Stationen möglich wäre, und mit Ihrer letzten Austaktung. Im Beispiel liegt die Grenze bei 86,7 %, weil fünf Stationen das Minimum sind.

Findet das Rangwertverfahren immer die beste Lösung?

Nein. Es ist eine Faustregel, die schnell eine brauchbare Verteilung liefert. Bei vielen Schritten kann eine andere Verteilung mit weniger Stationen auskommen. Für die genaue Lösung gibt es Optimierungsverfahren, die ein Rechner abarbeitet. Erreicht die Faustregel wie im Beispiel schon die Mindestzahl, gibt es keine Lösung mit weniger Stationen.

Was tun, wenn ein Arbeitsschritt länger dauert als der Takt?

Dann passt er an keine Station. Sie können ihn teilen, ihn mit einer Vorrichtung oder einem anderen Ablauf kürzer machen, oder ihn doppelt besetzen. Bei zwei parallelen Stationen nimmt jede jedes zweite Teil und hat dafür zwei Takte Zeit.

Der nächste Schritt

Nehmen Sie eine Linie, an der eine Station regelmäßig hinterherläuft. Schreiben Sie die Arbeitsschritte mit gestoppten Zeiten auf, dazu für jeden Schritt die Vorgänger. Rechnen Sie die Mindestzahl der Stationen und vergleichen Sie sie mit der Zahl, die heute besetzt ist. Für zehn bis zwanzig Schritte reichen Papier und eine halbe Stunde.

Wenn Sie wissen wollen, ob Ihre Linie an der Verteilung der Arbeit hängt oder an Störungen und Beständen, ist das der Umfang unserer Prozessanalyse. Fester Umfang, feste Dauer, fester Preis.