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Tschüss, Excel – Hallo APS! – Produktionsplanungssysteme in der Fertigung: gestern, heute und morgen

Ich liebe ja mein Excel, im Ernst. Es kann fast alles, ist mir seit Jahren ein treuer Begleiter und das Beste daran ist: ich kenne mich damit aus! Und, ich bin damit Meilen vor Papier und Stift. – Nur leider schlafe ich in letzter Zeit immer schlechter. Ich (alb-)träume davon, dass mein Excel vielleicht doch nicht alles kann, zumindest als Produktionsplanungssystem. Bisher ging alles eigentlich ganz gut. In letzter Zeit jedoch, wird die ganze Sache zunehmend unübersichtlich und mir schwant, dass ich da vielleicht doch noch nicht den Stein der Weisen gefunden habe….

…Diese Alpträume sind wohl nicht ganz unberechtigt. In Zeiten von Losgröße 1 bei steigender Variantenvielfalt. Wer behält da schon den Überblick? In dieses Thema ist in den letzten Jahren beständig mehr Bewegung gekommen. Unternehmen setzten bisher allein auf die Erfahrung und das Know-How ihrer Planer – und zumeist auf Excel. In Zeiten der Industrie 4.0 reicht dies oft schon jetzt nicht mehr aus, um den Anforderungen des Marktes immer gerecht zu werden. Sie gibt nun den Takt dafür an.

Nachwuchs fordert moderne Produktionsplanungssysteme

Absolventen von Universitäten und Hochschulen werden im Rahmen ihrer Ausbildung in Sachen Fertigungssteuerung auf modernen Systemen geschult. Diese erwarten die Nachwuchsplaner auch von ihren potenziellen Arbeitgebern. Sie sind mit smarten Systemen von klein auf vertraut und heißen nicht umsonst „Digital Natives“. Dass sie dies auch am Arbeitsplatz selbstverständlich einfordern, ist nur konsequent. An dieser Stelle wird das Vorhandensein moderner Technologie zum entscheidenden Faktor, ob ein Unternehmen für Nachwuchskräfte interessant ist oder nicht und damit steht und fällt schlussendlich die Zukunft der Unternehmen.

Hausaufgabe: Datenqualität

Bevor sie jedoch auf professionelle APS-Systeme zurückgreifen können, müssen Unternehmen zumeist noch eine zentrale „Hausaufgabe“ erledigen: Die Verbesserung der Datenqualität. Feinplanungs-Tools benötigen wesentlich umfangreichere, saubere Daten, als das bisherige manuelle Planen mit Excel oder Papier und Bleistift. Die hochkomplexen mathematischen Planungsalgorithmen können nur dann gute Ergebnisse liefern, wenn sie zuverlässig mit allen notwendigen Daten versorgt werden. Frei nach dem Motto: Shit in heißt immer auch shit-out!

Dass dies nicht auf Knopfdruck funktioniert ist nachvollziehbar. Systeme wie GANTTPLAN von DUALIS bieten extra dafür eine abgestufte Produktfamilie. Anstatt gleich mit der High-End Version ins Rennen zu gehen, setzt man hier zunächst auf einen natürlichen, mehrmonatigen Bereinigungs- und Lernprozess. In dieser Zeit können Anwender bereits mit der Smart Editon arbeiten. Diese prüft Daten auf ihre Konsistenz, verlangt aber noch nicht die perfekte Aufarbeitung aller Daten wie die Optimization Edition. Anwender lernen so das Tool und dessen richtigen Einsatz sukzessive kennen und haben die Möglichkeit, die notwendige Umstellung der Prozesse in eigenem Tempo anzugehen.

Systeme treffen Entscheidungen

Die Vision der vollständig umgesetzten Industrie 4.0 sieht vollständig vernetzte Maschinen und Systeme vor, die miteinander im ständigen Datenaustausch stehen. Sie treffen Entscheidungen und planen die Materialien, Ressourcen und Aufträge eigenständig. Dies wird sicher auch den Arbeitsalltag in den Fabriken entscheidend verändern.

von: Heike Wilson

Planungsanforderungen 4.0

In den vergangenen Jahren haben sich die Planungsanforderungen, die an Produktionsunternehmen gestellt werden, deutlich verändert. Aufgrund des zunehmenden Wettbewerbes, unter anderem hervorgerufen durch Globalisierungsprozesse, besteht in vielen Branchen heute ein Angebotsüberhang. Das heißt, Anbietermärkte haben sich vielfach zu Käufermärkten entwickelt. Produzenten versuchen sich in diesen Märkten durch eine Diversifikation ihres Produktportfolios von der Konkurrenz abzugrenzen. Demnach wird eine möglichst kundenindividuelle Bedürfnisbefriedigung angestrebt. Dies hat zu einer wesentlichen Erhöhung der Produktvariantenvielfalt geführt. Welche Auswirkungen haben diese Entwicklungen in der Praxis und wie sehen die Planungsanforderungen 4.0 aus?

