Trends in Auftragsplanung und Logistik

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1 Trends in Auftragsplanung und Logistik Advanced Planning and Scheduling (APS) Dipl.-Wirt.-Ing. Thomas Wochinger Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) Mannheim 18. September 2013 Fraunhofer IPA

2 Inhalt Feinplanung gestern Grenzen der Feinplanung im ERP Was ist APS? Welcher ROI kann erwartet werden? Trends Wo sehen wir den Schwerpunkt der Entwicklungen? Folie 2

3 INHALT Fraunhofer IPA Abteilung Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze Einordnung und Begriff: Advanced Planning and Scheduling APS-Systeme: Funktionsumfang Chancen und Herausforderungen von APS-Systemen Relevante Trends und Fazit Folie 3

4 Die Fraunhofer-Gesellschaft Zahlen und Fakten (2012) Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 1,9 Mrd Euro Budget 66 Institute Bremerhaven Oldenburg Bremen Itzehoe Lübeck Hamburg Hannover Braunschweig Oberhausen Paderborn Halle Dortmund Schkopau Duisburg Kassel Schmallenberg St. Augustin Erfurt Jena Aachen Euskirchen Gießen Wachtberg Ilmenau Rostock Potsdam Magdeburg Berlin Teltow Cottbus Leipzig Dresden Freiberg Chemnitz Die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa! Darmstadt Würzburg Bayreuth Erlangen Bronnbach St. Ingbert Kaiserslautern Fürth Nürnberg Saarbrücken Karlsruhe Pfinztal Ettlingen Stuttgart Straubing Freising Freiburg Augsburg Garching München Oberpfaffenhofen Kandern Prien Efringen- Holzkirchen Kirchen Institute und Einrichtungen weitere Standorte Folie 4

5 Organisation Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Alexander Verl I Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl Geschäftsfelder und Arbeitsgebiete Folie 5

6 Fraunhofer IPA - Bereich Produktionsorganisation Umsatz von ca. 10 Mio. pro Jahr in der Beratung zu den Themen Fabrikplanung, PPS, Logistik intern und extern. Einsatz von ca. 70 Mitarbeitern in den eng verbundenen Themenfeldern. Durchführung von Fabrik- und Logistikplanungen seit über 25 Jahren. Fabrik- und Logistikplanung Methoden und Werkzeuge zur Planung Design von Hochleistungsfabriken Produktionslogistik Effizientes (Kunden-) Auftragsmanagement Schlanke Produktion und effiziente Geschäftsprozessorganisation Logistikdesign für die Produktion Echtzeitfähige Produktion und Logistik PPS-Methoden und -Konzepte Auswahl und Einfürung von produktionsnahen Informationssystemen (ERP, MES etc.) Zuliefernetzwerk Fabrik- und Logistikplanung Geschäftsbereich / Werk/ Produktion /Montage Kundennetzwerk Lieferanten- / Kundenlogistik Lieferantenauswahl anhand Kosten-, Risiken- und Wertschöpfungsverteilung Lieferantenmanagement und -entwicklung Planung + Steuerung von Beschaffungsprozessen zur Optimierung der Lieferanteneinbindung Variantenmanagement Optimierung Distributionslogistik Produktionslogistik Lieferantenlogistik Kundenlogistik Supply Chain Management Netzwerklogistik Planung und Steuerung in Produktionsnetzwerken Optimierte Werkschöpfungsverteilung in Netzwerken Geschäftsprozessoptimierung in Prod.-netzwerken Modellierung, Visualisierung + Simulation von Netzwerken Machbarkeitsstudien, Planung + Realisierungsbegleitung für Lieferantenparks, Industrieparks Folie 6

7 INHALT Fraunhofer IPA Abteilung Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze Einordnung und Begriff: Advanced Planning and Scheduling APS-Systeme: Funktionsumfang Chancen und Herausforderungen von APS-Systemen Relevante Trends und Fazit Folie 7

8 IT-Systeme im Produktionsumfeld Kunde Produkt Anpasskonstruktion Produktion Ausrüster Termin- und Kapazitätsplanung Produktion Ausrüster Produktion Angebotsbearbeitung Auftragserfassung Fakturierung Materialdisposition Kommissionierung/Versand Kunde Produkt Lieferant Produktion Kunde Produkt Lieferant Produktion Lieferant Bestellabwicklung Wareneingang Lieferant Produktion Produktion Lieferant Kunde Folie 8

