Dynamische Prozessmodellierung und -koordination in föderativen Produktionsnetzwerken

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1 Dynamische Prozessmodellierung und -koordination in föderativen Produktionsnetzwerken Dissertation zur Erlangung des Grades Doktor-Ingenieur der Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum von Christoph Sebastian Zoller aus Bochum Bochum 2006

2 Dissertation eingereicht am: 13. September 2006 Tag der mündlichen Prüfung: 18. Januar 2007 Erster Referent: Zweiter Referent: Prof. Dr.-Ing. Horst Meier Prof. Dr.-Ing. Bernd Scholz-Reiter

3 Schriftenreihe des Lehrstuhls für Produktionssysteme Band 1/2007 Christoph Sebastian Zoller Dynamische Prozessmodellierung und -koordination in föderativen Produktionsnetzwerken Shaker Verlag Aachen 2007

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Bochum, Univ., Diss., 2007 Copyright Shaker Verlag 2007 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

5 Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS) an der Ruhr-Universität Bochum und wurde von der dortigen Fakultät für Maschinenbau als Dissertation angenommen. Herrn Prof. Dr.-Ing. Horst Meier, Inhaber des obigen Lehrstuhls, danke ich herzlich für die wissenschaftliche Anleitung und Förderung dieser Arbeit sowie die Gewährung des entsprechenden Freiraums, die vorliegende Arbeit fertig zu stellen. Herrn Prof. Dr.-Ing. Bernd Scholz-Reiter, Leiter des Fachgebietes Planung und Steuerung produktionstechnischer Systeme an der Universität Bremen, möchte ich für die freundliche Übernahme des Koreferats und das Interesse an meiner Arbeit danken. Die Zeit am Lehrstuhl werde ich immer mit kreativen und humorvollen Menschen in Verbindung bringen, denen ich ebenfalls zu großem Dank verpflichtet bin. Herausheben möchte ich Herrn Dr.-Ing. Dieter Kreimeier als Oberingenieur, der entscheidenden Einfluss hierauf hatte. Für viele interessante Diskussionen und ermutigende Worte gilt mein Dank Herrn Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Nico Hanenkamp, der mich in einer Vielzahl von Fällen richtungsweisend unterstützt hat. Herr Dr.-Ing. Marcus Golembiewski schulde ich meinen besonderen Dank für die erfolgreiche gemeinsame Projektarbeit. Den Herren Dr.-Ing. Jürgen J. Schramm und Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Arndt Werding sowie Frau Dipl.-Ing. Nicole Quade und Herrn Dipl.-Ing. Daniel Kortmann danke ich für ihre persönliche und hilfsbereite Unterstützung während der gemeinsamen Zeit am LPS. Der größte Dank gilt meinen Eltern für die jahrelange Förderung und Unterstützung meiner Ausbildung. Ohne ihren liebevollen Rückhalt wäre diese Arbeit sicherlich nicht möglich gewesen. Ferner möchte ich meiner Verlobten Frau Yvonne Schneider dafür danken, dass sie durch ihren steten Zuspruch und ihre Geduld zum guten Gelingen dieser Arbeit beigetragen hat. Bochum, im Januar 2007 Christoph Sebastian Zoller

