VDI 3633 Blatt 6-2001 Simulation of systems in materials handling logistics and production - Representation of human resources in simulation models.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURESimulation von Logistik-, Materialfluss-und ProduktionssystemenAbbildung des Personals in SimulationsmodellenVDI 3633Blatt 6VDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialfluss LogistikFachbereich Modellierung und SimulationFachausschuss Abbildung des Personals in Simulationsmodelle

2、nVDI-Handbuch Materialfluss und Frdertechnik, Band 8VDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 1VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure,Dsseldorf 2001Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattetSimulation of syst

3、ems in materials handling,logistics and productionRepresentation of human resourcesin simulation modelsICS 03.100.30 Oktober 2001Frhere Ausgabe: 8.2000 Entwurf,deutschInhalt Seite1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Personalintegrierte und -orientierteSimulation . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . 21.2 Begriffsdefinitionen . . . . . . . . . . . . . 32 Anwendungsbeschreibung. . . . . . . . . . . 32.1 Anstze der Personalabbildung . . . . . . . 32.2 Einsatzgebiete . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3 Besonderheiten und Probleme bei der Personalabbildung . . . . . . . . . . .

5、. . . 43 Mindestanforderungen an personal-integrierte Simulationsverfahren . . . . . . . 43.1 Trennung in personelle und maschinelle Kapazitten . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.2 Abbildung von Arbeits- und Betriebszeiten. 53.3 Abbildung der Personalqualifikation bei personalintegrierter Simulati

6、on . . . . . . . 53.4 Abbildung von Zusammen- und Gruppenarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Spezielle Aspekte personalorientierter Simulationsverfahren . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Steuerung der Zuordnung des Personals zu Arbeitsvorgngen. . . . . . . . . . . . . 74.2 Abbildung der Persona

7、lqualifikation bei personalorientierter Simulation . . . . . . . 74.3 Anwesenheitsbedingte Aspekte . . . . . . . 8Inhalt Seite4.4 Auslastungsbedingte Effekte . . . . . . . . . 94.5 Arbeitsphysiologische Aspekte . . . . . . . 94.6 Arbeitspsychologische Aspekte . . . . . . . 104.7 Gruppensoziologische

8、 Aspekte . . . . . . . 114.8 Aufbauorganisatorische Aspekte. . . . . . . 115 Datenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.1 Erforderliche Daten. . . . . . . . . . . . . . 125.2 Unterscheidung in Eingabe- und Ergebnisdaten der Simulation . . . . . . . . 135.3 Problematik der Datenermittlung .

9、 . . . . . 155.4 Hinweise zur Datenermittlung . . . . . . . . 156 Datenverwendung . . . . . . . . . . . . . . . . 156.1 Entscheidungsuntersttzung durch Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156.2 Gesetzliche Grundlagen . . . . . . . . . . . 167 Durchfhrung der Simulationsexperimente . . 168

10、 Datenauswertung . . . . . . . . . . . . . . . . 178.1 Ausgabedaten . . . . . . . . . . . . . . . . . 178.2 Datenauswertung und Ergebnisdarstellung . 189 Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . 189.1 Beispiel zur Kapazittsbedarfsermittlung . . 189.2 Beispiel zur Vernderung einerArbeitsstrukt

11、ur . . . . . . . . . . . . . . . . 20Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001

12、2 VDI 3633 Blatt 61 EinleitungDie Bercksichtigung des Personals bei der Planungvon Produktionssystemen gewinnt immer strkeran Bedeutung. Fr Simulationswerkzeuge und-modelle, die das Personal im Bereich von Produk-tion und Logistik bercksichtigen, werden in dieserRichtlinie grundlegende Begriffe defi

13、niert und Stan-dards festgelegt. Hierdurch sollen die Anwendungund Weiterentwicklung der personalorientiertenSimulation fr Simulationsanwender und -entwicklervereinfacht werden.Die Abbildung des Personals in Simulationsmodellenist sinnvoll, da in nicht vollstndig automatisiertenProduktionssystemen d

14、as Erreichen der (logistischenund gegebenenfalls monetren) produktionswirt-schaftlichen Ziele mageblich von den personellenRessourcen beeinflusst wird. Zunehmend wird Per-sonal aber auch deshalb abgebildet, um personalbe-zogene Fragestellungen zu lsen, beispielsweise diePersonalbedarfs- und -einsatz