9 Ein Blick in die Historie: Geschichtliche Entwicklung von Unternehmenssoftware Konzept Planungsgrößen Fokus Material Requirements Planning Manufacturing Resource Planning Enterprise Resource Planning Advanced Plannig Systems Lagerbestände, Stücklisten, Bedarfe, Arbeitspläne + Absatz, Produktsortiment, Kapazitäten + Finanz-, Controlling-, Personal-, Verkaufs-, Qualitätsgrößen Enterprise Resource Planning + Costumer Relationship Management + Supply Chain Management + Servicerorientiere Architektur Integration der Einzelfunktionen MRP Kapazitäts- und Absatzplanung MRP II Personal- und Rechnungswesen APS APS ERP CRM und SCM ERP II / SCM Materialwirtschaft Produktionsplanung und -steuerung (PPS) Produktionsprogrammplanung Geschäftsplanung, Absatzund Produktionsgrobplanung, Fertigungsplanung für Material und Kapazität Unterstützung aller internen Geschäftsprozesse (z. B. Finanzund Rechnungswesen, Controllling, Personalmanagement, F&E, QM, Verkauf und Marketing Integration der gesamten Wertschöpfungskette, externer Partner, Lieferanten und Kunden Weiterentwicklung von APS-Systemen Folie 9

10 Was sind APS-Systeme? Advanced Planning and Scheduling oder APS-Systeme haben ein klares Ziel: Die Lücken der ERP-Systeme zu schließen, indem sie bei der Lösung von Planungsund Entscheidungsproblemen im gesamten Supply Chain Management unterstützen. Ganzheitliche Planung der ganzen Wertschöpfungskette Strebung nach Optimierung bzgl. festgelegter, aber variabler Kriterien Hierarchisches Planungssystem Folie 10

11 INHALT Fraunhofer IPA Abteilung Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze Einordnung und Begriff: Advanced Planning and Scheduling APS-Systeme: Funktionsumfang Chancen und Herausforderungen von APS-Systemen Relevante Trends und Fazit Folie 11

12 Funktionen von APS-Systemen Langfristig Beschaffung Produktion Distribution Absatz Strategische Netzwerkplanung Kurzfristig Kollaborative Netzwerkplanung Materialbedarfs- Produktions- Distributionsplanunplanunplanung Beschaffungs- Produktions- Distributionsfeinplanunfeinplanunfeinplanung Absatz Planung Bedarfsdeckung (ATP, CTP, PTP) Folie 12

13 Ansätze zur Verbesserung der Absatzprognose Geeignete Artikelstrukturierung, bspw. mithilfe einer ABC-/XYZ-Klassifizierung ABC-XYZ A (80%) B (15%) C (5%) Möglichst auf Splitfaktoren in bestimmten Warengruppen / Produktgruppen verzichten Richtige Lage der Prognoseebene Erstellung von Absatzprognosen mit Hilfe technischer/statistischer Prognosen Bedarfshäufigkeit p.a. Legende: # Typen Stück X Y Z Angabe der Prognosewerte inkl. einer Aussage zur (Un)Sicherheit der Prognose Berücksichtigung der Nachfrageverteilungen der Artikel Sicherstellung eines angemessenen Grades an Datenqualität für die Prognose Differenzierte Betrachtung der Artikelnachfrage (Sonderaktionen, An- /Auslauf, ) Folie 13

14 APS in der Distributions-/Transportplanung Funktionen von SCM-Systemen Quelle: Studie SCM-Software 2013/2014 des Fraunhofer IPA APS weisen bspw. ebenso Funktionen zur Transportoptimierung auf. Strategische Aspekte und Transport- & Logistikthemen sind SCM-Systemen vorbehalten. Folie 14

15 APS in der Bedarfsdeckung ATP: Available-to- Promise Die verfügbare und die terminierte Menge der Produkte wird bei der Festlegung der Lieferungstermine berücksichtigt Erfolgreichsversprechend vor allem bei Unternehmen, die hauptsächlich mit Make-to-Stock und Prognosen arbeiten CTP: Capable-to-Promise Zusätzliche Berücksichtigung der Kapazität Abhängig vom Modell können neue Fertigungsaufträge erstellt werden PTP: Profitable-to-Promise Zusätzlich: Berücksichtigung der wirtschaftlichen Auswirkungen Kosten und Margen können in unterschiedlichen Szenarien verglichen werden (abhängig von definierten Geschäftszielen) Folie 15

