T9 M - Serienfertigung optimieren

Technik – Klasse 9 – M-Niveau – Baden-Württemberg

Einleitung

Bei einer Serienfertigung werden viele gleichartige Produkte in wiederkehrenden Arbeitsschritten hergestellt. Eine gute Serienfertigung läuft nicht einfach nur schnell. Die Stationen müssen sinnvoll aufeinander abgestimmt sein.

In diesem aiMOOC untersuchst Du eine bewusst schlecht organisierte Produktion. Du misst Zeiten, liest Produktionsdaten, erkennst einen Engpass, suchst unnötige Wege und entwickelst eine begründete Prozessverbesserung.

Prüfungsfokus: Du sollst Produktionsdaten auswerten und eine Optimierungsmaßnahme fachlich begründen können.

Sicherheitsregel für alle Praxisanteile: Praktisches Arbeiten erfolgt nur nach schulischer Unterweisung, unter Aufsicht und mit der vorgeschriebenen Schutzausrüstung. Gefährliche Maschinen und Netzspannung werden nicht eigenständig genutzt. Elektrische Versuche erfolgen nur mit freigegebenen Komponenten und sicherer Kleinspannung. Für die Übungen dieses aiMOOCs reicht eine ungefährliche Tischsimulation mit Papierkarten, Bausteinen oder anderen schulisch freigegebenen Materialien.

Das kannst Du am Ende

Serienfertigung: Du beschreibst einen arbeitsteiligen Produktionsablauf.
Engpass: Du findest die Station, die den Gesamtdurchsatz begrenzt.
Wartezeit: Du erkennst unnötige Stillstands- und Liegezeiten.
Auslastung: Du vergleichst Arbeitszeiten der Stationen mit dem Linientakt.
Wegezeit: Du untersuchst Zeitverluste durch ungünstige Anordnung.
Prozessverbesserung: Du entwickelst eine Maßnahme und begründest sie mit Daten.

Bildungsplanbezug Baden-Württemberg

Der Bildungsplan Technik für die Sekundarstufe I nennt im Bereich Produktionstechnik für das M-Niveau unter anderem das Beschreiben einzelner Arbeitsschritte, das Planen und Optimieren des Fertigungsablaufs sowie das Beschreiben, Bewerten und Dokumentieren eines Herstellungsprozesses. Außerdem sollen Optimierungsvorschläge entwickelt werden.

Dieser aiMOOC setzt genau dort an: Beobachten → Daten erfassen → Schwachstelle erkennen → Verbesserung planen → Wirkung prüfen.

Bildungsplan Baden-Württemberg: Produktionstechnik

Einstieg: Produktion beobachten statt raten

Bildlegende: Moderne Produktionslinie. Beobachte zuerst den Materialfluss, dann die Anordnung der Stationen. Quelle: Wikimedia Commons, CC BY 2.0.

Beobachtungsauftrag: Schau 30 Sekunden auf das Bild. Zeige oder markiere anschließend drei Stellen, an denen Material bewegt, bearbeitet oder zwischengelagert wird. Begründe bei jeder Markierung, ob dort wertschöpfende Arbeit oder nur Transport zu erkennen sein könnte.

Datei:CopyMapFactory.webm Ablaufanimation: Kisten bewegen sich auf einem Förderband. Quelle: Wikimedia Commons, CC0.

Animationsauftrag: Beobachte die Animation zweimal.

Beim ersten Durchlauf: Verfolge nur eine Kiste.
Beim zweiten Durchlauf: Achte auf Abstände zwischen den Kisten.
Formuliere danach eine Vermutung: Was würde passieren, wenn eine Station plötzlich doppelt so lange braucht?

Vom Beobachten zum Messen

Eine Vermutung ist ein Startpunkt. Für eine technische Entscheidung brauchst Du Daten.

Bildlegende: Eine Stoppuhr steht für reproduzierbare Zeitmessung. Quelle: Wikimedia Commons, CC0.

Zeitmessung bedeutet hier: Eine klar definierte Tätigkeit wird mehrfach unter gleichen Bedingungen gemessen. Ein einzelner Messwert kann zufällig zu hoch oder zu niedrig sein.

Messregel: Start und Ende der Tätigkeit müssen vorher eindeutig festgelegt werden.

