Kapazitätsauslastung berechnen: Formel und Beispiel an drei Fräsmaschinen über eine Woche

Was die Kapazitätsauslastung misst

Die Kapazitätsauslastung sagt, welcher Anteil der verfügbaren Kapazität einer Maschine oder eines Arbeitsplatzes tatsächlich mit Aufträgen belegt war. Sie berechnen sie, indem Sie die genutzte Zeit durch die verfügbare Zeit teilen, beide in Stunden und für denselben Zeitraum.

Kapazitätsauslastung = genutzte Zeit ÷ verfügbare Kapazität × 100 %

Für eine einzelne Maschine heißt dieselbe Rechnung meist Maschinenauslastung, im Englischen machine utilization. Die Formel ist schnell aufgeschrieben. Die Zahl hängt aber fast ganz davon ab, was Sie als genutzt zählen und welche Kapazität Sie in den Nenner setzen.

Welche Kapazität in den Nenner gehört

Drei Kapazitätsbegriffe kommen in Berichten vor, oft ohne dass dabei steht, welcher gemeint ist.

Theoretische Kapazität. Alle Stunden, in denen die Maschine technisch laufen könnte, also 24 Stunden an 7 Tagen, 168 Stunden pro Woche. Sie heißt auch Maximalkapazität. Gegen sie gerechnet sehen Sie, wie viel eine zusätzliche Schicht oder das Wochenende noch bringen könnte.

Verfügbare Kapazität. Die Stunden, in denen die Maschine laut Schichtplan produzieren soll. Pausen, in denen sie mangels Bedienung steht, und geplante Wartung sind schon abgezogen. Das ist dieselbe verfügbare Zeit, mit der der Beitrag Taktzeit berechnen rechnet. Für die Auslastung im Tagesgeschäft gehört sie in den Nenner.

Effektive Kapazität. Die verfügbare Kapazität abzüglich der Verluste, mit denen Sie ohnehin planen, vor allem Rüsten und die üblichen Störungen. Sie sagt, wie viele Bearbeitungsstunden die Arbeitsvorbereitung realistisch einplanen kann.

Auch im Zähler gibt es eine Entscheidung. Genutzt kann heißen, dass die Maschine Teile bearbeitet hat. Es kann auch heißen, dass sie mit einem Auftrag belegt war, Rüsten eingeschlossen. In diesem Beitrag ist die genutzte Zeit die Belegungszeit:

Belegungszeit = Bearbeitungszeit + Rüstzeit

Störungen zählen nicht dazu. In dieser Zeit war die Maschine zwar einem Auftrag zugeordnet, hat aber nichts dafür getan.

Auslastung, OEE und Nutzungsgrad

Die Auslastung fragt, ob die Maschine in ihrer verfügbaren Zeit Arbeit hatte. Die OEE fragt, wie gut sie in der Zeit gelaufen ist, in der sie Arbeit hatte. Sie multipliziert Verfügbarkeit, Leistung und Qualität und lässt die Zeit ohne Auftrag heraus. Eine Maschine ohne Aufträge drückt die Auslastung, ihre OEE bleibt davon unberührt. Langsames Fahren und Ausschuss drücken die OEE, die Auslastung zeigt davon nichts.

Das Wort Nutzungsgrad ist nicht einheitlich belegt. Im OEE-Beitrag steht es für die Verfügbarkeit. In anderen Berichten bedeutet es die Bearbeitungszeit im Verhältnis zur effektiven Kapazität, im Englischen efficiency. Im Beispiel unten sind das die 91,8 % aus Schritt 5. Die Auslastung teilt dagegen die Belegungszeit durch die verfügbare Kapazität. Steht Nutzungsgrad in Ihrem Bericht, fragen Sie, was im Nenner steht.

An einer getakteten Montagelinie heißt die verwandte Kennzahl Bandwirkungsgrad. Sie setzt die Arbeit am Produkt ins Verhältnis zur Stationszeit im Takt. Wie man sie rechnet, steht im Beitrag Austaktung berechnen.