16 Terminierung in vielen ERP-Systemen - Terminierungslogik Fall I Standard-DLZen reichen für die Erreichung der Kundenwunschlieferzeit aus Fall II Sogar gestauchte Standard-DLZen reichen für die Erreichung der Kundenwunschlieferzeit nicht aus Starttermin AVO k AVO k+1 Fertigstellungstermin Starttermin AVO k AVO k+1 Fertigstellungstermin Starttermin Fertigtermin Starttermin Fertigtermin AVO j AVO j+1 AVO j AVO j+1 Starttermin Fertigtermin Starttermin Fertigtermin AVO i AVO i+1 AVO i AVO i+1 BOM BOM heute Kundenwunschtermin heute Kundenwunschtermin Häufige Erzeugung von Startterminen, die in der Vergangenheit liegen Zahlreiche Fertigungsaufträge mit Startterminen in der Vergangenheit, die laut Termin sofort begonnen werden müssen Festlegung der Abarbeitungsreihenfolge mit Hilfe von Prioritäten und roten Mappen auf Arbeitsvorgangsebene Folge: hoher Planungs- und Steuerungsaufwand Folie 16

17 Gestaltungsaspekt Planung und Steuerung: Logistisches Leitbild Auftragserzeugung Disposition Gleichmäßiger Auftragsstrom Auftragserzeugung Disposition Turbulenter Gebirgsbach Auftragsfreigabe Auftragsfreigabe Kapazitätssteuerung Kapazitätssteuerung Reihenfolgebildung MRP 1) -Ansatz mit Erweiterungen reicht aus Reihenfolgebildung MRP-basierte Planung stößt an Grenzen Normalaufträge Produktion % Normalaufträge Aufgabenbedeutung hoch % Produktion Eilaufträge Aufgabenbedeutung hoch gering gering Durchlaufzeit Durchlaufzeit [H.-H. Wiendahl] Folie 17 1) material requirements planning

18 Constraint-based planning in APS-Systemen Hohe Komplexität in der Planung! Lösungsmenge steigt exponentiell mit einer linearen Erhöhung der Ressourcen oder der Aufgaben Constraint-Based Planning in APS-Systemen Kombiniert die Macht von hochentwickelten Algorithmen mit Flexibilität und Modellierungsfähigkeiten 3 Elemente des Constraint-Based-Planning: Entscheidungsvariablen (z.b.: Ressourcenauslastung, Sicherheitsbestände, Durchlaufzeiten Beschränkungen/Restriktionen ( hard contraints und soft constraints ) Problemlöser (die Algorithmen) Die Zielfunktion ( Goal Programming ) ermöglicht die Arbeit in mehrteiligen Zielszenarien Die Nutzung von Regeln (zusätzlich zu den constraints ) emuliert den Entscheidungsprozess des Planers (z.b.: Priorität eines Kunden) Folie 18

19 Constraint-based planning in APS-Systemen Arbeitsplätze Personal Produkte Kunden A1 A1 P1 K1 A2 A3 A4... Ressources Constraints (Kapazität) A2 A3 A4... Material Constraints (Stücklisten und Arbeitspläne) P2 P3 P4... Regeln (Prioritäten) K2 K3 K4... A68 A35 P23 K250 Gewichtungsfaktoren (vom Unternehmen definiert) Ziele DLZ Liefertreue Personalkosten Maschinenbelastung (68 Arbeitsplätze x 35 Angestellten x 23 Produkte x 250 Kunden) + 4 Ziele CBP berücksichtigt alle Faktoren (mit dem entsprechenden Gewicht) und sucht nach der besten Lösung (obwohl nicht unbedingt die optimale) Folie 19

20 Elemente des Advanced Planning and Scheduling Optimierungsziel Restriktionen Planungsstrategie Lösungsalgorithmen Manuelle Interaktion Termintreue Liefertermine Vorwärts Lineare Programmierung Fixierung Ressourcenauslastung Kapazitäten Rückwärts Entscheidungsbaumverfahren Löschen Rüstaufwände Arbeitsschrittfolge Geringstmöglichen Änderungen in Neuplanung Einfügeheuristiken Hinzufügen Bestände Skills/ Qualifikationen Engpassterminierung N-opt-Verfahren Splitten Termintreue Spezialaufträge On-top-Planung Evolutionäre Algorithmen Verschieben Nachbarschaftssuche Folie 20

21 Planungsszenarien/Simulation in der Feinplanung Planungszustand 1.) Neuberechnung aller Aufträge mit Szenarioparametern Szenario A Szenario B 2.) Anpassung der Parameter und Neuberechnung aller Aufträge 3.) Festschreibung eines Szenarios Festgeschriebene Planung Automatische Optimierung der Ressourcenbelegung unter Berücksichtigung von verschiedenen Planungsstrategien und Restriktionen Simulation der verschiedenen Planungsvarianten (Szenarien) vor der Einplanung vergleichbar Folie 21