Beispiel: Start = Werkstück liegt bereit. Ende = Werkstück ist fertig an die nächste Station übergeben.

Fachbegriffe direkt erklärt

Fachbegriff	Kurze Erklärung	Woran erkennst Du ihn?
Engpass	Die Station mit der geringsten Kapazität. Sie begrenzt den Durchsatz der gesamten Kette.	Dort ist die Bearbeitungszeit besonders hoch oder es bildet sich eine Warteschlange.
Wartezeit	Zeit, in der ein Werkstück oder eine Person nicht weiterarbeiten kann.	Teile liegen vor einer Station. Eine Folgestation wartet auf Nachschub.
Auslastung	Anteil der verfügbaren Zeit, in der eine Station tatsächlich arbeitet.	Hohe Auslastung bedeutet wenig freie Zeit. Dauerhaft 100 % kann auf einen Engpass hinweisen.
Wegezeit	Zeit für notwendige oder unnötige Wege zwischen Material, Stationen und Ablageorten.	Häufiges Hin- und Herlaufen oder große Abstände erhöhen die Wegezeit.
Prozessverbesserung	Gezielte Änderung, die den Ablauf messbar verbessert.	Nach der Änderung sinken zum Beispiel Bearbeitungszeit, Wegezeit oder Wartezeit.

Merksatz: Erst messen, dann verbessern.

Serienfertigung als Prozesskette

Bei arbeitsteiliger Serienfertigung durchläuft ein Produkt mehrere Stationen. Jede Station übernimmt einen festgelegten Teil.

Ein einfacher Ablauf kann so aussehen:

Material → Station A → Station B → Station C → Station D → Station E → Fertigteil

Die Stationen sind voneinander abhängig. Ist eine Station deutlich langsamer, stauen sich Teile davor. Hinter ihr können Stationen warten.

Diagramm: Beispiel für das Abstimmen von Arbeitsinhalten auf Stationen. Quelle: Wikimedia Commons, gemeinfrei.

Vergleichsauftrag: Suche im Diagramm nach ungleich gefüllten Bereichen. Übertrage die Grundidee auf eine Produktionslinie: Gleichmäßiger verteilte Arbeitsinhalte können Wartezeiten verringern.

Takt, Bearbeitungszeit und Kapazität

Bearbeitungszeit ist die Zeit, die eine Station für ein Teil benötigt.

Linientakt ist der zeitliche Abstand, in dem ein Teil die Linie weiterlaufen soll.

Kapazität beschreibt, wie viele Teile eine Station in einer bestimmten Zeit höchstens bearbeiten kann.

Für eine grobe schulische Rechnung gilt:

Kapazität in 10 Minuten = 600 Sekunden ÷ Bearbeitungszeit pro Teil

Es werden nur ganze fertige Teile gezählt.

Fallanalyse: Eine schlecht organisierte Produktion

Eine Klasse simuliert die Serienfertigung eines kleinen Montageprodukts mit ungefährlichen Bauteilen. Fünf Stationen arbeiten nacheinander. Die Messung erfolgt mit Papierkarten und Bausteinen. Es werden keine gefährlichen Maschinen benötigt.

Die erste Version der Produktion ist absichtlich schlecht organisiert.

Station	Aufgabe	Bearbeitungszeit je Teil	beobachtete Besonderheit
A	Material bereitstellen	24 s	Material liegt nicht direkt am Arbeitsplatz.
B	Position markieren	28 s	kurze Wartezeit auf Teile
C	Teile verbinden	46 s	vor der Station sammeln sich Teile
D	Kennzeichnung anbringen	30 s	wartet regelmäßig auf Station C
E	Endkontrolle und Ablage	22 s	häufige Leerlaufphasen

Diagramm 1: Bearbeitungszeiten vergleichen

Bearbeitungszeit je Teil

A | ████████████             24 s
B | ██████████████           28 s
C | ███████████████████████  46 s
D | ███████████████          30 s
E | ███████████              22 s

Markierauftrag: Kreise auf Papier oder gedanklich den längsten Balken ein. Diese Station ist der erste Engpassverdacht.

Lösung: Station C hat mit 46 s die längste Bearbeitungszeit.

Schritt 1: Den Engpass rechnerisch prüfen

Für 10 Minuten stehen 600 Sekunden zur Verfügung.

