Multimomentaufnahme in der Fertigung: Verborgene Wartezeiten erkennen

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Bei einem Rundgang durch die Fertigung kann dieselbe Schicht einmal gut ausgelastet wirken und ein anderes Mal kaum beschäftigt. Keiner dieser Eindrücke zeigt Ihnen, wie viel Zeit tatsächlich in die Teilefertigung, die Arbeitsvorbereitung oder das Warten auf Nachschub fließt.

Die Multimomentaufnahme ersetzt solche Eindrücke durch planmäßig durchgeführte Beobachtungen zu zufällig gewählten Zeitpunkten. Damit erkennen Sie, welche Umstände die Produktion unterbrechen und welche Verbesserung einen Versuch wert ist. Das Ziel ist nicht, zu bewerten, wie beschäftigt die Mitarbeiter wirken. Es geht darum, klarer zu erkennen, was den Arbeitsfluss behindert.

Sobald Sie überprüft haben, was eine Verbesserung tatsächlich bewirkt, erstellt SkyPlanner APS aus den verbesserten Arbeitsgangzeiten und der Ressourcenverfügbarkeit einen abgestimmten Produktionsplan. Sie verbringen weniger Zeit damit, die Auftragsreihenfolge für jede Maschine einzeln neu aufzubauen, und sehen, was die Änderung für Ihre auszuliefernden Aufträge bedeutet.

Was ist eine Multimomentaufnahme?

Die Multimomentaufnahme ist ein statistisches Verfahren, mit dem sich die Zeitanteile definierter Tätigkeiten schätzen lassen. Dazu werden Personen oder Maschinen zu zufällig ausgewählten Zeitpunkten beobachtet. Jede Beobachtung hält fest, welche Tätigkeit genau in diesem Moment stattfindet. Der Anteil der Beobachtungen in einer Kategorie dient als Schätzung ihres Anteils an der untersuchten Zeit – vorausgesetzt, das Stichprobendesign bildet diesen Zeitraum repräsentativ ab.

Eine Untersuchung im Montagebereich könnte beispielsweise zwischen Montage, Rüsten, Prüfen, Warten auf Material und sonstigen Unterbrechungen unterscheiden. Wenn Sie diese Kategorien über repräsentative Schichten hinweg erfassen, erhalten Sie aussagekräftigere Erkenntnisse als mit einer bloßen Einteilung in produktive Zeit und Leerlauf.

Das Verfahren eignet sich besonders bei wechselnden Tätigkeiten und unregelmäßigen Unterbrechungen, wenn eine durchgehende Beobachtung viel Aufwand erfordern würde. Um die grobe Verteilung der Tätigkeiten zu verstehen, müssen Sie nicht jeden Arbeitsgang von Anfang bis Ende verfolgen.

Für andere Fragestellungen brauchen Sie andere Messverfahren:

• Eine Zeitstudie in der Fertigung untersucht definierte Arbeitselemente und kann eine fundierte Vorgabezeit liefern. Zufällige Momentaufnahmen zeigen dagegen nicht, wie lange jedes einzelne kurze Arbeitselement dauert.
• Die Produktionszeiterfassung erfasst Ereignisse und Istzeiten zu Aufträgen oder Arbeitsgängen. Diese Aufzeichnungen zeigen, für welche Arbeiten die gebuchten Stunden verwendet wurden. Sie liefern jedoch keine Zufallsstichprobe aller Tätigkeiten.

Bei einer systematischen Arbeitszeituntersuchung können Stichproben zusammen mit weiteren Nachweisen zur Ermittlung von Vorgabezeiten dienen. Ein Tätigkeitsanteil allein ist jedoch weder eine Vorgabezeit noch ein Maß für das Arbeitstempo einer Person.