22 Auswahl APS-Anbieter am Markt Folie 22

23 Beispiel: APS-Planungstafel Drag&Drop Orders (left pane) or single Activities (right pane) will automatically apply the selected algorithm Activities with issues (material shortage, overload etc.) are highlighted Folie 23 Quelle: acp-it

24 Beispiel: APS-Planungstafel Quelle: Asprova Folie 24

25 Beispiel: Ressourcenüberwachung Die Cast Foaming Leather Wrapping Assembly C D C C 180 7:00 15: C C C D C C C C C C C E A C :00 23: C C C A C C C C D A C :00 07: C C C E B F A A A C C C 17 Quelle: acp-it Folie 25

26 Beispiel: APS-Planungstafel Quelle: adicom Folie 26

27 INHALT Fraunhofer IPA Abteilung Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze Einordnung und Begriff: Advanced Planning and Scheduling APS-Systeme: Funktionsumfang Chancen und Herausforderungen von APS-Systemen Relevante Trends und Fazit Folie 27

28 Vorteile von APS-Systemen Bessere (obwohl nicht optimale) Lösungen in der Planung und demzufolge bessere Ressourcenplanung. Bestandsenkung Kostensenkung durch weniger Stillstände, Fehlteile etc. Zahlreiche qualitative Nutzenfaktoren Handelsvorteile: Ermöglichung der Anwendung von ATP, CTP und PTP. Vermeidung von Pönalen. Allgemeine Verbesserung der Prozesse des Unternehmens: Transparenz erhöht Möglichkeit der Identifikation von Schwachstellen. Der Erfolg von einer APS-Implementation hängt davon ab, dass das Unternehmen vorbereitet ist. Modularer Ansatz: die Nutzer können die erwünschten Module einsetzen. Folie 28

29 Bestimmende Faktoren für den Einsatz von APS-Systemen Betriebstyp (Serien-/ Einzelfertigung, ein- /mehrstufige Fertigung etc.) Dynamische Anforderungen (Ereignishäufigkeit und erforderliche Reaktionsgeschwindigkeit) Organisationsstruktur in der Produktion (Zentrale / dezentrale Organisation etc.) Komplexität der Planungsaufgabe (Anzahl Produktionsaufträge, Anzahl Ressourcen, Planungsrestriktionen, ) Faktoren, die den Einsatz von APS-Systemen in Unternehmen prägen Gesetzliche Bestimmungen und Vorschriften (Level der betrieblichen Dokumentationspflicht, ) Software-Landschaft im Produktionsbereich (Wie weit unterstützt das ERP-System?, ) Folie 29

30 Herausforderungen beim Einsatz von APS-Systemen Ergebnis stark abhängig von der Datenqualität: wenn die Information (auch in den anderen Systemen) nicht stimmt oder falsch rückgemeldet wird) versagt das APS-System. Datenverfügbarkeit: Die erforderliche Information ist in mehreren Systemen geteilt (üblicherweise von verschiedenen Anbietern). Große Komplexität, die manchmal unnötig ist. Widerstand zur benötigten Änderungen der Unternehmenskultur. Mangelnde Akzeptanz der Automation und Verantwortungs-verschiebung (Zentralplanung). Folie 30

31 Typische Stolpersteine in der PPS Fehlende / widersprüchliche logistische Zielsetzung Fehlendes Logistikverständnis Unzureichende Werkzeuge Divergierende Akteursinteressen Typische Symptome der Unzufriedenheit geringe Zielerreichung geringe Transparenz hoher PPS-Aufwand ereignisgetriebene Entscheidungen Ungenauer Status über Kapazitäten und Fortschritt Fehlerhafte PPS-Funktionen low GERING high HOCH low GERING high HOCH low GERING high HOCH low GERING high HOCH Unpassende Kennzahl Zielerreichung Transparenz PPS- Aufwand ereignisgetriebene Entscheidungen Unpassende Funktionslogik Ungenügende Qualität der Stamm- und Bewegungsdaten Folie 31