Station	Rechnung	theoretische Kapazität in 10 min
A	600 ÷ 24	25 Teile
B	600 ÷ 28	21 ganze Teile
C	600 ÷ 46	13 ganze Teile
D	600 ÷ 30	20 Teile
E	600 ÷ 22	27 ganze Teile

Auswertung: Station C schafft am wenigsten Teile. Sie ist der Engpass. Die gesamte Linie kann unter diesen vereinfachten Bedingungen langfristig nicht schneller produzieren als ihr Engpass.

Schritt 2: Auslastung und Wartezeit verstehen

Wenn sich die Linie an der langsamsten Station C orientiert, beträgt der betrachtete Zyklus 46 s.

Auslastung = Bearbeitungszeit ÷ 46 s × 100 %

Station	Bearbeitungszeit	Auslastung bei 46-s-Zyklus	mögliche freie Zeit je Zyklus
A	24 s	ca. 52 %	22 s
B	28 s	ca. 61 %	18 s
C	46 s	100 %	0 s
D	30 s	ca. 65 %	16 s
E	22 s	ca. 48 %	24 s

Deutung: Station C ist voll ausgelastet. Andere Stationen haben freie Zeit. Das ist ein Zeichen für eine unausgeglichene Linie.

Wichtig: Freie Zeit ist nicht automatisch schlecht. Sie kann für Qualitätskontrolle, Materialvorbereitung oder Unterstützung genutzt werden. Entscheidend ist, ob die Gesamtleistung und die Arbeitsbedingungen verbessert werden.

Selbstkontrolle: Rechne Station D

Station D braucht 30 s. Der Zyklus beträgt 46 s.

Aufgabe: Berechne die Auslastung.

Lösungsweg: 30 ÷ 46 × 100 % ≈ 65 %. Station D ist also ungefähr zu 65 % ausgelastet.

Unnötige Wege erkennen

Nicht nur Bearbeitungszeit kostet Zeit. Auch ungünstige Wege können den Prozess verlängern.

Spaghetti-Diagramm: Wege eines Materials durch einen Prozess. Viele Kreuzungen und lange Linien machen unnötige Bewegungen sichtbar. Quelle: Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Ein Spaghetti-Diagramm zeichnet reale Wege in einen Grundriss ein. Es hilft, lange Wege, Rückwege und Kreuzungen zu erkennen.

Medienauftrag:

Verfolge im Bild einen Weg vom Start bis zum Ende.
Markiere gedanklich zwei Stellen mit auffälligen Richtungswechseln.
Vergleiche: Welche Strecke könntest Du durch eine andere Anordnung verkürzen?
Miss bei einer ausgedruckten Version mit dem Lineal eine lange und eine kurze Teilstrecke. Entscheidend ist der Vergleich, nicht die absolute Entfernung.

Wegezeiten der schlecht organisierten Produktion

Die Klasse misst zusätzlich die Transferzeiten eines Werkstücks.

Weg	gemessene Wegezeit
Materiallager → A	4 s
A → B	3 s
B → C	9 s
C → D	2 s
D → E	8 s
E → Ablage	5 s
Summe	31 s

Fehlersuche: Besonders auffällig sind B → C mit 9 s und D → E mit 8 s. Diese Wege sollten im Raumplan zuerst untersucht werden.

Layout vergleichen

Ist-Layout:

[Material]
    |
   4 s
    v
[A] ---3 s---> [B] --------9 s--------> [C]
                                      |
                                     2 s
                                      v
[E] <---------8 s--------- [D]
 |
5 s
 v
[Ablage]

Das Werkstück bewegt sich mehrfach quer durch den Raum.

Verbessertes Layout:

[Material] -> [A] -> [B] -> [C] -> [D] -> [E] -> [Ablage]

Nach einer sicheren Umstellung der Tische werden dieselben Wege neu gemessen:

Neue gesamte Wegezeit: 12 s statt 31 s.

Verbesserung: 31 s − 12 s = 19 s weniger Wegezeit pro Teil.

Prozessverbesserung entwickeln

Eine gute Verbesserung muss zu einem nachgewiesenen Problem passen.

Problem 1: Station C ist mit 46 s der Engpass.

Problem 2: Die Wegezeit beträgt 31 s und enthält zwei besonders lange Transfers.