15、planung oder die Pla-nung von Arbeitsstrukturierungsmanahmen.Bild 1 zeigt die inhaltliche Abgrenzung der vorlie-genden VDI-Richtlinie. In dieser Richtlinie steht dieSimulation als Werkzeug der Planung im Vorder-grund, weniger als Werkzeug der Produktions- undPersonaleinsatzsteuerung, da die Simulati

16、on im letzt-genannten Bereich erst seit kurzer Zeit eingesetztwird und daher noch keine Standards gebildet werdenknnen. Nicht betrachtet werden hier sogenannteMenschmodelle, die die Abbildung des mensch-lichen Krpers in graphischen Darstellungen beinhal-ten, um Fragestellungen im Bereich der technis

17、chenund ergonomischen Arbeitsplatz- und -systemgestal-tung zu beantworten.Das reale Verhalten des Personals ist nicht exakt pro-gnostizierbar und nicht mit seinen individuellenUnterschieden abbildbar. Simulationsergebnissemssen vor diesem Hintergrund interpretiert werden.Dennoch lassen sich auch mit

18、 dieser Einschrnkungaussagefhige Bewertungen von Planungsalternati-ven mit Hilfe der Simulation vornehmen. Bei der Ab-bildung von Personal in Simulationsmodellen sinddie gesetzlichen Rahmenbedingungen zu beachten(vgl. Abschnitt 6.2).1.1 Personalintegrierte und -orientierte SimulationIn dieser Richtl

19、inie wird eine Unterscheidung zwi-schen personalintegrierten und -orientierten Simula-tionsmodellen vorgenommen, da grundstzlichunterschiedliche Anforderungen an die entsprechen-den Simulationswerkzeuge bestehen. Es sind jedochnicht alle Werkzeuge eindeutig der einen oder ande-ren Kategorie zuordenb

20、ar. Flieende bergnge zwi-schen den Verfahren sind daher mglich.Personalintegrierte SimulationDie personalintegrierte Simulation bildet Modellevon Produktionssystemen einschlielich des dort tti-gen Personals ab. Personalintegrierte Simulations-modelle und -werkzeuge sollen folgende Mindest-anforderun

21、gen erfllen:Abbildbarkeit der Trennung von personellen undmaschinellen KapazittenAbbildbarkeit von Arbeitszeiten des Personalsund Betriebszeiten der BetriebsmittelAbbildbarkeit unterschiedlicher Personalqualifi-kationenAbbildbarkeit von Formen der Zusammen- undGruppenarbeitIm Vordergrund stehen Frag

22、estellungen aus Produk-tion und Logisitik, bei deren Beantwortung das Zu-Bild 1. Personal abbildende Simulatoren!“#$%./“#:4$%:%6$ vgl.Bild 4), die in geeigneter Weise modellierbar seinmssen. Bei diesem Ansatz wird die Fhigkeit einerPerson zur Durchfhrung einer bestimmten Funktiongetrennt von dem daf

23、r bestimmten Betriebsmittelabgebildet. Dadurch knnen die Modellierung kom-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 8 VDI 3633 Blatt 6ple

24、xer Arbeitsstrukturen und die Berechnung vonKennzahlen vereinfacht werden.4.3 Anwesenheitsbedingte AspekteUm den vernderten Anforderungen neuer Produk-tionskonzepte zu entsprechen, werden zunehmenddifferenzierte Arbeitszeitmodelle entwickelt. DieseModelle sollen zu einer Flexibilisierung der Produk-

25、tionsprozesse beitragen und das Betriebsergebnisverbessern. Einige personalorientierte Simulations-verfahren ermglichen die detailliertere Betrachtunganwesenheitsbedingter Aspekte. Mit ihnen lsst sichdie Wirkung unterschiedlicher Arbeitszeitmodelleauf das Betriebsergebnis darstellen und analysieren.