Beginnen Sie mit einer Entscheidungsfrage, statt nur zwischen beschäftigt und untätig zu unterscheiden

Wählen Sie eine Frage, deren Antwort die Abläufe in der Fertigung verändern könnte. „Welchen Anteil ihrer Zeit verbringt die Montagemannschaft mit dem Warten auf Komponenten?“ ist ein sinnvoller Ausgangspunkt, wenn Sie die Materialbereitstellung beeinflussen können. „Wie effizient arbeitet jeder Einzelne?“ ist dagegen zu vage, um eine Untersuchung sauber zu planen oder ihre Ergebnisse sinnvoll zu deuten.

Stimmen Sie den Zweck mit den Mitarbeitern ab, deren Arbeit untersucht wird. Erklären Sie, was beobachtet wird, wie die Kategorien definiert sind, wer die Ergebnisse sieht und welche Entscheidung sie unterstützen sollen. Fragen Sie die Mitarbeiter, welche Unterbrechungen in den vorhandenen Aufzeichnungen fehlen. Die Untersuchung bringt mehr, wenn die Beteiligten erklären können, warum ein Teilesatz fehlt, statt sich veranlasst zu fühlen, die Wartezeit zu verbergen.

Definieren Sie die Grundgesamtheit: Welche Personen oder Maschinen, Schichten, Tage und Produktionsbedingungen soll das Ergebnis abbilden? Eine Untersuchung der Tagschicht in einem Montagebereich beschreibt nicht automatisch die Nachtarbeit oder das gesamte Werk.

Legen Sie anschließend die Beobachtungseinheit fest. Eine Person zu einem bestimmten Zeitpunkt ist eine Einheit, eine Maschine zu einem bestimmten Zeitpunkt eine andere. Erfassen Sie die Zustände getrennt. Eine Maschine kann automatisch zerspanen, während die Bedienperson ein anderes Teil prüft. Die Maschine läuft, die Person prüft – keine der beiden Beobachtungen muss als Leerlauf eingeordnet werden.

Legen Sie auch den betrachteten Zeitraum eindeutig fest. Umfasst die Untersuchung die gesamte bezahlte Schicht, nehmen Sie die entsprechende Pausenkategorie auf. Beschränkt sie sich auf definierte Betriebszeiten, geben Sie diese Bezugszeit an. Vergleichen Sie die beiden Ergebnisse nicht so, als würden sie dasselbe messen.

Tätigkeiten so definieren, dass Beobachter sie eindeutig erkennen

Verwenden Sie wenige Kategorien, die sich für die gewählte Beobachtungseinheit gegenseitig ausschließen und die erwarteten Situationen abdecken. Formulieren Sie für jede Kategorie eine kurze Definition mit Beispielen aus dem untersuchten Bereich.

„Warten auf Material“ sollte bedeuten, dass die ausgewählte Arbeit nicht fortgesetzt werden kann, weil das benötigte Material fehlt – nicht, dass die Bedienperson zufällig neben dem Materialregal steht. Für „Rüsten“ müssen Beginn und Ende von der Vorbereitung bis zur Produktionsbereitschaft gemeinsam festgelegt sein. Erfassen Sie notwendige Prüfungen separat, statt sie in einer allgemeinen Kategorie für nicht produzierende Tätigkeiten verschwinden zu lassen.

Sehen Sie einen Code für „unbekannt“ oder „nicht beobachtbar“ vor. Wenn sich die Tätigkeit nicht feststellen lässt, halten Sie diese Unsicherheit fest, statt eine Ursache zu vermuten. Werten Sie solche Fälle gesondert aus; sie dürfen nicht stillschweigend aus der Gesamtzahl der Beobachtungen verschwinden.

Prüfen Sie die Definitionen in einer kurzen Pilotaufnahme. Lassen Sie die Beobachter dieselben Situationen einordnen und besprechen Sie Abweichungen. Wenn eine Person die Werkzeugsuche als Rüsten erfasst und eine andere als Warten, spiegelt die Untersuchung teilweise Ihre Definitionen statt der tatsächlichen Arbeit wider. Klären Sie das, bevor Sie die Hauptstichprobe erheben.