Mögliche Maßnahmen werden nicht nach Gefühl ausgewählt. Sie werden anhand ihrer Wirkung geprüft.

Maßnahme	Welches Problem wird getroffen?	erwartete Wirkung	Prüfkriterium
Stationen in Prozessreihenfolge anordnen	lange Wege	geringere Wegezeit	Wegezeit vorher/nachher messen
Material näher an Station A bereitstellen	unnötiger Startweg	kürzerer Materialtransport	Weg und Zeit vergleichen
Arbeitsinhalt von C vereinfachen oder sicher auf zwei Teilschritte verteilen	Engpass C	geringere maximale Bearbeitungszeit	neue Bearbeitungszeiten messen
Vorrichtung oder eindeutige Positionierhilfe verwenden	wiederholtes Ausrichten an C	schnellere und gleichmäßigere Bearbeitung	Mittelwert und Streuung vergleichen
Station D übernimmt eine vorbereitende Teilaufgabe von C	ungleiche Auslastung	bessere Linienbalance	neue Auslastungen berechnen

Konkrete Verbesserung im Fallbeispiel

Die Klasse wählt zwei Änderungen:

Das Layout wird in Prozessreihenfolge angeordnet. Die Wegezeit sinkt von 31 s auf 12 s.
Station C erhält eine einfache, sichere Positionierhilfe und einen klareren Arbeitsablauf. Die Bearbeitungszeit sinkt in der Simulation von 46 s auf 34 s.

Die anderen Bearbeitungszeiten bleiben gleich.

Station	vorher	nachher
A	24 s	24 s
B	28 s	28 s
C	46 s	34 s
D	30 s	30 s
E	22 s	22 s

Diagramm 2: Vorher und nachher

Station C
vorher | ███████████████████████ 46 s
nachher| █████████████████        34 s

Wegezeit je Teil
vorher | ████████████████         31 s
nachher| ██████                   12 s

Vergleichsauftrag: Nenne zwei messbare Verbesserungen. Verwende dabei die Begriffe Bearbeitungszeit und Wegezeit.

Neue Kapazität prüfen

Nach der Verbesserung ist Station C mit 34 s weiterhin die langsamste Station.

Neue theoretische Linienkapazität in 10 Minuten: 600 ÷ 34 = 17 ganze Teile.

Vorher waren es 13 ganze Teile.

Ergebnis: Die vereinfachte Modellrechnung zeigt eine Steigerung von 13 auf 17 Teile pro 10 Minuten.

Fachliche Begründung: Die Maßnahme wirkt direkt am Engpass. Dadurch sinkt die maximale Stationszeit. Gleichzeitig verkürzt das neue Layout unnötige Wege.

Ablaufanimation aktiv untersuchen

Datei:CopyMapFactory.webm Ablaufanimation erneut ansehen: Diesmal suchst Du gezielt nach Stau und Leerlauf. Quelle: Wikimedia Commons, CC0.

Simulationsauftrag: Stelle die Linie mit fünf Karten oder fünf Tischen nach. Nutze ungefährliche Gegenstände als Werkstücke.

Runde 1: Jede Station benötigt gleich lang. Beobachte den Fluss.
Runde 2: Station C wartet bei jedem Teil zusätzlich 10 Sekunden. Beobachte den Stau vor C.
Runde 3: Verkürze die Zusatzzeit auf 3 Sekunden. Vergleiche den Stau.
Dokumentiere die Zahl wartender Teile nach zwei Minuten.

Sicherheit: Die Simulation verwendet nur ungefährliche, schulisch freigegebene Materialien. Maschinen sind dafür nicht erforderlich.

Zeitmessung richtig durchführen

Eine Zeitmessung wird zuverlässiger, wenn Du dieselbe Tätigkeit mehrfach misst.

Beispielmessung für Station C nach einer Prozessänderung:

Messung	Zeit
1	35 s
2	33 s
3	34 s
4	34 s
5	34 s

Mittelwert: (35 + 33 + 34 + 34 + 34) ÷ 5 = 34 s.

Interpretation: Der Mittelwert passt zum neuen Messwert. Die Einzelwerte liegen nah beieinander. Das spricht in dieser kleinen Messreihe für einen recht gleichmäßigen Ablauf.