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7 Kurzfassung Die sich stetig verschärfende Wettbewerbssituation stellt immer höhere Anforderungen an produzierende Unternehmen hinsichtlich Qualität, Kosten und Termintreue. Vor diesem Hintergrund stellt der anhaltende Trend zur weiteren Spezialisierung und Konzentration auf Kernkompetenzen insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) eine zunehmende Herausforderung dar. Ziel dieser Arbeit ist es, für diesen Unternehmenskreis eine anwendungsorientierte Lösung für die unternehmensübergreifende Prozessmodellierung und -koordination zu entwickeln. Die Arbeit beschreibt ein dreiteiliges Lösungskonzept, das sowohl die Modellierung und Koordination als auch das Controlling von Geschäftsprozessen innerhalb von KMU-Netzwerken berücksichtigt. So konnte durch einen KMU-gerechten Modellierungsansatz eine in sich geschlossene Methode aufgezeigt werden, mit deren Hilfe es möglich ist, sowohl den Ist-Zustand als auch den des Soll-Zustandes zu visualisieren und auch zu modellieren. Aufbauend auf den somit klar definierten unternehmensübergreifenden Geschäftsprozessen unterstützt die entwickelte Kommunikationsplattform als zweiten Lösungsbaustein den geordneten Ablauf dieser Prozesse. Eine neue Modellierungsmethodik ergänzt diese Kommunikationsplattform im dritten Entwicklungsschritt und stellt die Netzwerkperformanz übersichtlich dar. Hierzu wurde eine kombinierte Darstellungsform gewählt, die sowohl die mittleren Durchlaufzeiten als auch die dazugehörigen Streuungen in sich vereint. Die Entwicklung der mathematischen Grundlagen für eine entsprechende Verdichtung von stochastisch verteilten Prozesszeiten leitet über zu einem Optimierungsansatz, der die Netzwerkprozesse im Hinblick auf einen vorgegebenen Zielkorridor optimiert. Der hier vorgestellte Optimierungsansatz schließt den Kreis des Prozesscontrollings und ermöglicht so einen verursachergerechten kontinuierlichen Verbesserungsprozess im gesamten Netzwerk. Im Rahmen des Verbundprojektes INTERKON beweist die prototypische Implementierung und praxisnahe Anwendung der einzelnen Lösungsbausteine die Einsatzfähigkeit des in dieser Arbeit entwickelten umfassenden Lösungskonzeptes. Schlagwörter: Prozess Management, Supply Chain Management, unternehmensübergreifende Zusammenarbeit

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9 Abstract Higher demands are made to producing companies concerning quality, costs and adherence to delivery dates, due to the continuously increasing competition. Against this background, the continuing trend of further specialization and concentration on core competences is an increasing challenge, in particular for small and mediumsized enterprises (SME). It is the aim of this dissertation to develop a user-oriented solution for company-comprehensive process modeling and coordination for these enterprises. A three-part solution concept will be described, which takes into account both modeling and coordination as well as controlling of business processes within SME networks. An SME-compatible approach allowed for the presentation of a self-contained method, which enables a visualization and modeling of both the current and the target state. Based on the clearly defined company-comprehensive business processes, the developed communication platform supports the controlled operation of these processes as a second solution device. A new modeling method complements this communication platform in the third stage of the development, thus showing a clear lay-out of the network performance. Therefore, a combined display form has been chosen, combining the medium cycle time and the corresponding distribution. The development of the mathematical basis for an appropriate compaction of stochastically distributed process times leads over to an optimization approach, which optimizes the network processes concerning a given target corridor. The optimization approach presented here closes the circle of process controlling and enables an originator-compatible continuous improvement process in the complete network. In the context of the cooperative project INTERKON, the prototypical implementation and practical use of the individual solution devices demonstrate the utilizability of the comprehensive solution concept developed in this dissertation. Keywords: Process Management, Supply Chain Management, Company- Comprehensive Collaboration

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11 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG Ausgangssituation und Bedarfe der Unternehmen Aufbau der Arbeit 2 2 UMFELD UND RANDBEDINGUNGEN Evolution von Planungssystemen, Ziele, Nutzen und Potenziale von SCM Aufgabenbereiche des SCM Formen unternehmensübergreifender Zusammenarbeit Prozesse in Produktionsnetzwerken Geschichte der Geschäftsprozesse Was ist ein Prozess? Geschäftsprozessmodellierung Geschäftsprozessoptimierung Anforderungen der KMU-gerechten Modellierung und Koordination Anforderungen an die Modellierung Anforderungen an die Koordination Anforderungen an das Netzwerk-Controlling Fazit 42 3 STAND DER FORSCHUNG UND TECHNIK Bestehende Methoden zur Modellierung von Geschäftsprozessen Koordination von unternehmensübergreifenden Prozessen Controlling von Liefernetzwerken Fazit und Handlungsbedarf 60 4 ZIELSETZUNG UND KONZEPTIONELLES VORGEHEN 61 5 LÖSUNGSANSATZ Entwicklung einer KMU-gerechten Modellierungsbeschreibung Visualisierung des Ist-Zustandes Entwicklung einer SCM-Strategie 67 Seite I