Die Pilotaufnahme deckt auch praktische Probleme auf: unzugängliche Beobachtungspunkte, einen zu langen Rundgang oder Kategorien, die so fein unterteilt sind, dass ein kurzer Blick nicht zur Unterscheidung ausreicht.

Zufallsbeobachtungen unter repräsentativen Produktionsbedingungen erfassen

Erzeugen Sie die Beobachtungszeitpunkte vorab mit einem Zufallszahlengenerator und verteilen Sie die Stichprobe auf die Schichten und Tage, die für die Entscheidung relevant sind. Wählen Sie die Person oder Maschine nach dem festgelegten Plan aus – nicht danach, was bei Ihrer Ankunft gerade besonders interessant aussieht.

Ein Rundgang im festen Halbstundentakt kann immer wieder mit der Materialversorgung, einer Pause oder einem Maschinenzyklus zusammenfallen. Beobachtungen nur dann durchzuführen, wenn die Führungskraft gerade Zeit hat, führt zu einer anderen Verzerrung. Zufällige Zeitpunkte helfen, solche Muster zu vermeiden. Werden außerdem die relevanten Betriebsbedingungen abgedeckt, ist das Ergebnis über einen gerade passenden Vormittag hinaus aussagekräftig.

Erfassen Sie zu jedem ausgewählten Zeitpunkt die gerade stattfindende Tätigkeit, ohne auf den Beginn der nächsten zu warten. Halten Sie Zeitstempel, Beobachtungseinheit, Kategorie und die relevanten Angaben zu Schicht oder Produkt fest. Ergänzen Sie eine kurze sachliche Notiz, wenn diese bei der Untersuchung einer Störung helfen kann. Vermeiden Sie es, die Tätigkeit für eine Erklärung zu unterbrechen und anschließend das von Ihnen selbst ausgelöste Gespräch als beobachtete Tätigkeit zu erfassen.

Dokumentieren Sie ausgefallene Beobachtungen und deren Gründe. Wenn Sie jede schwer zugängliche oder umständliche Beobachtung durch eine einfache in der Nähe ersetzen, kann sich ändern, was die Stichprobe tatsächlich abbildet.

Wenn Sie eine Schicht bewusst häufiger beobachten, weisen Sie die Schichtergebnisse getrennt aus oder führen Sie sie mit geeigneten Gewichten zusammen. Diese müssen die Zeit oder Grundgesamtheit widerspiegeln, für die Sie die Anteile schätzen. Werden Beobachtungen mit unterschiedlichen Auswahlwahrscheinlichkeiten einfach zusammengezählt, kann eine untypische Schicht das Ergebnis dominieren.

Unterscheiden Sie außerdem zwischen der Zahl der Beobachtungen und der Menge an unabhängigen Informationen. Wenn Sie bei einem Rundgang mehrere Personen beobachten, entstehen mehrere Datensätze. Ein gemeinsamer Materialmangel kann jedoch dazu führen, dass die beobachteten Zustände zusammenhängen. Für wiederholte Momentaufnahmen während desselben Stillstands gilt eine ähnliche Einschränkung. Sorgen Sie dafür, dass Rundgänge und zeitliche Gruppen in den Daten erkennbar bleiben, damit sich diese Clusterbildung bei der Auswertung berücksichtigen lässt.

Wie viele Beobachtungen brauchen Sie für eine Multimomentaufnahme?

Der erforderliche Stichprobenumfang hängt davon ab, welche Genauigkeit die Entscheidung verlangt und welchen Anteil Sie für die Tätigkeit erwarten. Keine feste Anzahl von Beobachtungen macht jede Untersuchung repräsentativ.