Messfehler finden

Welche Vorgehensweisen sind problematisch?

Vorgehen	Bewertung	Begründung
Einmal messen und sofort entscheiden	ungünstig	Ein einzelner Wert kann zufällig sein.
Startpunkt jedes Mal anders wählen	ungünstig	Die Messungen sind nicht vergleichbar.
Mehrfach messen	sinnvoll	Zufällige Abweichungen werden besser sichtbar.
Bedingungen notieren	sinnvoll	Änderungen können später erklärt werden.
Nur den schnellsten Wert auswählen	ungünstig	Das Ergebnis wird verzerrt.

Medienlabor: beobachten, vergleichen, Fehler finden

Bildvergleich: Historische manuelle Montage und moderne automatisierte Montage werden gegenübergestellt. Quelle: Wikimedia Commons, CC0/CC BY 4.0 gemäß Dateibeschreibung.

Vergleichsauftrag:

Nenne zwei sichtbare Unterschiede.
Formuliere eine Frage zur Auslastung, die man mit einem Foto allein nicht beantworten kann.
Erkläre, warum eine schnelle Maschine nicht automatisch eine schnelle Gesamtlinie bedeutet.

Historische manuelle Montagelinie. Quelle: Wikimedia Commons, Public-Domain-Freigabe der Prelinger Archives.

Beobachtungsauftrag: Suche drei Hinweise auf Arbeitsteilung. Vergleiche anschließend mit einer heutigen Produktionslinie. Achte auf Materialfluss, Arbeitsplatzanordnung und mögliche Wartebereiche.

Video: „Fords Revolution: 100 Jahre Fließband“, AFP Deutsch. Eingebetteter YouTube-Inhalt; Rechte verbleiben beim Anbieter.

Videoauftrag: Notiere beim Sehen zwei Vorteile der Fließfertigung und eine mögliche Schwachstelle einer stark gekoppelten Produktionslinie. Prüfe danach, ob Deine Schwachstelle mit dem Begriff Engpass erklärt werden kann.

Vertiefungsvideo zu Wartezeiten, kontinuierlichem Materialfluss und Spaghetti-Diagrammen. Eingebetteter YouTube-Inhalt; Rechte verbleiben beim Anbieter.

Videoauftrag: Achte nur auf die Aussagen zu Wartezeiten und Wegen. Notiere eine Methode, mit der unnötige Bewegung sichtbar gemacht werden kann.

Prüfungsnahes Arbeiten

In einer Technikprüfung reicht „Station C ist schlecht“ nicht aus. Eine fachliche Begründung verbindet Daten, Fachbegriff und Wirkung.

Gutes Antwortmuster:

Datenbezug → Fachbegriff → Maßnahme → erwartete Wirkung → Kontrolle

Beispiel:

„Station C benötigt 46 s und damit am längsten. Sie ist der Engpass. Eine Positionierhilfe soll die Bearbeitungszeit reduzieren. Dadurch steigt die Kapazität der Linie. Anschließend wird die Zeit erneut mehrfach gemessen.“

Prüfungsaufgabe 1: Produktionsdaten auswerten

Gegeben sind folgende Messwerte:

Station	Zeit je Teil
A	26 s
B	31 s
C	44 s
D	29 s
E	25 s

Auftrag:

Bestimme den Engpass.
Berechne seine theoretische Kapazität in 10 Minuten.
Begründe eine passende Optimierungsmaßnahme fachlich.

Lösungsweg: Station C hat mit 44 s die längste Bearbeitungszeit und ist damit der Engpass. 600 ÷ 44 = 13 ganze Teile in 10 Minuten. Eine passende Maßnahme muss an C ansetzen, zum Beispiel durch eine sichere Positionierhilfe, eine klarere Materialanordnung oder eine sinnvolle Verteilung eines Teil-Arbeitsinhalts. Die Wirkung muss anschließend durch neue Zeitmessungen überprüft werden.

Prüfungsaufgabe 2: Wegezeit bewerten

Vor einer Umstellung beträgt die Wegezeit pro Teil 36 s. Danach beträgt sie 15 s.

Auftrag: Berechne die Zeitersparnis und erkläre, warum diese Maßnahme trotzdem nicht zwingend den Engpass beseitigt.