32 Stolperstein Stamm- und Bewegungsdatenqualität: Prüfung und Anpassung mit Hilfe von Auswertungen % Ist-Maschinenzeit [min] > Toleranzgrenze +30% in Toleranzfeld +/-30% Häufigkeit 30% 25% 20% 15% 10% 50 <Toleranzgrenze -30% 5% Plan-Maschinenzeit [min] 0% -90% -70% -50% -30% -10% 10% 30% 50% 70% 90% 3000% Prozentuale Abweichung Plan- zu Ist-Maschinenzeit Kennzahlen: durchschnittl. Abweichung/ AVO prozentuale Abweichung Periode 1 mittlerer maximaler minimaler Ist- zu Planzeiten [h] Ist- zu Planzeiten Arbeitsinhalt (Plan) [h] Arbeitsinhalt (Plan) [h] Arbeitsinhalt (Plan) [h] -0,85-39% 2,19 5,0 0,0 Arbeitsvorgänge mit Planmaschinenzeiten =0, die als verlängerte Werkbank durchgeführt werden, sind planerisch nicht berücksichtigt zukünftig in der Planung berücksichtigen Die Vielzahl der nicht geplanten Arbeitsvorgänge, bei denen als verl. Werkbank fungiert, nutzen das versteckte Kapazitätsangebot, das sich durch die großzügigen Vorgabezeiten ergibt. Bei den für diesen Arbeitsplatz durchgeführten Arbeitsschritten ist es bei Berücksichtigung der Arbeitsvorgänge mit Planmaschinenzeit =0 dann notwendig, die Planmaschinenzeiten zu senken Folie 32

33 ROI-Verlauf bei APS-Einführung Folie 33

34 Projektphasen bei der Einführung Vorbereitungsphase (4 9 Mon.) Implementierung (6 12 Mon.) Stabilisier. -phase (3-6 Mon.) Synthesephase (6 18 Mon.) Synergiephase (12 24 Mon.) Mon. Projektstart Impl.-start Produktivstart Vorbereitungsphase: Einsatzbereich festlegen, Anforderungskatalog erstellen, Reorg.-maßnahmen identifizieren und ggf. auslösen, Schnittstellen definieren, System ausschreiben und auswählen Implementierung: Hardware-, Software-Installation, Org.-maßnahmen, Customizing, Systemtests, Anwenderschulung etc. Stabilisierungsphase: Beheben der technischen, organisatorischen und personellen Probleme, die durch die neuen Prozesse und IT ausgelöst wurden. Synthesephase: Integration zusätzlicher Funktionen, Durchführung weiterer Prozessoptimierungen und Anwenderschulungen Synergiephase: Phase der umfassenden Systemnutzung, Schwerpunkt der Nutzenrealisierung Folie 34

35 INHALT Fraunhofer IPA Abteilung Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze Einordnung und Begriff: Advanced Planning and Scheduling APS-Systeme: Funktionsumfang Chancen und Herausforderungen von APS-Systemen Relevante Trends und Fazit Folie 35

36 APS-Systeme in der Industrie 4.0 Endgeräte haben direkten Zugriff zu den Funktionen der Systeme, die die Informationen voneinander nutzen können. Cloud Reibungslose und schnelle Integration aller Systeme Anwendung von Best-of-Breed Wandlungsfähigkeit Handhabung der Komplexität Insbesondere nützlich für Systeme, die sehr abhängig von Schnittstellen zu anderen sind (z.b.: APS-Systeme) APS ERP PPS MES CPS 1..n Die verschiedenen Systeme (Software und CPS wie Maschinen) bieten ihre Funktionalitäten und Daten als Services an Folie 36 CPS = Cyber-physische Systeme

37 Beispiel von APS-Systemen in Virtual Fort Knox AppAPS, AppMES, AppERP, eapp Devices mos AppStore mos SDK App APS APP 1 APP 2 APP n HP ccells Scaling CS1 Security CS2 CS3 AS1 S1 S2 S3 S6 S4 CPS Service Bus (ESB++) AS2 S5 mos Legend S AS IS CS CPS Service Aggregated Service Integration Service Cloud Service Cyber-Physisches System IS1 IS2 IS3 mos Manufacturing Operating System Equipm. CPS1 CPS2 Verbindung zur physischen Ebene Folie 37

38 Data Mining auch im Produktionsmanagement! Folie 38

39 Fazit Externe Komplexität sollte der internen Komplexität entsprechen APS-Systeme verfügen über umfangreiche Funktionalitäten von der Supply Chain Planung bis in die Feinplanung Entscheidend für die Notwendigkeit und den Erfolg sind die Rahmenbedingungen im Unternehmen (Planungsebenen und kriterien, Datenqualität, organisatorische Einbettung, ) Weiterentwicklung der System hinsichtlich Schnelligkeit und Integration mit anderen Softwaresystemen (bis hin zur Software-as-a-Service- Architektur) Folie 39

40 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Ihr Ansprechpartner am Fraunhofer IPA Thomas Wochinger Abteilung Auftragsmanagement und Wertschöpfungsnetze Gruppenleiter Produktionsplanung und -steuerung Telefon: +49 (0)711/ Folie 40

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