26、Um die Einflsse der Arbeitszeitgestaltung auf denProduktionsprozess und das Personal abzubilden,stehen Instrumente zur Verfgung, die eine detail-lierte Darstellung der Arbeits- und Anwesenheitszei-ten ermglichen. Damit knnen strukturelle Manah-men zur Verbesserung des Personaleinsatzes und derInfras

27、truktur entwickelt und analysiert werden.Zur Erfassung der Betriebszeiten kann z.B. eineKalenderstruktur zur Nachbildung von variablenTagesschichtlngen und Brckentagen hinterlegtwerden. Damit lassen sich z.B. verkrzte oder vern-derte Schichtzyklen am Wochenende simulieren. DieImplementierung einer v

28、ariablen Schicht-Rhythmikerlaubt die Darstellung flexibler, rollierenderSchichtsysteme. Weiterhin kann die Mglichkeit be-stehen, fr jeden Personaltyp ein individuellesSchichtsystem abzubilden.Zur Darstellung von Gleitzeitsystemen werden dieKernarbeitszeit und die vor- bzw. nachgeschaltetenGleitzeits

29、pannen angegeben. Um bei Mehrschicht-systemen einen reibungslosen Personalwechsel zugewhrleisten, knnen die Gleitzeitkorridore zurSchichtbergabe eingeschrnkt oder gesperrt wer-den. Bei einer detaillierten Modellierung einesSystems kann auch die Erwirtschaftung von Gleit-tagen durch das Personal darg

30、estellt werden (Zeit-konten). Dazu sind das Gleitzeitvolumen und die zu-lssige Art der Zeitentnahme (stunden- oder tage-weise) anzugeben.Das Gleitzeitverhalten des Personals lsst sich in An-betracht des betrchtlichen Datenaufwandes verein-fachend mit statistischen Modellen oder mit Refe-renzdatenstz

31、en darstellen. Das tatschliche Verhal-ten des Personals kann damit, besonders ber einenlngeren Zeitraum, recht gut angenhert werden.Bei personalorientierten Simulationsverfahren isteine detaillierte Modellierung der Arbeitspausenmglich. Durch die Abstimmung der Pausenzyklenverschiedener Personengrup

32、pen untereinander kn-nen bedarfsweise geschlossene, versetzte oder zykli-sche Pausen simuliert werden.Kurzfristige Abwesenheit des Personals lsst sichstochastisch darstellen. Personenbezogene Datenber Fehlzeiten (z.B. Krankheits- oder Urlaubszei-ten) werden allein schon aus datenschutzrechtlichenGrn

33、den nicht in Simulationsstudien aufgenommen(siehe Abschnitt 6).Bild 4. Modellierung der Qualifikation in einem personalorientierten Simulationsverfahren 18B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rec

34、hte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2001 VDI 3633 Blatt 6 9 4.4 Auslastungsbedingte EffekteDie Auslastung des Personals kann in der Realitteinen direkten Einfluss auf den Erfolg der Aufgaben-durchfhrung und damit auf die erreichte Arbeitslei-stung bzw. Produktivitt haben. Als ausl

35、astungsbe-dingte Effekte treten dabei z.B. Ermdungserschei-nungen und bungseffekte auf. Zur Erhhung derAbbildungsgenauigkeit oder zur detaillierten Unter-suchung bestimmter Effekte bieten einige personal-orientierte Simulationsverfahren an, auslastungsbe-dingte Effekte nachzubilden. Beispielsweise k

36、anndurch die Betrachtung von bungseffekten das An-laufverhalten von Fertigungssystemen untersuchtwerden.Der bungsgrad von Personen bestimmt u.a. die be-ntigte Zeit fr die Durchfhrung von Arbeits-aufgaben und somit den Zeitgrad. Der Zeitgrad istdas Verhltnis von vorgegebener Soll-Zeit zu erziel-ter I

37、st-Zeit 4. Der bungsgrad wird als Funktionder Zeit von der Dauer und der Wiederholhufigkeitder Aufgabendurchfhrung beeinflusst (vgl. Bild5). Die Bestimmung des aktuellen bungsgradesvon Personen whrend eines Simulationslaufes kannanhand hinterlegter Kurvenverlufe (z.B. Lernkur-ven) erfolgen 5. Die Ku

38、rvenverlufe knnen dabeisowohl personaltyp- als auch arbeitsaufgabenbezo-gen sein. Um den bungsgrad von Personen zu Be-ginn eines Simulationslaufes bestimmen zu knnen,sind gesonderte Angaben (z.B. Erfahrungswerte) er-forderlich. Fr Lern- und Verlerneffekte mssen ent-sprechende Kurvenverlufe hinterleg

