Transcript Produktionsplanung und -steuerung Teil 5: Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten Produktion – Bedarfsorientierter Anstoß der Produktion Prof.

Produktionsplanung und -steuerung
Teil 5:
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt
konsistenten Produktion –
Bedarfsorientierter Anstoß der Produktion
Prof. Dr.-Ing. habil. Wilhelm Dangelmaier
Modul W 2332
SS 2015
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion
Übersicht

Bedarfsorientierte Produktion

Verbrauchsorientierte Produktion
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Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion - Bedarfsorientierter Anstoß der Produktion
Produktionsplanung umfasst ... jene Phasen, in deren Mittelpunkt die systematische Suche
und Festlegung der gegenwärtigen Handlungsmöglichkeiten steht, um die zukünftigen
Zustände im Produktionsbereich festzulegen. Sie entspricht dem Willensbildungsprozess.
Nicht jeder Plan ist gleich gut im Sinne einer mit der Planung erfolgten Zielsetzung.
Entscheidend ist die Wahl des Planungsmodells und der darauf angewandten Verfahren.
Nicht zuletzt ist diese Wahl bestimmt durch den Aufwand, der für die Planung getrieben
werden kann oder soll. Daher sind im Folgenden zwei Ansätze angegeben, die mit
unterschiedlichen Verfahren und nicht vergleichbarem Aufwand letztlich doch dasselbe Ziel
verfolgen, nämlich konsistente Vorgaben für die zielkonforme Produktion zu ermitteln.
Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise - Manufacturing Ressource
Planning (MRP)
Insbesondere ältere marktgängige PPS-Systeme basieren auf einem schrittweise
aufeinanderfolgenden („sukzessiven“) Ablauf der Teilplanungen.
Diese Sequenz von Teilplanungen ist durch eine fortschreitende Differenzierung und
sachliche/zeitliche Detaillierung gekennzeichnet. Die üblicherweise rollierende Planung
verwendet ausgehend von der Produktionsprogrammplanung bis zur Steuerungsebene
immer kürzere Planungshorizonte.
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Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion - Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise /
Manufacturing Ressource Planning (MRP)
Funktionsgruppen und Einzelfunktionen der Produktionsplanung und -steuerung
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Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion - Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise /
Manufacturing Ressource Planning (MRP)
Im Rahmen der Produktionsprogrammplanung sind - ausgehend von Absatzprognosen
und/oder bereits eingegangenen Kundenaufträgen - die zu produzierenden Erzeugnisse
nach Art, Menge und Termin im Planungszeitraum festzulegen. Damit wird gleichzeitig der
Primärbedarf fixiert, der als Vorgabe in die Mengenplanung eingeht. Die
Systemunterstützung durch PPS-Systeme beschränkt sich in vielen Fällen auf die
Bereitstellung von Prognoseverfahren. Diese sind für eine erwartungsbezogene
Programmbildung von Interesse. Optimierungsmodelle, die erlauben,
Produktionsprogramme unter dem Gesichtspunkt von Kosten oder Deckungsbeiträgen zu
ermitteln, fehlen in der Regel.
Für eine kundenauftragsbezogene Programmbildung ist im besonderen die
Lieferterminbestimmung wesentlich, die unter Beachtung der aktuellen Kundenaufträge die
Kapazitätssituation des Betriebes und die Materialdeckung in die Analyse einzubeziehen
hat. Eine terminliche Vorlaufsteuerung für die auftragsabhängigen Arbeiten der Konstruktion
und Arbeitsplanung ist im Rahmen einer kundenauftragsbezogenen Programmplanung
vorzunehmen.
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion - Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise /
Manufacturing Ressource Planning (MRP)
Die Mengenplanung ermittelt die Verbrauchsfaktoren (Repetierfaktoren) nach Art, Menge und
Termin, die zu fertigen bzw. zu beschaffen sind, um das geplante Produktionsprogramm
durchzuführen (Materialbedarfsplanung). Dazu enthalten PPS-Systeme Programme der
Stücklistenauflösung (Stücklisten und Rezepturen), die es ermöglichen, den Sekundär-Bedarf an
Baugruppen, Teilen, Rohstoffen zu errechnen (Materialbedarfsplanung). Bei der
Nettobedarfsermittlung werden die verfügbaren Lagerbestände der Komponenten (Lagerbestand,
Bestellbestand, Werkstattbestand sowie Reservierungen) in der Rechnung berücksichtigt.
Untrennbar mit diesen Aufgaben ist daher eine Bestandsführung verbunden. Diese erfasst und
verbucht Lagerzugänge und -abgänge. Damit lassen sich buchmäßige Lagerbestandswerte
feststellen und statistische Auswertungen über den vergangenen Verbrauch vornehmen. Im
Rahmen der Nettobedarfsrechnung ist eine Losgrößen- bzw. Bestellgrößenrechnung vorgesehen.