12 5.1.3 Modellierung des Soll-Zustandes Entwicklung eines angepassten SCM-Tools Architektur und Aufbau Konfiguration 1: Keine Schnittstelle zum Hostsystem Konfiguration 2: Teilintegration des Adapters Konfiguration 3: Adapter via HSI vollständig integriert Integration von Modellierung und Controlling Fazit 77 6 ENTWICKLUNG Modellierungssprache Kommunikationsplattform Workflow-Controller Mapping-Engine Workflow-Designer Agentenlogik Kennzahlen Hostsystem-Interface (HSI) Webserver Interface Realitätsnahes Controlling Grundlagen stochastischen Zeitverhaltens Verdichtungsphase Optimierungsphase Fazit PROTOTYPISCHE REALISIERUNG Umsetzungsmethodik Beispiel-Implementierung Merkmale des betrachteten Produktionsnetzwerkes Modellierung Kommunikationsplattform Controlling Fazit 117 Seite II

13 8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK Zusammenfassung Ausblick 120 LITERATURVERZEICHNIS 122 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 134 TABELLENVERZEICHNIS 137 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 138 ANHANG 141 LEBENSLAUF 155 Seite III

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15 1 Einleitung 1.1 Ausgangssituation und Bedarfe der Unternehmen Das Ziel eines Produktionsunternehmens ist es, die aus dem Absatzmarkt resultierenden Aufträge für bestimmte Erzeugnisse in den verlangten Mengen zu vereinbarten Terminen in der gewünschten Qualität zu liefern. 1 Dieses Ziel hat sich in den letzten Jahrzehnten kaum verändert. Jedoch lässt sich eine deutliche Veränderung der Ausgangssituation der Unternehmen erkennen. Die sich stetig verschärfende Wettbewerbssituation stellt immer höhere Anforderungen an produzierende Unternehmen hinsichtlich Qualität, Kosten und Termintreue. Das betriebliche Umfeld ist heute mehr denn je durch eine Vielzahl von sich gegenseitig beeinflussenden Entwicklungen geprägt, die in der Literatur mit den Begriffen Globalisierung der Märkte, Wandel vom Verkäufer- zum Käufermarkt, Erhöhung der Variantenvielfalt und Verkürzung der Produktlebenszyklen charakterisiert werden. 2 Die Welt, die wir geschaffen haben, ist das Resultat einer überholten Denkweise. Die Probleme, die sich daraus ergeben, können nicht mit der gleichen Denkweise gelöst werden, durch die sie entstanden sind. 3 Dieses von ALBERT EINSTEIN stammende Zitat gilt auch für die Führung von Unternehmen, die häufig auf obige Marktveränderungen mit einer Konzentration auf ihre Kernkompetenzen reagieren, während gleichzeitig die Kooperationen durch die Bildung von Produktionsnetzwerken verstärkt werden. Dieser Gedanken der Fokussierung stößt bei der Optimierung an seine Grenzen. Ein firmeninternes also lokal erreichtes Optimum bedeutet für ein Produktionsnetzwerk nicht zwangsläufig ein Optimum. Durch die gängige Unternehmensentscheidung der Konzentration auf Kernkompetenzen muss die Denkweise erfolgreicher Unternehmenspolitik das bessere Zusammenwirken von Mensch, Technik und Organisation in Netzwerken in den Mittelpunkt rücken. 4 Die Strategie der Ausgliederung einzelner Geschäftsaktivitäten beinhaltet eine verringerte Fertigungstiefe, eine höhere Anzahl verschiedener Zulieferer, sowie damit einhergehend: wachsende externe Abhängigkeiten. Diese Spezialisierung geht mit 1 Vgl. WIENDAHL (1989, S. 209). 2 Vgl. Wiendahl (2004, S. 3), Schuh (2006b, S. 1 ff.), Westkämper (2006, S. 27) 3 ALBERT EINSTEIN 4 Vgl. MILBERG/SCHUH (2002, S. 5). Seite 1