Kunden können heute beispielsweise beim Autokauf aus einer nahezu unüberschaubaren Angebotspalette unterschiedlichster Autolackfarben und Ausstattungsvarianten wählen. Mit der kontinuierlichen Umsetzung der Industrie 4.0-Entwicklungen wird sich, vor allem aufgrund der damit verfolgten Vision von „Losgröße 1“, die Steigerung der Variantenvielfalt sehr wahrscheinlich weiter fortsetzen. Endverbraucher können dann etwa durch IT-Applikationen direkt Einfluss auf die Produktgestaltung nehmen.

Optimierungspotentiale in der Produktionsplanung nutzen

Für Produktionsunternehmen stellt die Bewältigung dieser Variantenvielfalt eine erhebliche Herausforderung dar. Auf der einen Seite soll eine hoch individuelle Bedürfnisbefriedigung in der Fertigung erfolgen und auf der anderen Seite erfordert der wettbewerbsbedingte Kostendruck jedoch eine Bedarfsaggregation. Das heißt, vor allem durch eine geschickte Sequenzierung von Fertigungsaufträgen in der Produktion lassen sich die notwendigen Kostensenkungen realisieren. Das Einsparpotenzial ergibt sich diesbezüglich zum Beispiel aus dem Wegfall von Rüstzeiten, wenn Fertigungsaufträge, die einen gleichen Artikel herstellen, in der Produktion aufeinander folgen.

Derartige Sequenzierungen begünstigen auch, dass Produktionsmitarbeiter nicht ständig mit wechselnden Fertigungsaufgaben konfrontiert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass Lerneffekte im Fertigungsprozess auftreten können, die eine Verbesserung der Durchlaufzeit zur Folge haben. Die Möglichkeit einer derartigen Sequenzierung wird allerdings zum einen durch die mit den Kunden vereinbarten auftragsspezifischen Liefertermine und zum anderen durch möglicherweise entstehende Kapitalbindungskosten bei der vorzeitigen Auftragsfertigstellung begrenzt.

Da aufgrund der beschriebenen Steigerung der Variantenvielfalt die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens artikelgleicher Fertigungsaufträge im begrenzten Planungszeitraum weiter abnimmt, muss bei der Auftragseinplanung darauf reagiert werden. Das bedeutet, die Sequenzierung muss so erfolgen, dass Fertigungsaufträge in der Produktion aufeinander folgen, die gleiche oder „ähnliche“ Artikel herstellen.

Hierzu müssen in Advanced Planning and Scheduling (APS)-Systemen Möglichkeiten zur Definition planungsbeeinflussender Artikelmerkmale inklusive jeweiliger Toleranzbereiche geschaffen werden. So können etwa die Artikelmerkmale „Durchmesser“, „Gewicht“ oder „Länge“ die notwendige Maschinenumrüstung determinieren. Für Artikel, deren Merkmalsausprägungen diesbezüglich in definierten Toleranzbereichen liegen (gleiche Artikelklasse), kann die Umrüstung bei Fertigungsauftragswechseln auf der Maschine entfallen. Auch die Definition von Rüstzeiten in Form von Matrizen ist in diesem Zusammenhang ein wichtiges Thema. Beispielsweise kann der Wechsel von Artikelklasse A auf B eine andere Rüstzeit erfordern als der Wechsel von Artikelklasse B auf A.

Optimierungsgruppen in GANTTPLAN®

Das APS-System GANTTPLAN® kommt diesen Anforderungen nach. In GANTTPLAN® lassen sich mit Hilfe sogenannter „Optimierungsgruppen“ individuell Artikelmerkmale mit entsprechenden Toleranzbereichen definieren. Am Artikel selbst wird dann die jeweilige Merkmalsausprägung festgelegt. Auf diesem Weg ist auch die Definition von Artikelklassen möglich. Weiterführend lassen sich in GANTTPLAN® aus diesen Optimierungsgruppen Matrizen zur Festlegung der jeweils notwendigen Rüstzeiten bilden.

Die Ressourcenbelegungsplanung von GANTTPLAN® nutzt diese Daten zur Erstellung einer optimierten Auftragseinplanung. Das heißt, Fertigungsaufträge werden nach Möglichkeit so auf der jeweiligen Maschine sequenziert, dass Umrüstungen entfallen. Dabei werden im Sinne einer multikriteriellen Optimierung weitere relevante Zielgrößen, wie die Erhöhung der Liefertermintreue oder die Minimierung von Kapitalbindungskosten, in der Auftragseinplanung ebenfalls berücksichtigt.

Kurzum: Mit derartigen Feinplanungstools lassen sich die Anforderungen der vierten industriellen Revolution für die Produktionsplanung 4.0 beherrschen

von: Enrico Teich