PPS-Systeme enthalten dazu einfache Verfahren, die erlauben, Rüst- und Lagerhaltungskosten
alternativer Auftragsgrößen gegeneinander abzuwägen. Der Nettobedarf für jede
Verbrauchsfaktorklasse wird durch eine zeitliche Vorlaufverschiebung auf Perioden zugeordnet.
Damit wird der Produktionsbeginn je Produktionsstufe und gleichzeitig der Bruttobedarf für die
vorhergehenden Produktionsstufen ausgelöst. Die Vorlaufzeitverschiebung basiert auf geplanten
Durchlaufzeiten. Ergebnis dieses Schrittes sind terminierte Fertigungsaufträge bzw.
Bestellaufträge für Einkaufsteile, die über einen bestimmten Zeitraum aus dem Nettobedarf
abgeleitet werden. Es erfolgt keine Zuordnung zu Gebrauchsfaktoren.
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion - Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise /
Manufacturing Ressource Planning (MRP)
Die Termin- und Kapazitätsplanung ermittelt die Start- und Endtermine für die Vorgänge
der geplanten Fertigungsaufträge. Basis stellen dabei die Rüst- und Bearbeitungszeiten je
Einheit aus den Arbeitsplänen dar, sowie die in der Regel vergangenheitsbezogenen
Übergangszeiten, die Warte-, Transportzeiten und dergleichen antizipieren sollen.
Die Termin- und Kapazitätsplanung erfolgt im Allgemeinen in zwei Schritten: Der erste
Schritt der Terminplanung, die Durchlaufterminierung (Termingrobplanung) legt die Startund Endtermine der Vorgänge unter Beachtung der technisch bedingten Arbeitsabläufe fest,
ohne aber die Kapazitätsgrenzen zu berücksichtigen. Die Ablaufstruktur wird in der
Durchlaufterminierung je Sekundarauftrag aus der Mengenplanung nur einmal instanziiert.
Damit reduziert sich eine Bestandsaussage auf eine 0/1 - Aussage, nämlich ob der
Vorgängervorgang beendet und der Nachfolgervorgang noch nicht begonnen worden ist. Die
Kapazitätsbedarfsrechnung ermittelt aus den terminierten Vorgängen den Kapazitätsbedarf auf den entsprechenden Gebrauchsfaktoren in den einzelnen Planperioden. Dazu
werden die Kapazitätsbedarfe der einzelnen Vorgänge bspw. je Maschinengruppe und
Periode summiert und dem entsprechenden Kapazitätsangebot gegenüberstellt. Resultat
sind ggf. Über- und Unterdeckungen.
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion - Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise /
Manufacturing Ressource Planning (MRP)
Die Durchlaufterminierungslogik summiert die im Graphen des Produktionsablaufs
enthaltenen Zeiten zur Gesamtdauer auf. Das so entstehende Termingerüst eines
Sekundär-Auftrages wird nun auf die Zeitachse projiziert. Für die einzelnen Vorgänge kann
je ein Start- und Endzeitpunkt bestimmt werden. Start- und Endtermine können entweder
durch Rückwärtsabarbeitung oder durch Vorwärtsabarbeitung berechnet werden.
Terminfenster, die als Spielraum in der Kapazitätsabstimmung genutzt werden können,
entstehen durch die Hintereinanderschaltung von Rückwärts- und Vorwärtsabarbeitung der
Ablauf-Struktur (Ermittlung frühester und spätester Termine). Kann die Zeitstrecke des zu
terminierenden Auftrages nicht mit den gegebenen Daten (Starttermin oder Liefertermin)
realisiert werden, müssen die Durchlaufzeiten reduziert werden. Im Rahmen der
Durchlaufterminierung bestehen dann im wesentlichen zwei Möglichkeiten. Zum einen
können die Liegezeiten reduziert werden und zum anderen kann durch Überlappung vorzeitige Weitergabe von Teilauftragsmengen - eine Verringerung der
Gesamtausführungszeit erzielt werden. Die Bildung von Teilmengen muss Restriktionen
seitens der Produktionsaufgabe berücksichtigen, wenn technologische Restriktionen
beispielsweise feste Transportlosgrößen erfordern.
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion - Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise /
Manufacturing Ressource Planning (MRP)
Der zweite Schritt ist die Kapazitätsterminierung. Diese hat die Aufgabe, Kapazitätsbedarf
und -angebot aufeinander abzustimmen, sofern diese voneinander pro Betriebsmittelklasse
(z.B. Fertigungslinie oder Maschinengruppe) und Periode abweichen.