16 Einleitung Kapitel 1 einer Erhöhung der Anzahl an Schnittstellen einher, die in den überwiegenden Fällen zu Informationsdefiziten führen. Wesentliche Folgen sind eine geringere Transparenz bzgl. der Auftragsverfolgung und Lieferfähigkeit, eine eingeschränkte Planbarkeit sowie ein höherer Koordinationsaufwand zur Synchronisation der vernetzten Produktionsstrukturen. Zur Beherrschung der daraus resultierenden Komplexität müssen Verantwortlichkeiten und Entscheidungsprozesse einerseits klar definiert und andererseits zielgerichtet koordiniert werden. Erst durch diese Neuausrichtung der Geschäftsprozesse werden Unternehmen die notwendige Netzwerkfähigkeit, 5 d. h. die technische, organisatorische und soziale Fähigkeit, in kollaborativen Wertschöpfungsketten mitwirken zu können, erlangen. 6 Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) haben im Verhältnis zu Großunternehmen häufig eine verringerte Netzwerkfähigkeit, da sie eine ausreichende, unternehmensübergreifende Auftragsverfolgung innerhalb der Lieferkette bisher nicht in ähnlichem Maße realisiert haben. 7 Zusätzlich wird die Koordination des Material- und Informationsflusses durch sich kurzfristig ändernde Steuerungsentscheidungen unabhängiger föderativ agierender Partnerunternehmen erschwert. Als Folge von Informationsdefiziten entlang der Zulieferkette sind systemimmanente Bedarfsschwankungen innerhalb der Lieferverflechtungen zu beobachten, bei denen sich überhöhte Bestände und unzureichende Verfügbarkeiten verstärken und gegenseitig aufschaukeln (Bullwhip-Effekt 8 ). Deshalb wird eine umfangreiche, unternehmensübergreifende Auftragsverfolgung gefordert, die eine schnelle Reaktionsfähigkeit bei sich ändernden Kundenwünschen und bei nicht planbaren Störungen ermöglicht. Damit verbunden, hängt der wirtschaftliche Erfolg eines Unternehmens von der flexiblen Konfiguration und Beherrschung unternehmensübergreifender Koordinations- und Kommunikationsprozesse ab. 1.2 Aufbau der Arbeit Ausgehend von der zuvor beschriebenen Unternehmenssituation ist ein Informationssystem für die Koordination unternehmensübergreifender Produktionsstrukturen ein wesentlicher Erfolgsfaktor. Insbesondere Netzwerke aus kleinen und mittleren 5 Vgl. BICKHOFF ET AL. (2003, S. 58). 6 Vgl. SCHUH (2002, S. 30). 7 Vgl. EGGERS/KLINKEL (2005, S. 13 ff.). 8 Vgl. KUHN/HELLINGRATH (2002, S. 18). Seite 2

17 Kapitel 1 Einleitung Unternehmen können durch moderne Informationstechnologie ihre Abstimmungsund Entscheidungsprozesse wesentlich verbessern. Die dafür notwendigen dynamischen Netzwerkstrukturen werden erst durch einen minimierten Aufwand für Auf-, Um- und Abbau von Netzwerkstrukturen möglich und stellen hohe Anforderungen an die Anpassungsfähigkeit, Modularität, Einführungsdauer, den Schutz sensibler Betriebsdaten und die Offenheit eines kooperationsfördernden Informationssystems. Die in dieser Arbeit betrachteten föderativen KMU-Netzwerke zeichnen sich durch zeitlich und sachlich begrenzte Kooperationen aus, die auf dem Erhalt der Eigenständigkeit der einzelnen Unternehmen beruhen. Diese stehen im Gegensatz zu hierarchisch aufgebauten Unternehmensnetzwerken, wie sie z. B. in den Zulieferstrukturen der Automobilhersteller zu finden sind. Hierarchische Netzwerke sind grundsätzlich durch Planvorgaben des Systemführers hinsichtlich der Produktionssteuerung gekennzeichnet, bei denen die Interessen einzelner Unternehmen zugunsten übergeordneter Zielvorgaben in den Hintergrund treten. 9 Der Aufbau der Arbeit wird in Abbildung 1-1 umrissen. Grundsätzlich fasst am Ende eines jeden Hauptkapitels ein Fazit die dargestellten Inhalte zusammen. Als Grundlage der Arbeit werden im II. Kapitel das Umfeld und die Randbedingungen im Hinblick auf ihre historische Entwicklung beschrieben. Auf der Basis dieser grundlegenden Betrachtung werden im III. Kapitel die sich ergebenden Anforderungen der KMU an die Modellierung, die Koordination und das Controlling von unternehmensübergreifenden Geschäftsprozessen abgeleitet und mit dem Stand der Forschung und Technik abgeglichen. Nach Ableitung der Zielsetzung und der konzeptionellen Vorgehensweise in Kapitel IV ist Kapitel V der Erarbeitung eines Lösungsansatzes gewidmet, mit welchem die Bedürfnisse der KMU im Hinblick auf die Defizitanalyse befriedigt werden. Kapitel VI widmet sich der Umsetzung dieser Vorgehensweise mittels einer dreigeteilten Entwicklung. Zunächst wird eine KMU-gerechte Modellierungssprache entwickelt, mit deren Hilfe sich unternehmensübergreifende Geschäftsprozesse effizient darstellen lassen. Ausgehend von den dabei erzielten Ergebnissen wird in einem zweiten Schritt eine Kommunikationsplattform entwickelt, die es den Unternehmen in einem Produktionsnetzwerk ermöglicht, ihre zuvor visualisierten Geschäftsprozesse mittels geeigneter IT-Technologie zu kontrollieren. Hieran schließt sich eine Erweiterung der zuvor definierten Modellierungssprache im Hinblick auf die 9 Vgl. MÜLLER ET AL. (1997, S. 290 ff.). Seite 3