Das Beispiel: drei Fräsmaschinen in einer Woche

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

Ein Lohnfertiger hat einen Arbeitsplatz „Fräsen“ mit drei CNC-Fräsmaschinen, M1, M2 und M3. Gefräst wird von Montag bis Freitag in zwei Schichten zu je 8 Stunden. In jeder Schicht gibt es 30 Minuten Pause, in der die Maschinen stehen, weil niemand sie bedient. Am Mittwoch wird M2 für 5 Stunden planmäßig gewartet. Die Maschinendatenerfassung ordnet jede Stunde einem Zustand zu:

„Ohne Auftrag“ heißt, die Maschine war besetzt und bereit, es lag aber nichts an, oder das Material für den nächsten Auftrag fehlte. Jede Zeile ergibt die verfügbare Zeit der Maschine.

Schritt 1: Theoretische Kapazität

3 Maschinen × 168 h = 504 h

Schritt 2: Verfügbare Kapazität

Schichtplan = 3 Maschinen × 5 Tage × 2 Schichten × 8 h = 240 h

Pausen = 3 Maschinen × 10 Schichten × 0,5 h = 15 h

Verfügbare Kapazität = 240 h − 15 h − 5 h Wartung = 220 h

Schritt 3: Belegungszeit

Belegungszeit = 168 h Bearbeitung + 22 h Rüsten = 190 h

Schritt 4: Kapazitätsauslastung

Kapazitätsauslastung = 190 h ÷ 220 h = 86,4 %

Für die einzelnen Maschinen:

Der Wert für den Arbeitsplatz ist kein Mittel der drei Prozentzahlen. Er kommt aus den summierten Stunden. Das einfache Mittel läge bei 86,3 %. Die beiden Werte weichen nur voneinander ab, wenn die Maschinen unterschiedlich viel verfügbare Zeit und unterschiedliche Prozentzahlen haben. Je weiter beides auseinanderliegt, desto größer kann der Abstand werden.

Schritt 5: Effektive Kapazität

Angenommen, die Arbeitsvorbereitung plant für diese Woche mit 22 Stunden Rüsten und 15 Stunden Störung, und genau so ist es gekommen.

Effektive Kapazität = 220 h − 22 h − 15 h = 183 h

Bearbeitungszeit ÷ effektive Kapazität = 168 h ÷ 183 h = 91,8 %

Die fehlenden 15 Stunden bis 183 h sind genau die Stunden ohne Auftrag. Die Maschinen hätten in dieser Woche 15 Stunden mehr fräsen können, ohne dass sich an Rüsten oder Störungen etwas ändert.

Die Gegenprobe

Die 220 verfügbaren Stunden verteilen sich so: 168 h Bearbeitung, 22 h Rüsten, 15 h Störung und 15 h ohne Auftrag. Das ergibt wieder 220 h. Frei waren 30 Stunden, davon die Hälfte durch Störungen und die Hälfte, weil keine Arbeit da war. Das sind zwei verschiedene Probleme mit zwei verschiedenen Ursachen, und die Prozentzahl allein unterscheidet sie nicht.

Die OEE lässt die 15 Stunden ohne Auftrag aus ihrer geplanten Produktionszeit heraus, die damit bei 205 h liegt. Die Verfügbarkeit im Sinne der OEE wäre 168 h ÷ 205 h = 82,0 %. Für die ganze OEE fehlen hier Stückzahlen und Zykluszeiten.

Fünf Zählfehler bei der Kapazitätsauslastung

1. Den Nenner wechseln

Gegen die theoretische Kapazität gerechnet ist der Arbeitsplatz zu 190 h ÷ 504 h = 37,7 % ausgelastet. Gegen die verfügbare Kapazität sind es 86,4 %. Es ist dieselbe Woche an denselben Maschinen.

Beide Zahlen sind richtig. Die erste sagt, wie viel der ganzen Woche die Maschinen gearbeitet haben. Sie zeigt die Reserve, die eine dritte Schicht oder das Wochenende hätte. Die zweite sagt, wie voll die zwei geplanten Schichten waren. Schreiben Sie in jeden Bericht, welcher Nenner gilt, und vergleichen Sie Maschinen und Werke nur bei gleichem Nenner.