Lösung: 36 s − 15 s = 21 s Wegezeit werden eingespart. Der Engpass wird nur dann beseitigt, wenn die Maßnahme die begrenzende Station oder ihre wirksame Bearbeitungszeit verbessert. Ein besseres Layout kann den Gesamtprozess verbessern, ohne die langsamste Bearbeitungsstation zu verändern.

Prüfungsaufgabe 3: Maßnahme fachlich begründen

Station B ist nur zu 55 % ausgelastet. Station C ist zu 100 % ausgelastet.

Auftrag: Entwickle eine Maßnahme, die beide Beobachtungen berücksichtigt.

Möglicher Lösungsweg: Prüfe, ob ein sicher ausführbarer Teil des Arbeitsinhalts von C zu B verlagert werden kann. Dadurch kann die Zeit von C sinken und die Auslastung von B sinnvoll steigen. Vor der Umsetzung müssen Ablauf, Qualität, Ergonomie und Sicherheit geprüft werden. Danach werden die Zeiten erneut gemessen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Diesen aiMOOC als Battle spielen

Welche Station ist in einer einfachen Produktionskette typischerweise der Engpass? (Die Station mit der geringsten Kapazität) (!Die Station mit der größten Tischfläche) (!Die erste Station der Linie) (!Die Station mit den meisten Werkzeugen)

Was bedeutet Wartezeit in einem Produktionsprozess? (Zeit ohne möglichen Arbeitsfortschritt) (!Zeit für eine geplante Bearbeitung) (!Zeit für eine Qualitätsverbesserung) (!Zeit für die Produktgestaltung)

Wofür steht die Auslastung einer Station? (Für den Anteil der verfügbaren Zeit mit tatsächlicher Arbeit) (!Für die Länge des Arbeitsplatzes) (!Für die Zahl der Werkzeuge) (!Für die Anzahl der Wege)

Welche Größe zeigt unnötige Bewegungen zwischen Stationen besonders direkt? (Wegezeit) (!Produktfarbe) (!Materialhärte) (!Stückpreis)

Welche Station ist im Fallbeispiel vor der Verbesserung der Engpass? (Station C) (!Station A) (!Station B) (!Station E)

Wie hoch ist die Bearbeitungszeit der Engpassstation im Fallbeispiel vor der Verbesserung? (46 Sekunden) (!24 Sekunden) (!30 Sekunden) (!22 Sekunden)

Welche Methode macht Lauf- oder Materialwege in einem Grundriss sichtbar? (Spaghetti-Diagramm) (!Stückliste) (!Schaltplan) (!Werkstoffprüfung)

Welche Maßnahme passt direkt zu unnötig langen Wegen? (Stationen in Prozessreihenfolge anordnen) (!Die Produktfarbe ändern) (!Mehr Zwischenlager aufstellen) (!Die Messung abbrechen)

Warum sollte eine Bearbeitungszeit mehrfach gemessen werden? (Um zufällige Abweichungen besser zu erkennen) (!Damit jeder Messwert verschieden ist) (!Damit nur der schnellste Wert zählt) (!Damit keine Startbedingung festgelegt werden muss)

Was gehört zu einer fachlichen Optimierungsbegründung? (Daten nennen und die erwartete Wirkung erklären) (!Nur eine persönliche Meinung nennen) (!Nur die Maßnahme benennen) (!Nur den Fachbegriff Engpass schreiben)

Memory

Engpass	begrenzt den Durchsatz
Wartezeit	Zeit ohne Arbeitsfortschritt
Auslastung	Anteil genutzter Arbeitszeit
Wegezeit	Zeit für Ortswechsel
Prozessverbesserung	messbar bessere Ablauforganisation
Spaghetti-Diagramm	visualisiert Wege

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Engpass	langsamste wirksame Station der Kette
Wartezeit	Stillstand ohne Bearbeitungsfortschritt
Auslastung	Verhältnis von Arbeitszeit zu verfügbarer Zeit
Wegezeit	Zeit für Transport oder Bewegung
Prozessverbesserung	geplante Änderung mit messbarer Wirkung

Kreuzworträtsel

Engpass	Welche Station begrenzt die Leistung einer Produktionskette?
Wartezeit	Wie heißt Zeit ohne möglichen Arbeitsfortschritt?
Auslastung	Welcher Begriff beschreibt den genutzten Anteil verfügbarer Arbeitszeit?
Wegezeit	Wie heißt die Zeit für Wege zwischen Arbeitsorten?
Kapazität	Welcher Begriff beschreibt die maximal mögliche Stückzahl in einer Zeitspanne?
Durchsatz	Wie heißt die tatsächlich oder theoretisch erreichte Stückzahl pro Zeit?