18 Einleitung Kapitel 1 Bedürfnisse des Controllings an. Im Zusammenhang mit dem Controlling von unternehmensübergreifenden Geschäftsprozessen wird eine Vorgehensweise vorgestellt, die einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess innerhalb eines Unternehmensnetzwerks ermöglicht. Die Vorstellung einer Umsetzungsmethodik zur KMUgerechten Einführung der vorgestellten Entwicklungen schließt das Kapitel VI ab und leitet in die prototypische Realisierung über. I. Einleitung Ausgangssituation und Bedarfe von KmU Zielsetzung und Problemeinordnung II. Umfeld und Randbedingungen Von MRP zu SCM Begriffsbestimmung Formen der Zusammenarbeit Anforderungen der KmU Prozesse in Produktionsnetzwerken Modellierung Koordination Controlling III. Stand der Forschung u. Technik IV. Zielsetzung und konzeptionelles Vorgehen Defizitanalyse V. Lösungsansatz Anwendungsbereich KMU-gerechte Konzeption Modellierungssprache VI. Entwicklung Realitätsnahes Controlling Kontinuierlicher Verbesserungsprozess VII. Prototypische Realisierung Umsetzungsmethodik Kommunikationsplattform Beispiel- Implementierung Bewertung VIII. Zusammenfassung und Ausblick Abbildung 1-1: Aufbau der Arbeit In Kapitel VII wird anhand einer Beispiel-Implementierung die Praxisrelevanz der in dieser Arbeit entwickelten Ansätze nachgewiesen. Diese Beispiel-Implementierung führt zu einer Schlussbetrachtung und Bewertung der Ansätze, welche in eine Diskussion weiterführender Forschungsideen mündet. Seite 4

19 2 Umfeld und Randbedingungen Unternehmen befinden sich mit ihren Unternehmenszielen in einem als Dilemma der Produktionswirtschaft 10 bekannten Zielkonflikt. Neben den Anforderungen des Marktes müssen sie auch die eigenen Betriebsziele befriedigen. Im Mittelpunkt steht eine hohe Wirtschaftlichkeit, die aus dem Zusammenspiel von hoher Termintreue, hoher und gleichmäßiger Kapazitätsauslastung, kurzen Durchlaufzeiten und niedrigen Beständen resultiert. 11 (siehe Abbildung 2-1) Erfolgreiche Unternehmen schaffen es, die unterschiedlichen Zielsetzungen, die entweder komplementär, neutral oder sogar konkurrierend zueinander sind, in ausgewogener Form zu verfolgen. Die gegenseitige Abhängigkeit der Ziele wird auch als Polylemma der Ablaufplanung bezeichnet. 12 Hohe Auslastung Hohe Termintreue Kurze Durchlaufzeit Wirtschaftlichkeit Marktziele Niedrige Bestände Betriebsziele Abbildung 2-1: Polylemma und Ziele in der Produktionswirtschaft 13 Durch die steigenden Anforderungen an die Prozesse hinsichtlich Flexibilität, Vielfalt und Dynamik benötigen die Unternehmen Datenverarbeitungs-Systeme (DV- 10 Vgl. WIENDAHL (1989, S. 408). 11 Vgl. LUCZAK/EVERSHEIM/SCHOTTEN (1998, S. 63). 12 Vgl. HACKSTEIN (1989), KERNLER (1993). 13 Vgl. WIENDAHL (1989, S. 208). Seite 5