Zur Planung einer einfachen Zufallsstichprobe aus unabhängigen Beobachtungen wird für den Anteil einer einzelnen Tätigkeit häufig folgende Näherung verwendet:

n ≈ z² × p × (1 − p) ÷ e²

Dabei ist n die Anzahl der Beobachtungen, p der erwartete Anteil als Dezimalzahl, e die gewünschte absolute Fehlerspanne und z der Wert der Normalverteilung für das gewählte Konfidenzniveau. Für ein näherungsweises Konfidenzniveau von 95 % beträgt z 1,96. Runden Sie die berechnete Anzahl auf.

Wenn Sie noch keine belastbare Schätzung für p haben, liefert der Ansatz von 0,50 bei einer gegebenen absoluten Fehlerspanne die größte erforderliche Beobachtungszahl. Bei einer Fehlerspanne von fünf Prozentpunkten, also e = 0,05, ergeben sich rechnerisch 385 Beobachtungen. Das ist ein Planungsbeispiel unter diesen Annahmen, keine allgemeingültige Mindestzahl und keine Garantie für jede Teilgruppe.

Unterscheiden Sie genau, was mit „fünf Prozent“ gemeint ist. Ein Wartezeitanteil von 20% mit einer Fehlerspanne von fünf Prozentpunkten bedeutet einen Bereich von ungefähr 15% bis 25%. Eine relative Fehlerspanne von 5% dieses Anteils entspricht dagegen nur einem Prozentpunkt nach oben und unten. Dafür ist eine deutlich größere Stichprobe erforderlich.

Richten Sie die geplante Genauigkeit an der Kategorie und dem Vergleich aus, auf die es ankommt. Eine Beobachtungszahl, die für den gesamten Wartezeitanteil ausreicht, kann für einzelne Schichten, seltene Verzögerungen oder einzelne Arbeitsstationen zu gering sein. Auch bei gebündelten Beobachtungen auf Rundgängen muss die Auswertung das Stichprobendesign berücksichtigen, statt jeden Eintrag als unabhängig zu behandeln. Wenn die Entscheidung eine kleine Veränderung oder eine erhebliche Investition betrifft, lassen Sie das Stichprobendesign vor der Haupterhebung von einer Fachperson für Stichprobenverfahren prüfen.

Beispiel: Aus Beobachtungszahlen konkrete Verbesserungsfragen ableiten

Stellen Sie sich einen manuellen Montagebereich vor, in dem das Team vermutet, dass unvollständige Materialsätze die Arbeit unterbrechen. Eine Untersuchung erfasst über die betrachteten Produktionszeiträume hinweg 400 Momentaufnahmen von Beschäftigten, jeweils mit gleicher Auswahlwahrscheinlichkeit. Für dieses vereinfachte Beispiel nehmen wir an, dass die Beobachtungen unabhängig sind und jede Beobachtung einer Kategorie zugeordnet werden kann.

Beobachtete Tätigkeit	Beobachtungen	Anteil der Beobachtungen
Montagearbeit	200	50%
Rüsten und Vorbereiten	60	15%
Prüfen	40	10%
Warten auf Material	80	20%
Sonstige festgestellte Verzögerungen	12	3%
Geplante Pausen	8	2%
Gesamt	400	100%

Der geschätzte Anteil für das Warten auf Material beträgt 80 ÷ 400 = 20%. Er beschreibt die zusammengefasste Arbeitszeit der Beschäftigten, die durch die Untersuchung abgebildet wird. Das bedeutet weder, dass jeder Beschäftigte in jeder Schicht genau ein Fünftel der Zeit wartet, noch, dass jede Unterbrechung gleich lange dauert.

Für diesen einzelnen Anteil ergibt eine einfache Normalapproximation:

Ungefähre Fehlerspanne bei 95% Konfidenzniveau = 1,96 × √[0.20 × 0.80 ÷ 400] = 0,0392

Das entspricht etwa 3,9 Prozentpunkten und ergibt ein ungefähres Intervall von 16,1% bis 23,9%. Es beschreibt die Stichprobenunsicherheit unter den genannten Annahmen. Ein verzerrter Beobachtungsplan, falsch zugeordnete Tätigkeiten oder ein anderer Produktmix im nächsten Monat werden damit nicht abgedeckt.