Für die geplanten Fertigungsaufträge ist zu bestimmen, welche von diesen freigegeben
werden. Freigabeverfahren betrachten mehrere Vorgänge je Betriebsmittel und
Zeitabschnitt, wobei sie keine Aussage bezüglich einer Reihenfolge der freigegebenen
Vorgänge geben. Die Verfahren überprüfen in einer auftragsorientierten Vorgehensweise, ob
alle für den Vollzug eines Auftrags durchzuführenden Vorgänge einer Ablaufstruktur bei
einem vorgegebenen Kapazitätsangebot eingelastet werden können. Bei positivem Ergebnis
erfolgt eine Freigabe der Aufträge, ohne jedoch die Reihenfolge der konkreten Abarbeitung
an den jeweiligen Gebrauchsfaktoren vorzugeben. Ein solches Verfahren würde für das
dargestellte Beispiel überprüfen, ob für die zu den Aufträgen gehörigen Vorgänge genügend
Kapazitätsangebot vorhanden ist. Danach würde eine Freigabe erfolgen. Die im Beispiel
eingetragenen Ereignisse würden dann im Eintrittspunkt an den Verrichtungsknoten am
Anfang des jeweiligen Zeitabschnitts in einem Punkt zusammenfallen.
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion - Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise /
Manufacturing Ressource Planning (MRP)
Die Auftragsfreigabe ist mit einer Verfügbarkeitskontrolle verbunden. Diese hat zu
gewährleisten, dass für die freigegebenen Aufträge das erforderliche Personal, die
Maschinen, die Werkzeuge und Vorrichtungen etc. bereitstehen. Im Rahmen einer
automatisierten Fertigung ist auch die Verfügbarkeit von NC- und Roboter-Programmen
sicherzustellen.
Reihenfolgeverfahren geben eine explizite Reihenfolge für die Ereignisse vor. Diese
Verfahren umfassen die Anwendung von Algorithmen, die unter bestimmten Annahmen und
der Vorgabe einer Zielfunktion eine optimale Belegung der Zeitereignislisten berechnen. So
könnte beispielsweise eine Belegung auf der Lösung eines Job-Shop-Modells basieren, das
eine beliebige Anzahl von Aufträgen, zwei Maschinen, eine beliebige Vorgangsdauer und als
Zielfunktion eine minimale Gesamtdurchlaufzeit annimmt. Dazu lassen sich Leitstände
verwenden. Die sich ergebenden Maschinenbelegungspläne und die benötigten
Informationen (z. B. Fertigungsbelege) sind im Anschluss daran den operativen
Produktionsstellen zu übermitteln und die Arbeit zu verteilen.
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Eine verbrauchsorientierte Vorgehensweise löst Aufträge aufgrund erfolgter Verbräuche und
daraus abgeleiteter verfügbarer Bestände aus. Diese Auslösung ist losgelöst von einer
Erzeugnisstruktur, in der die jeweiligen Verbrauchsfaktoren verwendet werden. Damit
verbunden sind wesentliche organisatorische Festlegungen wie die feste Zuordnung von
Produkt und Gebrauchsfaktor oder die Zuordnung von Verbrauchsfaktor und Lagerplatz. Die
Produktion wird als Reaktion auf Bestandsentnahmen mit begrenzten Auftragsmengen
angestoßen. Neben dem Abgangs- und dem Bestandsrisiko müssen auch die
Zugangsrisiken, verursacht u. a. durch die Bestandsverfügbarkeit der Gebrauchsfaktoren
abgedeckt werden. Sind diese Risiken begrenzt, so kann auf diese Art mit einem Minimum
an organisatorischen Aufwand produziert werden.
Isolierte Verbrauchsfaktorknoten als Graph des Produktionsablaufs
11 Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Eine spezielle Form eines verbrauchsorientierten Vorgehens ist das KANBAN-System. Ziel
des KANBAN-Systems ist die „Just-in-time“-Produktion. Dabei soll nur die benötigte Menge
gefertigt werden und die Steuerung durch Selbstregulierung erfolgen. Hilfsmittel dazu ist ein
Beleg, der jeweils einem Behälter und damit einem Transportlos zugeordnete „KANBAN“.
Als Signalgeber der KANBAN Materialbestellungen, Fertigungsaufträge, Montageaufträge
und Transporte aus (Holprinzip; interdependente selbststeuernde Regelkreise).
Mögliche Informationen auf einer KANBAN-Karte sind z. B. Sachnummer, Benennung,
Skizze, Verwendung, Bedarfsmenge, Lieferzeit, Verpackungsart, Zieladresse,
Herkunftsadresse, Arbeitsplandaten, Teilefamiliennummer, Behälterart, Menge pro Behälter,
Anzahl der Karten im Umlauf, Barcode usw.