20 Umfeld und Randbedingungen Kapitel 2 Systeme), die sie bei der Abwicklung der Prozesse zielführend unterstützen. 14 Ein Grund hierfür sind die immer komplexeren Produkt- und Prozessstrukturen, für deren umfassende und optimale Planung die menschlichen Fähigkeiten nicht mehr ausreichen. Jedoch versetzt der stete Zuwachs an neuer Technologie die Unternehmen in die Lage, sich von Computern bei der Planung unterstützen zu lassen. 15 In der Produktionswirtschaft ist aus diesem Grund das Vorhandensein bzw. die Implementierung einer leistungsfähigen Produktionsplanung und -steuerung (PPS) ein zentraler Aspekt. Da der Ursprung der PPS-Konzeption das in den 60er Jahren entwickelte Konzept des Material Requirements Planning (MRP) ist 16, soll der Schwerpunkt der nachfolgenden Beschreibung auf der evolutionären Entwicklung vom MRP über die PPS hin zum heutigen Supply Chain Management (SCM) liegen. 2.1 Evolution von Planungssystemen 17, 18 Durch die Entwicklungen in der Informationstechnologie konnte in den vergangenen 40 Jahren die Produktion mit immer besseren, computergestützten Planungssystemen ausgestattet werden. Systemarchitektur zentral dezentral Stock control software MRPI MRPII ERP SCM Operativ unterstützende, transaktionsorientierte Systeme Zeit Planende Systeme Abbildung 2-2: Entwicklung der Planungssysteme 19 In Abbildung 2-2 sind die wichtigsten Systeme in die Entwicklungsgeschichte der Produktionsplanung und -steuerung eingeordnet. Im Nachfolgenden wird in An- 14 Vgl. DANGELMAIER (2002, S. 5). 15 Vgl. WANNENWETSCH (2005, S. 57). 16 Vgl. Schuh (2006a, S. 646). 17 Vgl. SCHUH (2006a), TEICH (2003, S.28 ff.), KORTMANN/LESSING (2000, S. 8 ff.), LUCZAK/EVERSHEIM/ SCHOTTEN (1998, S. 66 ff.) und EVERSHEIM/SCHUH (1996, S ff.) als teilweise überarbeitete Grundlage für diesen Abschnitt. 18 Vgl. MEIER/GOLEMBIEWSKI/ZOLLER (2006a, S. 1-42). 19 Vgl. LAWRENZ (2001), WANNENWETSCH (2005, S. 57). Seite 6

21 Kapitel 2 Umfeld und Randbedingungen lehnung an Abbildung 2-2 sukzessive auf die Systeme zur Planungsunterstützung eingegangen. Die Begriffe MRP, MRPI und MRPII werden in einer Vielzahl von Literaturstellen sehr unterschiedlich verwendet. Diese babylonische Akronymverwirrung 20 nimmt TEICH zum Anlass, die inhomogene Verwendung den ursprünglichen Originaltexten gegenüberzustellen und seine Erkenntnisse in dem Kapitel Kritik am Schrifttum zusammenzufassen. 21 Um Missverständnisse im Gebrauch zu vermeiden, werden im Folgenden die historische Entwicklung der Begriffe und deren gegenseitige Abgrenzung beschrieben. MRP (Material Requirements Planning) Der Ursprung des traditionellen Ablaufs der Planungs- und Steuerungssysteme innerhalb der Produktion liegt in den fünfziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts. 22 Durch den Wandel von der verbrauchs- zur bedarfsorientierten Materialdisposition entstanden Planungsinstrumente, die ausgehend von einem geplanten Bedarf an Enderzeugnissen (Programmplanung) durch Auflösung der Stücklistenstruktur den entsprechenden Bedarf an Halbfertigerzeugnissen, Rohstoffen und Zukaufteilen ableiten. Unter diesen als Material Requirements Planning (MRP) bezeichneten Planungssystemen wird im Allgemeinen eine rechnergestützte Materialbedarfsplanung verstanden, die durch entsprechende Stücklistenauflösung dafür sorgt, dass unter Berücksichtigung der Bedarfszeitpunkte die richtigen Fertigungsund Beschaffungsaufträge erstellt werden. Die Planung der benötigten Materialien beschränkte sich hierbei ausschließlich auf eine Mengen- und Terminplanung. Eine Kapazitätsbelastung (Maschinen, Personen, Finanzen und Transport) blieb unberücksichtigt. Aus diesem Grund konnten die MRP-Systeme auch die Durchführbarkeit ihrer Produktionspläne nicht garantieren. 23 Die Funktionsweise des MRP war auf die einfache und zeitgenössische Informationstechnik der 1970er Jahre abgestimmt. Vor allem die hierarchische, sukzessive Abarbeitung der Teilschritte ohne die Möglichkeit der Rückkopplung zu höheren Planungsebenen sowie die externe Vorgabe der Primärbedarfsmengen führten jedoch 20 Vgl. UHRIG (1999, S. 41). 21 Vgl. TEICH (2003, S. 34 ff.). 22 Vgl. WIGHT (1984, S. 97). 23 Vgl. WANNENWETSCH (2005, S. 58). Seite 7