2. Die Auftragszeit statt der Belegungszeit nehmen

Kommt die genutzte Zeit aus den Rückmeldungen und melden die Mitarbeiter nur Auftragsbeginn und Auftragsende, gilt alles dazwischen als genutzt. Das schließt eine Störung mitten im Auftrag ein. Im Beispiel kämen die 15 Stunden Störung in den Zähler:

(190 h + 15 h) ÷ 220 h = 93,2 %

Die Auslastung steigt um fast sieben Punkte, und die Störungen verschwinden aus der Zahl. Wenn Ihre Rückmeldungen Störungen nicht getrennt erfassen, sagen Sie das dazu.

3. Rüsten mal mitzählen, mal nicht

Ohne Rüsten im Zähler ergibt dieselbe Woche 168 h ÷ 220 h = 76,4 % statt 86,4 %. Zehn Punkte Unterschied, nur durch die Zählweise.

Welche Variante Sie wählen, ist weniger wichtig als die Regel, dass jede Maschine gleich gezählt wird. Für den Engpass lohnt es sich, Rüsten getrennt auszuweisen. Dort ist jede Rüststunde eine Stunde, in der der ganze Betrieb nichts herstellt. Wie man Rüstzeiten verkürzt, zeigt der Beitrag zur SMED-Methode.

4. Überstunden nur in den Zähler schreiben

Angenommen, M3 läuft in einer anderen Woche zusätzlich eine Samstagsschicht mit 6 verfügbaren Stunden, die sie vollständig mit Bearbeitung füllt. Die Belegungszeit steigt von 67 h auf 73 h. Bleibt der Nenner bei den 75 Stunden aus dem Schichtplan, ergibt sich:

73 h ÷ 75 h = 97,3 %

Richtig ist 73 h ÷ (75 h + 6 h) = 90,1 %. Wer Zusatzschichten nur im Zähler führt, kommt irgendwann über 100 %. Eine Auslastung über 100 % zeigt fast immer einen Nenner, der nicht zum Zähler passt.

5. Geplante Belastung und gemessene Auslastung verwechseln

Die Kapazitätsplanung im ERP summiert die Vorgabezeiten der eingeplanten Arbeitsgänge. Angenommen, für die Beispielwoche standen Arbeitsgänge mit 200 Stunden Vorgabezeit auf dem Fräsen. Das ERP zeigt dann 200 h ÷ 220 h = 90,9 %. Gemessen wurden 190 Stunden, also 86,4 %.

Beide Zahlen heißen im Alltag Auslastung. Die erste ist ein Plan, die zweite ist gemessen. Die 10 Stunden Abstand haben eine Ursache, die Sie kennen sollten. Entweder sind Vorgabezeiten zu großzügig, oder eingeplante Aufträge sind nicht gelaufen. Im Beispiel liegt der zweite Fall nahe, denn es gab 15 Stunden ohne Auftrag, obwohl mehr Arbeit eingeplant war, als gelaufen ist. Vergleichen Sie Plan und Ist deshalb an derselben Auftragsliste.

Was Sie mit der Zahl anfangen

Den Engpass finden

M3 hat mit 89,3 % die höchste Auslastung und mit 3 Stunden am wenigsten Zeit ohne Auftrag. Das macht sie zur ersten Kandidatin für den Engpass. Belegt ist das damit noch nicht. Eine Maschine kann hoch ausgelastet sein, weil sie langsam ist oder viel rüstet, ohne dass hinter ihr jemand wartet.

Der Engpass zeigt sich am Bestand. Vor ihm stauen sich Aufträge, nach ihm wartet die nächste Station. Zählen Sie an jeder der drei Maschinen die Aufträge, die vor ihr liegen. Wie die Liegezeit vor den Stationen in die Durchlaufzeit eingeht, rechnet der Beitrag Durchlaufzeit berechnen an einem Auftrag durch. Wo im ganzen Werk der Engpass sitzt, zeigt eine Wertstromanalyse.

In Stunden entscheiden, nicht in Prozent

Wenn der Vertrieb fragt, ob ein Zusatzauftrag mit 20 Stunden Fräsen in die Woche passt, hilft die Prozentzahl wenig. Die Stunden helfen. Im Beispiel waren 15 Stunden ohne Auftrag, verteilt auf drei Maschinen und fünf Tage. Ob die 20 Stunden passen, hängt davon ab, auf welcher Maschine der Auftrag laufen kann und wann das Material da ist.

