Employee skill development in manufacturing: consequences of learning and forgetting on production planning and task scheduling

Heuser, Patricia; Letmathe, Peter (Thesis advisor); Vossen, Thomas (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Der Druck auf produzierende Unternehmen nimmt stetig zu. Während globale Märkte für mehr Konkurrenz sorgen, verändern der technische Fortschritt und die Digitalisierung bestehende Produktionsprozesse. Endverbraucher neigen dazu Konsumgüter schneller zu ersetzen und fordern mehr Möglichkeiten, um neue Produkte individuell an ihre Bedürfnisse anzupassen. Diese Trends zwingen Unternehmen dazu in die Entwicklung neuer Produkte zu investieren und diese in immer kürzerer Zeit auf den Markt zu bringen. Das wiederum hat zur Folge, dass die Einführung neuer Produktionslinien und damit verbundene Produktionsanläufe häufiger auftreten und vermehrt in den Fokus der Unternehmen rücken. Hierbei bietet ein aktives und effizientes Anlaufmanagement potentielle Wettbewerbsvorteile. Diese sogenannte Ramp-Up Phase der Produktion zeichnet sich auf der einen Seite durch Unsicherheiten, nicht zuletzt der Nachfrage, sowie ein geringes Produktionsvolumen aus. Auf der anderen Seite stehen hohe Verkaufspreise, die bei der Markteinführung erzielt werden können, dem gegenüber. Die Einführung neuer Produktionsprozesse, aber auch die Veränderung bestehender Arbeitsabläufe durch die Digitalisierung von Prozessen oder den Einsatz neuer Fertigungsmaschinen, haben insbesondere einen Einfluss auf die Mitarbeiterkompetenzen. Die Mitarbeiter benötigen Zeit, um sich auf neue Tätigkeiten einzustellen damit sie diese effizient durchführen können. Daher ist es essentiell, dass Firmen die Entwicklung ihrer Mitarbeiter durch ein zielgerichtetes Kompetenzmanagement unterstützen. Die vorliegende Dissertation analysiert den Einfluss von Kompetenzmanagement auf produzierende Unternehmen. In diesem Zusammenhang stellen Forschungspublikationen und Methoden aus dem Bereich Operational Research und Management Science den Hauptfokus dieser Arbeit dar. Eingeleitet wird die Doktorarbeit durch eine Darstellung der übergreifenden Forschungsfrage sowie des zugrundeliegenden Forschungsmodels. Zudem werden die Treiber und Motivation hinter den vier einzelnen Forschungspapieren gemeinsam mit den wesentlichen Resultaten und Limitationen herausgearbeitet. Im Rahmen einer strukturierten Literaturanalyse vermitteln die ersten beiden Forschungsartikel einen Überblick über den Stand der Forschung. Die in der Analyse enthaltenen Publikationen sind in unterschiedliche Themenbereiche gegliedert. Zum einen werden die Ergebnisse empirischer Studien sowie deren Umsetzung in mathematischen Modellen von Lern- und Vergessenskurven dargestellt. Zum anderen werden verschiedene Stadien der Produktionsplanung, die von Mitarbeiterkompetenzen beeinflusst werden, aufgezeigt. Diese umfassen die Schaffung neuen Wissens, das Produktdesign, die Planung von Produktionsstätten sowie Einstellungs- und Trainingsentscheidungen in Bezug auf Mitarbeiter. Während der erste Artikel eine ganzheitliche Betrachtung verschiedener Produktionsszenarien anstrebt, liegt der Fokus des zweiten Artikels auf dem Bereich Machine Scheduling. Motiviert durch die Vielzahl an Forschungsbeiträgen, die Lerneffekte mit Machine Scheduling Problemen in Verbindung bringen, zielt der dritte Artikel auf eine Forschungslücke ab, die im Rahmen der Literaturanalyse aufgedeckt wurde. Zu diesem Zweck wird ein Lerneffekt präsentiert, der ebenfalls den Verlust von Wissen und Kompetenzen durch Vergessen berücksichtigt. Passend zu Trends der Mass Customization- also zunehmender Produktdiversität - werden unterschiedliche Produktkategorien auf einer gemeinsamen Produktionslinie gefertigt. Während Lerneffekte beim Fertigen ähnlicher Produkte auftreten, führen Unterbrechungen, bzw. der Wechsel zwischen Kategorien, zu Vergessenseffekten. Zusätzlich zum Lern- und Vergessensmodel werden in dem Forschungspapier Lösungsmethoden für die Zielfunktionen makespan und total completion time präsentiert. In einer Simulationsstudie wird die Performance der vorgestellten Lösungsvarianten gegen herkömmliche Methoden, die zur Optimierung von Lerneffekten genutzt werden, gebenchmarkt. Die Ergebnisse dieser Vergleichsstudie zeigen, wie wichtig es ist, nicht nur Lerneffekte, sondern auch den Einfluss von Vergessen in der Produktionsplanung zu berücksichtigen. Der gezielte Einsatz von Mitarbeitertrainings erlaubt es, eine flexible Belegschaft zu schaffen, die auf neue Kundenwünsche und Nachfrageschwankungen dynamisch reagieren kann. Zudem kann durch den Einsatz unterschiedlicher Aufgabenfelder Ermüdungserscheinungen von Mitarbeitern entgegengewirkt und somit Vergessenseffekte reduziert werden. Da neben Lern- und Vergessenseffekten auch Training ein Haupttreiber für die Entwicklung von Mitarbeiterfähigkeiten und -kompetenzen ist, betrachtet der letzte Artikel alle drei Effekte gemeinsam. Dabei stehen die Auswirkungen von budgetierten Trainingsmöglichkeiten im Vergleich zu einer flexiblen Verfügbarkeit im Fokus. Passend zur Ramp-Up Phase werden verschiedene Produktionsszenarien mit Nachfrageschwankungen sowie unterschiedlichen Mitarbeiterkapazitäten und -fähigkeiten betrachtet. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass ein flexibler Einsatz von Trainingsmethoden sowohl in Bezug auf die zeitliche als auch die mengenmäße Verfügbarkeit Vergessenseffekten entgegenwirken kann. Außerdem ist es möglich, mit weniger Trainingseinheiten vergleichbare Kompetenzlevel von Mitarbeitern zu erreichen, sofern diese flexibel und passgenau eingesetzt werden können. Diese Effekte werden durch Nachfrageschwankungen und geringe Produktionskapazitäten verstärkt. Zusammengefasst liefert diese Dissertation einen Überblick über die Einflüsse von Kompetenzmanagement in der Produktion. Dabei wird ein besonderer Fokus auf Lern- und Vergessenseffekte für Machine Scheduling Probleme gelegt. Schließlich wird der gemeinsame Einfluss von Lernen, Vergessen und Training auf die Kompetenzentwicklung von Mitarbeitern im Produktionsanlauf analysiert.

Einrichtungen

  • Lehrstuhl für Controlling [812110]