Verwenden Sie bei kleinen Stichproben oder Tätigkeitsanteilen nahe null oder eins ein geeigneteres Intervall, etwa ein Wilson-Intervall oder ein exaktes Binomialintervall, statt sich auf diese symmetrische Näherung zu verlassen. Bei gruppierten oder gewichteten Beobachtungen muss das Verfahren auch das Stichprobendesign berücksichtigen.

Die praktische Schlussfolgerung ist eindeutiger als die Nachkommastellen vermuten lassen: Das Warten auf Material sollte näher untersucht werden. Prüfen Sie zunächst, an welcher Stelle die betroffenen Materialsätze unvollständig wurden, welche Komponenten fehlten und ob stattdessen die nächste Montage hätte beginnen können. Die Kategorie zeigt, wo Sie ansetzen sollten; das Team und die zugehörigen Aufzeichnungen erklären die Ursachen.

Abläufe verbessern und anschließend die Wirkung prüfen

Besprechen Sie die Ergebnisse mit den Beschäftigten in der Produktion, der Materialversorgung und der für den betroffenen Prozess verantwortlichen Person. Unterscheiden Sie notwendige Arbeit von vermeidbaren Unterbrechungen. Prüfungen können die Qualität sichern, Rüsten ermöglicht die nächste Charge, und Pausen gehören zum Arbeitsalltag. Nichts davon wird allein deshalb zu vermeidbarer Verschwendung, weil es keine Montagearbeit ist.

Legen Sie eine gezielte Maßnahme und eine dafür verantwortliche Person fest. Im Montagebeispiel könnte das bedeuten, die Vollständigkeit der Materialsätze zu bestätigen, bevor Aufträge für den Bereich freigegeben werden. Prüfen Sie, ob seltener Komponenten fehlen und ob die Arbeit tatsächlich früher fortgesetzt werden kann – statt die Wartezeit lediglich in eine andere Abteilung zu verlagern.

Wiederholen Sie die Beobachtungen unter vergleichbaren Bedingungen und behalten Sie die Kategoriedefinitionen und zeitlichen Abgrenzungen bei. Vergleichen Sie neben den zentralen Prozentwerten auch Produktmix, Personalbesetzung und außergewöhnliche Ereignisse. Eine kleine Anteilsänderung innerhalb der Unsicherheit der Untersuchung ist für sich genommen kein überzeugender Nachweis. Auch ein veränderter Produktmix kann das Ergebnis besser aussehen lassen, ohne dass sich die Arbeitsweise verbessert hat.

Vor allem dürfen Sie den ursprünglichen Wartezeitanteil von 20% nicht direkt in 20% zusätzliche Kapazität umrechnen. Die frei werdende Zeit kann sich auf viele kurze Abschnitte verteilen, eine weitere Person erfordern oder in eine Zeit fallen, in der eine Maschine ohnehin bereits läuft. Möglicherweise könnte in dieser Zeit auch kein anderer Arbeitsgang die Arbeitsstation nutzen.

Prüfen Sie die Wirkung auf die Ressource, die Sie einplanen möchten. Wenn eine verbesserte Vorbereitung die Rüstzeit tatsächlich verkürzt, messen Sie die neue Rüstzeit und lassen Sie sie freigeben. Wird dadurch eine Arbeitsstation über ein längeres Betriebszeitfenster verfügbar, stellen Sie sicher, dass Personal und Betriebsmittel diese Verfügbarkeit ermöglichen. Halten Sie personellen Arbeitsaufwand, verstrichene Arbeitsgangdauer und Maschinenbelegung auseinander.