22 Umfeld und Randbedingungen Kapitel 2 dazu, dass die Ergebnisse häufig unbefriedigend oder undurchführbar waren. Fehlerhafte Planvorgaben einer hierarchisch übergeordneten Stufe konnten während der Durchführung mangels fehlender Rückkopplung nicht korrigiert werden. 24 Mit MRP ließen sich deutliche Vorteile, wie etwa eine Verringerung der Lagerbestände, realisieren, so dass MRP bis heute als Teilkomponente in nahezu jedem PPS- System wieder zu finden ist. Nachdem MRP die Möglichkeit der dramatischen Verringerung der Bestände und der damit verbundenen Kosten zu Verfügung gestellt hatte, rückte nun die Kapazität als Ansatzpunkt für weitere Rationalisierungspotenziale in den Fokus der Wirtschaft. MRP I (Closed Loop MRP) Mitte der 1960er Jahre entwickelte sich das MRP-Konzept durch schrittweise Ergänzung zusätzlicher Module weiter. Zentraler Bestandteil dieser Ergänzungen war die Betrachtung von Produktionskapazitäten. 25 Die Weiterentwicklung des ursprünglichen Konzeptes der Materialbedarfsplanung (MRP) 26 wurde durch die Betrachtung unterschiedlicher Planungshorizonte (kurz-, mittel- und langfristige Planung) angestoßen. Aus dieser Betrachtung heraus entstanden die zusätzlichen Planungsebenen Absatz- und Produktionsplanung in der langen Frist und die Programmplanung in der mittleren Frist. Motivation für die Ausdehnung des Planungshorizontes war die dadurch erzielte bessere Steuerbarkeit des Unternehmens im Sinne eines Agierens und weniger eines Reagierens. Ein wesentliches Defizit des Material Requirements Plannings wurde durch die Einführung von Rückkopplungen zwischen den Teilaufgaben beseitigt. Dies ermöglichte eine Wiederholung vorgelagerter Planungsaktivitäten bei unzulässigen Vorgaben. 27 Durch diese Rückkopplung stehen die Ebenen in ständiger Wechselbeziehung zueinander. Informationen werden sowohl top-down als auch bottom-up ausgetauscht,. Es entstanden Regelkreise, wodurch in der Literatur 28 diesem Entwicklungsstand neben Closed Loop MRP auch die Bezeichnung MRPI zugeordnet wird (siehe 24 Vgl. STEVEN/KRÜGER (2002, S. 173). 25 Vgl. TEICH (2003, S. 28). 26 Die Beschreibung des ursprünglichen Ansatzes der Materialbedarfsplanung ist in ORLICKY (1975) zu finden. 27 Vgl. STEVEN/KRÜGER (2002, S. 173). 28 Vgl. TEICH (2003, S. 35). Seite 8