LearningApps

Lückentext

Die Station mit der kleinsten Kapazität heißt

. Zeit ohne möglichen Arbeitsfortschritt wird als

bezeichnet. Der Anteil tatsächlich genutzter Arbeitszeit heißt

. Zeit für Bewegungen zwischen Arbeitsorten ist

. Ein Spaghetti-Diagramm macht vor allem

sichtbar. Eine gezielte Änderung mit messbarer positiver Wirkung ist eine

. Im Fallbeispiel war Station

zunächst die langsamste Station. Ihre Bearbeitungszeit sank durch die Verbesserung auf

. Die gesamte gemessene Wegezeit sank auf

. Eine Optimierungsentscheidung soll mit

begründet werden.

Hilfen, Lösungswege und Wiederholung

Hilfe 1: Engpass finden

Suche zuerst die größte Bearbeitungszeit. Prüfe dann die Kapazität. Die Station mit der kleinsten Kapazität begrenzt die Kette.

Hilfe 2: Kapazität rechnen

Bei 10 Minuten stehen 600 Sekunden zur Verfügung.

Kapazität = 600 s ÷ Bearbeitungszeit je Teil

Runde nicht auf. Es zählen nur vollständig hergestellte Teile.

Hilfe 3: Auslastung deuten

Vergleiche die Bearbeitungszeit einer Station mit dem betrachteten Zyklus.

Auslastung = Bearbeitungszeit ÷ Zykluszeit × 100 %

Eine deutlich niedrigere Auslastung als am Engpass zeigt freie Zeit. Prüfe, ob Arbeitsinhalte sinnvoll und sicher umverteilt werden können.

Hilfe 4: Begründung schreiben

Nutze fünf Bausteine:

Messwert → Fachbegriff → Ursache → Maßnahme → erwartete Wirkung

Beispiel: „C benötigt 46 s. C ist der Engpass. Das Ausrichten dauert lange. Eine Positionierhilfe kann die Tätigkeit verkürzen. Danach muss die Zeit erneut gemessen werden.“

Wiederholung in 60 Sekunden

Ein Engpass begrenzt den Durchsatz.
Wartezeit zeigt fehlenden Arbeitsfortschritt.
Auslastung beschreibt die Nutzung verfügbarer Zeit.
Wegezeit entsteht durch Bewegung und Transport.
Eine Prozessverbesserung muss messbar geprüft werden.

Transfer: Eine zweite Produktionslinie

Eine andere Linie hat folgende Zeiten:

Station	Zeit je Teil
P	18 s
Q	35 s
R	33 s
S	20 s

Transferauftrag:

Bestimme den Engpass.
Berechne die Kapazität des Engpasses in 10 Minuten.
Entscheide, welche zusätzliche Information Du für eine sinnvolle Verbesserung noch brauchst.
Begründe, warum „alle Stationen schneller machen“ keine ausreichend genaue technische Maßnahme ist.

Lösungshinweis: Q ist mit 35 s die langsamste Station. 600 ÷ 35 = 17 ganze Teile. Für eine Verbesserung brauchst Du Informationen darüber, wodurch die 35 s entstehen: Arbeitsinhalt, Wege, Materialbereitstellung, Qualität, Hilfsmittel oder Warteanteile. Eine gezielte Maßnahme greift an der Ursache an.

Offene Aufgaben

Leicht

Prozess beobachten: Beobachte die Ablaufanimation und zeichne fünf Stationen als einfache Kette. Markiere eine Stelle, an der ein Stau entstehen könnte.
Zeitmessung: Miss eine ungefährliche Alltagstätigkeit fünfmal, zum Beispiel das Sortieren von Karten. Bestimme den Mittelwert.
Fachbegriffe: Erstelle fünf kleine Begriffskarten zu Engpass, Wartezeit, Auslastung, Wegezeit und Prozessverbesserung.
Fehler finden: Untersuche einen vorgegebenen Klassenraumplan und markiere drei unnötige Wege zwischen Material und Arbeitsplätzen.