Warum 100 % nicht das Ziel ist

Eine Maschine ohne jede freie Stunde kann keinen Auftrag aufnehmen, der später kommt als geplant, und keine Störung aufholen. Jede Unregelmäßigkeit schiebt die folgenden Aufträge nach hinten.

Die Warteschlangentheorie rechnet das für ein einfaches Modell vor, die M/M/1-Warteschlange. Dort kommen Aufträge zufällig an eine einzelne Maschine, und die Bearbeitungszeiten schwanken ebenfalls zufällig. Im Mittel sind dann ρ ÷ (1 − ρ) Aufträge im System, wobei ρ die Auslastung ist. Bei 80 % sind das 4 Aufträge, bei 90 % sind es 9 und bei 95 % schon 19. Zwischen 90 und 95 % wächst die mittlere Zahl der Aufträge an der Maschine also auf mehr als das Doppelte. Bei 100 % hat das Modell keinen stabilen Zustand mehr.

Ihre Fräserei ist kein M/M/1-Modell, und die Zahlen lassen sich nicht eins zu eins auf sie übertragen. Das Modell zeigt aber, warum die letzten Prozentpunkte so teuer sind. Mehr Aufträge in der Schlange heißt längere Wartezeit für jeden einzelnen.

Häufige Fragen

Wie berechnet man die Maschinenauslastung?

Sie teilen die Belegungszeit der Maschine, also Bearbeitung und Rüsten, durch ihre verfügbare Zeit laut Schichtplan, beide für denselben Zeitraum. Bei 65 Stunden Belegung und 75 verfügbaren Stunden sind das 86,7 %. Geplante Pausen und Wartung ziehen Sie vorher von der verfügbaren Zeit ab.

Was ist der Unterschied zwischen Auslastung und OEE?

Die Auslastung sagt, ob die Maschine Arbeit hatte. Die OEE sagt, wie gut sie gelaufen ist, während sie Arbeit hatte. Eine Maschine ohne Aufträge hat eine niedrige Auslastung und kann trotzdem eine hohe OEE haben.

Kann die Kapazitätsauslastung über 100 % liegen?

Gegen die verfügbare Kapazität gerechnet nur dann, wenn Zähler und Nenner nicht zusammenpassen. Meist stehen Überstunden oder Samstagsschichten im Zähler, aber nicht im Nenner. In der Kapazitätsplanung kann die geplante Belastung über 100 % liegen. Dann ist mehr eingeplant, als die Maschine schaffen kann.

Welche Auslastung ist gut?

Eine allgemeingültige Zahl gibt es nicht. An einem Engpass sollte die Auslastung hoch sein, weil jede verlorene Stunde dort dem ganzen Betrieb fehlt. An Maschinen davor und danach ist freie Zeit nötig, damit der Engpass nie auf Arbeit wartet. Vergleichen Sie Ihre Zahl mit der Vorwoche bei gleicher Zählweise und schauen Sie, ob die Wartezeiten vor den Maschinen steigen.

Zählt Rüstzeit zur Auslastung?

Das legen Sie fest. In diesem Beitrag zählt Rüsten zur Belegungszeit, weil die Maschine in der Zeit für einen Auftrag gebunden ist. Wichtig ist, dass alle Maschinen gleich gezählt werden und die Rüstzeit zusätzlich getrennt im Bericht steht.

Der nächste Schritt

Nehmen Sie eine Maschine, die als voll ausgelastet gilt. Holen Sie für eine Woche die Stunden aus der Maschinendatenerfassung oder den Rückmeldungen und teilen Sie sie auf wie in der Tabelle oben, in Bearbeitung, Rüsten, Störung und ohne Auftrag. Rechnen Sie die Auslastung gegen die verfügbare Zeit und vergleichen Sie sie mit der Zahl, die heute im Bericht steht.

Wenn Sie wissen wollen, ob Ihr Engpass an der Maschine liegt oder in der Planung davor, ist das der Umfang unserer Prozessanalyse.