Schematische Darstellung einer
KANBAN-Karte
12 Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Beispiele zweier KANBAN-Karten
Besonders ist darauf hinzuweisen, dass bei diesen Beispielen zwei- bzw. dreimal je Tag
bereitgestellt wird. Ziel ist hier, dass bspw. vor einer Schicht alle Materialien bereitgestellt
sind und nicht während der Schicht nach Material gesucht, transportiert usw. werden muss,
sondern ausschließlich produziert wird. Transportlos ist dann z. B. das Fertigungslos einer
Schicht, das ggf. aus mehreren Behältern bestehen kann.
KANBAN-Karte - 2 Lieferungen/Tag
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
KANBAN-Karte - 4 Lieferungen/Tag
14 Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
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Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Die hier festzustellende Übereinstimmung von Bestellpunkt und -zyklus adressiert die
Hauptvoraussetzung für eine verbrauchsorientierte Vorgehensweise: Eine qualitativ und
quantitativ konstante Produktion. Häufigere Änderungen in Produktionsablauf und -mengen
würden einerseits eine nicht praktikable ständige Neuauslegung der Regelkreise bedingen
und andererseits durch Überschreiten der Bestellpunktmengen die Lieferfähigkeit gefährden.
Eine Glättung der Nachfrage durch Standardisierung und Teilefamilienbildung ist daher
Bestandteil der KANBAN-Konzepts.
Die weitgehende Entsprechung von
Menge und Zeit bei einer weitgehend
konstanten Produktionsgeschwindigkeit führt zu einem zyklischen
Vorgehen.
Arbeitsweise des KANBAN-Systems bei
tage-/schichtweiser Bereitstellung
15 Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Lean Factory – die Gruppe für schlanke Prozessketten
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Gegenüberstellung von Zwei-Karten-, Ein-Karten- und Signal-Karten-KANBAN-System
17 Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Im Zwei-Karten-System wird zwischen zwei KANBANs unterschieden:
a. Aufgabe des Transport-KANBAN ist das Auslösen des Behältertransportes zwischen
zwei Arbeitssystemen. Sein Weg ist der Kreislauf zwischen dem Produktelager von
Arbeitssystem n-1 und dem Verbrauchsfaktorvorrat von Arbeitssystem n.
b. Die Aufgabe des Produktions-KANBAN ist das Auslösen von Fertigungsaufträgen. Sein
Weg ist der Kreislauf zwischen Arbeitssystem und Produktelager n.
Nicht dargestellt ist der Rücktransport der leeren Paletten.
Materialfluss und Zirkulation der
KANBAN-Karten
18 Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Sehr nahe einer konventionellen verbrauchsorientierten Mengenplanung, bei der
Fertigungslos und Transportlos nicht mehr übereinstimmen, kommt das Arbeiten mit dem
Signal-KANBAN. Mehrere KANBANs werden zu einer Bestellung mit einer bestimmten
Bestellmenge zusammengefasst.
Arbeiten mit Signal-KANBAN
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Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsistenten
Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der Produktion
Mit der Bestimmung der KANBAN-Anzahl wird der maximale Bestand einer
Verbrauchsfaktorklasse auf der betreffenden Produktionsstufe festgelegt. Die Anzahl der
KANBANs bestimmt sich mit
y
Anzahl der KANBANs für eine bestimmte Verbrauchsfaktorklasse
b
Durchschnittlicher Bedarf für diese Verbrauchsfaktorklasse pro Zeitabschnitt
wbz
Wiederbeschaffungszeit in Zeitabschnitten
d
a Kapazität eines Behälters für diese Verbrauchsfaktorklasse
SF Sicherheitsfaktor
zu y  (b  d  (1  SF )) / a
Der Bedarf b wird auf Grundlage des mittelfristigen Absatz- und Produktionsprogramms
ermittelt. Nach einer Umformung entspricht diese Formel der Bestimmungsgleichung für den
Meldebestand bei der verbrauchsgesteuerten Disposition (Bestellpunktverfahren):


wbz


ay  b d
wbz
 (1  SF )
Der Bestand entspricht somit dem geplanten Verbrauch während der
Wiederbeschaffungszeit zuzüglich eines Sicherheitsbestands. Die Anzahl der KANBANs
muss einen ausreichenden Bestand sicherstellen, so dass der Produktionsfluss ohne
Unterbrechungen gewährleistet ist.
20 Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt
konsistenten Produktion – Verbrauchsorientierter Anstoß der
Produktion
Beispiel für eine Anwendung des
KANBAN-Systems (Ein-KartenKANBAN/Signal-KANBAN);
(nach Beschaffungspraxis)
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