39、t werden.Der erreichbare bungsgrad bei der Aufgabendurch-fhrung ist vor allem fr die Untersuchung von Grup-penarbeit mit Hilfe der Simulation ein wichtiger Ent-scheidungsfaktor. Hierzu kann versucht werden,durch eine gezielte Variation des Zeitgrades eine Sen-sitivittsanalyse durchzufhren. Das Ergeb

40、nis lsstsich dann zur Auslegung der Arbeitsstruktur heran-ziehen.Die Mglichkeit zur Abbildung auslastungsbedingterEffekte weist beim derzeitigen Stand der Verfahrenjedoch auch gewisse Grenzen auf, da sich z.B. dieQuantifizierung des individuellen Monotonieerle-bens schwierig gestaltet (vgl. Abschnit

41、t 4.6).4.5 Arbeitsphysiologische AspekteVorrangig bei der Simulation von Arbeitssystemen,in denen vom Personal krperlich schwere Ttigkei-ten zu verrichten sind oder erschwerende Umge-bungsbedingungen auftreten, sollten arbeitsphysiolo-gische Aspekte beachtet werden. Damit werden be-reits in der Plan

42、ungsphase Abschtzungen der zu er-wartenden physischen Belastungen und Beanspru-chungen des Personals mglich.Auf das Personal wirken unterschiedliche Bela-stungsfaktoren ein. Diese resultieren aus den Anfor-derungen durch die Arbeitsaufgabe und aus den Um-gebungseinflssen. Belastungen aus der Arbeits

43、auf-gabe ergeben sich z.B. durch dynamische und stati-sche Muskelarbeit sowie aus der Krperhaltung. Be-lastungen durch die Arbeitsumgebung sind z.B.Lrm, Gefahrstoffexposition und Raumklima. Diewirkenden Belastungsfaktoren sind damit vom Auf-enthaltsort, vom Arbeitsgegenstand und vomArbeitsvorgang ab

44、hngig.Fr jeden Teilvorgang sind somit Daten ber die Be-lastung zu erfassen. Dazu eignen sich z.B. Werk-zeuge, die auch fr arbeitswissenschaftliche Feldstu-dien eingesetzt werden 24. Wird die Simulations-studie projektbegleitend erstellt, so stehen in derRegel keine Messdaten zur Verfgung. In diesem

45、Fallknnen Referenzdatenstze verwendet werden, wieBild 5. bungsverlauf bei unterbrochener Ttigkeit 2)*6% 8) konnten bei den fol-genden vier Aufgabenmerkmalen signifikante Ein-flsse auf die Beanspruchungsfolgen Ermdung,Monotonie und psychische Sttigung festgestelltwerden:Bild 6. Beispiel zur Beurteilu

46、ng der Belastungssituation!25).Bei menschbezogener Sichtweise gehrt insbeson-dere die Wartezeit zu den Ergebnisdaten, bei be-triebsmittelbezogener Sicht die Brachzeit. Unter denauftragsbezogenen Daten sind die Durchlaufzeit, dieablaufbedingte Liegezeit und die Zusatzzeit fr zu-stzliche Durchfhrung u

47、nd strungsbedingtesUnterbrechen Ergebnisdaten der Simulation(Bild 9). Die Durchfhrungszeit bercksichtigt beiden menschbezogenen Daten ggf. auch einen geplan-ten Zeitgrad. Durch Dividieren der Vorgabezeitendurch den Zeitgrad erhlt man einen Eingabewert,mit dem in der Simulation der planmig bentigteZe

48、itbedarf fr die Aufgabendurchfhrung bestimmtwird.Anzumerken ist, dass je nach Detaillierungsgrad desSimulationsmodells Eingabedaten zu Ausgabedatenwerden knnen und umgekehrt. Werden z.B. zur Ver-einfachung Betriebsmittelstrungen im Verteilzeit-prozentsatz (und nicht wie in Bild 10 als statistischeVe

49、rteilung) bercksichtigt, so ist dieser Teil der Be-triebsmittel-Verteilzeit kein Ausgabewert.Weiterhin gibt es Zeitarten, die sich aus Eingabe- undErgebnisdaten zusammensetzen knnen. So bestehtdie Zwischenzeit aus einer Liegezeit nach der Bear-Bild 8. Gliederung betriebsmittelbezogener Zeitarten (nach 3; 23)Hauptnutzung StBHthHaupt-nutzungs-zeittgBBetriebs-mittel-GrundzeitNebennutzung StBNtnNeben-nutzungs-z