Nachgewiesene Verbesserungen in den Produktionsplan übernehmen

Eine nachgewiesene Verbesserung wirkt sich nicht nur auf die untersuchte Arbeitsstation aus. Eine kürzere Rüstzeit kann den früheren Start des nächsten Auftrags ermöglichen. Dieser benötigt aber weiterhin Material und freie Kapazität für den nachfolgenden Arbeitsgang. Andere Aufträge konkurrieren möglicherweise um dieselben Maschinen. Deshalb muss eine lokale Verbesserung in einen gemeinsamen Produktionsplan einfließen.

In SkyPlanner können Sie die Dauer von Prozessschritten über eine Zeit pro Stück, eine Ausbringungsrate oder eine feste Dauer festlegen. Rüst- und Abrüstzeiten bleiben dabei separat erkennbar. Die Schichten der Arbeitsstationen legen die verfügbaren Zeitfenster fest. Arcturus, die Planungs-KI von SkyPlanner, berechnet den Plan anhand der konfigurierten Kapazitäten, Abhängigkeiten und Prioritäten. Im Gantt-Diagramm wird das Ergebnis sichtbar.

Stellen Sie sich vor, eine Nachmessung bestätigt, dass die Rüstzeit für eine definierte Gruppe von Arbeitsgängen von 40 auf 30 Minuten sinkt. Aktualisieren Sie die betroffenen Planungsdaten, damit die relevanten Arbeitsgänge diese freigegebene Rüstzeit verwenden. Berechnen Sie anschließend ihre Einplanung zusammen mit den übrigen anstehenden Arbeiten neu. Prüfen Sie auch die nachgelagerten Arbeitsgänge und Liefertermine, nicht nur die frei gewordene Zeit an der ersten Station.

SkyPlanner berechnet den Plan unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge. So entfällt die manuelle Arbeit, jeden geänderten Arbeitsgang in die einzelnen Maschinenbelegungen einzupassen. Sie entscheiden, welche Verbesserung belastbar ist und welche Aufträge Vorrang haben; Arcturus setzt diese Vorgaben im Plan um. So werden aus besseren Daten nutzbare Produktionskapazitäten – dort, wo die anstehenden Arbeiten sie tatsächlich nutzen können.

Die Erfahrungen von Fredman Operations mit SkyPlanner veranschaulichen den Nutzen für die Planung. Dem Hersteller von Lebensmittelverpackungen fehlte zuvor ein klarer Überblick über die Kapazitäten je Schicht. Dringende Umplanungen konnten eine Stunde oder länger dauern. Mit der Einführung wurden Maschinenbelegungen und Schichtkapazitäten in einer gemeinsamen Gantt-Ansicht zusammengeführt. Das Unternehmen berichtet von schnelleren Reaktionen auf Änderungen und einer klareren Grundlage für Lieferzusagen. Das Beispiel zeigt, wie wertvoll es ist, die anstehenden Arbeiten bei veränderten Bedingungen aufeinander abzustimmen.

Wählen Sie SkyPlanner, wenn aus nachgewiesenen Verbesserungen in der Fertigung ein umsetzbarer Plan für den gesamten Auftragsbestand werden soll. Über seine offene REST API lässt sich SkyPlanner an jedes ERP- oder MES-System anbinden. So können Sie Ihre bestehenden Systeme zur Unternehmenssteuerung beibehalten und zugleich die Produktionsplanung verbessern.

Buchen Sie eine SkyPlanner-Demo und bringen Sie eine Verbesserung, deren freigegebene Auswirkung auf Dauer oder Verfügbarkeit sowie weitere Aufträge mit, die dieselben Ressourcen nutzen. So sehen Sie konkret, was die Änderung für Ihre bereits zugesagten Aufträge bedeutet. Wenn Sie sich zunächst selbst umsehen möchten, testen Sie SkyPlanner mit Demodaten.