Standard

Spaghetti-Diagramm: Zeichne in einen Raumplan den Weg eines ungefährlichen Modellwerkstücks ein. Messe die Strecke und entwirf ein kürzeres Layout.
Produktionsdaten: Erfinde eine Linie mit fünf Stationen und realistischen Bearbeitungszeiten. Lass eine andere Person den Engpass bestimmen.
Linienbalance: Verteile fünf Arbeitsaufgaben so auf Stationen, dass die größten Bearbeitungszeiten möglichst ähnlich werden. Begründe Deine Verteilung.
Vorher-Nachher-Vergleich: Simuliere einen Ablauf mit Papierkarten, ändere genau eine Bedingung und dokumentiere die Wirkung in einer Tabelle.

Schwer

Optimierungsprojekt: Analysiere eine sichere Tischsimulation mit Zeitmessungen, Wegen und Warteschlangen. Entwickle eine Verbesserung und überprüfe sie mit einer zweiten Messreihe.
Prüfungsantwort: Schreibe eine vollständige fachliche Begründung nach dem Muster Daten → Fachbegriff → Maßnahme → Wirkung → Kontrolle.
Erklärvideo: Produziere ein kurzes Erklärvideo zum Engpassprinzip. Verwende nur selbst erstellte oder frei lizenzierte Medien und kennzeichne die Quellen.
Technische Entscheidung: Vergleiche zwei Verbesserungsvarianten anhand von mindestens drei Kriterien, zum Beispiel Durchsatz, Wegezeit, Qualität, Ergonomie und Sicherheit. Begründe Deine Entscheidung.

Lernkontrolle

Engpassanalyse: Eine Linie besitzt sechs Stationen. Werte eine Datentabelle aus, bestimme den Engpass und erkläre, wie er den Gesamtdurchsatz beeinflusst.
Layoutentscheidung: Vergleiche zwei Raumlayouts. Beurteile, welches Layout kürzere Wege ermöglicht, und nenne eine Messung, mit der Du Deine Vermutung prüfen würdest.
Auslastung und Balance: Erkläre, warum eine Station mit 100 % Auslastung neben mehreren Stationen mit etwa 50 % Auslastung auf eine unausgeglichene Linie hinweisen kann.
Prozessverbesserung: Entwickle zu einer gemessenen Engpassursache eine konkrete Maßnahme. Beschreibe, welche Daten vor und nach der Änderung erhoben werden müssen.
Transferleistung: Eine Maßnahme verkürzt die Wegezeit deutlich, erhöht aber den Durchsatz nicht. Erkläre zwei mögliche Gründe.
Technikbewertung: Beurteile eine Optimierung nicht nur nach Geschwindigkeit, sondern auch nach Qualität, Ergonomie, Sicherheit und Ressourcenbedarf.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema sind wichtig:

Du kannst Produktionsdaten korrekt lesen und vergleichen.
Du kannst einen Engpass mit Messwerten begründen.
Du kannst Wartezeit, Auslastung und Wegezeit fachlich erklären.
Du kannst eine einfache Kapazität aus Zeitdaten berechnen.
Du kannst ein Spaghetti-Diagramm zur Wegeanalyse nutzen.
Du kannst eine konkrete Prozessverbesserung entwickeln.
Du kannst die Wirkung einer Maßnahme mit Vorher-Nachher-Daten prüfen.
Du kannst technische Entscheidungen mit Daten statt nur mit Meinungen begründen.
Du berücksichtigst Qualität, Ergonomie und Sicherheit.
Du hältst bei jeder Praxisarbeit die schulischen Sicherheitsregeln ein.

OERs zum Thema

Weitere freie oder offen zugängliche Lernmedien:

Wikimedia Commons – Assembly lines: freie Bilder und Medien zu Montagelinien; Lizenz auf der jeweiligen Dateiseite prüfen.
Wikimedia Commons – Spaghetti-Diagramm: CC BY-SA 4.0.
Wikimedia Commons – Förderbandanimation: CC0.
Bildungsplan Baden-Württemberg – Produktionstechnik: Kompetenzbezug für Technik.

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