23 Kapitel 2 Umfeld und Randbedingungen Abbildung 2-3). Closed Loop MRP (MRPI) ermöglichte durch Kapazitätsplanung erstmals auch eine Überprüfung der Realisierbarkeit der Planungsergebnisse. Geschäftsplanung Absatzplanung Produktionsprogrammplanung MRP Kapazitätsterminierung Werkstattsteuerung Closed Loop MRP (MRPI) MRPII Abbildung 2-3: Unterschiedliche Begriffe für das gleiche Konzept 29 MRPII (Manufacturing Resources Planning) Mit dem Closed Loop MRP erreichte die Evolution der Planungssysteme in der Produktion ein hohes Niveau. Neben der Produktion entwickelten sich auch in anderen Teilen der Unternehmen die Planungssysteme weiter. Die Planungsfunktionen, die diese unterschiedlichen Planungssysteme erfüllten, waren aufgrund der tayloristisch orientierten Organisationsstruktur in den Unternehmen sehr abteilungsspezifisch. Dieses Defizit wurde mittels der Weiterentwicklung des Closed Loop MRP in den 1980er Jahren hin zum MRPII beseitigt, welches sich nun auch in der neuen Bezeichnung Manufacturing Resources Planning (MRPII) verdeutlicht. Der entscheidende Schritt hierbei war die Vereinigung von mengenbezogenen und wertbezogenen Planungssystemen. Der Closed Loop MRP Ansatz wurde um eine Geschäfts- bzw. Absatzplanung erweitert, die nun neben dem Material auch die zur Fertigung benötigten Ressourcen plant und steuert. 29 Vgl. TEICH (2003, S. 36). Seite 9

24 Umfeld und Randbedingungen Kapitel 2 Kritische Betrachtung der evolutionären Entwicklung Die kritische Betrachtung der Entwicklungen in der Fertigungssteuerung hin zum MRPII-Ansatz deckt die systemimmanenten Nachteile auf. Als einen der entscheidenden Gründe für die unzureichende Zielerfüllung führen viele die geringe Rechnerleistung der früheren Hardwaregenerationen an. 30 Die sich in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich steigernde Rechenleistung 31 unterstützte eher eine schrittweise Weiterentwicklung der Methoden bis hin zum Sukzessivplanungsansatz MRPII. Dieses sukzessive Vorgehen vernachlässigt die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Funktionsmodulen. Änderungen wie z. B. Eilaufträge führen zu einem erneuten Durchlauf jeder Planungsstufe, da die Ergebnisse einer vorgelagerten Funktionsgruppe die Eingangsdaten der nachfolgenden Funktionsgruppe darstellen. 32 Auf der Materialflussebene äußert sich dieser Effekt in einer Reihenfolgeplanung nach jedem Planungslauf, so dass stabile Reihenfolgesequenzen nicht vorhanden sind. Eine weitere Folge dieses sukzessiven Planens ist das so genannte Durchlaufzeitsyndrom. Der Abhängigkeit der Durchlaufzeit von der Maschinenkapazität und deren Belegungsplanung wird im MRPII-Ansatz durch die Verwendung von konstanten Durchlaufzeiten nicht Rechnung getragen. Um Liefertermine im turbulenten Umfeld der Fertigung einhalten zu können, wird die Durchlaufzeit um einen Sicherheitszuschlag erhöht. 33 Durch diese Maßnahme werden die Aufträge zu früh freigegeben, was zu einer Erhöhung des Auftragsbestandes führt. Aus einer Erhöhung des Auftragsbestandes folgen nun Wartezeiten vor Engpässen und eine Bestandserhöhung in den Zwischenpuffern. Dieser Kreislauf verstärkt sich, wenn die Aufträge nun noch früher freigegeben werden. 34 In den oberen Planungsebenen muss mit relativ großen Puffern geplant werden, damit auf den unteren Ebenen bei einem sukzessiven Planungsdurchlauf der Planungsspielraum erhalten bleibt. Eine auf effizienten Ressourceneinsatz ausgerichtete Fertigungsplanung ist nur schwer möglich. 35 Abbildung 2-4 geht auf die Machbarkeit des Produktionsplanes bei der Verwendung des MRPII-Ansatzes ein. 30 Vgl. WIENDAHL ET AL. (2006, S. 718), DANGELMAIER (2002, S. 5), BUSCH (1990, S. 49). 31 Nach GORDON MOOR wird die Beobachtung, dass sich durch technischen Fortschritt alle 24 Monate die Dichte der Transitoren und damit die Komplexität von integrierten Schaltkreisen verdoppelt, Mooresches-Gesetz genannt. 32 Vgl. DANGELMAIER (2002, S. 7). 33 Vgl. EVERSHEIM / SCHUH (1996, S. 14-2). 34 Vgl. WANNENWETSCH (2005, S. 171). 35 Vgl. LUCZAK/EVERSHEIM/SCHOTTEN (1998, S. 66). Seite 10